№ 5 (2023)

Гуминовые вещества (ГВ), извлекаемые из бурого угля, торфа и других источников, рассматриваются как эффективный и доступный сорбент, используемый для улавливания и связывания ионов тяжелых металлов, опасных для окружающей среды. В представленной статье выполнен обзор современных работ по данной тематике. Описаны типичные структурные характеристики и свойства ГВ, способы их извлечения из бурого угля, торфа, болотных вод и других сред, а также приведены количественные результаты широкого спектра экспериментов по сорбции ионов металлов ГВ. Значительные колебания в измеренной сорбционной емкости ГВ в разных экспериментах, вероятно, возникают не столько из-за вариаций элементного состава и структуры ГВ, извлеченных из разных источников, а связаны с условиями проведения экспериментов, такими как кислотность раствора pH, ионная сила, концентрация ионов металлов и концентрация ГВ в растворе. По порядку величины максимальная сорбционная емкость ГВ сравнима с суммарной концентрацией поверхностных карбоксильных и гидроксильных групп и составляет несколько мили молей ионов металла на грамм ГВ.

Проведены исследования коллоидно-химических свойств гуминовых кислот (ГК) в зависимости от механохимической модификации их структуры. Повышение количества кислых ионогенных групп и гидрофильных фрагментов в составе модифицированных ГК способствует уменьшению избыточной энергии поверхностных молекул. В щелочном растворе с увеличением концентрации ГК формируется 2 типа коллоидов, характеризующихся снижением энергии адсорбции и константы адсорбционного равновесия.

Проведены экспериментальные исследования с водоугольными суспензиями (ВУС) на основе бурого угля (марки 2Б), с добавлением различной концентрации биомассы (2%/4%/6%) по массе топлива и вида древесной биомассы (опилки сосны, хвоя сосны) с содержанием воды 50%. Показана перспективность добавления в состав водоугольных суспензий древесной биомассы. Установлено, что увеличение массовой концентрации биомассы в составе ВУС существенно снижает объемы антропогенных выбросов, образующихся при сжигании топлива.

Проведен расчет зависимости температуры минимума удельного электрического сопротивления от размеров блоков мозаики искусственного графита марки ГМЗ на основе изотропного кокса. Использована цепочечная модель электрического подключения ламелярных структурных элементов (графитовых чешуек). Показано соответствие расчетных результатов с эмпирической формулой Мэзона. Рассмотрены два случая: случай независимости размеров блоков мозаики и анизометрии ламелярных структурных элементов и случай, когда размеры блоков мозаики пропорциональны анизометрии ламелярных структурных элементов.

С применением современных методик, аналитического и экспериментального оборудования определены характеристики процессов термического разложения и горения, включая концентрации основных компонентов дымовых газов (CO, CO₂, NO_x, H₂S + SO₂), при нагреве мелкодисперсных частиц (100–200 мкм) черногорского каменного угля, древесины лиственницы и смесей на их основе. Содержание биомассы в составе топливных смесей на основе угля составляло 10, 20 и 30 мас. %. Методом синхронного термического анализа для индивидуальных твердых топлив и их смесей установлены температуры, при которых происходит воспламенение коксового остатка и завершение процесса горения. Опилки лиственницы более реакционно способные по сравнению с черногорским каменным углем, благодаря наиболее низкой температуре, при которой происходит зажигание углеродного остатка, поэтому добавление даже 10% биомассы к углю оказывает положительное влияние на реакционную способность смеси. В условиях нагрева топлив в потоке воздуха при температурах 500–800°С с помощью программно-аппаратного комплекса высокоскоростной видеорегистрации быстропротекающих процессов определены времена задержки зажигания. По результатам проведенных исследований установлено, что времена задержки зажигания рассматриваемых топлив в потоке разогретого воздуха варьируются в диапазоне от 0.02 до 0.22 с, а добавление 10–30 мас. % биомассы к углю снижает времена задержки зажигания топливных смесей до 50%. Анализ дымовых газов при горении твердых топлив позволил установить концентрации основных антропогенных выбросов, использование биомассы в качестве добавки к углю снижает выбросы диоксида углерода, оксидов азота и соединений серы (H₂S + SO₂) на 2.2–13.5%; 6.2–28.9% и 18.2–33.3% растет соответственно.