Главная – Журналы – Поиск по журналам

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.

Методами термического анализа исследован процесс термолиза бурого угля Багануурского месторождения Монголии и газового угля Улуг-Хемского месторождения Тывы. Установлена стадийность терморазложения в условиях программируемого нагрева до 900 °С в атмосфере аргона. С использованием безмодельных и изоконверсионных методов Озавы-Флинна-Уолла (ОФУ) и Киссинджер-Акахиры-Суноз (КАС) установлена зависимость энергии активации от степени разложения углей, определены кинетические параметры пиролиза. В диапазоне относительной степени конверсии углей от 0.1 до 0.9 средние величины энергии активации пиролиза для бурого и газового углей составили 186 и 239 кДж/моль (метод ОФУ) и 182 и 238 кДж/моль (метод КАС) соответственно. Выявлено наличие кинетического компенсационного эффекта, который может быть обусловлен многокомпонентным и полифункциональным составом углей.

Исследован групповой и компонентный состав н-гептанового и спиртобензольного экстрактов битумов, полученных из бурого угля Тюльганского месторождения. Применение методов ¹³С ЯМР (CPMAS) и ИК-Фурье спектроскопии, хромато-масс-спектрометрии и жидкостной хроматографии позволило определить, что н-гептановый и спиртобензольный экстракты представлены аналогичными группами веществ: спиртов, фенолов, алканов, небольшого количества карбоновых кислот и ароматических соединений, сложных эфиров, непредельных углеводородов. Вещества данных групп по относительному содержанию в различной степени распределены в исследуемых экстрактах, с преобладанием веществ алифатического характера. В экстрактах идентифицирован ряд биологически активных веществ: тетра-, гекса-, октадекановые кислоты, бутилпарабен, ферругинол, эйкозан.

Методом рефрактометрии исследованы процессы растворения тринитротолуола (ТНТ) в низкоплавком взрывчатом нитрамине - диэтанолнитраминдинитрате (ДИНА) - и построена диаграмма состояния системы ТНТ/ДИНА. Определены значения энтальпии растворения ТНТ в ДИНА в диапазоне температур 55-75 °С. Экспериментально исследованы зависимости выхода конденсированного углерода (КУ), детонационного наноалмаза (ДНА) и содержания ДНА в КУ от состава литых сплавов ТНТ с ДИНА при детонации во взрывной камере. Показано, что выход конденсированного углерода линейно падает с уменьшением количества тротила в составе; содержание алмазной фазы в КУ при этом проходит через максимум. Максимальный выход ДНА достигается при содержании тротила в смеси, близкой к эвтектике (~40 мас. %).

Исследован процесс фторирования оксида лантана фторидом аммония. Из всех известных редкоземельных элементов оксид лантана наиболее часто используется в качестве стабилизирующего компонента катализатора, в том числе в реакции гидрирования гетероатомных соединений бионефти. Термодинамические и термогравиметрические исследования указывают на многостадийность процесса фторирования La₂O₃ фторидом аммония. Установлено, что кинетика реакции достаточно точно описывается кинетическим уравнением “сокращающейся сферы” с энергией активации, равной 33.65 кДж/моль. Рентгенофазовый анализ кристаллической фазы после фторирования показал, что помимо основного продукта LaF₃ образуются примеси комплексных фторидов состава (NH₄)₃La₂F₉•H₂O и (NH₄)₃LaF₆•0.5H₂O.