Химические науки. Рубрика в журнале - Бюллетень науки и практики
Комплексная очистка сточных вод от нитратов
Статья научная
В работе изучены основные методы и технологии, используемые для очистки подземных, питьевых и сточных вод от нитратов. Каждый из используемых методов денитрификации обладает существенными недостатками, поэтому их индивидуальное использование, зачастую оказывается неэффективным. В последнее время исследователи все чаще предлагают комплексное использование методов. В данной работе мы предлагаем использование комплексной очистки сточных вод от нитрат-ионов на основе ионного обмена и каталитического восстановления нитратов во вторичном водном потоке в присутствие разработанного биметаллического катализатора при атмосферном давлении водорода при 288 К. Предложенный комплексный процесс позволяет снизить содержание нитрат-ионов в сточных водах со 100 г/кг до 10 мг/кг.
Бесплатно
Комплексы рутения в катализе реакций карбонилирования ненасыщенных соединений
Статья научная
Работа посвящена вопросу катализа реакций карбонилирования ненасыщенных соединений комплексами рутения. Целью работы являлась систематизация данных по многообразию комплексов рутения, проявляющих реакционную способность при взаимодействии с реагентами - участниками реакций карбонилирования. Литературный поиск выявил немного работ, содержащих детальное описание исследований каталитических комплексов рутения, участвующих в этих реакциях. Анализ работ показал, что рутений проявляет свойства активного комплексообразователя, образуя комплексы с N2, CO, органофосфинами, алкенами, алкинами, спиртами, диметилформамидом и гидрид-ионом. Исследователи реакций карбонилирования ненасыщенных соединений, катализируемых комплексами рутения, придерживаются гидридного механизма. Установлено, что комплексы рутения могут включать водород как в виде Н-, так и Н+. В литературе показана высокая реакционная способность гидридных рутениевых частиц в реакциях с алкенами, алкинами и кислородсодержащими соединениями высокой кислотности (третичными спиртами и фенолами). Полученные данные могут быть использованы в интерпретации результатов исследований реакций карбонилирования, катализируемых комплексами рутения, в частности при анализе механизмов этих реакций.
Бесплатно
Конверсия анизола с использованием катализаторов, синтезированных гидротермальным методом
Статья научная
Данная работа посвящена исследованию конверсии анизола, как одного из мономеров лигнина, в присутствии катализаторов, синтезированных гидротермальным методом. Платиновый и палладиевый катализатор, нанесенные на полимерную матрицу сверхсшитого полистирола, показали высокую эффективность в превращении анизола в углеводороды, позволяя достичь примерно 90% конверсии. Было показано, что при конверсии анизола основными продуктами являются циклогексан, метилциклогексан и фенол. Наибольшую селективность (ок. 88%) по отношению к циклогексану показал платиновый катализатор, нанесенный на сверхсшитый полистирол. Палладиевый катализатор показал меньшую селективность по циклогексану (ок. 68%), однако анализ катализата выявил увеличение содержания метилциклогексана в пробах. Таким образом, использование катализаторов, синтезированных гидротермальным методом, в переработке компонентов биомассы является перспективным направлением развития технологии производства биотоплива.
Бесплатно
Статья научная
Конденсацией низших спиртов можно получить те же товарные продукты, что и конденсацией соответствующих альдегидов и кетонов. В ряде случаев, однако, промышленность не располагает необходимыми карбонильными соединениями, а имеет только низкомолекулярные спирты. В этом случае реакция конденсации может служить главным техническим методом переработки этих спиртов. Получаемые спирты с удвоенным или утроенным числом углеродных атомов используют для производства пластификаторов, поверхностно-активных веществ, флотореагентов, растворителей и др.
Бесплатно
Математическое моделирование окислительного растворения миллерита в пероксиде водорода
Статья научная
В работе представлены результаты математического моделирования окислительного растворения миллерита в растворах пероксида водорода. Методом вращающегося диска получены значения удельных скоростей и преобразованы в полиномиальные модели скоростей взаимодействия синтезированного миллерита в растворах пероксида водорода разных концентраций. По полученной из полинома математической модели рассчитаны основные кинетические характеристики, установлены предполагаемые механизмы, выявлены лимитирующие стадии процесса окислительного растворения.
Бесплатно
Механизм ацилирования ароматических соединений в реакции Фриделя-Крафтса
Статья научная
В данной работе рассматривается механизм реакции ацилирования ароматических соединений по Фриделю-Крафтсу. При получении ароматических кетонов субстрат подвергается взаимодействию с ацилхлоридом в присутствии катализатора для получения на выходе ацилированного продукта. Реакция инициируется путем образования донорно-акцепторного комплекса. В некоторых случаях при ацилировании по Фриделю-Крафтсу может наблюдаться карбонилирование как побочная реакция. Данная работа рассматривает синтез [2.2]циклофана по Краму и Трусдейлу в качестве примера использования ацилирования в синтезе сложных молекул и реакционная способность различных ароматических соединений в реакции Фриделя-Крафтса.
Бесплатно
Статья научная
Дезактивация цеолитов в процессе трансформации метанола в углеводороды представляет собой сложный химический процесс, включающий в себя обратимую и необратимую деградацию активных центров. Необратимая дезактивация катализатора связана с деградацией активных центров при длительном функционировании последних в условиях высокотемпературного воздействия водяного пара, одного из основных продуктов реакции. Образование отложений углерода на поверхности катализатора является основной причиной обратимой дезактивации. Образование углерода может происходить как в полостях каналов цеолитов, что обычно приводит к изменению селективности процесса по легким углеводородам, так и в местах соединения каналов, что приводит к блокировке пор и уменьшению активности катализатора. Кроме того, осаждение углерода может произойти непосредственно на активном центре цеолита, что также снижает активность катализатора. Исследование скорости дезактивации синтезированных каталитических систем от времени производилась в трубчатой реакторной установке непрерывного действия, состоящей из реактора получения диметилового эфира и реактора трансформации диметилового эфира в углеводороды. Определение кинетических закономерностей процесса дезактивации цеолита H-ZSM-5 позволяет адекватно описать реальное протекание процесса каталитической трансформации метанола в углеводороды. В результате решения дифференциальных уравнений дезактивации катализатора численными методами получены значения констант и энергий активаций. На основе значений предэкспоненциальных множителей и энергий активации была определена оптимальная область условий проведения процесса каталитической трансформации метанола в углеводороды, обеспечивающая минимальную скорость дезактивации катализатора, Pобщ = 1 атм., W (метанола) = 2,3 кг (метанола) / (кг (кат) × ч), t=330-360 °C, что коррелирует с результатами литературных данных по трансформации метанола на цеолите типа H-ZSM-5.
Бесплатно
Моделирование проточного реактора биокаталитического окисления фенола
Статья научная
Окисление органических субстратов с получением востребованных продуктов является важной частью современной химии и химической технологии. 1,4-бензохинон широко применяется для получения красителей, лекарственных препаратов, а также в качестве промежуточного продукта в основном химическом синтезе. Традиционно 1,4-бензохинон синтезируется окислением анилина сильными окислителями, что является малоэкологичным и требует использования дополнительной очистки конечного продукта. Применение ферментосодержащих катализаторов может существенно повысить экологические показатели данного процесса. В качестве фермента, возможно использование оксидоредуктаз различного строения, в том числе пероксидаз, катализирующих окисление органических субстратов пероксидом водорода. В настоящее время проблеме ферментативного окисления органических субстратов посвящено большое количество работ, однако вопрос их применения в реакторах большого объема рассмотрен недостаточно подробно, в связи с чем моделирование подобных систем является актуальной задачей современной химии и химической технологии. В статье приведены результаты моделирования проточного реактора окисления фенола пероксидом водорода с получением 1,4-бензохинона. Моделирование проводилось в среде COMSOL Multiphysics 5.3 с учетом кинетических закономерностей окисления фенола, процессов переноса вещества, а также тепловых процессов, происходящих внутри реактора. Показана возможность достижения выхода 1,4-бензохинона в 94% при длине реакционной зоны реактора в 4 м, увеличение диаметра реакционной зоны с 0,05 до 0,15 м приводит к уменьшению выхода целевого продукта до 50%, а увеличение температуры греющей стенки с 30℃ до 40℃ приводит к увеличению выхода на 15%. Увеличение начальной концентрации фенола с 0,1 моль/л до 0,8 моль/л приводит к уменьшению выхода продукта реакции 1,4-бензохинона с 94% до 50%. Что показывает необходимость добавления дополнительных реакционных зон в случае необходимости использования концентрированных растворов.
Бесплатно
Наноструктурированные магнитные катализаторы для получения гликолей путем конверсии целлюлозы
Статья научная
В рамках данной работы показана эффективность использования рутениевых катализаторов на основе магнитных наночастиц (МНЧ) Fe3O4-SiO2. Полученные результаты, а также возможность отделения катализатора посредством внешнего магнитного поля позволяют говорить о перспективности использования исследуемой каталитической системы в процессе конверсии целлюлозы в гликоли - ценное сырье для химической промышленности.
Бесплатно
Статья научная
В химических отраслях производятся полимеры, и с помощью нанотехнологий в их структуру можно вносить изменения, чтобы использовать их для других химических применений и промышленных процессов. Химическая промышленность синтезировала полезные продукты и химические соединения с большими затратами и большим количеством энергии, необходимой для их производства. В статье авторы рассматривают различные подходы в изучении нанотехнологий для улучшения химических методов, чтобы повысить их прочность и работоспособность. Проанализированы роль наночастиц и нанотехнологий в обработке магнитных веществ, роль в очистке покрытий и поверхностей и роль в системе детоксикации и фильтрации воды.
Бесплатно
О спектроскопии ядерного магнитного резонанса
Статья научная
В работе рассмотрены основные составляющие ЯМР-спектроскопии, а именно: терминология (химический сдвиг, мультиплетность и так далее) и некоторые примеры программного дополнения (COSY, HECTOR). Тематика данной работы направлена на обучающихся студентов по профилю органическая химия, она позволяет ознакомиться с явлением ЯМР (в общих чертах) и расшифровкой спектров без углублений в квантовую химию и физику. Это позволяет улучшить коммуникацию и минимизировать недопонимания между химиком-синтетиком и химиком-спектроскопистом, так как данный метод один из самых часто используемых при определении структуры органического вещества (не нарушает целостности углеродного скелета и предотвращает фрагментацию).
Бесплатно
Окисление 4-хлорфенола иммобилизованной на модифицированном диоксиде титана пероксидазой хрена
Статья научная
В работе проведен синтез и исследование каталитических свойств многокомпонентного биокатализатора на основе пероксидазы хрена, иммобилизованной на модифицированном диоксиде титана (TiO2). Для модификации диоксида титана использовались соляная кислота, хитозан, аминопропилтриэтоксисилан и глутаровый диальдегид. Пероксидаза хрена получена экстракцией из корня хрена (Armoracia rusticana) с последующим центрифугированием и отделением фильтрата. Иммобилизация фермента проводилась методом последовательного нанесения с промежуточной промывкой дистиллированной водой от неспецифически связанных реагентов. Была исследована активность ферментативного экстракта и синтезированного биокатализатора в реакции окисления 4-хлорфенола в присутствии перекиси водорода. Наблюдение за ходом реакции велось по изменению оптической плотности реакционной смеси, содержащей 4-аминоантипирин, при длине волны 506 нм. На основании результатов экспериментов по варьированию условий проведения процесса и количества компонентов реакционной смеси оптимизирован компонентный состав биокатализатора, определены основные кинетические параметры синтезированного биокатализатора. В статье впервые экспериментально подтверждена целесообразность физико-химической модификации диоксида титана хитозаном и аминопропилтриэтоксисиланом для увеличения прочности ковалентной связи фермента с носителем, получен новый эффективный иммобилизованный биокатализатор на основе диоксида титана, пригодный для многоразового использования в жидкофазном окислении хлорфенолов. Полученные результаты свидетельствуют о высокой перспективности использования синтезированного биокатализатора в процессах удаления из воды хлорфенольных загрязнений. Все гипотезы и выводы, изложенные в статье, основаны на данных научно-технической литературы, посвященных методам иммобилизации ферментов, методам модификации неорганических носителей, расчету кинетических параметров ферментативных реакций и основным закономерностям спектрофотометрических методов анализа.
Бесплатно
Определение лантана из сурьмяных отходов спектрофотометрическим методом
Статья научная
Для определения оптической плотности исследуемого вещества использовали спектрофотометр ПЭ-5400УФ. Исследованы хроматограммы при 600 нм. Определены оптимальные условия для проведения фотометрического анализа.
Бесплатно
Определение термодинамических характеристик реакции получения N-метил-D-глюкозимина
Статья научная
Представленная статья посвящена термодинамическим расчетам обратимой реакции образования N-метил-D-глюкозимина, промежуточного продукта получения N-метил-D-глюкозамина, широко используемого в фармацевтической практике в качестве балластного вещества или противоиона, улучшающего биодоступность основного лекарственного средства. N-метил-D-глюкозимин синтезируется в результате взаимодействия D-глюкозы с метиламином в среде органических растворителей, реакция является обратимой, а выход целевого продукта всецело зависит от условий проведения реакции. Применение термодинамических расчетов позволяет оценить влияния условий проведения химических процессов на выход целевых продуктов, что в свою очередь способствует более глубокому пониманию механизмов протекания химических реакций. При химическом равновесии прямая и обратная реакции протекают с равными скоростями, а концентрации продуктов и реагентов остаются постоянными. При протекании реакции в замкнутой системе, через определенное время наступает состояние равновесия, при этом реакция не протекает с полной трансформацией реагентов. В представленной статье приводятся результаты термодинамических расчетов реакции синтеза N-метил-D-глюкозимина методом Ван-Кравлена-Черемнова. Рассчитаны энергия Гиббса, константы равновесия и конверсия глюкозы при единичной активности реагирующих веществ. Показано что рост температуры реакционной массы с 20 до 160 °С способствует увеличению конверсии глюкозы с 3 до 32%, в связи с чем можно рекомендовать проведение этой реакции при повышенных температурах.
Бесплатно
Определение характеристик поверхности Zn-модифицированного цеолита типа H-ZSM-5
Статья научная
Поверхностные свойства микропористых алюмосиликатов имеют первостепенное значение в химический технологии и катализе. Определение площади поверхности, объема пор, распределения площади и объема пор по размерам для микропористых алюмосиликатов является сложной научно-технической задачей, связанной как с проведением точных измерений, так и с правильным выбором математической модели адекватно описывающей физико-химические процессы происходящие на исследуемой поверхности. В настоящее время для определения количества микропор в материале используются модели t-графика, as-графика, модель Дубинина-Радушкевича, модель Диллимора и модель Хорварса-Кавазое, каждая из которых имеет как определенные достоинства, так и определенные недостатки. Оценивая применимость вышеуказанных моделей необходимо отметить, что из пяти рассмотренных моделей наиболее частое применение нашла модель t-графика. Что является следствием хорошей корреляций полученных с ее помощью значений объемов и площадей пор с теоретически рассчитанными значениями для различных материалов...
Бесплатно
Оренбургский период жизни и научной деятельности Ф. М. Лазаренко
Персоналии
Рассматриваются историко-медицинские аспекты становления и развития научной гистологической школы в Оренбуржье, а также этапы деятельности ее основателя Ф. М. Лазаренко. Ф. М. Лазаренко принадлежит ведущая роль в становлении естественно-научного высшего образования в Оренбурге. Он также создал кафедру гистологии в аграрном вузе. Со временем вышеназванная кафедра становится одной из ведущих морфологических кафедр страны. Создание нового метода культивирования тканей и органов в организме стало одним из наиболее крупных достижений Ф. М. Лазаренко. Основное внимание уделялось фундаментальным медико-биологическим проблемам. Существование оренбургской научной гистологической школы предопределено идеями, которые внес в науку основатель школы Ф. М. Лазаренко. Оренбургский период жизни и научной деятельности Ф.М. Лазаренко начался в конце 1930 г. и продолжался до его кончины в Оренбурге в ноябре 1953 г. За годы работы в Оренбурге Ф.М. Лазаренко организовал кафедру гистологии в двух оренбургских вузах - сельскохозяйственном (в 1930 г.) и медицинском (в 1944 г.).
Бесплатно
Основные направления утилизации углепластиков
Статья обзорная
В статье рассмотрены актуальные вопросы утилизации полимерных композиционных материалов на основе углеродного волокна (углепластиков). Особенности свойств углепластиков ограничивают возможности их утилизации с получением полезных вторичных продуктов. В качестве альтернативы захоронению углепластиков в настоящее время известны три основных направления их утилизации: термическая утилизация, основанная на термическом разложении матрицы, термохимическая утилизация, предполагающая одновременное воздействие температур и химических реагентов, а также механическая обработка, заключающаяся в дроблении, измельчении. У каждого направления есть свои преимущества и недостатки, свои ограничения и рекомендации, анализ которых представлен в статье.
Бесплатно
Статья научная
Трансформация метанола в углеводороды - сложная каталитическая реакция, сопровождающаяся образованием широко перечня углеводородов и протекающая на поверхности кислотных центров различных цеолитов. При этом наиболее часто используемый в качестве катализатора цеолит H-ZSM-5 представляет из себя высокодисперсный материал с диаметром кристаллов 1-20 мкм, что затрудняет его непосредственное использование в реакторах с закрепленным слоем катализатора в связи с высоким гидравлическим сопротивлением каталитического слоя. Традиционно в промышленности подобный вопрос решается применением сложных реакторных систем с псевдоожиженным слоем, что является обоснованным в крупнотоннажном производстве. В установках малой и средних мощностей использование систем с псевдоожиженным слоем является экономически не обоснованным. Одним из возможных решений этой проблемы является использование монолитного катализатора с нанесенным слоем цеолита H-ZSM-5. В настоящей статье приводится исследование каталитической активности цеолитсодержащего микроструктурированного монолита в реакции трансформации метанола в углеводороды. Синтез монолита производился методом прессования цеолитсодержащей массы с последующей сушкой, кальцинированием и вторичным ростом цеолита на поверхности монолита. Были синтезированы образцы монолита со средним диаметром каналов 0,5, 1,0, 1,5, 2,0 мм. Образцы микроструктурированного катализатора были протестированы при варьировании температуры от 250 до 450 °C и при варьировании удельной скорости подачи метанола от 0,65 до 2,3 кг (MeOH)/(кг (Кат)ч). Для чего монолитный катализатор помещался в установки для тестирования микроструктурированных катализаторов состоящую из насоса, термоконтроллера, каталитического реактора, конденсатора, делительной воронки и хроматографа. Варьирование условий показало, что для преимущественного получения газообразных углеводородов С1-С4 целесообразно проводить реакцию в следующих условиях: средний диаметр каналов катализатора 2 мм, температура проведения реакции 350 °C, скорость подачи метанола 1,65 кг (MeOH)/(кг (Кат)ч). Для преимущественного образования жидких углеводородов фракции С5-С8 целесообразно проведение процесса трансформации метанола в углеводороды в следующих условиях: средний диаметр каналов катализатора 1 мм, температура проведения реакции 350 °C, скорость подачи метанола 0,65 кг (MeOH)/(кг(Кат)ч). Для преимущественного образования жидких углеводородов фракции С9-С12 целесообразно проведение процесса трансформации метанола в углеводороды в следующих условиях: средний диаметр каналов катализатора 0,5 мм, температура проведения реакции 350 °С, скорость подачи метанола 0,65 кг (MeOH)/(кг (Кат)ч).
Бесплатно
Особенности накопления серы в хвое Pinus sylvestris L. в условиях промышленного отвала
Статья научная
В статье анализируются результаты по содержанию общей и экзогенной серы в хвое Pinus sylvestris, произрастающей в условиях отвала Кедровского угольного разреза. Выявлены некоторые изменения процессов метаболизма, которые выражались в аккумуляции диоксида серы. В хвое сосны отмечено увеличение данного показателя в среднем на 18-32% относительно контроля. Уровень накопления экзогенной серы в исследуемых образцах не превысил фоновых значений. Экспериментальные данные можно использовать в оценке состояния древесных растений в техногенной среде.
Бесплатно
Статья научная
Структурная организация воды и водных растворов в настоящее время является не до конца изученной. Накопление экспериментальных данных в этой области позволит расширить теоретические представления о структуре жидких сред. В работе методами диэлектрометрии, импеданса показано, что при температуре 20 °С с увеличением частоты реактивного тока от 1 до 3000 кГц электрическая емкость дистиллированной воды многократно снижается, что обусловлено существованием в воде структурных образований - ассоциатов молекул воды, в которых частоты колебаний диполей воды ниже частот внешнего электрического поля. Многократное увеличение электрической емкости растворов хлорного железа, по сравнению с дистиллированной водой, вероятно, обусловлено процессами частичного разрушения ассоциатов молекул воды в растворах и гидратации ионов. Возрастание электрической емкости, проводимости, добротности колебательного контура золей гидроксида железа, по сравнению с исходными растворами хлорного железа, очевидно, обусловлено тем, что при образовании мицелл в растворах происходит дальнейшее разрушение ассоциатов молекул воды, частичная ориентация высвобождающихся при этом диполей на поверхности мицелл и увеличение концентрации свободных диполей воды, имеющих максимальную подвижность. Предложенные методы и конструкции измерительных ячеек могут быть использованы для изучения структурных особенностей воды, водных растворов и коллоидных систем.
Бесплатно
