Главная – Журналы – Химия в интересах устойчивого развития 2025 номер 3

Исследовано влияние минеральных компонентов бурого угля на эффективность горения угольных микрочастиц при импульсно-периодическом воздействии лазерным излучением (1064 нм, 120 мкс, 3 Гц). Экспериментальные образцы представляли собой прессованные таблетки с плотностью 1 г/см³. При облучении микрочастиц одинаковыми дозами излучения величина выгоревшей массы больше у образцов с более высокой зольностью, что свидетельствует о каталитическом влиянии минеральной части угля на скорость выгорания. Методом сканирующей электронной микроскопии исследована морфология поверхности и поперечных сколов образцов после облучения. Установлено, что на поверхности высокозольных образцов наблюдаются оплавленные капли минералов, а на поперечных сколах - каналы выгоревшей органической части и образование фазы оксида кальция.

Впервые представлены результаты сравнительного анализа с применением метода газовой хромато-масс-спектрометрии структурно-группового и молекулярного состава азотсодержащих соединений основного характера, выделенных кислотной экстракцией из деасфальтенизатов высокосернистого природного асфальтита и жидких продуктов его конверсии в сверхкритической воде (СКВ) при 400 °С и 40 МПа в присутствии добавки гидроксида калия. Более высокий выход кислотного экстракта в продуктах конверсии по сравнению с исходным асфальтитом свидетельствует о генерации дополнительной порции низкомолекулярных азотистых оснований при деструкции асфальтенов и смол асфальтита в условиях проведения процесса. В обоих экстрактах идентифицированы соединения гомологических рядов хинолинов, тиофенохинолинов, бензохинолинов, бензотиофенохинолинов, бензоакридинов, азапиренов. Установлено, что в жидких продуктах СКВ-конверсии содержание бензохинолинов и бензоакридинов по отношению к хинолинам возрастает в 1.5 раза, а тиофенохинолинов - в 1.2 раза. Кроме того, в продуктах конверсии среди большинства типов азотистых оснований наблюдается увеличение доли незамещенных соединений и/или соединений, содержащих меньшее суммарное число атомов углерода в заместителях ароматических циклов. Изменение содержания или появление перечисленных азотистых оснований в продуктах конверсии свидетельствует о наличии таких азот- и азотсеросодержащих структурных фрагментов в молекулах смолисто-асфальтеновых веществ природного асфальтита.

На основе водного раствора Новохизоля с добавлением экстракта коры сосны сибирской (ЭКСС) и усниновой кислоты (УК) - вещества, выделенного из лишайников рода Usnea - созданы новые эффективные препараты широкого спектра действия. Проведена оптимизация методик экстракции фунгицидов из растительного сырья для уменьшения затрат и получения чистых экстрактов в количестве, достаточном для создания комплексных препаратов. В ходе полевых экспериментов, выполненных в 2022-2023 гг. в Новосибирской области, изучено влияние обработки семян формами Новохизоля с добавлением ЭКСС и УК на развитие корневой гнили и листовых болезней, на ростовые процессы и урожайность яровой пшеницы Новосибирская 31. Применение в качестве регулятора роста комплекса Новохизоль + УК способствовало снижению корневой гнили в фазе кущения и молочно-восковой спелости на 53.3 и 41.6 %, а комплекса Новохизоль + ЭКСС - на 25.0 и 37.0 % соответственно. При использовании протравителя семян Дивиденд Экстрим аналогичные показатели составили 70.0 и 28.6 % соответственно. Вышеуказанные препараты Новохизоль + УК, Новохизоль + ЭКСС и Дивиденд Экстрим проявляли эффективность против септориоза, которая составила 65.0, 66.7 и 67.7 % соответственно. Обработка семян оказывала положительное ростостимулирующее влияние на такие параметры, как формирование ростков, кустистость, накопление биомассы, густоту стояния растений, высоту и площадь флагового листа, достоверно улучшала показатели структуры колоса. При этом более выраженно проявилось воздействие формы Новохизоля с добавлением УК. Обработки семян обеспечили дополнительный урожай относительно контроля (2.7 т/га) на уровне 0.3 т/га при использовании композиции Новохизоля + УК и 0.2 т/га при применении композиции Новохизоля + ЭКСС или фунгицида Дивиденд Экстрим.

Разработаны компьютерные модели тетрафторборатов тетра-н-алкиламмония. Проведены исследования транспортных, структурных и термодинамических свойств в широком диапазоне температур. Показано, что в условиях модельного эксперимента кристаллизационные процессы в рассмотренных органических солях кинетически заторможены, модели остаются в стеклообразном состоянии в температурном диапазоне от температуры плавления до 300 К. Коэффициенты диффузии в расплавленном состоянии находятся в соответствии с результатами эксперимента и составляют 10^-7-10^-8 м²/с.

Методами рентгенофазового анализа (РФА), рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС), в том числе при нагревании в режиме in situ, малоуглового рентгеновского рассеяния (МУРР) и оптико-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ОЭС ИСП) установлена схема формирования фаз наносплава Fe-Pt. Синтез частиц наносплава проводили совместным восстановлением растворов прекурсоров (Fe²⁺ и [PtCl₆]^2-) щелочным раствором гидразингидрата. Для установления схемы формирования твердой фазы Fe-Pt процесс восстановления останавливали через 10 и 300 с путем разбавления реакционной смеси холодной (2 °С) водой. Сопоставление результатов, полученных методами РФА, РФЭС, МУРР и ОЭС ИСП, позволило установить, что образование твердой фазы в условиях протекания окислительно-восстановительных реакций носит стадийный характер. Первой и наиболее быстропротекающей стадией является стадия образования “Pt-фазы” c размером частиц ≈3 нм. На второй стадии происходит совместное восстановление прекурсоров платины и железа на поверхности сформированных на первой стадии Pt-частиц. Последняя стадия - формирование ультрадисперсных частиц, обогащенных Fe в условиях недостатка Pt-прекурсора.

Определены физико-химические характеристики термолизного масла, полученного из полипропилена. Углеводородный состав, изученный методами двумерной газовой хроматографии и высокоэффективной жидкостной хроматографии, а также расчет йодного числа показывают, что основными компонентами полученного масла являются изоалканы и алкены. Полученные результаты позволяют сделать выводы о механизме превращения полипропилена в процессе термолиза, а данные о фракционном составе, плотности и вязкости - дополнительно охарактеризовать термолизное масло с позиции перспективного нефтепродукта.

Биоремедиация служит наиболее актуальным и востребованным способом очистки почв от нефтезагрязнений, особенно в северных регионах. Приведены результаты натурных экспериментов по изучению влияния давности нефтезагрязнения на эффективность микробиологической ремедиации почв на территории бывшего нефтепровода (юго-запад Якутии). Очистку проводили путем внесения биопрепарата на основе накопительных культур аборигенных углеводородокисляющих микроорганизмов, предварительно выделенных из почв данной территории. Установлено, что степень деструкции свежего загрязнения через год после проведения биоремедиации составила 77.4 %, а для старого 7-летнего загрязнения - всего 34.3 % (от уровня, оставшегося через 7 лет после разлива). Впервые снижение эффективности процессов биоремедиации рассмотрено с позиций цепного свободно-радикального механизма микробиологического окисления. В отсутствие легкоокисляемого субстрата, в данном случае - алканов от н-С₁₂ до н-С₂₄, а также 12,13-метилалканов, которые за 7 лет деградировали естественным путем, инициирование окисления замедлялось и внесение биопрепарата уже не позволило достигнуть высокой степени очистки. Кроме того, образование промежуточных продуктов реакции (высокомолекулярных нафтено-ароматических углеводородов) могло тормозить цепной процесс окисления вследствие образования устойчивых промежуточных радикалов. Новообразование смол, отмеченное в процессе биоремедиации, приводит к гидрофобизации почв и нарушению их водно-воздушного режима, что также могло отрицательно влиять на процессы окислительной деградации нефтезагрязнения. Показано, что способ биоремедиации нефтезагрязненных почв наиболее эффективен в случае свежих нефтезагрязнений.

С целью определения региональной специфики минерального состава сыродавленного масла и ядер орешков кедрового стланика (Pinus pumila), произрастающего в экологически чистом районе Магаданской области, проанализировано содержание 25 макро- и микроэлементов. Результаты проведенного исследования позволяют сделать вывод о том, что сыродавленное масло орешков кедрового стланика служит источником важнейших микроэлементов - Zn и Cr. Установлено, что орешки кедрового стланика являются ценным пищевым продуктом, так как включение в ежедневный рацион питания всего 100 г орешков способно наполовину удовлетворить суточную потребность взрослого человека в Mg, P, Cu, Se, Zn. Это позволяет рекомендовать сыродавленное кедровое масло и орешки кедрового стланика к включению в ежедневный рацион как биологически активную добавку, которая при регулярном применении в количестве не более 1-2 чайных ложки в день способна восполнять дефицит некоторых жизненно важных макро- и микроэлементов для лиц любого возраста. Превышения допустимых уровней токсичных элементов в исследованных образцах обнаружено не было, что позволяет констатировать экологическую безопасность районов произрастания орехоплодного дикорастущего древовидного кустарника.

Приготовлены и исследованы катализаторы In₂O₃-ZrO₂ и In₂O₃-CeO₂ для гидрирования СО₂ в метанол. Влияние оксидного носителя на физико-химические и каталитические свойства катализаторов (конверсию СО₂, селективность и производительность в отношении метанола) изучено с использованием методов просвечивающей электронной микроскопии, рентгенофазового анализа, температурно-программируемого восстановления водородом и температурно-программируемой десорбции СО₂. Показано, что данные катализаторы активны и селективны в отношении образования метанола при 220-300 °С и давлении 40 атм. Однако с течением времени катализатор In₂O₃-CeO₂ дезактивируется, в то время как катализатор In₂O₃-ZrO₂ показывает стабильные характеристики в течение как минимум 10 ч.

Изучены свойства катализаторов In₂O₃-ZrO₂, In₂O₃-Ga₂O₃-ZrO₂ и In₂O₃-Co₃O₄-ZrO₂ в отношении реакции гидрирования СО₂ в метанол. Показано, что при увеличении количества оксида индия в катализаторе его активность проходит через максимум при содержании 10 мас. % In₂O₃. Введение оксида кобальта в состав катализатора повышает селективность по метанолу и увеличивает конверсию CO₂. Это связано с увеличением количества кислородных вакансий на поверхности катализатора. Промотирование оксидом галлия, наоборот, приводит к снижению активности в реакции синтеза метанола. Среди ряда изученных катализаторов наибольшую активность проявляет In₂O₃-Co₃O₄-ZrO₂, на котором достигается конверсии СО₂ 11.1 % с селективностью по метанолу 71 % при давлении 40 атм и температуре 300 °С. Также показано, что данный катализатор работает без потери активности на протяжении 30 ч при этих условиях.

Эффективность охраны и рационального использования водных ресурсов понижается из-за трудностей оценки их качества в условиях непрерывно меняющихся контролируемых показателей и уникальности такой изменчивости. Рассмотрена возможность решения возникающих проблем путем применения многомерных статистических методов контроля, распространенных при решении задач хемометрики. На примере анализа вод Исаковского водохранилища (Луганская Народная Республика) было обнаружено влияние годовых пиков некоторых загрязняющих веществ на повышенную волатильность исследованных временных рядов. А двойные контрольные карты Шухарта и тесты на коинтеграцию позволили выявить периоды состояния статистической стабильности процесса и сделать предположение об активном вовлечении загрязняющих воду веществ в физико-химико-биологические процессы. В частности, обнаружено существование стационарных линейных комбинаций ряда нестационарных (интегрированных) временных рядов контролируемых показателей. Полученные на примере исследования конкретного водоема результаты показывают, что методы хемометрики открывают возможности получения информации для более глубокого понимания уникальных процессов, происходящих в водных объектах. Это позволит решить одну из главных задач водно-экологического управления - достижение баланса между потребностями водопользователей и возможностью воспроизводства водных ресурсов путем принятия оптимальных водохозяйственных решений в зависимости от текущей ситуации.

Изучены содержание фенольных соединений (флавонолы, флаваны (катехины), дубильные вещества), полисахаридов (пектины, протопектины), тетратерпенов (каротиноиды), а также антиоксидантная и противовирусная активность растений Solidago canadensis L., Solidago virgaurea L., Bellis perennis L., культивируемых в условиях Западной Сибири. Листья и соцветия (соцв.) S. сanadensis и S. virgaurea содержат от 1.76 до 4.54 % флавонолов. Суммарное содержание танинов варьирует от 10.59 % (соцв. S. virgaurea) до 19.70 % (соцв. S. сanadensis). Надземные органы S. сanadensis характеризуются более высоким содержанием катехинов (до 0.19 % в листьях), чем S. virgaurea (до 0.07 % в листьях). Листья и соцветия исследуемых видов рода Solidago содержат не более 0.93 % пектинов и не более 9.49 % протопектинов. Концентрация каротиноидов в листьях и соцветиях S. сanadensis не различается (около 1 мг/г), растение S. virgaurea характеризуется более высоким содержанием данной группы соединений в листьях (до 0.23 %). Величины содержания катехинов (до 0.05 %), пектинов (до 2 %), протопектинов (до 7 %) и каротиноидов (до 0.01 %) в листьях и соцветиях B. рerennis достоверных различий не имеют. Флавонолы в меньшем количестве содержатся в листьях (не более 0.6 %), дубильные вещества - в соцветиях (не более 6 %). Суммарное содержание антиоксидантов фенольного типа в листьях и соцветиях S. сanadensis, S. virgaurea и B. рerennis находится в пределах 0.11-0.19 мг/г. Радикал-связывающая активность (метод DPPH) растений S. virgaurea (1.32-1.61 мг/мл) в среднем вдвое выше таковой S. сanadensis (3.05-3.58 мг/мл). Водно-спиртовый экстракт из листьев S. virgaurea ингибирует размножение вируса гриппа птиц A/chicken/Kurgan/05/2005 (H5N1) (индекс нейтрализации (ИН) составляет 4.75 lg) и вируса гриппа человека A/Aichi/2/68 (ИН составляет 4.50 lg).

Рассмотрена проблема обезвреживания жидких растворов, содержащих соединения шестивалентного хрома. Проанализированы преимущества, недостатки и особенности применения базовых методов нейтрализации хромсодержащих отходов, нетрадиционных подходов и комбинированных технологий. Представлен легко осуществимый реагентный метод очистки концентрированных и разбавленных растворов от хрома путем обработки в две стадии: восстановлением шестивалентного хрома до трехвалентного с использованием сульфата железа или сульфита натрия в качестве реагентов восстановителей и осаждением гидроксида хрома. Описана установка, на которой были нейтрализованы электролиты, промывные и сточные воды гальванического производства. Предложен практический подход к проблеме обезвреживания раствора ингибитора, аналогичный методам, используемым для обработки хромсодержащих отходов гальванического производства. Разработан технологический процесс реагентной обработки ингибитора с высокой концентрацией хроматов в растворе (до 40 г/л) в одну стадию путем непосредственного осаждения трудно растворимых хроматов. В качестве основного реагента-осадителя использовался хлорид бария. Для реализации технологии разработана принципиальная схема установки и подобрано соответствующее оборудование. В результате переработки ингибитора образуется сточная вода, тяжелый осадок хромата бария, который может быть использован в дальнейшем в качестве сырья, и шлам, представляющий собой неперерабатываемый отход. Опытная обработка раствора ингибитора коррозии показала, что предложенный метод эффективен, экономически целесообразен, прост в реализации в производственных условиях, позволяет при небольшом расходе реагентов обеспечить высокую степень очистки, снизить количество образующихся осадков, что обусловливает практическую значимость полученных результатов.

Синтезированы и исследованы нанокомпозитные криогели на основе поливинилового спирта (ПВС) и углеродных нанотрубок (УНТ) с высокими пределами прочности. С целью преодоления проблем, связанных с агломерацией УНТ в полярных растворителях, что ограничивает их равномерное распределение в полимерной матрице, проведена оптимизация состава криогеля для достижения высоких прочностных характеристик материалов. Для получения однородных дисперсий УНТ применялась гомогенизация в растворителях (вода, диметилсульфоксид (ДМСО) и смесь ДМСО/вода = 80 : 20 по объему) в сочетании с ультразвуковой обработкой. В ходе эксперимента проведено одноосное растяжение образцов криогелей, что позволило получить значения предела прочности для каждого образца. Обработка данных осуществлена с использованием программного обеспечения STATISTICA 10. С применением регрессионного моделирования установлены зависимости между пределом прочности нанокомпозитов и параметрами синтеза (концентрация исходного раствора ПВС, его молекулярная масса, содержание воды в растворителе и концентрация УНТ). Получено адекватное по F-критерию Фишера регрессионное уравнение с коэффициентом детерминации R² = 0.81, что подтверждает точность модели и ее применимость для предсказания прочностных характеристик криогелей. В дополнение к регрессионному анализу проведен анализ графиков зависимости функции желательности Харрингтона от параметров синтеза. Этот подход позволил выделить оптимальное соотношение компонентов для получения нанокомпозитных криогелей УНТ/ПВС, что значительно повысило эффективность разработки материалов с высокими прочностными свойствами. Результаты исследования подчеркивают важность учета различных факторов при оптимизации условий синтеза, а также открывают новые перспективы для дальнейших исследований в области полимерных композитов.