Главная – Журналы – Химия в интересах устойчивого развития 2022 номер 4

Представлены результаты гидрогеохимических исследований дренажных вод горнопромышленных объектов (отвалы, карьеры, хвостохранилище) Орловского танталового месторождения (Забайкальский край). Установлено, что дренажные воды из-под отвалов вскрышных пород и из шпуровых скважин характеризуются кислыми и слабокислыми реакциями среды и высокой минерализацией (до 4232 мг/л). По химическому составу эти воды преимущественно сульфатные с аномально высокими концентрациями алюминия, фтора, халько- и сидерофильных элементов. Воды хвостохранилища отличаются нейтральными и слабощелочными реакциями среды, повышенным содержанием вольфрама и мышьяка. Согласно термодинамическим расчетам основных форм миграции элементов в дренажных водах показано, что для большинства металлов характерно преобладание простых катионных форм, вторыми по значимости являются сульфатные и фторидные комплексы. Определено, что средние значения концентраций Mn, Al, Be, Zn, Fe, Li, Со, Ni, Cu, W, F^- и SO₄^2- существенно превышают нормативы предельно допустимых концентраций для водных объектов рыбохозяйственного, хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования, что связано как с составом руд и вмещающих пород данного месторождения, так и с техногенной деятельностью.

In this study, the conditions for the precipitation of aluminium hydroxide from sodium aluminate solutions obtained from the alkaline solution of raw alunite ore by hydrogen peroxide, an eco-friendly reagent, are studied. Factors influencing the precipitation by H₂O₂ and aluminium hydroxide from diluted aluminate solutions (concentrations of hydrogen peroxide and alkali, volume ratios of hydrogen peroxide and aluminate solution, temperature, time, caustic modulus) are investigated and found under optimal conditions (initial concentration of hydrogen peroxide >15 %; temperature 20-40 °C, V_H2O2/V_sol = (5-20) : 20 mL, alkali concentration 42.33 g/L (according to Na₂O)) precipitation of ~95 % of aluminium in aluminate solution is achieved. The recovery of alkali (sodium hydroxide) after the precipitation of aluminium hydroxide by H₂O₂, its return to the leaching of alunite has been studied, and several difficulties have been eliminated in the precipitation of aluminium hydroxide by other methods. The characteristics of the obtained samples are confirmed by means of XRD, SEM/EDS analysis.

Проведен сравнительный анализ макро- и микроэлементного состава плодов, листьев и стеблей растений на предмет содержания элементов минерального питания в почвах в природной популяции алтайского подвида жимолости синей (Lonicera caerulea subsp. altaica) в локальной зоне сгущения дизъюнктивных геологических структур в долине р. Кызыл-Ярык (Горный Алтай, Северо-Чуйский хр.). Установлено значительное варьирование общего содержания в почвах макро- и микроэлементов Ca, Al, K, Na, Sr, P, Mn, Ba, B, Zn, Cu, Cr и Ni, подвижных форм Ca, Sr, Fe, Mn, Cu, Cr, Ni, Co, Na и кислотности почв (pH 4.5-6.7) на участках, различающихся по объемной активности эманационного поля радона (262-1162 Бк/м³). Микропопуляции L. caerulea subsp. altaica на этих участках различались по уровню накопления в органах растений Сu, K, P, Na, Mo, Cr, P, Sr, Si и по физиологически важным соотношениям Cu/Zn, Fe/Mn и K/Ca. Увеличение величины соотношения Cu/Zn в органах растений значимо влияло на снижение размеров плодов, числа семян в них, их всхожести и на повышение энергии прорастания семян. Энергия прорастания семян также значимо положительно связана с уровнем накопления в листьях и стеблях Ca, Mg, Cr, Cu, Sr, Pb и с соотношением Fe/Cu. Значимо отрицательно с энергией прорастания семян связано содержание K в плодах.

Рассмотрена проблема утилизации содержимого шламовых накопителей Байкальского целлюлозно-бумажного комбината (БЦБК) с целью улучшения экологической обстановки в Прибайкалье. Даны географическая и сейсмическая характеристики местности дислокации обсуждаемого объекта экологической опасности. Выделены факторы, угрожающие озеру Байкал. Приведены качественные и количественные характеристики шлам-лигнина, содержащегося в шламонакопителях. В последние годы все многочисленные попытки утилизации шлам-лигнина неизменно заканчивались неудачей. Транспортировка отходов в другие временные отстойники, находящиеся в отдалении от озера Байкал, так же не решит проблему и лишь может ухудшить текущую ситуацию в связи с большим объемом накопившихся отходов и постоянным поступлением дождевых и талых вод в отстойники. Осуществлен ретроспективный обзор технических, технологических и организационных мероприятий, предпринятых административно-инженерным корпусом БЦБК и направленных на экономически доступную и экологичную утилизацию шламовых отходов из отстойников. Анализ патентных и научно-технических банков данных позволил отобрать ряд документов, касающихся реакционной способности лигнинов сульфатного производства целлюлозы. Найдены сведения о том, что сухой шлам-лигниновый продукт БЦБК на протяжении нескольких лет (1980-90-е гг.) был востребован нефтегазоразведочными предприятиями всей Сибири как дешевый заменитель водорастворимых эфиров целлюлозы, крахмала, ксантановых смол и других компонентов в составе промывочных жидкостей при строительстве глубоких нефтяных и газовых скважин. Предложены пути утилизации шлам-лигнинового компонента отстойников БЦБК.

Изучено влияние смесей простых эфиров и спиртов на эксплуатационные характеристики автомобильных бензинов. Объектами исследования служили промышленно доступные оксигенаты отечественного производства: метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ), изобутиловый спирт (ИБС). При исследовании влияния соотношения указанных оксигенатов в двухкомпонентной смеси на изменение антидетонационной стойкости бензинов обнаружен синергетический эффект по октановому числу в диапазоне содержаний МТБЭ (от 20 до 80 мас. %) и ИБС (от 80 до 20 мас. %). Вовлечение данной двухкомпонентной смеси в бензины обеспечивает повышение октанового числа. Найдено оптимальное соотношение оксигенатов (МТБЭ/ИБС = 50 : 50 мас. %), обеспечивающее, наряду с проявлением синергетического эффекта по октановому числу (прирост 7.9 единиц), более равномерное распределение октановых чисел по фракциям и стабильность эксплуатационных характеристик при транспортировке и хранении товарного топлива. В результате обнаруженного синергизма оксигенатов МТБЭ и ИБС разработана новая присадка к автомобильным бензинам. С целью усиления и расширения спектра действия новой присадки на базе двухкомпонентной смеси МТБЭ и ИБС разработана рецептура с использованием монометиланилина (ММА) и антикоррозионной присадки DCI-11. При этом количество вовлеченного ММА в процессе компаундирования автобензинов не превысило чувствительности метода. По сравнению с присадкой на базе двухкомпонентной смеси применение присадки расширенного спектра действия позволило усилить антидетонационные (на уровне 1 единицы октанового числа в зависимости от соотношения) и антикоррозионные свойства (степень коррозии 0 баллов) бензинов.

Исследовано влияние природных поверхностно-активных веществ (ПАВ) на эффективность действия полимерной присадки в процессе образования нефтяных отложений высокопарафинистой нефти с повышенным содержанием смолисто-асфальтеновых компонентов. Показано, что добавление полимера к нефти как индивидуально, так и совместно с природными ПАВ приводит к снижению количества образующихся осадков. Установлено, что максимальную ингибирующую способность проявляет композиция, состоящая из полимера и 0.03 мас. % нафтеновых кислот (ПАВ). Природные ПАВ как индивидуально, так и совместно с полимером при добавлении к нефти уменьшают размеры ассоциатов парафиновых углеводородов и их агрегатов в масляной фракции исследуемых нефтяных осадков.

С целью повышения чистоты выпускаемого товарного селена в качестве альтернативы выделения ртути цементацией на металлическом алюминии исследованы процессы селективной сорбции ионов ртути из технологических растворов селенистой кислоты на стирол-дивинилбензольной смоле Lewatit MP 68. Получены изотермы сорбции ионов ртути, рассчитаны основные количественные показатели и лимитирующие стадии процесса. Установлено, что при небольшой степени заполнения смолы сорбатом (равновесная концентрация ионов ртути в растворе ≤0.4 ммоль/дм³) и реализации взаимодействия типа "сорбент - сорбат" коэффициент распределения сначала снижается, а затем по мере увеличения сорбируемости и формирования структур по типу "сорбат - сорбат" возрастает. Величина степени извлечения ртути из раствора (β) обратно пропорциональна равновесной концентрации ионов ртути в растворе (Сравн) и описывается линейным уравнением: β = -133.5Сравн + 99.81. Обработка опытных данных показала одновременное наличие стадий внешней (пленочной) и внутренней (гелевой) диффузии, что свидетельствует о смешанно-диффузионном режиме сорбции. Константы скорости внешней диффузии примерно в три раза превосходят константы скорости внутренней диффузии. Показано, что кинетические уравнения моделей псевдопервого и псевдовторого порядка удовлетворительно описывают экспериментальные данные, а разность между коэффициентами детерминации невелика ( R_i² > 0.98)). Получены значения термодинамических функций сорбции ртути в интервале температур 298-333 К: -ΔG = 2.35-2.99 кДж/моль; ΔH = 3.1 кДж/моль; ΔS = 18 Дж/(моль•К). Практическая значимость выявленных параметров сорбции (динамическая обменная емкость смолы Lewatit MP 68 - 269 г/дм³; удельный объем раствора для насыщения смолы в динамическом режиме - 3800; содержание элементов в насыщенной смоле, %: Hg ~26.0; Se <1.0) обусловлена их использованием при проектировании промышленной установки.

Разработан новый метод очистки чернового сфенового концентрата от примеси фосфора, основанный на его обработке низкоконцентрированными растворами ортофосфорной или серной кислот в присутствии сульфокатионита. Показано, что этот метод обеспечивает эффективную очистку сфенового концентрата и позволяет повысить эффективность технологии за счет значительного снижения расхода кислот, исключения получения жидких отходов, а также возможности использования алюминия, образующегося при разложении содержащегося в исходном концентрате нефелина.

Путем радикальной сополимеризации 4-(2-карбоксициклопропил)стирола (КЦПС) с акрилонитрилом (АН) получен и охарактеризован новый циклопропансодержащий оптически прозрачный сополимер. Исследованы структурные особенности полученного полимера и основные закономерности данного процесса, выявлены полезные свойства полученного соединения, рассмотрены возможные области их практического использования. С помощью турбидиметрического анализа установлено, что полученные полимерные продукты являются истинными сополимерами, а не смесью двух гомополимеров. Показано, что реакции сополимеризации протекают с раскрытием двойной связи винильной группы КЦПС и АН. Определены константы сополимеризации (r₁ = 0.7 и r₂ = 0.15), рассчитаны параметры Q-e по Алфрею-Прайсу (Q₁ = 0.267, е₁ = -0.30) и микроструктуры сополимера. При радикальной сополимеризации КЦПС проявляет более высокую активность в сравнении с АН. По параметрам микроструктуры сополимера КЦПС с АН выявлено, что минимальное блокирование происходит в диапазоне M₁/M₂ ~ (50 : 50)-(25 : 75), где М₁, М₂ - доли КЦПС и АН соответственно, мол. %. Выявлено, что при радикальной сополимеризации КЦПС с АН в массе получается более чистый полимер по сравнению с сополимеризацией мономеров в бензольном растворе. Для создания сополимера с наивысшим светопропусканием соотношение сомономеров КЦПС/AН должно составлять 75 : 25 мол. %. Определены физико-механические, теплофизические, оптические свойства полученного сополимера. По сравнению с полистиролом и сополимером стирола с АН синтезированный новый сополимер имеет более высокую теплостойкость, прочность на растяжение и водопоглощение. Установлено, что синтезированные образцы сополимера характеризуются хорошими светопропусканием (87 %) и оптической прозрачностью (n_D²⁰ = 1.5898). Сополимер КЦПС c АН обладает более высоким светопропусканием и показателем преломления, чем сополимер стирола с АН. Изучена скорость изменения показателя светопропускания сополимера КЦПС с АН в зависимости от состава синтезированного полимера.

Изучен процесс коксообразования на примере SARA фракций - насыщенных (S) и ароматических (A) углеводородов, смол (R) и асфальтенов (A) - нафтеновой и метановой нефтей методом термогравиметрии. Изученные нефти характеризуются как тяжелые, высокосернистые, высокосмолистые и содержат значительное количество асфальтенов. Они различаются по содержанию смол, асфальтенов, серы, фракций НК (начало кипения)-360 °С. Термогравиметрический анализ проводили при нагреве образцов от 25 до 650 °С со скоростью 10 °С/мин в среде аргона. Показано, что выход коксообразных продуктов уплотнения (кокса) зависит от состава и структуры SARA фракций. При термическом анализе фракций насыщенных и ароматических углеводородов и смол нафтеновой нефти выход кокса ниже, чем для аналогичных фракций метановой нефти. При термическом анализе асфальтенов нафтеновой нефти твердых продуктов образуется больше, чем для асфальтенов метановой нефти. Приведены экспериментальные и расчетные данные по выходу кокса при термическом анализе модельных смесей. Установлено, что образование кокса при термическом анализе модельных смесей не является прямой функцией аддитивного вклада каждого из компонентов смеси.

Application of activated carbon (AC) obtained from cotton wastes (bolls, stems, and roots) for phenol adsorption from water, or wastewater dephenolization, is presented. The kinetics of phenol adsorption by carbon adsorbents were studied using UV/Vis spectrophotometer. The porosity of the formed ACs ranged from 1.952 to 2.339 cm³/g, the volume of macropores was from 1.79 to 2.09 cm³/g, while the commercial sample BAU-A showed 1.920 and 1.320 cm³/g, respectively. The highest phenol adsorption rate, 32.49-52.80 mg/(g•min), was observed for contact time up to 5 min on carbon adsorbents obtained from cotton waste. The adsorption equilibrium was achieved within 5 min after the contact, which is shorter than the analogous commercial adsorbents (7-12 min). Sufficiently high phenol adsorption activity of AC from cotton stems, roots and bolls is revealed. Therefore, the use of AC from cotton wastes as adsorbents for the treatment of industrial wastewater to remove organic and other impurities can be recommended for environmental remediation applications.

Разработка процессов совместной переработки растительных масел и углеводородов, целью которых служит получение низкозастывающих и экологически чистых компонентов дизельных топлив, является актуальным направлением развития топливно-энергетической отрасли. Большую популярность в качестве катализаторов в последнее время приобретают цеолиты различного строения и модификаций. Выполнена переработка на цеолитном катализаторе типа ZSM-5 прямогонного дизельного топлива и смеси дизельного топлива с добавлением 10 об. % подсолнечного масла при давлении 0.35 МПа, скорости подачи сырья 0.5 ч^-1 и двух различных температурах проведения процесса - 375 и 475 °С. Выявлены закономерности влияния температуры переработки и вовлечения подсолнечного масла в переработку на цеолитном катализаторе на состав и свойства полученных продуктов. Показано, что закономерности зависят от температуры реализации процесса. Установлено, что продукты совместной переработки подсолнечного масла и дизельного топлива на цеолитном катализаторе по низкотемпературным свойствам соответствуют: полученные при 375 °С - арктической марке товарного дизельного топлива, при 475 °С - зимней марке товарного дизельного топлива. Показано, что полученные продукты переработки на цеолитном катализаторе являются перспективными компонентами низкозастывающих топлив. Полученные результаты свидетельствует о целесообразности совместной переработки подсолнечного масла и дизельной фракции на цеолитном катализаторе для создания низкозастывающих компонентов моторных топлив. Вовлечение подсолнечного масла позволит расширить сырьевой пул для производства топлив.

Впервые описана микроцистин-продуцирующая культура бентосной цианобактерии Tychonema sp. BBK16, выделенная из биопленочных обрастаний прибрежной зоны озера Байкал. Розовый цвет трихомов и развитая керитомия клеток указывают на принадлежность к роду Tychonema. Исследование морфологии и участка гена 16S РНК показало уникальность этого вида цианобактерии, ближайшим родственником нового вида является реофильная цианобактерия Tychonema sp. K27 из карстового ручья. На филогенетическом дереве вместе они образуют отдельную кладу бентосных прикрепленных форм. Обнаружено, что байкальский штамм Tychonema sp. BBK16 продуцирует микроцистин LR и не синтезирует анатоксин, что отличает его от ранее описанных видов. Эта способность выявлена in vitro на средах с байкальской бутилированной водой и со сточной водой из очистных сооружений пос. Выдрино. Добавление к среде очищенной сточной воды усиливает метаболизм цианобактерий и приводит к увеличению концентрации микроцистина LR до 320 мкг/г сухой массы. Усвоение дополнительного количества биогенов, а также органических соединений цианобактериями оказывает стимулирующее воздействие на их метаболизм. Анализируя появление цианобактерий рода Tychonema в озере Байкал, сделано предположение, что они массово развиваются в местах дополнительного поступления питательных веществ, в том числе и органического происхождения.

Получен наноструктурированный композитный материал на основе многостенных углеродных нанотрубок, наполненных продуктами термического разложения комплексов кобальта с динатриевой солью этилендиаминтетрауксусной кислоты (трилон Б) - CoH₂Y. Выполненная характеризация композита показала, что содержание в нем кобальта соизмеряется с заданным при синтезе, а получаемый в качестве побочного продукта хлорид натрия практически полностью удаляется при промывке. Согласующиеся результаты циклической вольтамперометрии, гальваностатического заряда-разряда и электрохимической импедансной спектроскопии выявили заметное увеличение электрической емкости углеродной матрицы в области малых скоростей сканирования при введении наполнителя (до 1.8 раза при скорости 10 мВ/с), что связано с протеканием в этих условиях относительно инерционных электродных Red-Ox процессов типа CoO ↔ CoO _х (OH) _у ↔ Со₂О₃ ↔ Со₃О₄. При высоких скоростях сканирования потенциала введение небольших количеств наполнителя (менее 5 мас. %) практически не влияет на накопление заряда. С увеличением содержания наполнителя наблюдается симбатное ему уменьшение емкости, что, по-видимому, связано с возрастающей блокировкой поверхности нанотрубок и уменьшением емкости из-за формирования двойного электрического слоя, при том что Red-Ox реакции с участием наполнителя ввиду относительно низких скоростей в этих условиях не реализуются. Результаты импедансной спектроскопии и гальваностатики подтверждают эту модель.