Главная – Журналы – Химия в интересах устойчивого развития 2025 номер 1

В рамках развития подхода к синтезу полифторированных производных бора “один предшественник - серия целевых продуктов”, ранее апробированного с использованием O-, N- и С-нуклеофилов, действием органилтиолов в присутствии оснований на пентафторфенилтрифторборат калия получена cерия 4-алкилтио- и 4-арилтиотетрафторфенилтрифторборатов калия.

В исследованиях среды обитания человека однотипные органические соединения часто определяют суммарно (групповой анализ). В данной работе представлен обзор публикаций 2015-2023 гг., относящихся к групповому анализу гидрохимических объектов и пищевых продуктов. В обоих случаях традиционным и самым распространенным способом группового анализа является расчет интегральных показателей, хотя этот способ метрологически некорректен. Соответствующие методики включают измерение обобщенного сигнала, построение одномерной градуировки и приблизительную оценку суммарного содержания (с_Σ) аналитов в пересчете на некоторое стандартное вещество. Новыми инструментами группового анализа гидрохимических объектов стали обращенные многомерные градуировки, а инструментами определения антиоксидантов в пищевых продуктах - интервальные оценки с_Σ. Новые варианты группового анализа дают более правильные результаты, но они еще недостаточно изучены и редко используются на практике. Применению многомерных градуировок мешает трудоемкость построения обучающей выборки, а применению интервальных оценок - внутригрупповая селективность сигналов, ведущая к излишней ширине интервалов. Обсуждаются тенденции развития группового анализа и перспективные направления исследований.

Исследовано влияние полиизобутиленов марок П-30 и П-200 на реометрические, физико-механические и динамические свойства резины для производства изделий, эксплуатируемых при воздействии морской воды. В состав резиновой смеси входили: бутадиен-стирольный ДССК-628В и хлорбутиловый ХБК-139 каучуки; вулканизующий агент (сера); ускорители вулканизации (2,2'-дибензтиазолдисульфид, гуанид Ф); активаторы вулканизации (белила цинковые, стеариновая кислота); противостаритель (N-фенил-2-нафтиламин); мягчители (канифоль, битум нефтяной, фактис); наполнители (транс-полинорборнен, технические углероды (П 514, П 803) и мел природный). В результате проведенных исследований установлено, что при увеличении содержания полиизобутиленов от 5.0 до 20.0 мас. ч. на 100.0 мас. ч. полимерной основы наблюдается изменение физико-механических свойств (уменьшение условной прочности при растяжении, твердости и сопротивления раздиру) резины. При этом происходит увеличение относительного удлинения при разрыве и динамических свойств резины. Кроме того, при содержании полиизобутиленов до 15.0 мас. ч. физико-механические свойства резины изменяются в допустимых пределах, а при 20.0 мас. ч. эти свойства резко ухудшаются. Вулканизаты, содержащие полиизобутилены П-30 и П-200 до 15.0 мас. ч., обладают меньшими изменениями физико-механических показателей и массы после воздействия морской воды. Установлено, что резина, содержащая 15.0 мас. ч. полиизобутилена П-200, по физико-механическим, эксплуатационным и динамическим свойствам может быть рекомендована для производства изделий, работающих в условиях воздействия морской воды.

Исследовано влияние структуры низкомолекулярных азотистых оснований тяжелой нефти на состав и агрегативную устойчивость асфальтенов. В качестве объектов исследования использовались асфальтены тяжелой нефти Усинского месторождения, а также асфальтены модельных нефтяных систем с содержанием азота 1.0-3.0 мас. %, полученные смешением исходной нефти с хинолином и пиридином. Для определения состава и структуры асфальтенов использовались инфракрасная спектроскопия и элементный анализ. Анализ коллоидной стабильности асфальтенов проводился методом спектрофотометрии. Показано, что введение в тяжелую нефть азотистых оснований приводит к снижению содержания водорода с увеличением доли азота, что указывает на внедрение молекул пиридина и хинолина в надмолекулярную структуру асфальтенов. Основной причиной встраивания азотистых оснований в состав асфальтеновых агрегатов являются p-стекинг-взаимодействия ароматических колец. Установлено, что с увеличением содержания пиридина в составе асфальтенов их коллоидная стабильность, оцениваемая по времени начала седиментации, увеличивается в 1.5 раза, а степень ингибирования осадкообразования может достигать 90 % относительно асфальтенов исходной нефти. Наличие хинолина в составе асфальтенов, напротив, снижает время начала их агрегации в несколько раз, но при этом также способствует удержанию части агрегатов в коллоидном состоянии, в результате чего количество осадка уменьшается по сравнению с исходной нефтью.

Проведено исследование особенностей поведения редкоземельных элементов (РЗЭ) и стронция в полугидратном и дигидратном процессах сернокислотной переработки хибинского апатитового концентрата на основе изучения остатков водного выщелачивания, полученных в условиях производства фосфогипсов. Показано, что повышенное содержание РЗЭ в фосфогипсе полугидратного процесса по сравнению с фосфогипсом дигидратного процесса обусловлено технологическими особенностями этих процессов: более высокими значениями температуры и концентрации РЗЭ в жидкой фазе пульпы полугидратного процесса по сравнению с жидкой фазой пульпы дигидратного процесса. В отличие от существующих представлений, теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что значительная часть РЗЭ в фосфогипсе полугидратного процесса присутствует в виде рабдофана. В фосфогипсе дигидратного процесса рабдофан не найден, и наиболее вероятно, что в данном процессе РЗЭ изоморфно сокристаллизованы с гипсом. Установлено, что часть стронция находится в фосфогипсах обоих процессов в виде целестина. Впервые показано, что присутствующий в фосфогипсе дигидратного процесса целестин содержит изоморфно сокристаллизованные РЗЭ. Сделано предположение, что изоморфно сокристаллизованные РЗЭ могут содержаться и в целестине фосфогипса полугидратного процесса. Обсуждается влияние формы РЗЭ, присутствующего в фосфогипсах, на возможность их сернокислотного выщелачивания. Полученные результаты представляют важное практическое значение, поскольку процесс сернокислотного выщелачивания широко рекомендуется для организации промышленного извлечения РЗЭ из фосфогипсов, получающихся при сернокислотной переработке хибинского апатитового концентрата.

Представлены результаты исследований, проведенных в Институте проблем горения (Алматы, Казахстан), по синтезу наноуглеродных материалов и их применению в экологических целях. Разработаны методики получения наноуглеродных материалов из рисовой шелухи и скорлупы грецкого ореха (графенов и активированного угля соответственно), изучены их физико-химические свойства и возможность практического использования синтезированных материалов. Исследования графенов методами инфракрасной спектроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния позволили проанализировать состав функциональных групп поверхности и структурные особенности материала, состоящего из смеси аморфного углерода и графена, соотношение которых зависит от метода синтеза. При увеличении количества щелочного агента повышается содержание графенового компонента в структуре углеродного материала. По данным сканирующей электронной микроскопии охарактеризованы пористая структура и морфология карбонизованных материалов из рисовой шелухи и скорлупы грецкого ореха. Наноуглеродные графеновые структуры и активированный уголь, синтезированные из отходов растительного сырья, показали хорошие адсорбционные свойства для опреснения морской воды и сорбции токсичных газов.

Антропогенная эмиссия парниковых газов, главным образом диоксида углерода (СО₂), считается одной из главных причин глобального изменения климата. Транспортный сектор - один из крупнейших эмитентов углекислого газа (на его долю приходится более 20 % от всех выбросов СО₂), поэтому снижение углеродного следа от транспортных средств следует считать одним из основных направлений технологической декарбонизации. В статье показано, что выбросы СО₂ автомобильных бензинов существенно зависят от компонентного состава товарных бензинов. Выполнены расчеты удельных выбросов CO₂ при сжигании высокооктановых компонентов автомобильных бензинов - риформата и изомеризата. Показано, что для риформата удельные выбросы CO₂ на 1 т риформата и на единицу выделяемой энергии на 6.0 и 13.4 % соответственно выше таковых для изомеризата. Установлено, что основной причиной больших удельных выбросов СО₂ для риформата является высокое содержание в нем ароматических углеводородов. При этом, в отличие от парафиновых углеводородов, при уменьшении молекулярной массы ароматических соединений наблюдается увеличение удельных выбросов CO₂. Представленные результаты можно использовать при реализации перехода на низкоуглеродную модель развития транспортного сектора путем применения более экологичных видов топлива за счет модифицирования его состава. Эти подходы не требуют изменения конструкции двигателей внутреннего сгорания или внедрения новой инфраструктуры, как в случае, например, применения двигателей, работающих на чистом водороде.

Реакции паровой и паровоздушной конверсия бутанола позволяют получать синтез-газ, который может быть использован в качестве сырья в ряде химических приложений или топлива для твердооксидных топливных элементов. Эффективность протекания этих реакций в значительной мере определяется теплообменом. В случае эндотермической реакции - паровой конверсии метана, необходимо обеспечить передачу тепла от стенок реактора внутрь слоя катализатора. При паровоздушной конверсии, являющейся термонейтральной или слабо экзотермической реакцией, в лобовом слое катализатора возникает локальный перегрев, тепловой эффект которого необходимо перераспределить по всему слою для компенсации эндотермического эффекта, преобладающего в хвостовой части. Для повышения теплопереноса в данной работе использованы структурированные катализаторы на основе теплопроводящих подложек - металлических сеток. Такие катализаторы представляют собой сложный композитный материал с многоуровневой структурой “структурированная металлическая подложка - структурный оксидный компонент - активный оксид - наночастицы металлов или сплавов”, который совмещает в себе функции теплообменника, распределителя потока и, собственно, катализатора, что позволяет контролировать тепло- и массоперенос, регулировать газодинамическое сопротивление в реакторе и оптимизировать количество каталитического материала. В настоящей работе представлены результаты по приготовлению и исследованию физико-химических и каталитических свойств Pt-, Rh-, Pd-, Ru- и Ni-содержащих структурированных катализаторов, нанесенных на фехралевый (FeCrAl) сетчатый носитель. Приготовленные структурированные катализаторы были испытаны в реакциях паровой и автотермической конверсии н-бутанола в синтез-газ. Наибольшую активность в указанных реакциях проявил родиевый структурированный катализатор. Краткосрочные лабораторные ресурсные испытания в течение 15 ч не выявили наличие сажи на поверхности катализатора, а состав продуктов реакции был близок к термодинамически равновесному. Этот катализатор может быть рекомендован для использования в риформерах паровой и паровоздушной конверсии бутанола-1 с целью получения синтез-газа.

Показана возможность получения сукцинамида бензокаина в условиях механохимической реакции между янтарным ангидридом и бензокаином (местным анестетиком). Установлено, что в результате механообработки в шаровой мельнице происходит аморфизация исходных веществ, способствующая адсорбции янтарного ангидрида на поверхности кристаллов лекарственного вещества, что приводит к химическому взаимодействию исходных веществ. Выявлено интенсивное развитие твердофазной реакции в течение 10 сут после снятия напряжения. Максимальная степень превращения (~90 %) была найдена при механообработке эквимолярной смеси бензокаина и янтарного ангидрида массой 4 г в шаровой мельнице в течение ~2 ч. При уменьшении массы смеси либо при повышении прилагаемой нагрузки максимальный выход достигается за меньший период времени. Установлено, что при более длительном механическом воздействии конверсия исходных реагентов во всех случаях снижается. Обнаруженная закономерность может быть связана с равновесностью процесса амидирования в условиях разогрева при длительном воздействии ударной нагрузки.

Выполнены высокотемпературные исследования строения композиционного материала состава La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3-δ-Ce_0.8Sm_0.2O_2-δ (LSCF64-SDC) и изучена кислородная проницаемость микротрубчатых мембран на его основе. С помощью in situ высокотемпературной рентгеновской дифракции проведено исследование фазового состава композита LSCF64-SDC. Определено, что при 700 °С в условиях вакуума в оксиде LSCF64 происходит структурный переход в высокотемпературную кубическую фазу. Установлена зависимость кислородной проницаемости микротрубчатых мембран на основе LSCF64-SDC от парциального давления кислорода и температуры. Вычислена эффективная энергия активации процесса кислородного транспорта. Изучено влияние атмосферы СО₂ на величину кислородных потоков через микротрубчатые мембраны на основе LSCF64-SDC.

Проведено квантово-химическое моделирование адсорбции фенилэтанола на тетраэдрическом кластере Au₂₀ методом функционала плотности DFT/B3LYP/LANL2DZ. Показано, что атомы золота, находящиеся в вершине кластера, обладают наибольшей активностью в адсорбции спирта. Исследованы возможные превращения фенилэтанола на кластере Au₂₀, приводящие к образованию фенилацетальдегида. На основе рассчитанных термодинамических и кинетических величин сделан вывод о преимущественном протекании процесса через металлогидридный механизм.

Доля трудноизвлекаемых запасов нефти в мире и России постоянно растет. Разработка трудноизвлекаемых запасов, включая залежи высоковязких нефтей, низкопроницаемые коллекторы, сложные для добычи условия, например, Арктику, становится все более важным фактором поддержания высокого уровня добычи нефти. В Институте химии нефти СО РАН для эффективного освоения трудноизвлекаемых запасов созданы физико-химические и комплексные технологии увеличения нефтеотдачи на принципах “зеленой химии”, буферных саморегулирующихся систем и метода глубоких эвтектических растворителей (ГЭР) с применением “интеллектуальных” композиций поверхностно-активных веществ (ПАВ), координирующих растворителей и комплексных соединений. Композиции химически эволюционируют в пласте с приобретением и длительным сохранением коллоидно-химических свойств, оптимальных для нефтевытеснения. К факторам, вызывающим химическую эволюцию, относятся термобарические пластовые условия, взаимодействие с породой коллектора и пластовыми флюидами. В обзоре представлены фундаментальные и прикладные аспекты созданных в Институте химии нефти СО РАН физико-химических и комплексных методов увеличения нефтеотдачи, результаты лабораторных исследований, промысловых испытаний и промышленного использования технологий увеличения нефтеотдачи месторождений с трудноизвлекаемыми запасами при естественном режиме разработки и паротепловом воздействии, включая залежи высоковязких нефтей. Разработанные технологии экологически безопасны и эффективны. Для реализации технологий созданы кислотные и щелочные нефтевытесняющие композиции на основе ПАВ и буферных систем с регулируемой вязкостью и высокой нефтевытесняющей способностью. Представлены результаты лабораторных исследований фазовых равновесий, физико-химических, кислотно-основных и реологических свойств в системах “ПАВ - ГЭР”, содержащих многоосновную кислоту, полиолы, карбамид, соли алюминия и аммония. Полученные композиции обладают следующими преимуществами: совместимы с пластовыми водами; являются низкозамерзающими (-20)-(-60) °С или твердыми; имеют низкое межфазное натяжение на границе с нефтью; применимы в широком интервале температур (10-200 °С). Промышленное использование технологий позволит продлить рентабельную эксплуатацию месторождений с трудноизвлекаемыми запасами нефти в широком диапазоне климатических условий, включая Арктику.

Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений зачастую сопровождается непредвиденными осложнениями, для ликвидации которых требуется проведение качественных ремонтно-изоляционных работ (РИР). В работе рассмотрены пути повышения эффективности проведения РИР в нефтяных и газовых скважинах с применением гелеобразующих тампонажных материалов. Предлагается использование различных гидрофильных и гидрофобных дисперсных и волокнистых наполнителей на основе полиакриламида и комплексного органического сшивателя в гидрогелях с целью улучшения их реологических свойств и увеличения блокирующей способности. Полученные таким образом органо-неорганические композиты демонстрируют разнообразие реологических свойств, что позволяет выбирать необходимые гелевые композиции для решения тех или иных задач РИР. Представлены результаты реологических (осцилляционных) и фильтрационных исследований, а также опытно-промысловых испытаний составов. В качестве дисперсных наполнителей при проведении осцилляционных исследований были использованы хризотил, черная сажа, гидрофильный нанокремнезем и механоактивированные древесная мука, шелуха риса, гидролизный лигнин. Среди волокнистых наполнителей рассмотрены полипропиленовая фибра, базальтовые и углеродные волокна. По результатам осцилляционных исследований определены величины модулей упругости (G') и вязкости (G''), точки кроссовера и линейного диапазона измерения для каждого из составов. Достигнуто увеличение модуля упругости до 48 % (G' = 53.3 Па) при добавлении черной сажи и до 50 % (G' = 54.2 Па) для состава с хризотилом и углеродным волокном по сравнению с базовым гидрогелем без наполнителей (G' = 36.1 Па). Добавление гидрофильного нанокремнезема позволило увеличить предел текучести (точка кроссовера) более чем на 300 % (до 210.4 Па). Фильтрационные исследования выполнены на модели идеальной трещины различной раскрытости (50, 100, 650 мкм) с использованием естественных образцов керна. Установлено, что при фильтрации воды гидрогель с добавками хризотила и полипропиленовой фибры имеет больший фактор остаточного сопротивления (ФОС = 167) в трещине с раскрытостью 100 мкм по сравнению с базовым гидрогелем (ФОС = 136) в трещине 50 мкм. При блокировании газонасыщенной модели идеальной трещины максимальный ФОС составил 2677. Опытно-промысловые испытания состава с дисперсным и волокнистым наполнителями для ликвидации катастрофических поглощений при бурении и проведении РИР прошли успешно.