Русский Русский

Том 7 №3

Архив журнала Chemical Bulletin Том 7 №3

Overview of developments in the field of biomineralization

https://doi.org/10.58224/2619-0575-2024-7-3-4-33
, , , , ,
 4-33 стр.
Аннотация
Reactions and biological processes in biobetone represent the integration of biological and technological aspects, which opens up new prospects for research in the field of biomineral-ization of building materials. The object of the study is biobetone, in which various biological and molecular interactions of its constituent components occur. A detailed description of the methodology of the literature research was carried out and the current world research on the use of bioadditives in biobetone was systematized. A review was conducted of research in the field of biomineralization, biocementation and its pathways through which precipitation of calcium carbonate can occur. The hydrolysis of urea and the mechanism of self-healing of biobetone are considered. The problems of self-healing of biobetone have been identified and recommenda-tions for further research have been proposed.
PDF

Синтез 4,4’-метилендианилин (МДА) в микроканале

https://doi.org/10.58224/2619-0575-2024-7-3-34-48
, , , ,
 34-48 стр.
Аннотация
Работа посвящена способу получения 4,4’-метилендианилин (МДА) в микроканале. MДA производят в промышленных масштабах, в основном как предшественник полиуретанов. Также это соединение применяется в качестве отвердителя эпоксидных смол, покрытия проводов, а также в армированных композитных материалах. Синтез МДА сопровождается высокими колебаниями температурами, а ограничивающим фактором выступает скорость массообмена. Данные проблемы может решить мик-рофлюидика. Микрореактора работают в проточном исполнении в ламинарном режиме течения. Благо-даря небольшому диффузионному пути молекул, распределение концентраций и температуры идет быст-ро. Это в свою очередь повышает выход продукта, улучшает контроль реакции. Также это важно в мно-гофазных процессах, где процесс массообмена идет на границе раздела фаз. Именно микрофлюидика поз-воляет точно контролировать площадь межфазного взаимодействия, что критично для данных процес-сов. Однако при синтезе МДА нарастает вязкость за счет образования олигомеров, что может закупо-рить микроканал. Проведён процесс численного моделирования, выявивший снарядное течение в микрока-нале, что было также подтверждено при проведении синтеза. Составлен многофакторный эксперимент, необходимый для определения оптимальных условий синтеза. Варьировались такие параметры, как тем-пература реакции, соотношение компонентов, время пребывания. Для успешного проведения синтеза ис-пользовался дизайн эксперимента. На основании вышеперечисленных параметров, построены двухмерные и трёхмерные контурные диаграммы, представляющие из себя математические модели исследуемого процесса. Благодаря их комбинированию, были установлены оптимальные технологические параметры процесса.
PDF

Комплекс возможных аппроксимативных методов эффективного учета вклада кулоновских интегралов для кардинального ускорения расчетов DFT гигантских биомолекул: сведение к быстровычисляемым короткоткодействующим двухцентровым сплайнам плюс FMM дальнего кулона

https://doi.org/10.58224/2619-0575-2024-7-3-49-63
 49-63 стр.
Аннотация
Предложен комплекс аппроксимативных методов для кардинального ускорения расчета вклада кулоновских интегралов при расчетах DFT гигантских биомолекул - лимитирующей стадии таких актуальных, но крайне ресурсоемких расчетов, включая расчеты тысяч докинг-комплексов из тысяч ато-мов. Предложенный комплекс включает через быструю и аккуратную аппроксимацию вклада громадного числа 4-центровых кулоновских интегралов через линейную комбинацию 3-центровых интегралов, и далее через комбинацию 2-центровых интегралов. Немультиполные короткодействующие компоненты этих 2-центровых интегралов очень быстро считаются заранее заготовленными сплайнами от межцентровых расстояний. Остающиеся дальнодействующие мультипольные вклады быстро считаются для гигантских молекул в стиле FMM (разбиение громадного пространства на области и подобласти, исходно было раз-работано для динамики галактик). Везде максимально экономятся расчеты за счет предварительно ото-бранных комбинаций интегралов. Все двухцентровые компоненты (в т.ч. аппроксимация двухцентровых перекрываний базисных функций через линейные комбинации одноцентровых вспомогательных функций плотности) быстро считаются за счет сплайнов от межядерных расстояний из специально приготов-ленной БД. Для новых базисов БД легко и быстро пополняется за счет разложения нового базиса по набо-ру универсальных экспонент и БД с ними.
PDF

Электрохимическое получение диоксида марганца из сернокислого электролита

https://doi.org/10.58224/2619-0575-2024-7-3-64-77
,
 64-77 стр.
Аннотация
В данной работе исследован процесс электрохимического получения диоксида марганца из 10% сернокислого электролита выщелачивания активной массы отработанных марганцево-цинковых хи-мических источников тока. Актуальность темы обусловлена широким применением MnO2 в современной промышленности и необходимостью разработки эффективных методов его получения из вторичного сы-рья. Цель исследования состояла в изучении влияния температуры электролита и ультразвукового воздей-ствия на свойства и размеры частиц получаемого диоксида марганца. Методика эксперимента включала электролиз в трехэлектродной ячейке при варьировании температуры от 30°С до 90°С и плотности тока 3-5 А/дм2. Ультразвуковая обработка электролита осуществлялась при частоте 20 кГц. Полученные образцы MnO2 исследовались методами сканирующей электронной микроскопии и рентгеновского энергодисперсионного анализа. Результаты показали, что повышение температуры электролита ведет к росту размеров частиц диоксида марганца от 0.2 до 5-10 мкм. Введение ультразвука позволяет получать высокодисперсный MnO2 с размерами кристаллитов менее 50 нм. Максимальный выход по току (92%) обеспечивается при 60°С и плотности тока 5 А/дм2. Практическая значимость работы связана с возможностью получения наноструктурированного диоксида марганца с улучшенными электрохимическими характеристиками из отработанного сырья. Дальнейшие исследования будут направлены на оптимизацию параметров электролиза и ультразвуковой обработки для управления морфологией и свойствами MnO2.
PDF

Кинетика и механизм адсорбции красителя метиленового голубого измельченной биомассой подсолнечника

https://doi.org/10.58224/2619-0575-2024-7-3-78-92
, , ,
 78 – 92 стр.
Аннотация
Исследование кинетики и механизм адсорбции красителя целлюлозным сырьем. Методы. В качестве сорбента использовались отход растениеводства – измельченные стебли подсолнечника исходные и модифицированные 10% щелочью NaOH размером частиц с 1 до 2 мм. В качестве адсорбата предварительными испытаниями выбран краситель метиленовый голубой. Для определения максимальной сорбционной емкости строили изотермы адсорбции. Построены кинетические модели сорбции псевдопервого и псевдовторого порядка. С целью определения механизма процесса определяли термодина-мические константы: энергию сорбции (Е), энергию Гиббса (ΔG) и коэффициент Био (Bi).
Результаты. Максимальная сорбционная способность измельчённой биомассы стеблей подсолнечника по отношению к красителю составляет 0,52 ммоль/г для модифицированного щёлочью материала, что на 48% выше исходного сорбента (0,35 ммоль/г). Таким образом, материал СП(NaOH) показал улучшенные сорбционные свойства, и он был выбран для дальнейших кинетических исследований. Энергия сорбции рав-на 5,82 кДж/моль, что может свидетельствовать о физической адсорбции. Энергия Гиббса равна -6,3742 кДж/моль, меньше нуля, что свидетельствует о самопроизвольности данного процесса. Адсорбционное равновесие для красителя МГ наступает через 120 минут, кинетическая кривая имеет плавный характер. Коэффициент Био равен 1,812, следовательно, процесс адсорбции лимитируется смешанной диффузией.
Выводы. Анализ полученных данных позволил определить коэффициент Био, отражающий протекание адсорбции МГ по смешанно – диффузионному механизму во всём временном диапазоне адсорбции. Это указывает на сложный характер процесса адсорбции МГ и подтверждает важность учёта различных факторов, влияющих на этот процесс, при разработке методов очистки водных сред от органических загрязнителей.
PDF

Исследование переработки ископаемых углей месторождений «Калейва» и «Тиджит» как сырья для производства активных углей парогазовой активацией

https://doi.org/10.58224/2619-0575-2024-7-3-93-101
, , ,
 93-101 стр.
Аннотация
Цели: в статье раскрываются результаты исследований технических показателей целевых продуктов процессов парогазовой активации ископаемых углей месторождений «Тиджит» и «Калейва» (Tigyit/Kalewa, Мьянма).
Методы. С целью оценки пригодности ископаемых углей месторождений Тиджит и Калейва для полу-чения зерненых активных углей охарактеризованы результаты их петрографического анализа в виде ма-церального состава и произвольных показателей отражения витринита, свидетельствующие о потенци-альной возможности их использования для решения этой задачи, на основании данных термографических испытаний, выполненных в защитной атмосфере, оценены рациональные границы термического воздей-ствия на данное сырьё при пиролизе.
Результаты. Представлены результаты парогазовой активации названного ископаемых углей, свиде-тельствующие о возможности получения активных углей с приемлемыми для практического использова-ния структурно-адсорбционными свойствами, сделан вывод о необходимости совершенствования процес-сов названной паровой активации с целью их оптимизации.
Выводы. Таким образом, охарактеризованные результаты указывают на принципиальную возможность получения на базе ископаемых углей месторождений «Калейва» и «Тиджит» охарактеризованным приемом активных углей достаточно высокого качества.
PDF

Extraction of sodium hydroxide from cotton processing facilities

https://doi.org/10.58224/2619-0575-2024-7-3-102-108
 102-108 стр.
Аннотация
The process of extracting technological contaminants from textile materials is considered as a mass transfer process, for the intensification of which pulsed exposure to an ultrasonic field is chosen.
A lightweight fabric was selected for the study in order to eliminate the influence of surface density and fabric thickness on the kinetics of the process. The results of an experimental study of the kinetics of the extraction of so-dium hydroxide during washing after mercerization of a light standard cotton fabric are presented. The studies were carried out in laboratory conditions on a model installation with a different washing bath module without intensification and with the use of ultrasonic exposure as an intensifier. At the same time, the optimal distance from the ultrasound source to the washed tissue was determined based on previous studies. Exposure to ultrasound sig-nificantly reduces the duration of the process, especially at the initial stage. Equations for approximating the kinet-ics curves of sodium hydroxide extraction from cotton fabric without intensification and with intensification by ul-trasonic action are obtained, and their parameters are determined. The correlation of calculated and experimental data is acceptable for approximate kinetic calculations. The obtained equations can be practically used in engi-neering practice for a preliminary assessment of the duration of the process of extrusion-washing of cotton fabrics belonging to the group of light cotton fabrics from alkali in various modules of the washing bath.
PDF

Повышение энергоэффективности процесса сушки волокнистых материалов

https://doi.org/10.58224/2619-0575-2024-7-3-109-119
, ,
 109-119 стр.
Аннотация
В современной текстильной промышленности одним из самых энергозатратных и распространенных процессов является сушка, которой подвергаются волокна, пряжа и ткани после различных операций (пропитка, экстрагирование, крашение и др.). Сложный тепло-массообменный процесс сушки проводится при достаточно высоких температурах и является энергозатратным. Для снижения общего энергопотребления в текстильном производстве необходимо проводить предварительное обезвоживание материалов перед сушкой, например, в центрифугах, интенсификацию сушки физическими полями и др. Современные промышленные сушильные установки для текстильных материалов обеспечивают доста-точно быструю и равномерную сушку, повышая общую эффективность данного этапа производства го-товой текстильной продукции. Энергоэффективные решения для процесса сушки, позволяют снизить негативное воздействие процесса на окружающую среду. Промышленная сушка текстильных материалов проводится в конвективных или контактных сушилках при использовании тепловой энергии. В конвектив-ных сушилках сушильным агентом является воздух. В контактных сушилках для обогрева барабанов ис-пользуется водяной пар. В статье рассматриваются важные направления совершенствования технологи-ческого процесса и оборудования, предназначенного для сушки волокнистых материалов. К ним относятся: внедрение механического предшествующего сушке обезвоживания; выбор гибридных систем в бара-банных сушилках; утилизация конденсата и пара в барабанных сушилках; изоляция торцевых панелей и отмена промежуточной сушки в барабанных цилиндрических сушилках; контроль влажности материала для предотвращения пересушивания ткани; сокращение времени простоя сушилок посредством планиро-вания подачи партий ткани; использование многократной сушки ткани в барабанных сушилках. Совер-шенствование процесса сушки текстильных материалов возможно при использовании ультразвукового поля, инфракрасного излучения и других способов интенсификации при обеспечении своевременного техни-ческого обслуживания сушильного оборудования, программируемого изменения температуры в процессе сушки.
PDF

Повышение стойкости к ударным нагрузкам полимерного композиционного материала на основе эпоксидного препрега за счет добавления нетканого материала на основе полиамида 12

https://doi.org/10.58224/2619-0575-2024-7-3-120-136
, , , , , ,
 120-136 стр.
Аннотация
Исследовано влияние введения нетканого материала из полиамида ПА 12-Э на механические свойства полимерных композиционных материалов на основе эпоксидного автоклавного препрега Т107. Наличие нетканого материала незначительно снижает температуру стеклования до 171 ℃, что не влияет возможность применения материала до максимальной эксплуатационной температуры в 120 ℃. Исследование срезов композитов электронной микроскопией выявило равномерное распределение термо-пластичной фазы между слоями углеродной ткани, а также высокую адгезию полиамида к эпоксидной матрице. Показано, что введение нетканого материала не приводит к снижению механических свойств композитов. Основным преимуществом композитов на основе нетканого материала является повышенное сопротивление к ударным нагрузкам. При свободном ударе с энергией 6,67 Дж на 1 мм образца у образца без нетканого материала наблюдается сквозной пробой с разрушением волокон, в то время как у образца с нетканым материалом разрушение носит характер расслоения без повреждения волокон. Предел прочности при сжатии после удара вырос с 257 до 326 МПа при введении нетканого материала. В итоге, предложенная модификация коммерческого препрега позволит расширить область применения материала и повысить безопасность, в первую очередь, в конструкциях летательных аппаратов.
PDF

Влияние закачки водорода совместно с метаном на изменение физико-химических свойств песчаника

https://doi.org/10.58224/2619-0575-2024-7-3-137-145
,
 137-145 стр.
Аннотация
Научные основы хранения водорода в среде, причины и механизмы его взаимодействия с другими природными газами и флюидовмещающей средой разработаны слабо. Поэтому актуально проведение комплекса исследований, направленных на уточнение основных факторов его хранения в условиях ПХГ совместно с метаном. Методами инфракрасной спектроскопии (ИК), ядерно-магнитного резонанса (ЯМР), рентгенофлуоресцентного анализа и измерения скоростей продольных и поперечных звуковых волн исследованы изменения физико-химических свойств образца песчаника после длительного пребывания в водород-метановой смеси (ВМС). Изменения состава горной породы подтверждаются различиями в спектрах ИК, ЯМР и преобразованию минеральной составляющей песчаника, что во многом связано с про-цессами кристаллизации растворенных в адсорбированной воде веществ. Результаты настоящих исследований могут быть использованы при планировании и эксплуатации подземных хранилищ газа в регионах, где будет организовано масштабное производство водорода и его хранение.
PDF