Горение и плазмохимия

Методы количественной оценки эффективности использования плазменного воспламенителя твердого топлива

В.Е. Мессерле — 2024-06-17

Представлены результаты теоретического исследования методик по определению количественной оценки эффективности использования плазменного воспламенения твердого топлива на тепловых электростанциях (ТЭС). В период газового кризиса и мировой тенденции сокращения углеродного следа применение плазменных технологий в энергетике приобретает новый виток развития. В мировой теплоэнергетике при растопке пылеугольных котлов и подсветке пылеугольного факела используют природный газ или топочный мазут. Использование плазменного воспламенения энергетических углей позволяет заменять дорогой нефтяной продукт дешевым углем на ТЭС. Для применения ресурсосберегательного энергетического плазмотрона в энергетике стоит вопрос оценки его количественной эффективности, эколого-экономических преимуществ по сравнению с традиционными технологиями. В статье рассмотрены методы количественной оценки эффективности, применимые для ТЭС. Главной задачей исследования является разработка методики и утверждение норм с целью дальнейшей стандартизации работы плазматрона с намерением коммерциализации указанной технологии.

Разработка газогенераторных патронов, работающих в режиме дефлаграционного горения

С. Турсынбек — 2024-06-17

В данном исследовании изучена работоспособность трехкомпонентной смеси нитрата натрия, магния и углерода, полученного карбонизацией скорлупы грецкого ореха либо измельчением элементов противогазов. Были проведены экспериментальные исследования процессов горения и разработаны рецептуры газогенерирующих композиций с дозвуковой скоростью горения и наиболее эффективными характеристиками и высокой удельной газоотдачей. Также были проведены полевые испытания разработанных газогенерирующих композиций с целью определения возможности их применения на практике.
Представлены научно обоснованные критерии, определяющие выбор компонентного состава газогенерирующих композиций в патронах, а также технологические процессы и оптимальные условия добычи минерального сырья с использованием газогенерирующих композиций в условиях открытой разработки и варьирования рудничных материалов в зависимости от состава исходных компонентов, стадии разработки, метаморфизм, методы хранения и т.д.
Разработанные газогенерирующие составы обладают высокими энергетическими характеристиками и могут быть использованы для эффективной переработки отдельных видов минерального и природного сырья на рудных месторождениях Казахстана.

Изготовление электродов на основе пористого графеноподобного углерода из биомассы для суперконденсаторов с высокой производительностью

А.Н. Дүйсенбек — 2024-06-17

В данной работе представлены результаты применения пористого графеноподобного углерода из кофейных отходов в качестве активного материала электродов суперконденсаторов. Графеноподобный углерод (ГПУ) был получен путем карбонизации кофейных отходов (КО) при 550 °C с последующей термохимической активацией с KOH в соотношении 1:4 при температуре 850 °C. Структура и морфология полученного ГПУ-КО исследована методами сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), Брунауэра-Эммета-Теллера (БЭТ), а также Рамановской спектроскопии. Полученный ГПУ-КО был использован в качестве активного материала при сборке электродов для двухслойного электрохимического суперконденсатора. Измерения вольтамперных и электрохимических характеристик суперконденсаторов проводили на потенциостате-гальваностате. СЭМ-снимки карбонизованного ГПУ-КО показали развитую трехмерную микро- и мезопористую структуру. Термохимическая активация карбонизованного ГПУ-КО с КОН привела к образованию трехмерного каркаса из графеноподобного углерода с удельной поверхностью 2136 м²/г. Рамановские спектры ГПУ-КО определили наличие D и G колебательных мод углерода, а также наличие пика 2D, характерного для многослойного графена с многочисленными структурными дефектами. Электрохимические характеристики собранного суперконденсатора соответствуют следующим значениям: удельная емкость – 223 Ф/г при плотности тока 0,5 А/г, циклическая стабильность с сохранением емкости – не менее 95 % после 5000 циклов. Полученные результаты демонстрируют эффективность применения полученного пористого ГПУ-КО в качестве активного материала электродов в суперконденсаторах с высоким рабочим напряжением.

Определение углеродного следа в рамках оценки жизненного цикла электрической энергии в Республике Казахстан

К.Г. Муратова — 2024-06-17

Глобальное потепление, вызванное выбросами парниковых газов в окружающую среду, способствовало принятию Казахстаном международных обязательств по сокращению высвобождаемых эмиссий в атмосферный слой земли на соответствующем уровне в сравнении с базовыми показателями. Сектор энергетики является одним из главных факторов антропогенного воздействия на окружающую среду, в том числе на изменение климата. При этом на сегодняшний день в Казахстане мощности энергетических объектов обусловлены использованием станций, работающих на угле, эмиссии парниковых газов которых находятся в пределах высоких показателей. В данной статье приведена оценка углеродного следа национальной системы выработки электрической энергии, а именно показателей выбросов парниковых газов в пределах, охватывающих наиболее существенные процессы всего жизненного цикла. В рамках данного исследования предложен подход к оценке углеродного следа продукции, обусловленный использованием методологических указаний в рамках нормативных документов Республики Казахстан и международных методологий. Также проведено сопоставление результатов выбросов парниковых газов в разрезе этапов жизненного цикла электрической энергии. Дана оценка вклада жизненного цикла электрической энергии в пределах влияния на изменение климата.

Модификация битумов и асфальтобетонов углеродными наноматериалами: краткий обзор

А.Р. Кенжегалиева — 2024-06-17

В краткой обзорной статье рассмотрена модификация нефтяных битумов и асфальтобетонных смесей углеродными наноматериалами. В качестве углеродных наноматериалов выбраны углеродные нанотрубки, фуллерены и графен. Показано влияние добавок углеродных наноматериалов на физико-механические характеристики битумов, полимер-битумных вяжущих и асфальтобетонных смесей. Содержание углеродных наноматериалов при модификации битумов, полимер-битумных вяжущих и асфальтобетонных смесей не превышает 5 мас. %, в среднем оставляет около 1 мас. %. Модификация битумов и асфальтобетонных смесей углеродными наноматериалами приводит к повышению температуры размягчения, вязкости, предела прочности на сжатие и снижению глубины проникания иглы и растяжимости. При этом улучшаются степень эффективности битумов и параметр устойчивости к колееобразованию. В обзоре также приводятся сведения о механизме действия углеродных наноматериалов на состав и свойства битумов и асфальтобетонов. Показаны преимущества и недостатки модификации битумов, полимер-битумных вяжущих и асфальтобетонных смесей углеродными наноматериалами. Применение модифицированных наноматериалами битумных вяжущих для дорожных покрытий экономически выгодно из-за многократного увеличения срока их службы. Необходимы дальнейшие исследования для лучшего понимания использования наноматериалов в качестве модификатора битумов на фундаментальном уровне, а также их эксплуатационных характеристик.

Синтез и структура поликристаллов MnCo2O4-GdCrO4

М.М. Матаев — 2024-06-17

В статье рассмотрены синтез и структура поликристаллического нанокомпозитного MnCo₂O₄-GdCrO₄ материала, полученного методом золь-гель. Методом рентгенофазового анализа (РФА) определена структура синтезированной композиции наноматериала: шпинель – манганат кобальта и перовскит – хромит гадолиния. По результатам анализа установлено, что поликристаллический двухфазный композит представляет собой сингонию шпинель-кубического и перовскит-тетрагонального типов. Морфологический анализ нанокомпозита проводился с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ). По данным, полученным в результате СЭМ, подтвержден элементный состав и определены средний наноразмер наноматериала, а также содержание соединения, увеличенного до х2000, размер частиц MnCo₂O₄ – 383-281 нм, GdCrO₄ – 1.63-1.34 мкм; увеличенного до х4000, размер частиц – MnCo₂O₄ 277-219 нм, GdCrO₄ – 1.48-1.27 мкм; увеличенного до х6000, размер частиц – MnCo₂O₄ 239-209 нм, GdCrO₄ –1.21-1.07 мкм.

Синтез и исследование SIO2/C в качестве адсорбента, полученного из рисовой шелухи, для очистки воды

М.А. Бисенова — 2024-06-17

В настоящее время существует острая необходимость в очистке сточных вод для их повторного использования. В этом контексте наибольший интерес вызывают адсорбенты, которые не только экономически выгодны, но и экологически безопасны, изготовлены из биоразлагаемых материалов и могут быть использованы повторно. В данной работе предложен экологически безопасный метод переработки рисовой шелухи в пористый оксид кремния для эффективного удаления органических загрязнителей. Морфология синтезированных образцов SiO₂ и SiO₂/C была исследована с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), а кристаллическая структура – методом рентгеновской дифракции (XRD). Результаты показали, что адсорбент SiO₂/C, полученный при 650 °С и массовой загрузке 200 мг/л, демонстрирует высокую эффективность по отношению к удалению органического красителя метиленового синего (МС), достигая процента удаления в 94,56% после 90 минут адсорбции. Максимальная адсорбционная емкость (q_t) составила 49,27 мг/г при концентрации метиленового синего 5 мг/л. Кроме того, было исследовано влияние pH раствора на эффективность адсорбции МС и установлено, что оптимальный диапазон pH для адсорбции находится в пределах от 7 до 9. Полученные результаты подтверждают целесообразность использования данного композита в качестве потенциального и экономически доступного адсорбента для очистки воды.