Главная – Журналы – Поиск по журналам

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.

Изучены поглотительная способность различных видов угля крупнейших месторождений Сибири (Канско-Ачинского, Кузнецкого и Горловского бассейнов), состав и содержание биогенных элементов в виде катионов (K⁺, Na⁺, Ca²⁺ и Mg²⁺) в водорастворимой и обменной формах. Показано, что поглотительная способность углей, оцениваемая по емкости катионного обмена, увеличивается с усилением степени их метаморфизации в ряду антрацит → каменный уголь → бурый уголь, а также с повышением дисперсности углистых частиц от крупных гранулометрических фракций к более мелким. Установлено, что основные обменные позиции в углях заняты преимущественно кальцием, что негативно сказывается на способности углей участвовать в процессах обмена с другими биогенными элементами. Способность углей к поглощению катионов из растворов в большей степени определяется не их геологически обусловленной плотностью и порозностью, а преимущественно суммарной площадью поверхности частиц. Значения емкости катионного обмена углей сопоставимы или превышают таковые в наиболее плодородных почвах Западной Сибири (агрочерноземах) и их почвообразующих породах (лессовидных суглинках).

Исследовано влияние озонирования на компонентный состав и химические свойства отработанного минерального моторного масла. Показано, что в результате озонолитической обработки в составе отработанного масла уменьшается относительное содержание ароматических и непредельных соединений и увеличивается доля легкокипящих компонентов в виде алкильных, алкилэфирных и алициклических структур. Также возрастает содержание алифатических карбоновых кислот, простых и сложных эфиров линейного и циклического характера, лактонов и ангидридов, которые пополняют состав смолистых продуктов. Выявлена возможность очистки отработанного масла от механических примесей и смолистых продуктов озонированием, определены оптимальные условия процесса, которые соответствуют расходу озона около 11 г/кг. Продукты озонирования отработанного моторного масла - очищенные масла, смолы, минеральные осадки - могут повторно использоваться в химической, нефтехимической и строительной отраслях промышленности в качестве исходного сырья или его компонентов.

Восстановлением водного раствора KMnO₄ на поверхности углеродных материалов (матрицы) получены наноструктурированные композиты Mn_xO_y/МУНТ с массовым соотношением Mn/МУНТ, равным 2 : 98, 5 : 95, 10 : 90 при температурах 25, 60 и 80 °С соответственно. В качестве углеродной матрицы использовали многослойные углеродные нанотрубки (МУНТ): неозонированные (МУНТ-1) и озонированные (МУНТ-2). Нанокомпозиты исследовали методами рентгенофазового анализа, малоуглового рассеяния рентгеновского излучения и комплексом электрохимических методов. Рассмотрено влияние условий получения нанокомпозитов (температура, ультразвуковое излучение) и содержания наполнителя на их электроемкостные характеристики. Установлено, что оптимальное соотношение Mn/МУНТ составляет 5 : 95, при возрастании содержания оксидов марганца (Mn/МУНТ ≈ 10 : 90) и скоростях сканирования потенциала более 40 мВ/с электрическая емкость некоторых образцов меньше, чем у исходных углеродных нанотрубок. Для образцов, содержащих неозонированные нанотрубки, наиболее высокая емкость наблюдалась для материалов, полученных при 80 °С; для озонированных образцов оптимальная температура процесса составила 60 °С. Для оптимизированных по составу и условиям получения образцов удельная электрическая емкость в асимметричных ячейках превышает удельную электрическую емкость электродов на основе исходных матриц в 1.5-2.9 раза. Методами гальваностатического заряда-разряда и импедансометрии установлено, что электрохимические ячейки с нанокомпозитными электродами имеют более высокую емкость и низкое внутреннее сопротивление. Обнаружено, что обработка реакционной среды ультразвуком при получении нанокомпозитов приводит к ухудшению электроемкостных характеристик и к заметному увеличению внутреннего сопротивления ячеек, особенно активной составляющей импеданса.

Исследован структурно-групповой состав асфальтенов каменноугольного пека методами ядерного магнитного резонанса, ИК-спектроскопии, термического анализа и хромато-масс-спектрометрии. Показано, что углеводородный скелет средней гипотетической макромолекулы асфальтенов может рассматриваться как совокупность конденсированных ароматических ядер переконденсированного типа из семи колец, которые имеют алкильные заместители и соединительные мостики, состоящие в среднем из двух атомов C. При этом в предполагаемой структуре содержится один атом S в среднем на 500 атомов C, N или О - на 50 или 167 атомов C соответственно, и один атом H на два атома C. Соотношение различных структурных единиц в порошке асфальтенов следующее: на одну S-содержащую структуру приходится 4-5 N- и 1.3-1.7 O-содержащие структуры. Атомы S содержатся в тиофеноподобных, термически стабильных фрагментах структуры и переходят в коксовый остаток. Кислород входит в состав термически нестабильных карбоксильных и фенольных групп, разлагающихся с выделением CO₂ при нагревании выше 300 °С, а также в состав ароматических эфиров, переходящих в коксовый остаток. Результаты исследования структурно-группового состава, полученные различными методами, хорошо согласуются и в дальнейшем позволят смоделировать структурную единицу молекулы асфальтена.

Асфальтены, как самоорганизующиеся надмолекулярные структуры, представляют огромный научный и практический интерес. Актуальной задачей является установление закономерностей направленного формирования планарных ассоциатов асфальтенов и конденсированных графитоподобных структур. С целью исследования процесса самосборки молекулярных агрегатов асфальтенов каменноугольного пека комплексом физико-химических методов изучены морфология и структура частиц порошков асфальтенов, полученных из каменноугольного пека по методике избирательно растворимых групп. Показано, что частицы порошков асфальтенов в основном образованы турбостратными углеродными структурами. После термолиза асфальтенов коксовый остаток, по данным рентгенофазового анализа, характеризуется наличием кристаллитов из нафтеноароматических слоев.

Посредством фитотестирования в условиях лабораторных и полевых испытаний оценена биологическая активность гуминовых препаратов (гуматов), полученных из бурых углей Канско-Ачинского и Южно-Уральского бассейнов. В серии полевых экспериментов на площадках с условиями, свойственными наиболее распространенным техногенным ландшафтам Сибири, выявлена связь структурно-групповых параметров органических кислот гуминовых препаратов (гуминовых кислот) и их биологической активности. Установлено, что при использовании гуматов на отвалах каменноугольных разрезов, испытывающих дефицит увлажнения, необходимо учитывать гидрофильно-гидрофобные параметры препаратов. Для рекультивации отвалов буроугольных месторождений более эффективными являются препараты с высокой степенью ароматичности гуминовых кислот.

Экстракция битумов - одно из перспективных направлений переработки бурых углей. При этом возникает задача идентификации и количественного определения компонентов извлекаемых битумов, решение которой возможно только с использованием метода хромато-масс-спектрометрии. С учетом закономерности фрагментации молекулярных ионов бутиловых эфиров жирных карбоновых кислот при ионизации электронным ударом изучен состав высокомолекулярных жирных кислот битума бурого угля Тюльганского месторождения. Исследована фракция этанольного экстракта. Идентификация выполнена с использованием базы данных NIST-11 и программы ChemStation D.01.02.

Проведено термогравиметрическое исследование в инертной и окислительной среде пяти образцов бурых углей различных месторождений России и Монголии. Сравнительный анализ полученных данных показал, что бурый уголь Кангаласского месторождения обладает более высокой термоустойчивостью. Это подтверждается более высоким выходом твердого остатка при пиролизе в инертной атмосфере и низким выходом летучих веществ, а также сдвигом максимума термохимического разложения угольного вещества в область более высоких температур. Определены температурные границы (температура возгорания угля и конечная температура выгорания коксового остатка) термической деструкции в окислительной среде органической массы исследованных образцов. Показано, что бурые угли в сравнении с каменными характеризуются повышенной реакционной способностью по отношению к кислороду. Установлено, что температура возгорания угля возрастает при повышении в исследуемых образцах содержания углерода и снижении выхода летучих веществ, а конечная температура окислительного процесса, при которой происходит выгорание коксового остатка, значимо коррелирует с показателем ароматичности органической массы бурых углей.