Разработка научных основ инструментальных методов исследования состава структуры и морфологии угля и продуктов углехимии. 2024-2025 гг.

Отчет 59 с., 20 рисунков, 12 таблиц, 50 источников Ключевые слова: Углеродный сорбент, активированный уголь, гуминовое вещество, фульвокислота, угольная зола, физико-химические методы анализа, ЭПР-спектрометрия, рентгенофазовый анализ, оптико-эмиссионная спектроскопия с индуктивно-связанной плазмой (ОЭС ИСП), лазерная абляция, сканирующая электронная микроскопия (СЭМ), рентгеновский энергодисперсионный микроанализ. Цель работы – разработка инструментальных методов исследования состава, структуры, морфологии и физико-химических свойств углей и продуктов глубокой переработки, методами спектрометрии ЯМР и ЭПР, термического анализа, рентгенофазового анализа, ОЭС ИСП, аналитической сканирующей электронной микроскопии. Основные результаты: 1. Выполненные исследования показывают, что частицы образца промышленного сорбента имеют покрытие в виде органической кислородсодержащей массы с диспергированной в ней добавкой аморфного карбоната кальция. Наличие покрытия органического происхождения и диспергированного в ней карбоната кальция подтверждается снижением содержания кислорода на поверхности после нагрева образца в инертной атмосфере до 800 °С. Показано, что в составе минеральной части карбонизата содержатся такие элементы, как Ca и Mg, которые характерны для бурых углей. Выявленная у частиц микроструктура, свойственная буроугольным карбонизатам, наряду с содержащимися в образце Ca и Mg позволяет предположить, что исходным сырьем для карбонизата являлся бурый уголь. Наличие в составе образца частиц карбонизата с крупнопористой структурой может указывать на то, что в составе исходного сырья содержались спекающиеся компоненты угля. 2. По результатам 13C ЯМР спектроскопии установлено, что ФК отличаются от ГК высоким содержанием кислородсодержащих алифатических групп с преоб-ладанием карбоновых кислот и сложных эфиров, а для ГК характерно более вы-сокое содержание ароматических фрагментов. Отмеченные различия в функцио-нально-групповом составе буроугольных ГК и ФК являются характерными и хоро-шо соотносятся с данными о функционально-групповом составе стандартных об-разцов международного гуминового общества кислот, выделенных из торфа Pahokee Peat и почвы Elliott Soil. 3. Таким образом, при сопоставлении данных, полученных методом ЭПР- и ЯМР–спектроскопии, было установлено, что фульвокислоты, полученные из буро-го угля Тисульского месторождения Канско-Ачинского бассейна содержат ком-плексные соединения на основе ионов Mn2+ и Fe3+. 4. Показано, что минеральная компонента углеродных сорбентов в основном повторяет минеральную составляющую исходных углей и представлена кремнием в окисленной форме. Обнаруженный после карбонизации кальций показывает, что он входит в состав органической массы виде солей карбоновых кислот и не проявляется на рентгенограммах исходных углей. Установлено, что железо и алюминий частично входят в состав минеральных включений в виде органоминеральных соединений. Углеродная матрица углеродных сорбентов представляет собой аморфную фазу углерода, состоящую из фрагментов турбостратных структур с размерами около 10 Å, с включениями (до 10%) графитоподобных кристаллитов с размерами вдоль оси c около 45 Å Проведен анализ аналитических характеристик метода эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и лазерным пробоотбором при анализе соединений кальция, натрия и калия с использованием метода добавок стандартных растворов к исследуемым образцам. Определен характер поведения аналитических линий определяемых микроэлементов в исследуемых матрицах для дальнейшего его сравнения с другими компонентами угольных зол, чтобы установить закономерности влияния матрицы сложного состава на эти аналитические сигналы. Матричные воздействия натрия и калия на сигналы аналитов в целом сходны, однако от воздействия кальция отличаются существенно: обнаружено изменение их размеров, формы и фона, а интенсивности сигналов могут быть ослаблены до 1.7 раза. Даны рекомендации (длины аналитических волн, ожидаемые пределы количественного определения, условия проведения анализа и т.д.) по использованию метода эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и лазерным пробоотбором для анализа микроэлементного состава карбоната кальция, реактива, имеющего чрезвычайно широкое применение почти во всех отраслях жизнедеятельности.Проведено сравнение двух типов фармакопейного карбоната кальция, полученных в разных технологических схемах. Установлены принципиальные отличия элементного состава, позволяющие определить происхождение субстанции.