ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОМ ЭМР СТРУКТУРНО-ХИМИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ ПРИРОДНОГО УГЛЕРОДОСОДЕРЖАЩЕГО МАТЕРИАЛА ПРИ СВЧ-ВОЗДЕЙСТВИИ
Аннотация
Для расширения области практического использования угля как нетопливного материала понимание природы проводимости углей при различных внешних воздействиях чрезвычайно важно. В настоящее время развивается СВЧ-технология обработки угля с целью улучшения его качества (уменьшение влажности, зольности, увеличение дисперсности при диспергировании и т.д.). В данной работе исследовался Канско-Ачинский бурый уголь (зольность 8%, влажность 20%) после СВЧ-сушки в течение 60 и 120 с, в микроволновой печи мощностью 850 Вт. Методом РЭМ проведено рентгеновское картирование поверхности образцов с целью исследования элементного состава органической части угля и его минеральных составляющих и деструкции угольных частиц в поле СВЧ (растровый электронный микроскоп Hitachi TM-30000). Для изучения влияния СВЧ-сушки на уголь применен метод ЭМР, позволяющий исследовать связь структуры и электронных свойств угольного вещества (ЭМР-спектрометр Х-диапазона SE/X-2544). В результате анализа изменения параметров спектров ЭМР образцов угля после СВЧ-воздействия обнаружено сходство электронной структуры угля со структурой многокомпонентных органических стекол. После СВЧ-воздействия наблюдается увеличение подвижности и перераспределения положений парамагнитных ионов, в частности Fe3+, в более стабильные положения внутри кислородных тетраэдров в аморфной (органической) части угля. Подвижными являются электроны радикальных центров, образованных атомами углерода карбонильных, карбоксильных, феноксильных групп и углеводородных фрагментов различного типа. Показано, что удаление воды в результате СВЧ-воздействия также оказывает глубокое влияние на концентрацию и природу радикалов, т. е. на электронную структуру углей.
Для цитирования:
Кашкина Л.В., Петраковская Э.А., Емельянова Т.Ю., Стебелева О.П. Исследование методом ЭМР структурно-химических изменений природного углеродосодержащего материала при СВЧ-воздействии. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2017. Т. 60. Вып. 9. С. 33-38
Литература
Alekseev A.D., Ul’yanova E.V., Trachevsky V.V., Ivashchuk L.I., Zimina S.V. Application of NMR and Raman spectrosco-py to study the genesis of the structure of carbon nanomaterials of natural origin. Fiz. Tekh. Vysok. Davlen. 2010. V. 20. N 3. P. 126-140 (in Russian).
Sun Ya., Mukherjee А., Kuznetsov О., Thaner R., Alemany L.B., Billups W. E. Functionalization by Reductive Alkylation and Mapping of a Subbituminous Coal by Energy Dispersive X-ray Spectroscopy. Energy Fuels. 2011. V. 25(4). P. 1571–1577. DOI: 10.1021/ef200106g.
Keller B.D., Ferralis N., Grossman J.C. Rethinking coal: Thin films of solution processed nanoparticles for electronic devices. Nano Letters. 2016. V. 16 (5). P. 2951-2957. DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b04735.
Weston A., Murthy M., Lalvani Sh. Synthesis of fullerenes from coal. Fuel Processing Technology. 1995. V. 45. P. 203-212. DOI: 10.1016/0378-3820 (95) 00042-6.
Xiao J., Liu P., Yang G.W. Nanodiamonds from coal at ambient conditions. Nanoscale. 2015. V. 7. N 14. P. 6114-6125. DOI: 10.1039/c4nr06186a.
Buyantuev S.L., Kondratenko A.S., Khmelev A.B. Features of obtaining carbon nanomaterials by the method of complex plasma processing of coals. Vestn. VSGUTU. 2013. N 3 (42). P. 21-25 (in Russian).
Fazylov S.D., Satpaeva Zh.B., Nurkenov O.A., Karipova G.Z., Muldakhmetov M.Zh., Zhivotova T.S., Mukashev A.B. New perspectives of non-fuel use of the chemical potential of brown and sub-standard coals. Nauch. Obozren. Tekhn. Nauki. 2016. N 4. P. 101-106 (in Russian).
Salomatov Vl.V., Pashchenko S.E., Sladkov S.O., Salomatov V.V. Application of microwave radiation to produce crushed solid fuels. Inzh. Fiz. Zhur. 2016. V. 89. N 1. P. 49-62 (in Russian).
Altshuler S.A., Kozyrev B.M. Electronic paramagnetic resonance of compounds of elements of intermediate groups. M.: Nauka. 1972. 672 p (in Russian).
Porfiryev V.B. Metamorphism of fossil coals. Lvov: Izd. Lvov Univer. 1948. 183 p (in Russian).
Belyi A.A., Minaev V.I., Podynogina A.B., Shirochin D.L. Deformation of coals and polymers as a subject of fractal rheology. Gorn. Inform. Analit. Byullet. 2005. N 4. P. 52-59 (in Russian).
Moskalenko Т.V., Mikheev V.A. Mathematical modeling of the electronic structure of coals. Vest. IrGTU. Khim. Metallurg. 2014. N 6 (89). P. 158- 160 (in Russian).
