Главная – Журналы – Поиск по журналам

В обзоре представлены традиционные и новые технологии очистки сточных вод и промышленных растворов от ионов Ni²⁺ и сопутствующих цветных металлов, основанные на способах химического, сорбционного, экстракционного, мембранного, флотационного, электрохимического, микробиологического выделения примесей из жидкой фазы. Химические способы сводятся к осаждению никеля в виде нерастворимых соединений (гидроксид, карбонат, гидрокарбонат, сульфид, диметилглиоксимат) либо металлического порошка после введения некоторых реагентов. Сорбционная очистка протекает на углеродных, алюмосиликатных и некоторых других неорганических материалах, исходных и предварительно подвергнутых модификации, а также на слабокислотных, сильнокислотных, слабоосновных, в том числе хелатных, ионообменных смолах и волокнах. Экстракцию никеля из жидкой фазы осуществляют производными фосфорорганических, карбоновых кислот, а также материалами, сочетающими свойства твердых сорбентов и жидких экстрагентов. Среди мембранных способов очистки наиболее востребованы баромембранные - нанофильтрация и обратный осмос. Флотационное выделение никеля в пенный продукт проводят с помощью анионных и неионогенных поверхностно-активных веществ. Электрохимические способы очистки включают в себя электрокоагуляцию, электроэкстракцию, электрофлотацию и электродиализ с использованием растворимых и нерастворимых электродов, а также гальванокоагуляцию без подвода внешнего источника электроэнергии. Микробиологическое извлечение никеля из водных сред возможно на живой и неживой биомассе некоторых видов бактерий, грибов, водорослей, а также их комплексной смесью в виде активного ила. Указанные способы очистки рассмотрены на конкретных примерах как общеприменимых, так и специфичных; кратко приведены их достоинства и недостатки.

Широко распространенные в настоящее время способы переработки мазутов, получаемых при первичном разделении нефти, представляют собой сложные многостадийные процессы, включающие предварительную вакуумную разгонку и последующий крекинг полученных вакуумных газойлей, а также окисление остаточного гудрона в битумы. Для производств небольшой мощности такие процессы являются высокозатратными, а в некоторых случаях - нерентабельными. В работе предложена технология термолитической переработки мазутов над оловянно-свинцовым расплавом в реакторе полунепрерывного действия. Основные достоинства представленной технологии - проведение процесса при невысоких температурах и давлениях, близких к атмосферному, а также практически полное исключение образования углеродистых отложений на стенках реактора. Приведены результаты опытов термического крекинга мазута, проведенного по двум вариантам деструктивной перегонки: 1) классическому; 2) с использованием оловянно-свинцового расплава. Показано, что при деструктивной перегонке на оловянно-свинцовом расплаве протекает более глубокий крекинг по сравнению с классическим вариантом. Содержание бензиновой фракции (н. к.-180 °С) и дизельной фракции (180-360 °С) в термогазойле, полученном при классической деструктивной перегонке, выше, чем в термогазойле, полученном при деструктивной перегонке на оловянно-свинцовом расплаве, а содержание фракций, выкипающих выше 360 °С, ниже. Групповой состав, плотность и динамическая вязкость термогазойлей различаются несущественно. Для термогазойля, полученного на оловянно-свинцовом расплаве, отмечается незначительное уменьшение содержания серы. Анализ термогазойлей на содержание олова и свинца показал их отсутствие. Термогазойли имеют высокое содержание ароматических соединений, что делает их перспективным сырьем для получения игольчатого кокса. Многократный анализ оловянно-свинцового сплава после завершения процесса показал: в сплаве отсутствуют механические примеси, присутствующие в мазуте; отсутствует кокс, выделяющийся в процессе термолиза; масса сплава остается постоянной, т. е. в данном случае сплав играет роль эффективного теплоносителя, позволяющего углубить процесс термолиза мазута.

Рассмотрены способы производства спекающих добавок к угольным шихтам из вакуумного остатка висбрекинга гудронов - одного из самых распространенных и многотоннажных нефтяных остатков. Исходный продукт подвергался глубокой вакуумной перегонке на лабораторной установке и термоокислению в реакторе периодического действия. Получены опытные образцы спекающих добавок, на их основе изучена возможность производства нефтяных спекающих добавок. Определены физико-химические характеристики полученных продуктов; оценена возможность их транспортировки, дробления, смешения и применения взамен спекающихся марок углей в угольных шихтах коксования. Проведено сравнение спекающих добавок, полученных различными способами: увеличением степени конверсии гудрона в процессе висбрекинга, глубокой вакуумной перегонкой остатка висбрекинга и окислением остатка висбрекинга. На основе результатов исследования произведена оценка возможности промышленного производства спекающих добавок из остатка висбрекинга.

Представлены результаты исследований порошковых и конструкционных композитов (пластин) на основе полиэтиленов низкой плотности (ПЭВД 15803-020 и LLDPE 6101RQ) и сверхвысокомолекулярного (СВМПЭ компании Braskem) и неорганических добавок (SiC, TiO₂, CaCO₃, SiO₂) в диапазоне концентраций 0.05-70 мас. %. Установлено, что ультрадисперсные неорганические частицы способствуют уменьшению количества кристаллической фазы полимеров и увеличению износостойкости для образцов: СВМПЭ (с содержанием 7 мас. % SiC (S_уд = 10 м²/г)) - примерно в 150 раз; ПЭВД 15803-020 (20 мас. % SiC (S_уд = 6-10 м²/г)) - в 2-2.5 раза. Для образцов LLDPE 6101RQ с низким содержанием добавки (0.05-5 мас. % TiO₂, SiO₂, CaCO₃) прочность при разрыве возрастает на 7-24 %, модуль упругости (вдоль) увеличивается в 1.2-1.4 раза, относительное удлинение при разрыве снижается в пределах 13.5-38.0 %. Максимальное увеличение прочности при разрыве наблюдается для образцов с содержанием 20 мас. % SiO₂ и 50 мас. % TiO₂(на 38.5 и 43.6 % соответственно), при этом относительное удлинение при разрыве снижается в 2.8 и 3.9 раза, а модуль упругости увеличивается в 1.9 и 2.0 раза соответственно. Сравнительные данные по кислородопроницаемости пластин при разных способах смешения исходных компонентов показывают, что для образцов, приготовленных смешением полимера с неорганическими добавками в миксере (количество добавок 5 и 20 мас. %), кислородопроницаемость снижается в пределах 5.6-11.2 %, а для образцов, приготовленных смешением в активаторе АГО-3, - в пределах 16.8-28.7 % по сравнению с исходным образцом.

Изучены механизмы процесса коагуляционной очистки воды с использованием титансодержащих коагулянтов. Проведены исследования коллоидных систем, образующихся в процессе гидролиза традиционных коагулянтов на основе соединений алюминия и железа, а также инновационных и перспективных титансодержащих коагулянтов. Определены поверхностные характеристики продуктов гидролиза соединений титана (поверхностный заряд, удельная поверхность) в условиях, приближенных к процессам коагуляционной очистки воды. Проведено сравнение поверхностных характеристик продуктов гидролиза традиционных и титановых коагулянтов. Установлено, что продукты гидролиза соединений титана несут на своей поверхности отрицательный заряд и обладают крайне развитой по сравнению с традиционными коагулянтами поверхностью, а это косвенно подтверждает их способность к адсорбции загрязняющих веществ. Изучены седиментационные характеристики образующихся продуктов гидролиза различных коагулянтов. Показано, что образующиеся в результате применения титансодержащих реагентов коагуляционные шламы имеют больший размер хлопьев, а значит, быстрее оседают на дно в процессе отстаивания. Подтверждена и научно обоснована повышенная эффективность комплексных титансодержащих коагулянтов (Al-Ti) за счет явлений нейтрализации заряда и зародышеобразования на поверхности продуктов гидролиза соединений титана. Проведена оценка эффективности титансодержащих коагулянтов в процессах очистки питьевой воды водозабора города Москвы. Установлено, что в процессе очистки воды поверхностного водозабора титансодержащие реагенты значительно превосходят по своей эффективности (снижение содержания взвешенных веществ и показателя цветности) традиционные реагенты, а остаточные концентрации соединений титана в очищенной воде соответствуют требованиям нормативов качества питьевой воды (0.1 мг/л). Полученные с использованием титансодержащих коагулянтов осадки отличаются повышенной скоростью седиментации и легче отдают влагу в процессе фильтрации, что позволит сократить габариты очистного оборудования.

Определена концентрация хлорорганических соединений (ХОС) и выполнен сравнительный анализ содержания ХОС в донных отложениях р. Черной, малых озер Байдарской долины, Севастопольской бухты и Чернореченского водохранилища, отобранных в 2008 и 2019-2020 гг. Установлено заметное различие уровней загрязнения ХОС в реке, озерах и бухте. В большей степени это касается таких ХОС, как полихлорированные бифенилы (ПХБ), содержание которых в грунтах исследованных районов изменялось в широком диапазоне - от 0.5 в озерах до 900 нг/г сухой массы в Севастопольской бухте. Повышенная антропогенная нагрузка на акваторию реки в районе Байдарской долины и в ее устьевой части привела к формированию зон с локальными максимумами концентраций ПХБ и хлорорганических пестицидов (1,1,1-трихлор-2,2-бис(4-хлорфенилэтан), ДДТ) в донных отложениях р. Черной. В Байдарской долине грунты озер оказались в среднем менее загрязненными, чем речные, что связано с изолированностью озерных экосистем; их можно квалифицировать как незагрязненные и слабозагрязненные. Максимальные концентрации ХОС отмечены в Севастопольской бухте. Соотношение метаболитов ДДТ в композиции хлорорганических пестицидов зависело от окислительно-восстановительных обстановок в донных осадках: в анаэробных условиях в бухте Севастопольской ДДТ трансформировался в ДДД (1,1-дихлор-2,2-бис-(4-хлорфенил)этан), в аэробных речных - в ДДЭ (1,1-дихлор-2,2-бис-(4-хлорфенил)этилен). Реконструкция геохронологии осадконакопления с использованием радиотрассерных методов показывает, что вариативность содержания ХОС на различной глубине толщи пресноводных грунтов зависела не от природных условий формирования донных отложений, а от изменяющихся во времени объемов поступления ХОС в акватории. По оценкам в настоящее время сток р. Черной обеспечивает поступление ХОС в донные отложения Севастопольской бухты не более 14 % ∑ДДТ и 4 % ∑6ПХБ.

Кватернизацией N3-алкил-4-нитро-1,2,3-триазолов диалкилсульфатами региоселективно и с высоким выходом получена серия неизвестных ранее 1,3-диалкил-4-нитро-1,2,3-триазолиевых солей, содержащих в структуре заместители различного типа (алкил = метил, этил, н-пропил, изопропил, н-бутил, втор-бутил, изоамил). Соли находят всевозрастающий интерес в химии энергетически эффективных материалов, катализаторов и ионных жидкостей. Показано, что в реакции с диалкилсульфатами из смеси двух региоизомеров принимают участие исключительно N3-замещенные производные. Продукты N2-замещения в реакцию кватернизации не вступают, что делает возможным разделение смесей N2- и N3-изомеров, обладающих близкими физическими характеристиками и, как следствие, трудноразделимых препаративными методами. Структуры новых солей 1,3-диалкил-4-нитро-1,2,3-триазолия установлены методами ИК-спектроскопии, спектроскопии ЯМР 1H и 13C, а также методами рентгеноструктурного и элементного анализа.

Выполнен количественный химический анализ снега на содержание водорастворимых форм Zn, Pb, Cd, Cu методом инверсионной вольтамперометрии в образцах снеговой воды, взятых в 2019 г. В осадках, собранных на фильтр, методом титриметрии определено содержание органического углерода. По результатам химико-аналитического контроля выполнен расчет жидкого и твердого талого стока в период снегового паводка 2019 г. На основании ранее выполненных химико-аналитических исследований твердых частиц снежных кернов на содержание сорбированных форм Zn, Pb, Cd, Cu рассчитан объем химической нагрузки на русловую сеть участка верхнего течения р. Обь в области влияния города Барнаула.

В последние годы вследствие снижения запасов легких нефтей большое внимание уделяется вопросам вовлечения в переработку тяжелого углеводородного сырья с высоким содержанием серы. Переработка такого сырья позволит получать дополнительные количества дистиллятных фракций. Представлены результаты исследования крекинга высокосернистого гудрона при температуре 500 °C и различной продолжительности процесса. Показаны характерные особенности изменения вещественного и группового составов продуктов крекинга. Исследованы изменения группового состава серосодержащих соединений масел в зависимости от продолжительности термообработки, установлены кинетические закономерности образования и деструкции производных тиофена, бензо- и дибензотиофена. Рассчитаны изменения структурно-групповых параметров смол и асфальтенов гудрона в процессе крекинга. Показано, что крекинг смол и асфальтенов сопровождается образованием широкого набора низкомолекулярных серосодержащих соединений, попадающих в состав масел. Полученные данные позволят улучшить понимание закономерностей термических превращений серосодержащих соединений вакуумных остатков в процессе крекинга.

С целью установления региональной специфики минерального и аминокислотного состава вегетативной части кипрея узколистного (Chamerion аngustifolium L., иван-чай), произрастающего в экологически чистом районе Магаданской области, проанализировано содержание 25 химических элементов и 16 аминокислот в сухом сырье (листья) и растворе (настой). Установлено, что концентрации тяжелых металлов находятся в пределах допустимых значений. Выявлено, что колымский иван-чай обладает особой ценностью, накапливая в ферментированных листьях жизненно необходимые элементы: кальций, магний, калий, фосфор, марганец, железо, медь, бор, кремний, кобальт, и способен в разной степени удовлетворять суточную потребность взрослого человека в этих элементах. Пониженное по сравнению с другими регионами содержание кобальта, селена и цинка в сырье отражает особенности биогеохимии северной территории. Содержание всех изученных аминокислот в кипрее узколистном из Магаданской области оказалось выше, чем в вегетативной части этого растения, собранного в Красноярском крае. Подтверждено мнение ряда ученых о пользе иван-чая в качестве профилактического и биологически активного средства, способного при регулярном применении устранять незначительный дефицит некоторых жизненно важных элементов и выступать в качестве минеральной добавки для лиц любого возраста.