Главная – Журналы – Поиск по журналам

Исследовано лазерное зажигание (λ = 1064 нм, τ_i = 120 мкс) углей Кузнецкого угольного бассейна различных марок: Б, ДГ, Г, Ж и К. Для всех марок углей обнаружены три последовательные стадии зажигания, характеризующиеся пороговыми плотностями энергии излучения H_cr⁽¹⁾, H_cr⁽²⁾, H_cr⁽³⁾ с определенными значениями для каждой марки угля. Установлено, что на первой стадии происходит нагрев поверхности и воспламенение микровыступов на угольных частицах. Длительность ее не превышает длительности лазерного импульса. На второй стадии наблюдается выход и воспламенение летучих веществ. Длительность горения зависит от плотности энергии излучения. На третьей стадии при достижении H_cr⁽³⁾ происходит зажигание коксового остатка, время горения 40-150 мс. Показано, что порог на первой стадии слабо изменяется для всех углей в ряду метаморфизма. При возрастании степени углефикации второй порог для каменных углей уменьшается, а третий - увеличивается. Второй и третий пороги для бурого угля сопоставимы с величинами H_cr⁽²⁾ и H_cr⁽³⁾ для низкометаморфизованных углей марок ДГ и Г. На основе экспериментальных результатов сделан вывод, что на первой и третьей стадиях зажигание происходит по гетерогенному механизму, на второй - по гомогенному механизму.

Изучены химические реакции, протекающие за счет переноса водорода от полиароматических соединений каменноугольного пека к модельным органическим соединениям (нитробензол, хлорфенолы и хлоранилин). В интервале температур 270-360 °C наблюдается полная конверсия нитробензола в анилин (с выходом 75-82 %), оставшийся нитробензол превращается в продукты конденсации. Установлено, что при температуре 300 °С 4-хлорфенол вступает в реакцию гидродехлорирования с образованием фенола и продуктов конденсации. Реакционная способность 2,4-дихлорфенола и 2,4,6-трихлорфенола в этой реакции выше, чем 4-хлорфенола. Проведен сравнительный анализ особенностей реакций с использованием в качестве донора водорода каменноугольного пека и гидроароматических соединений.

Изучен процесс окисления образцов биотоплива с различным химическим составом (содержание лигнина 10, 20 и 70 %). Получены кинетические параметры реакций окисления, позволяющие рассматривать процесс как двухстадийный. Установлено, что образец с содержанием лигнина 20 % имеет большую реакционную способность в реакциях окисления.

Исследованы свойства пеков, полученных методом термического растворения угля на стендовой установке с реактором проточного типа. Проанализированы их основные отличия по сравнению с каменноугольным пеком. Показано, что по элементному составу экстрактивные пеки характеризуются меньшим содержанием углерода и более высокой концентрацией кислорода в сопоставлении с традиционным связующим, их технологические показатели отличаются повышенной температурой размягчения и низким коксовым числом. Эти особенности являются следствием молекулярного состава. По данным ИК- и ЯМР-спектроскопии, степень ароматичности альтернативного связующего относительно низкая, органическая масса содержит большое количество алифатических групп (-CH₂- и -CH₃), а также полярные кислородсодержащие группы, такие как карбонильные, эфирные и др. Последнее негативно влияет на реологические свойства экстрактивных пеков. Прослеживается влияние марки терморастворяемого угля и состава углемасляной пасты на выход и показатели качества пекоподобных продуктов термического растворения. Использование суспензии, содержащей высокий процент угля, нецелесообразно, поскольку получаемые экстрактивные пеки имеют высокую вязкость, а это затрудняет приготовление однородной смеси при формировании углеграфитовых изделий.

Изучено влияние “сухого” (на воздухе) и “мокрого” (в жидкости) способов измельчения бурого угля на эффективность помола, выход и структурно-групповой состав извлекаемых гуминовых кислот (ГК). Наработаны укрупненные образцы жидкого и порошкового гуминового препарата из бурого угля Тисульского месторождения (участок Кайчакский). Образцы получены на оригинальной установке, позволяющей достигать высокого выхода ГК из бурого угля, путем сверхтонкого помола сырья в сухом виде или в присутствии водного раствора щелочи. Приведены технические характеристики и режимы работы оборудования. Все образцы охарактеризованы при помощи технического и элементного анализа, ¹³С ЯМР (CPMAS) и ИК-Фурье спектроскопии. Определен гранулометрический состав и площадь удельной поверхности образцов угля после “сухого” и “мокрого” помола. Установлено, что “мокрый” способ помола позволяет достичь более полного извлечения ГК из бурого угля благодаря увеличению площади поверхности контакта щелочи и угля. При этом оба способа измельчения не оказывают существенного влияния на структурно-групповой состав извлекаемых ГК.

Изучена активность нанесенных на γ-оксид алюминия монометаллических (Ni/γ-Al₂O₃, Со/γ-Al₂O₃) и биметаллического (Ni-Co/γ-Al₂O₃) катализаторов в сухом риформинге метана в синтез-газ. Определено, что биметаллический катализатор более активен, чем монометаллический. Комплексом методов (рентгенофазовый анализ и термопрограммируемое восстановление водородом) установлено, что в присутствии биметаллического катализатора Ni-Co/γ-Al₂O₃ образуется поверхностный биметаллический сплав Ni-Co, который играет большую роль в подавлении образования углеродистых отложений на поверхности катализатора и повышении его активности.

Рассмотрены получение и свойства наноструктурированных композитов, перспективных для создания электродных композиционных материалов суперконденсаторов. Композиты основаны на углеродных волокнах, образованных многослойными углеродными нанотрубками (МУНТ), с наполнением в виде наночастиц смешанных гидроксидов кобальта и никеля, осажденных на поверхности и в каналах слагающих волокна нанотрубок. Исследования состава и морфологии наноструктурированных композитов выполнены методами просвечивающей электронной микроскопии, рентгеновской дифрактометрии, в том числе методом малоуглового рассеяния рентгеновского излучения, рентгенофлуоресцентного анализа. Изучены электрохимические свойства полученного электродного нанокомпозитного материала. Показано, что варьирование соотношения между гидроксидами кобальта и никеля в составе смешанного гидроксида приводит к существенным изменениям электрохимических свойств композитных электродов. Увеличение их емкости в целом обусловлено вкладом псевдоемкости гидроксидов кобальта-никеля, причем наивысшие значения емкости достигаются при соотношениях Co/Ni, близким к 1 : 1. На основе анализа вольтамперометрических кривых установлено снижение удельной электрической емкости электродного материала при увеличении скорости сканирования для образцов, имеющих псевдоемкостную составляющую, полученную путем функционализации матрицы и введением гидроксидов кобальта и никеля, так как окислительно-восстановительные реакции на электродах идут с меньшими скоростями, чем накопление заряда за счет двойного электрического слоя. Функционализация углеродных нановолокон, состоящих из многослойных углеродных нанотрубок, путем озонирования и последующего введения в них гидроксидного наполнителя, содержащего гидроксиды переходных металлов, повышает их удельную электрическую емкость и перспективна для создания высокоэффективных электродных материалов на основе углеродных матриц.

Исследованы текстурные характеристики углеродных сорбентов, полученных из каменных углей Кузбасса марок Д, Г, Ж, СС и Т методом щелочной активации с использованием гидроксида калия. Гомогенизацию углещелочной смеси проводили механическим смешением при массовом соотношении KОН/уголь, равном 1 : 1. Показано, что сорбенты, приготовленные из активированного щелочью каменного угля, обладают развитой пористой структурой и выраженной микропористостью. Структура микропор сорбентов практически не зависит от марки каменного угля. Вклад мезопор в пористость сорбентов незначителен и наблюдается в большей степени при использовании угля марки Ж. Установлено, что удельная поверхность и объем пор сорбентов увеличиваются в следующем ряду марок каменных углей: Т < СС < Ж < Г < Д. Максимальными текстурными характеристиками обладает сорбент из угля марки Д: его удельная поверхность составляет 1340 м²/г, объем пор - 0.58 см³/г; минимальными - сорбент из угля марки Т: 780 м²/г и 0.33 см³/г соответственно.

Получение и исследование физико-химических свойств наноструктурированных систем на основе переходных металлов - одна из актуальных проблем материаловедения в связи с расширяющейся областью их практического применения. Представлены результаты экспериментального исследования процессов потенциостатического осаждения и анодного окисления наноструктурированных бинарных сплавов железо-никель и железо-кобальт в электролитах различной природы с применением стеклоуглерода в качестве подложки. Установлено, что для электролитического получения указанных наноструктурированных систем, свободных от оксидно-гидроксидных примесей, могут быть использованы сульфатные, аммиачно-тартратные и хлоридные среды. По данным анодной и циклической вольтамперометрии, в процессе осаждения формируются фазы твердых растворов переменных составов, их анодное растворение происходит равномерно. Проведено сравнение скоростей осаждения металлов и предложен подход, позволяющий рассчитать состав электроосажденного наноструктурированного сплава.

Исследованы структурно-морфологические и электрохимические свойства электродного материала суперконденсаторов, представляющего собой пористую матрицу с внедренными наночастицами смешанного оксида кобальта-никеля. Наноструктурированный композит получали методом терморазложения смешанных азидов никеля и кобальта на поверхности многослойных углеродных нанотрубок. Методами рентгенофазового анализа и малоуглового рассеяния определены состав и дисперсионные характеристики получаемых оксидных наночастиц. Изучение электрохимических свойств синтезированных электродных материалов методом циклической вольтамперометрии показало, что рост их электрической емкости пропорционален увеличению содержания кобальтата никеля NiCo₂O₄ в композите, в то время как для оксида кобальта Co₃O₄ эта зависимость носит более сложный характер. Электродные материалы на основе наноструктурированного композита С/NiCo₂O₄ обладают более высокой электрической емкостью по сравнению с исходной углеродной матрицей.