​Красноярские ученые охарактеризовали магнитные фракции дисперсных частиц размером меньше 10 микрон, входящих в состав летучих зол от промышленного сжигания угля на тепловых электростанциях. Это позволит использовать их для создания новых функциональных материалов и снизить загрязнение окружающей среды вредными для здоровья человека частицами-аэрозолями. Результаты работы опубликованы в журнале ACS Omega. 

Угольные электростанции ежегодно производят 38% мирового объема электроэнергии и около 1 миллиарда тонн летучей золы в качестве техногенных отходов. В зависимости от типа и условий сжигания угля в золе содержится до 40% дисперсных частиц субмикронного и микронного размера. Особую экологическую опасность представляют частицы-аэрозоли класса PM2.5 с размером меньше 2,5 микрометра, которые практически постоянно находятся в атмосфере во взвешенном состоянии и не выводятся из легких человека. Чтобы оценить риски антропогенного воздействия на окружающую среду, связанные с промышленным сжиганием угля, а также свести к минимуму загрязнение микродисперсными компонентами, в том числе с повышенным содержанием железа, необходимо выделить и охарактеризовать магнитные твердые частицы летучей золы и найти им применение. 

Ученые ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» под руководством доктора химических наук, профессора Александра Аншица впервые в мире выделили магнитные фракции микросфер PM2.5, PM2.5-10, PM10 из летучей золы экибастузского угля – одного из высокозольных углей России, и определили их характеристики. Полученные данные позволят преобразовывать дисперсные зольные отходы в сырье для высокотехнологичного применения, например, для разработки новых композиционных сорбентов со структурой ядро-оболочка, магнитных носителей, аффинных сорбентов или биосенсоров. 

Летучая угольная зола состоит из множества компонентов с различными характеристиками и составом. Красноярские исследователи выделили из нее только магнитные частицы, относящиеся к экологически опасными и распределили их на фракции в зависимости от размера и плотности. В результате были получены фракции с узким распределением частиц по размеру среднего диаметра 1, 2, 3 и 7 микрон. 

Основными макрокомпонентами их химического состава являются оксиды железа, кремния и алюминия, а фазовый состав включает аморфные компоненты, то есть вещества в стеклообразном состоянии, и кристаллические фазы, среди которых феррошпинель, гематит, муллит и кварц. Кроме того, ученые обнаружили формирование наноразмерных частиц редкой и трудной в получении метастабильной фазы - эпсилон-оксида железа. Исследователи установили зависимости содержания отдельных компонентов состава узких фракций от размера частиц. Так, например, с ростом среднего диаметра частиц от 1 до 7 микрон доля оксида железа, гематита и стеклофазы в ее составе увеличивается, а муллита и кварца — уменьшается. 

По мнению ученых, сферическая форма дисперсных зольных частиц, сочетание магнитных свойств с высокой термической стабильностью, а также возможность модификации поверхности частиц функциональными группами для изменения их свойств, дают преимущества для успешного конструирования на их основе микросферических функциональных материалов для эффективного высокотехнологичного применения. 

Фоменко.jpg 

«Летучие золы являются сложным для изучения и использования объектом, поскольку неоднородны по размеру, составу, морфологии глобул и, следовательно, не могут применяться для получения новых материалов с прогнозируемыми свойствами без предварительной классификации. Но при этом, летучие золы содержат целый ряд ценных компонентов, среди которых алюмосиликатные полые микросферы – ценосферы, магнитные микрошарики – ферросферы, несгоревшие угольные частицы. Эти компоненты обладают уникальными технологическими свойствами, благодаря которым могут, использоваться во многих современных технологиях. Для этого их необходимо, прежде всего, выделить в виде фракций с узким распределением по размеру, определить состав, строение и свойства. Для выделения узких фракций дисперсных магнитных микросфер мы воспользовались методом магнитной сепарации и аэродинамической классификации, которую успешно реализовали на уникальном оборудовании ФИЦ КНЦ СО РАН – центробежном классификаторе. В результате мы получили магнитные фракции дисперсных частиц, которые относятся к экологически опасным классам PM2.5 и PM10, и охарактеризовали их. Из-за повышенного содержания железа эти частицы могут вызывать апоптоз легких у человека, поэтому очень важно повысить степень их извлечение из летучих зол и найти области последующего использования. За счет переработки дисперсных компонентов, будет снижаться количество отходов и, соответственно, загрязнение окружающей среды. Например, эти частицы можно использовать для создания высокоэффективных микросферических функциональных материалов: сорбентов, магнитных носителей, катализаторов и биосенсоров», – рассказала Елена Фоменко, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института химии и химической технологии ФИЦ КНЦ СО РАН.



 

 


dispers.jpg

Магнитные дисперсные частицы (слева),  летучая зола от промышленного сжигания угля(справа).

Источник: http://ksc.krasn.ru/

Похожие новости

  • 14/11/2016

    Ученые из Красноярска сделают алюминиевое производство более экологичным

    ​Ученые СФУ совместно с коллегами из Института химии и химической технологии СО РАН ведут исследования по созданию нового материала - автоклавного угольного пека для производства электродов. По словам технического директора РУСАЛа Виктора Манна, осуществляющего непосредственное руководство работой, внедрение "экологичного" пека на алюминиевых заводах позволит значительно улучшить состояние воздуха, достигнуть нормативных показателей по выбросам вредных веществ в окружающую среду.
    2731
  • 21/09/2021

    Альтернативные виды целлюлозы объединяют молодых ученых

    ​Состоялась встреча сотрудников кафедры химической технологии твердых ракетных топлив, нефтепродуктов и полимерных композиций (ХТПК) института химических технологий Университета Решетнёва и лаборатории биоконверсии ИПХЭТ СО РАН (г.
    2049
  • 16/02/2021

    День российской науки — 2021

    Традиционно в честь Дня российской науки сибирские институты проводят просветительские мероприятия для студентов, школьников и всех, кто желает узнать чуть больше о большой науке. ​«Этот год был объявлен годом науки и технологий.
    7046
  • 26/11/2020

    Эксперты помогают бороться с браконьерством сибирского осетра

    ​​Эксперты-ихтиологи Красноярского ЦСМ Росстандарта и ученые-биологи Сибирского федерального университета (СФУ) и Института биофизики СО РАН для проведения судебных ихтиологических экспертиз применяют в своей практике методики, позволяющие определить видовую принадлежность рыбы и установить ее среду обитания до вылова.
    600
  • 12/02/2021

    Международный день женщин и девочек в науке: КНЦ СО РАН

    ​​11 февраля провозглашен Международным днем женщин и девочек в науке. Как отмечается на сайте ООН, наука и гендерное равенство являются неотъемлемыми элементами достижения целей развития, изложенных в Повестке дня устойчивого развития до 2030 года.
    766
  • 24/04/2018

    Как сделать жилье более доступным и экологичным?

    ​​Дом - это что-то теплое, уютное и, на первый взгляд - очень консервативное. Но на самом деле и строительство попевает за техническим прогрессом. Как сделать жилье более доступным, дешевым, экологичным? Мы создали краткий обзор тенденций и технологий будущего, которые появляются уже сейчас.
    2240
  • 16/05/2017

    Ученые СФУ разработали наиболее эффективный материал для аккумулирования водорода

    Красноярские ученые получили новый материал для хранения водорода, сообщила пресс-служба Сибирского федерального университета (СФУ). Материал на основе гидрида магния может хранить массу водорода, составляющую около 7% его собственной массы, и это рекордное значение емкости для всех аналогичных материалов.
    2103
  • 08/12/2020

    Вышел в свет второй выпуск альманаха «Моя Сибирь»

    ​В конце 2017 года, на Пятой Сибирской межрегиональной конференции «Экологическое воспитание в проектно-исследовательской деятельности юннатов» было решено учредить краеведческий альманах «Моя Сибирь».
    353
  • 18/02/2021

    Учёные впервые секвенировали геном каменной куницы

    ​Генетики впервые секвенировали геном каменной куницы (Martes foina) – самого распространенного вида этого рода в Европе. В ходе масштабного международного проекта ученые планируют собрать геномы всех видов куниц, рассказал ТАСС научный сотрудник Института молекулярной и клеточной биологии (ИМКБ) СО РАН Сергей Кливер.
    1345
  • 21/01/2019

    Ученые исследовали биологическую активность углеродных наноструктур

    ​​Ученые Института биофизики Сибирского отделения Российской академии наук и Сибирского федерального университета исследовали биологическую активность углеродных наноструктур искусственного и естественного происхождения.
    2814