CC BY
10ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРЕПОДАВАНИЯ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ДИСЦИПЛИН
Функциональность работы электронного документа повышается с использованием таких инструментов программы FrontPage, как интерактивные меняющиеся кнопки, акцентирующие внимание слушателей на определенных параграфах или разделах. С их помощью реализуются гиперссылки между страницами данного документа. Объектами гиперссылок могут быть и файлы, расположенные на диске компьютера, в локальной сети, а также на страницах сайтов Интернета или электронной почты.
Когда страница содержит большой объем информации, например, длинный текст, удобно поместить ссылки в начале страницы, на которой предварительно были сделаны необходимые закладки, позволяющие быстро перейти к необходимому абзацу или какому-либо фрагменту, расположенному на той же странице. В результате использование программы FrontPage в качестве редактора мультимедийных страниц дало возможность разработать электронный иллюстративный
комплекс, что позволило существенно повысить эффективность взаимодействия со студенческой аудиторией при чтении лекций.
Таким образом, творческое применение современных информационных технологий в учебном и научном процессе может стать эффективным инструментом его совершенствования при решении новых задач в области химического образования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Соловьев М. Е. Компьютерная химия.- М.: СОЛОН-Пресс, 2005. - 536 с.
2. Панкратова Т. В. Flash MX 2004: Учебный курс. - СПб.: Питер, 2004. - 478 с.
3. Лесничая И. Г., Миссинг И. В., Романова Ю. Д., Шестаков В. И. Информатика и информационные технологии. - М.: Эксмо,
2005. - 544 с.
4. Бесплатная Web-страница своими руками / под ред. В.Б. Комягина - М.: НТ Пресс,
2006. - 240 с.
ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ УГЛЕРОДНЫХ УЛЬТРАМИКРОПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВ
А. В. Бервено, В. П. Бервено
Углеродные молекулярные сита (УМС) используются для разделения газов (О2, N2 из воздуха; водород, СО из синтез-газа), и как носители катализаторов. Для получения УМС необходимо знание особенностей формирования их текстуры. Изучались углеродные ультрамикропористые материалы из антрацита, с разной степенью обгара, активированные термическим методом на воздухе. Структуру и элементный состав полученных УМС исследовали с помощью электронного сканирующего микроскопа и энергодисперсионного анализатора. Для изучения пористости использовали сорбцию в УМС бензола, воды, метанола. По данным ИК-спектроскопии, при окислении наблюдается удаление алифатических и образование кислородсодержащих, в основном ОН-групп.
ВВЕДЕНИЕ
Разработка новых эффективных методов выделения, очистки и транспортировки безуглеродного топлива - водорода жёстко диктуется парниковыми проблемами планеты.
Для экологически чистых методов извлечения водорода из водородсодержащих газовых смесей (синтез-газ, попутные газы нефтехимии и др.) необходимо использование безопасных технологий с низким энергопотреблением. Быстрое развитие промышленности и транспортного сектора привело к интенсивному возрастанию энергопотребле-
ния. Сегодня большинство энергетических систем основано на потреблении нефти, природного газа и угля, которые не являются возобновляемыми источниками энергии, к тому же их использование ведет к большому выбросу С02 в атмосферу. Одним из таких возобновляемых источников является водород, он производится в больших количествах (около 50 млн. тонн в год) в процессах нефтехимии, нефтепереработки и др.
Выделение и очистка водорода из многокомпонентных смесей может быть осуществлена стандартными технологиями, применяемыми в промышленности. К ним можно
отнести криогенную, абсорбционную, адсорбционную и мембранную технологии.
Несмотря на большое количество адсорбентов для разделения газов, весь массив коммерчески доступных адсорбентов можно разделить на три основных класса: (1) мезо-пористые и микропористые активные угли с нейтральным зарядом поверхности, (2) мезо-пористые и микропористые силикагели со слабым зарядом поверхности, (3) микропористые цеолиты с сильным зарядом поверхности. Адсорбция газовых компонентов смеси на таких адсорбентах, определяется несколькими факторами, наиболее важными из которых являются летучесть, полярность, молекулярная масса адсорбируемых молекул. Сильно-летучие компоненты с низкой полярностью, такие как водород и гелий, практически не адсорбируются по сравнению с другими молекулами, так как у них не возникает электростатических взаимодействий с поверхностью адсорбента. За счёт этого возможно их эффективное выделение из смесей газов.
Углеродные молекулярные сита - это достаточно новый класс материалов, обладающих во многом уникальными характеристиками. Синтез углеродных молекулярных сит из углеродного материала условно можно разделить на процессы получения из ископаемых углей - каменноугольного пека, тощего и жирного угля, антрацита, углеродных волокон, коксов, торфа, а также из углей растительного происхождения (уголь из кокосовой скорлупы, скорлупы грецкого ореха, вишнёвых и персиковых косточек, а также сосны, и др.)
Углеродные молекулярные сита (УМС) используются для разделения газов (О2, И2 из воздуха; водород, СО из синтез-газа), а также как носители катализаторов. Кроме того, УМС используются как адсорбент в установках ко-роткоцикловой безнагревной адсорбции. Для устойчивого получения УМС с требуемыми свойствами необходимо знание особенностей формирования их текстуры, а также связи её характеристик с сорбционными, кинетическими свойствами.
Эффективность разделения газов в углеродных молекулярных ситах определяется шириной щелевых пор, размером молекул аренов, боковые поверхности которых являются стенками пор в элементарных нанотек-стурных фрагментах (ЭНТФ) - ассоциатах молекул аренов. Кроме того, большое влияние оказывают электронно-обменные свойства УМС, так как доказано, что адсорбция может усиливаться за счет электростатических
сил, возникающих между адсорбентом и адсорбирующимися молекулами [1]. Окислительная активация исходных углеродных материалов с получением углеродных молекулярных сит происходит за счёт выгорания средней молекулы аренов в ассоциатах из трёх молекул (для каменноугольного пека и жирного угля) и выгорание средней молекулы в ассоциатах из семи молекул (для антрацита) - элементарных наноструктурных фрагментов матрицы исходных углеродных материалов.
Цель работы - выяснить зависимость сорбционных свойств полученных углеродных ультрамикропористых материалов от температуры получения микро- и мезопори-стого углеродного материала и времени активации антрацита, проанализировать элементный состав, изучить изменение поверхности антрацита в процессе его активации -термической обработки на воздухе.
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ:
Углеродные ультрамикропористые материалы из антрацита, активированные в воздухе при 165 (УМС165), 225 и при 3300С, с разной степенью обгара, а также исходный антрацит (зольность составила 2,5%).
МЕТОДИКА РАБОТЫ
Состав функциональных групп изучался по ИК-спектрам. Структуру и нанотекстуру, элементный состав полученных углеродных молекулярных сит исследовали с помощью электронного сканирующего микроскопа и энергодисперсионного спектрометра.
Таблица 1
Элементный состав исходного просушенного при 1200С антрацита
Элемент Массовые %
С 97.16
0 2.36
Примеси (8, А1, Си, К и др.) 0.48
Для изучения пористости использовали сорбцию в УМС бензола, воды, метанола. Анализ изменения потенциалов ионизации и сродства к электрону молекул - стенок пор окисленных и восстановленных УМС, а также для изучения изменения ширины пор данных углеродных молекулярных сит с нанофраг-ментами из 3-х, 5-ти и 7-ми молекул, проводили с помощью квантово-химического моделирования в полуэмпирической программе
ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ УГЛЕРОДНЫХ УЛЬТРАМИКРОПОРИСТЫХ
МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВ
РМ3 в пакете МОРАС, а также с помощью программы HyperChem.
РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
Были изучены углеродные микропористые и мезопористые материалы из антрацита, полученные при разных температурах окисления, с разной степенью обгара. По данным ИК-спектроскопии, при окислении наблюдается удаление алифатических и образование кислородсодержащих, в основном ОН-групп.
Образование пор в антраците можно объяснить с помощью расчетов электронной плотности на моделях коронена.
По литературным данным в антраците существует упорядоченная структура ароматических молекул, механизм образования микропор при активации антрацита на воздухе становится понятен, если попробовать просчитать эти процессы с помощью кванто-во-химического моделирования, с учётом электронной плотности ароматических молекул [2]. По данным рентгеноструктурного и элементного анализа можно в качестве модели молекулы в ассоциате, взять коронен. Так для ассоциата из 3-х таких молекул на средней молекуле сконцентрирован заряд в 6-7 раз больший, чем на стенках пор - крайних короненов, благодаря чему она активно взаимодействует с кислородом и выгорает при повышении температуры. При активации исходного просушенного антрацита при температуре до 3500С его масса сначала немного увеличивается, что говорит о появлении ОН-групп на ароматических молекулах, потом немного уменьшается - это изменение массы даёт информацию о выгорании алифатических молекул, имеющихся в антраците, что также подтверждается на ИК-спектрах, при следующем повышении температуры происходит образование кислородных мостиков, а при дальнейшем увеличении температуры масса антрацита начинает уменьшаться быстрее - понятно, что при окислении начинается образование пор в углеродном материале (выгорание средней молекулы семислой-ного ассоциата в антраците) [3]. По деривато-грамме, полученной на дериватографе «Дрон», выяснили, что антрацит начинает тление - горение с поверхности материала при температуре выше 4500С, а при дальнейшем повышении температуры полностью сгорает до золы. По данным элементного анализа видно, что содержание кислорода в активированном антраците постоянно увеличивается при повышении температуры.
Установлено, что сорбционная ёмкость полученных сорбентов увеличивается до об-гара около 36,6%, затем остаётся постоянной - для метанола, незначительно уменьшается - для воды и бензола в образцах с обгаром около 41%, и далее с обгаром существенно уменьшается - идёт усадка матрицы сорбента и схлопывание образовавшихся пор. Молекулярно-ситовые свойства присущи образцам с обгаром около 36%: метанол за сутки сорбируется в них почти до максимальной емкости - 15,2% (при максимальной 15,4%). Вода при этом сорбируется только до 13,7% (при максимальной емкости - 16,5%). Бензол - до 16,4% (при максимальной емкости 18,2%). В результате дальнейшей термообработки значительно измельчен уголь с обгаром около 56 и 60%.
Рисунок 1. Текстура исходного антрацита
Рисунок 2. Текстура полученных УМС, обгар 10%
Усадка антрацита в образцах с обгаром более 36,6%, как видно из микрофотографий (рисунки 1-4) и данных фракционного анализа, сопровождается образованием микротрещин и макропор, а затем происходит разрушение частиц антрацита.
20kV Х17,000 1цт 09 40 SEI
Рисунок 3. Текстура полученных УМС, обгар 40%
Рисунок 4. Текстура углеродных пористых материалов при обгаре 46%
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Из антрацита синтезированы ультрамикропористые углеродные молекулярные сита.
Молекулярно-ситовые свойства присущи образцам с обгаром около 36% - сорбция метанола в них за сутки почти максимальна.
Исследованы их сорбционные свойства, нанотекстурные и структурные характеристики, состав функциональных групп, элементный состав.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бервено А.В., Бервено В.П. // Ползуновский вестник 2008, С.84-87
2. Berveno A.V., Berveno V.P., Lyrshchikov S.Y., Kogodeev S.E. // CESEP'07: The 2nd Int. Conf. on Carbon for Energy Storage and Environment Protection. Book of Abstr., 2-6 Sept. 2007, Krakow (Poland). 2007
3. Бервено А.В., Бервено В.П. // Пятнадцатая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых учёных, Кемерово, 26 марта - 2 апреля 2009
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ И СОПОЛИМЕРИЗАЦИИ СТИРОЛА ПОД ДЕЙСТВИЕМ ТЕТРАХЛОРИДА ТИТАНА
Е.И. Ионова, А.А. Ляпков, В.Г. Бондалетов
Изучены закономерности катионной полимеризации и сополимеризации стирола под действием TiCl4 в растворе толуола. Скорость полимеризации стирола в растворе толуола под действием тетрахлорида титана, а также сополимеризации его с инденом, подчиняется кинетическому уравнению первого порядка, и только при почти полном исчерпании мономеров порядок реакции возрастает. Исследована сополимеризация стирола и индена в растворе толуола под действием тетрахлорида титана. Полученные значения констант сополимеризации свидетельствуют о том, что инден является более активным мономером в изучаемой сополимеризации, причем стирол в изучаемой системе не образует гомополимера.
ВВЕДЕНИЕ
Стирол-инденовая фракция, входящая в состав жидких продуктов пиролиза (ЖПП), является отходом нефтехимического произ-
водства и представляет собой источник дешевого сырья для получения полимерных материалов с рядом ценных свойств. Одним из путей использования жидких продуктов пиролиза является их полимеризация с це-
