Горение и плазмохимия

Синтез нановолоконного композита, легированного азотными группами, из биомассы путем химической активации

2024-03-30T11:23:11+00:00

Углеродные сорбенты широко применяются в системе водоочистки ввиду своих адаптируемых свойств к различного вида загрязнителям. Удаление радионуклидов, в частности, радиоактивного йода представляет собой сложную задачу, поскольку его состав включает анионы и молекулярный йод (I₂) в воде и воздухе. В данной работе обсуждаются способность и механизм сорбции йода углеродными сорбентами на основе биомассы. В данном исследовании впервые была получена серия активированных углей на основе скорлупы грецкого ореха, прошедшей химическую активацию КОН и модифицированной азотными группами за счет гидротермального внедрения мочевины в структуру активированного угля. Легирование азотом проводилось для внедрения положительно заряженных активных центров. Работа включает оценку подготовки, характеристики и эффективности углеродсодержащих сорбентов для удаления соединений йода из водных сред. Разработан простой однореакторный синтез композита WN Urea KOH на основе активированного угля, модифицированного азотсодержащими группами. Сорбционная емкость сорбента составила 459,42 мг I^- на грамм композита с начальной концентрацией йодид иона 100 мг/л. Сорбционная емкость композита WN KOH без модификации азотными группами составила 432,5 мг/г с начальной концентрацией йодид иона 100 мг/л.

Исследование свойств углеродных материалов, полученных из растительной биомассы методом гидротермальной карбонизации, как исходных прекурсоров для получения графеноподобных структур

2024-03-30T12:24:14+00:00

Представлены результаты по гидротермальной карбонизации предварительно обработанной биомассы (пшеничные отруби, пшеничная солома, рисовая шелуха, ячменная солома) и параметры, обеспечивающие процесс карбонизации. Приведены результаты по исследованию физико-химическими методами морфологических, структурных и элементного состава полученных углеродных структур. Биомасса растительных отходов в основном состоит из углеводов, клетчатки и белков. Следовательно, биоотходы могут быть подвергнуты преобразованию в углеродсодержащие материалы для получения экономически выгодных продуктов для их новых применений. Выбранная биомасса имеется в изобилии в РК, широко распространена и легкодоступна, имеет многоуровневую слоистую структуру, состоящую из трех различных полимеров, которые связываются друг с другом: а именно, целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин. В ходе гидротермального процесса высококонцентрированный горячий раствор щелочи постепенно омыляет воск и растворяет гемицеллюлозу и лигнин, а кристаллическая целлюлоза частично деградирует, но не растворяется. После удаления гемицеллюлозы и лигнина связи между микрофибриллами целлюлозы ослабевают. Оставшуюся целлюлозу далее подвергают процессу карбонизации. Полученные данные позволили сделать вывод о правильном выборе параметров и метода синтеза, методики обработки как исходной биомассы, так и продукта после синтеза.

Численное и экспериментальное исследование плазменного воспламенения низкосортного угля

2024-03-30T12:45:05+00:00

Плазменно-угольная горелка исследована с использованием модели плазменной термохимической подготовки угля к сжиганию, реализованной в виде программы PlasmaKinTherm. Плазменно-угольные горелки не требуют мазута или газа для растопки котлов и стабилизации горения угля. Программа PlasmaKinTherm объединяет термодинамику и кинетику для описания термохимической подготовки топлива в объеме плазменно-угольной горелки. Целью моделирования было определение условий плазменного воспламенения низкосортного угля. Было проведено численное исследование влияния мощности плазмотрона на воспламенение аэросмеси (уголь + воздух). В расчетах использован высокозольный экибастузский уголь. Были рассчитаны распределения температуры и скорости газа и угольных частиц и концентраций продуктов плазменной термохимической подготовки угля к сжиганию по длине горелки. В результате анализа процессов плазменного воспламенения угля выявлены их основные закономерности, в том числе смещение максимальных температур и скоростей продуктов термохимической подготовки угля к сжиганию вверх по потоку (в сторону плазмотрона), а также то, что максимальные значения температур и скоростей продуктов не зависят от мощности плазмотрона. Проведены эксперименты по проверке и подтверждению условий устойчивого воспламенения и горения факела высокореакционного двухкомпонентного топлива при мощности плазмотрона, определенной кинетическим моделированием. Сделанные при разработке математической модели допущений, были подтверждены сравнением расчетов с экспериментальными данными.

Функционализированные углеродные материалы, полученные из рисовой шелухи, для применения в мембранной и инверсионной емкостной деионизации

2024-03-30T12:56:34+00:00

Емкостная деионизация воды (ЕДВ) привлекает пристальное внимание как перспективная, недорогая и энергоэффективная технология опреснения воды. Невысокая стоимость устройства, в первую очередь, обусловливается возможностью использования углеродных материалов из природного сырья. Одна из последних концепций развития ЕДВ подразумевает применение инвертированного профиля потенциала в процессе работы (сорбция при 0 В, десорбция при небольшом значении потенциала), что дополнительно снижает энергопотребление системы. Для работы такой системы необходимо использование углеродных материалов, несущих поверхностный заряд, который обеспечит сорбцию при отсутствии внешнего потенциала. В данной работе авторы представляют простую двухстадийную методологию создания высокопористых углеродных материалов из рисовой шелухи и их последующую химическую функционализацию азотсодержащими группами –NO₂ и –NH₂, несущими отрицательный и положительный заряды, соответственно. За счет использования модифицированных материалов удалось достичь высоких значений удельной емкости в 253 Ф/г. Применение полученных материалов в качестве электродов в мембранных и инверсионных ячейках ЕДВ продемонстрировало их высокую эффективность, увеличив на 15% (до 16,91 мг/г) максимальную удельную адсорбционную емкость (УАЕ) по сравнению с симметричными мембранными ячейками с использованием немодифицированных углей.

Применение пироуглеродных сорбентов для повышения плодородности почвы и очищения от нефтяных загрязнений

2024-03-30T13:14:08+00:00

В последние годы пироуголь широко применяется в области улучшения качества почвы. Таким образом, при добавлении пироугля эффективно снижается плотность почвы и повышается плодородность почвенного покрова. В данной работе исследованы физико-химические свойства пироугля, полученного из различных остатков растительного сырья – абрикосовых косточек, соломы пшеницы, рисовой шелухи, стеблей тростника и опилок сосны. Определены такие характеристики, как пористость сорбента, насыпная плотность, гранулометрический состав, элементный состав и сорбционная емкость по отношению к иоду и углеводородам. Проведенный расчетный анализ экспериментальных данных изотерм сорбции азота на образцах пироугля методом Баррета-Джойнера-Халенды, а также уравнения Дубинина-Радушкевича показали, что пироуглеродные образцы из опилок сосны, абрикосовых косточек и рисовой шелухи обладают развитой удельной поверхностью, а также наличием микро- и мезопор. Максимальный объем микропор был определен в образцах пироугля из опилок сосны и составил 0,58 см³/г. Образцы пироуглерода из абрикосовых косточек с наивысшим показателем иодного числа 51,23% были использованы для сорбции комплексного иодорганического удобрения в целях повышения плодородности почвы. Все образцы пироуглерода растительного происхождения были испытаны в полевых условиях при очистке нефтезагрязненных территорий близ месторождения «Жанаталап» Исатайского района Атырауской области. Так, на 16-е сутки нефтезагрязненная почва при использовании пироугля из рисовой шелухи была очищена на 67,1%.

Переработка тетрадекана, пентадекана на цеолитсодержащем катализаторе, модифицированном галлием

2024-03-30T14:43:26+00:00

Высококремнезистые нанокатализаторы с трехмерной микропористой структурой нашли применение в нефтепереработке и нефтехимии. Их широкое использование обусловлено многими полезными свойствами, такими как гибкость структуры и состава, физическая и гидротермическая стабильность, нетоксичность, большая площадь поверхности, уникальные кислотно-основные свойства. Введение в катализатор модифицирующей добавки позволяет регулировать каталитические свойства. В данной работе изучено влияние модификации катализатора Al₂O₃+ZSM с Ga на процесс безводородного превращения. Для сравнения, н-декан обрабатывали на немодифицированном катализаторе Al₂O₃+ZSM, а пентадекан и тетрадекан – на модифицированном катализаторе Gа/Al₂O₃+ZSM. Для описания активности, структуры и свойств исследуемого катализатора были использованы различные физико-химические методы (ИКС, электронная микроскопия, ТПД). Атомы Ga в цеолитах ZSM-5 могут повышать селективность олефинов и изо-алканов, способствовать дегидрированию, влиять на кислотные свойства катализатора и обеспечивать уникальную структуру пор.