Научные основы термических превращений, пиролиза и коксования ископаемых углей, получения углеродных наноматериалов, образования дисперсных частиц золы, разработка оптимальных процессов с детальным изучением состава продуктов в газовой, жидкой и твердой фазе современными физико-химическими методами

Разработка научных основ термических превращений, пиролиза и коксования углей современными физико-химическими методами с детальным изучением состава продуктов в газовой, жидкой и твердой фазе. Разработка методики он-лайн контроля состава газовой и жидкой фазы в процессе пиролиза. Изучение углеродной структуры и дефектности углеродного каркаса твёрдых продуктов физико-химическими методами, в том числе методом спектроскопии комбинационного рассеяния света. Синтез и физико-химическое исследование углеродных наноматериалов, модификация и исследование их свойств в каталитических и электрохимических приложениях. Исследование высокодисперсных частиц угля, золы и техногенных отходов, физико-химическими методами. В соответствии с современным уровнем развития науки об угле и мировым опытом функционирования углехимических производств для производства различных видов химической продукции необходимо учитывать вещественный состав и свойства углей, в первую очередь их органической составляющей – основным носителем свойств ископаемых углей. Особенно это актуально для нашей страны, где уголь используется практически во всех отраслях промышленности. Термическая переработка каменного угля широко применяется для получения различных углеродистых твердых материалов, и жидких и газообразных продуктов. В связи с этим, в зависимости от назначения конечных продуктов пиролиза, исходным сырьём для переработки может быть практически любой уголь. Газообразным продуктом пиролиза каменного угля является так называемый пиролизный газ, представляющий собой смесь горючих газов и различных химических соединений. Во многих странах мира пиролизный газ сегодня используется как альтернативный источник энергии, в первую очередь, тепловой. Помимо этого, пиролизный газ также как и каменноугольную смолу можно использовать и для получения различных химических соединений. Жидкие продукты коксования используются как сырье для промышленного производства целого ряда органических веществ. Для более корректного обоснования состава продуктов пиролиза необходимо учитывать степень химической зрелости угля, особенности вещественного и фрагментарного составов органической массы углей. Выполнение работы позволит разработать научные основы термических превращений, пиролиза и коксования углей. Будут установлены закономерности изменения состава газовой и жидкой фазы в зависимости от генетической зрелости угля. Будет изучена углеродная структура и дефектность углеродного каркаса твёрдых продуктов физико-химическими методами, в том числе методом спектроскопии комбинационного рассеяния света. Научная значимость планируемых результатов – в исследовании направлений и механизмов трансформации компонентного составов углей в процессе пиролиза, установлении зависимостей изменения компонентного состава газообразных, жидких и твердых продуктов пиролиза углей в зависимости от стадии метаморфизма. Практическая значимость проекта – полученные результаты позволят разработать основу новых и скорректировать традиционные технологии углехимических производств для получения ценных продуктов и материалов на основе угольного сырья. Также в данном проекте будут исследованы процессы синтеза азот- и кислородсодержащих углеродных наноматериалов для создания нанокомпозитов. В рамках проекта будут проведены исследования механизма встраивания гетероатомов в структуру углерода и определение электронного состояния гетероатомов. Функционализация углеродной поверхности гетероатомами повышает прочность связи нанесенных активных компонентов с поверхностью, что чрезвычайно важно при использовании их в качестве носителей катализаторов. Практическая значимость проекта состоит в создании новых углеродных материалов, в том числе модифицированных различными способами и будут проведены систематические исследования функциональных свойств полученных материалов в каталитических приложениях и в электрохимических процессах.