Материалы XIII Всероссийской научно-практической конференции имени профессора Л.П. Кулёва студентов и молодых ученых с международным участием ''Химия и химическая технология в XXI веке''. Том 1

327 Pages·4.803 MB·Russian

Министерство образования и науки РФ
Томский политехнический университет
Институт природных ресурсов
Институт физики высоких технологий
Физико-технический институт
МАТЕРИАЛЫ
XIII Всероссийской научно-практической
конференции имени профессора Л.п. куЛёВа
студентоВ и моЛодых ученых
с международным участием
«х XXI »
имия и химическая техноЛогия В Веке
т 1
ом
14–17 2012 .
мая г
Т
омск
УДК 54
Материалы XIII Всероссийской научно-практической конференции име-
ни профессора Л.П. Кулёва студентов и молодых ученых с междуна-
родным участием «Химия и хими ческая технология в XXI веке». Том 1.
Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2012. 327 с.
В сборнике представлены материалы XIII Всероссийской научно-
практической конференции имени профессора Л.П. Кулёва студентов
и молодых ученых с международным участием «Химия и хими ческая
технология в XXI веке». В докладах обсуждаются проблемы химии и
химической технологии органических и неорганических веществ и ма-
териалов. Значительное внимание уделено физико-химическим методам
анализа и их применению в исследовании объектов окружающей среды,
а также ресурсосберегающим и безотходным технологиям, технологиям
редких элементов, обезвреживанию и утилизации токсичных веществ и
материалов
Статьи распределены по секциям и упорядочены
в алфавитном порядке по фамилии первого автора.
Авторский указатель и содержание расположены
в конце каждого из двух томов
Оргкомитет конференции:
634050, г. Томск, просп. Ленина, 43а, ТПУ, корпус 2, ИПР, каф. ХТТ
[email protected]
© Авторы
© Томский политехнический университет
Пленарные доклады
Выдающийся ученый химик-органик Леонид Петрович Кулев
В.К. Чайковский, доктор химических наук, профессор
Томский политехнический университет
634050, Россия, г. Томск, пр. Ленина, 30
[email protected]
Леонид Петрович Кулев родился 28 августа 1900 г. в
г. Новониколаевске (ныне Новосибирск) в семье железнодорожника.
Учился в Читинской, Петроградской, а затем в Барнаульской гимнази-
ях. В 1929 г. окончил Томский государственный университет по спе-
циальности химическая технология красящих веществ и полупродук-
тов. После его окончания работал преподавателем химии в Томском
фармацевтическом техникуме. В аспирантуру поступил к профессору
Б.В. Тронову. И далее вся жизнь Леонида Петровича была неразрывно
связана с Томским политехническим институтом.
В политехе Л.П. Кулев последовательно занимал должности асси-
стента (1933–1935 гг.), затем доцента кафедры органической химии.
Параллельно вел научную работу по
химии красителей и полупродуктов син-
теза органических веществ. В ученой
степени кандидата химических наук
был утвержден без защиты диссертации.
С 1933 по 1940 гг. Л.П. Кулев по совме-
стительству заведовал кафедрой химии
в Томском педагогическом институте.
С начала Великой Отечественной
войны Леонид Петрович принимал ак-
тивное участие в работе спецлаборато-
рии, где выполнялись исследования в
области военной химии, касающиеся, в
основном, идентификации и дегазации

боевых отравляющих веществ. За эту
Леонид Петрович Кулёв
работу он неоднократно удостаивался
Годы жизни 1900–1962
премий от Наркомата обороны. В
1941 г. Л.П. Кулёв защищает докторскую диссертацию по своим рабо-
там в области военной химии. Ему присуждается учёная степень док-
тора химических наук и присваивается учёное звание профессора по
кафедре органической химии. В 1943 г. за работы по военной тематике
он получает Сталинскую премию, которую передает в фонд обороны
для строительства самолета. Его труд в Великой Отечественной войне
был оценен правительством Советского Союза орденами Ленина,
Красной Звезды и медалью «За доблестный труд в Великой отече-
ственной войне».
В сороковых годах прошлого столетия на химико-технологическом
факультете начинают открываться новые специальности и новые
научные направления. Леонид Петрович и здесь не остается в стороне.
В 1943 г. с «его подачи» была организована новая кафедра технологии
каучука и резины, где он становится заведующим. В 1945 г. эта кафед-
ра была преобразована в две: кафедру основного органического синте-
за и кафедру технологии органических красителей. В 1959 г. кафедра
технологии органических красителей была переименована в кафедру
технологии органического синтеза. В общей сложности Л.П. Кулев
заведовал основанными им кафедрами с 1943 по 1962 гг., а любимым
детищем – кафедрой технологии органического синтеза до своей кон-
чины в 1962 г. Кроме организации новых кафедр, по инициативе
Л.П. Кулёва в 1957 г. при Томском политехническом институте созда-
ётся проблемная научно-исследовательская лаборатория синтеза ле-
карственных веществ. В целом Л.П. Кулев организовал в институте
новые научные направления по химии полимеров, коксохимии, химии
красителей и химии биологически активных соединений. Но, конечно
же, высшим результатом исследований Л.П. Кулева явилось создание
совместно со своими сотрудниками и учениками Г.М. Степновой,
А.Г. Печенкиным, Н.С. Добычиной, А.А. Шестеровой, Е.В. Шмидт
отечественных препаратов для лечения эпилепсии «бензонала» и «бен-
зобамила», а также ряда противовоспалительных и противотуберку-
лезных средств.
В 1950, 1961 гг. за выдающийся вклад в науку Л.П. Кулев получает
еще два ордена Трудового Красного Знамени.
Кроме большой научной и педагогической работы Леонид Петро-
вич в течение семи лет (1945–1952 гг.) выполнял обязанности декана
химико-технологического факультета и вел серьезную общественную
работу. Был депутатом Томского городского совета депутатов трудя-
щихся, членом Центрального совета Всесоюзного химического обще-
ства им. Д.И. Менделеева, председателем правления Томского дома
ученых, руководителем различных семинаров.
Леонид Петрович был прекрасным преподавателем, отличным лек-
тором. Он создал школу химиков-органиков, имеющую свои традиции,
основанную на тесной связи науки и практики. Им подготовлено 22
кандидата наук.
Умер Леонид Петрович Кулев 12 июня 1962 г. В память о выдаю-
щемся ученом-химике бывшая Лагерная улица г. Томска в 1963 г.
названа его именем.
Секция I. Химия и химическая технология
Секция I
6 неорганических веществ и материалов
Химия и химическая технология
неорганических веществ и материалов

Влияние дисперсности компонентов на получение
пеностеклокристаллического материала на основе
микрокремнезема
У.В. Азаренко
Научный руководитель — д.т.н., профессор В.И. Верещагин
Томский политехнический университет
634050, г. Томск, пр. Ленина, 30
[email protected]
Вопросы переработки и утилизации техногенных отходов являются
актуальными не только с точки зрения опасного загрязнения окружа-
ющей среды, но и рационального использования их как альтернатив-
ного источника сырья. Одним из таких отходов является микрокремне-
зем, который является побочным продуктом при изготовлении ферро-
сплавов [1]. Микрокремнезем можно использоваться как исходное сы-
рье для получения пенокристаллического (ПСКМ) материала. В основе
пенокристаллического материала лежит стеклокристаллический про-
дукт, или стеклогранулят, низкотемпературного синтеза (при темпера-
турах не более 900 °С). Одним из условий получения стеклогранулята
на основе микрокремнезема является его дисперсность. Размер фрак-
ции не должен превышать 100 мкм.
Цель работы – оценить влияние дисперсности шихты, в частности
ее основного компонента микрокремнезема, на получение качествен-
ного ПСКМ. Наиболее важной стадией изготовления пенокристалли-
ческого материала является приготовление однородной шихты, пред-
ставляющую собой тщательно перемешанную смесь дозированных
материалов. Однородность шихты имеет важное значение при стекло-
варении. При нарушении ее затормаживается не только процесс гомо-
генизации, но и силикато- и стеклообразование.
В проведенных исследованиях в качестве компонентов шихты вы-
ступали доломит – ГОСТ 23672-79, микрокремнезем – отходы
XIII Всероссийская научно-практическая конференция имени профессора Л.П. Кулёва
студентов и молодых ученых с международным участием, ТПУ, Томск, 2012 7

ОАО «Новокузнецкие ферросплавы» и кальцинированная сода. Мик-
рокремнезем и сода – тонкодисперсные материалы, и, в отличие от
доломита, не нуждаются в измельчении для получения однородной
шихты. Измельчение доломита проводилось в одном случае в шаро-
вой мельнице с металлическими шарами, в другом – в вибромельни-
це. После измельчения образцы измельченного доломита и микро-
кремнезема анализировались на лазерном анализаторе размера ча-
стиц ANALYSETTE-22 NANOTEC. В результате было выявлено, что
все образцы содержат большое количество частиц с размерами менее
100 мкм, а способ измельчения не сильно влияет на дисперсность
материала.
В ходе экспериментов были изготовлены ряд образцов ПСКМ по
одно- и двухстадийной технологиям [1]. Первые два состава ПСКМ
были изготовлены из неизмельченного доломита, микрокремнезема и
соды. В ходе визуального осмотра полученных образцов выявлено, что
в образце, изготовленном по одностадийной технологии, присутству-
ют белые вкрапления доломита и материал не вспенивается. Материал,
полученный по двух стадийной технологии, визуально не содержит в
себе белых вкраплений доломита, и достаточно хорошо вспенивается
до истинной плотности 0,590 г/см3. Вторая серия экспериментов была
проведена с использованием измельченного доломита. Также для уве-
личения дисперсности материалов измельченный доломит и микро-
кремнезем подверглись седиментационному анализу [2], суть которого
заключалась в отделении от навески материала фракции с размером
частиц до 63 мкм с помощью сита с соответствующим размером ячей-
ки. После изготовления образцов ПСКМ визуальный осмотр выявил
структуру, подобную первой серии изготовленных образцов ПСКМ –
при одностадийной технологии присутствуют включения доломита,
однако их на порядок меньше, чем при использовании неизмельченно-
го доломита, и материал не вспенивается, при двухстадийной техноло-
гии – материал хорошо вспенивается и нет включений доломита.
В результате проведенной серии экспериментов выявлено, что при
использовании одностадийной технологии получения ПСКМ дисперс-
ность компонентов шихты существенно влияет на качество материала
– при использовании измельченного и тонкодисперсного сырья мате-
риал получался достаточно однородным. Однако не происходило
вспенивание материала, так как не успевали произойти все процессы
силикато- и стеклообразования. При использовании двухстадийной
технологии дисперсность компонентов шихты не играет особой роли –
в обоих случаях материал получался однородным и хорошо вспени-
вался, но данный метод весьма затратен и по времени и по энергии.
Секция I. Химия и химическая технология
8 неорганических веществ и материалов
Список литературы
1. Демидович Б.К. Пеностекло / Б.К. Демидович. − Минск: Наука и техника,
1975. 247 с.
2. Вакалова Т.В., Хабас Т.А., Эрдман С.В., Верещагин В.И. Практикум по
основам технологии тугоплавких неметаллических и силикатных материа-
лов. – Томск: Изд. ТПУ, 1999. 160 с.

Электрохимическое окисление меди под действием переменного
тока промышленной частоты
С.В. Андреева, М.И. Лежнина
Научный руководитель — к.х.н., доцент Д.А. Горлушко
Томский политехнический университет
634050, г. Томск, пр. Ленина, 30
[email protected]
Рассмотрено влияние состава и концентрации электролита на ско-
рость электрохимического окисления металлической меди под дей-
ствием переменного тока промышленной частоты.
Ранее была показана возможность электрохимического синтеза ря-
да оксидов металлов с помощью переменного тока промышленной
частоты. Установлено, что наибольшее влияние на скорость процесса
образования фазовых оксидов металлов оказывают следующие факто-
ры: состав и концентрация электролита, температура электролиза и
плотность переменного тока [1–3]. Электрохимический синтез имеет
ряд преимуществ перед известными технологиями. Во-первых, он поз-
воляет получить нанопорошки высокой чистоты. Во-вторых, обеспе-
чивает экологически чистое и практически безотходное производ-
ство [4].
В данной работе проводились исследования скорости разрушения
меди при электролизе переменным током в растворах NH NO и KCl.
4 3
Эксперименты проводились при постоянной температуре (90 °С) и
плотности тока 1 А/см2, концентрация растворов электролитов изме-
нялась от 3 до 25 %. Скорость разрушения меди определялась по убы-
ли массы электродов весовым методом [5]. По результатам экспери-
ментов были получены следующие значения таблицы 1.
По данным таблицы 1 была построена зависимость скорости раз-
рушения меди от концентрации электролита при постоянной темпера-
туре и плотности тока представленная на рис. 1.
XIII Всероссийская научно-практическая конференция имени профессора Л.П. Кулёва
студентов и молодых ученых с международным участием, ТПУ, Томск, 2012 9

Таблица 1. Влияние природы и концентрации электролита на скорость разру-
шения меди при плотности тока 1 А/см2 и температуре 90 °С
Концентрация электролита, % мас.
Электролит 3 5 10 15 20 25
Скорость разрушения меди, г/см2·ч
KCl 0,0226 0,0119 0,0129 0,009 0,0093 0,0109
NH NO 0,0062 0,0218 0,0922 0,0233 0,0143 0,0624
4 3
0,1
ния *ч 0,08
ше2м
ь разруода, г/ с 00,,0046 NH4NO3
тр
орослект 0,02 KCl
Скэ 0
0 5 10 15 20 25 30
Концентрация электролита, % масс
Рис. 1. Зависимость скорости разрушения меди от концентрации электролитов
при постоянной температуре (90 °С) и плотности тока (1 А/см2)
Из рис. 1 видно, что с ростом концентрации KCl в интервале 3–
25 % масс. скорость окисления меди уменьшается. Максимальная ско-
рость окисления наблюдается в 3 %-м растворе KCl, и составляет
0,0226 г/см2·ч. При использовании растворов нитрата аммония ско-
рость разрушения меди в интервале 3 – 10 % масс. возрастает, в интер-
вале 10 – 20 % минимальна, а затем вновь возрастает. Для раствора
NH NO максимальная скорость разрушения составила 0,0922 г/см2·ч
4 3
при 10 %-ой концентрации электролита.
Список литературы
1. Коновалов Д.В., Коробочкин В.В., Ханова Е.А. Электрохимический синтез
оксида цинка на переменном токе // Известия ТПУ. 2003. Т. 306. № 5.
С. 67–71.
2. Коробочкин В.В., Косинцев В.И., Быстрицкий Л.Д., Ковалевский Е.П. По-
лучение геля гидроксида алюминия электролизом на переменном токе //
Неорганические материалы. 2002. Т. 38. № 9. С. 1087–1090.
3. Коробочкин В.В., Усольцева Н.В., Горлушко Д.А., Балмашнов М.А. Законо-
мерности синтеза нанодисперсных оксидов меди электролизом на перемен-
ном токе в растворе щелочи // Известия ТПУ. 2010. Т. 317. № 3. С. 13–16.
4. Коробочкин В.В. Процессы получения нанодисперсных оксидов с исполь-
зованием электрохимического окисления металлов при действии перемен-
ного тока. Томский политехнический университет. Томск 2004. 273 с.
Секция I. Химия и химическая технология
10 неорганических веществ и материалов
5. Ускоренные методы коррозионных испытаний. / Розенфельд И.Л., Жига-
нова К.А. М.: Металлургия, 1966. 347 с.

Процесс гетерогенного изотопного обмена цинка в диэтилцинке
А.Г. Андрианов1, Д.Г.Арефьев1, С.Г. Долгов1, В.В. Коробочкин2
1ОАО «Производственное объединение «Электрохимический завод»
г. Зеленогорск, 663690, ул. Первая Промышленная, дом 1, [email protected]
2Томский политехнический университет
634050, г. Томск, пр. Ленина, 30, [email protected]
С 2008 года в ОАО «ПО ЭХЗ» ведутся исследования по изучению
процесса изотопного обмена цинка в соединении диэтилцинка в гете-
рогенной системе.
Цинк, обедненный по изотопу 64Zn менее 1 %, производится путем
газоцентрифужного разделения металлоорганического соединения
цинка (в данном случае диэтилцинка). В соединении диэтилцинка эле-
ментного цинка содержится около 53 %, при этом количество целевых
изотопов составляет всего около 50 %.
Ввиду особенностей газоцентрифужного разделения происходит
накопление диэтилцинка обогащенного по изотопу 64Zn ~ 84–91 %.
Данный продукт разделения не является источником ценности и в свя-
зи с этим хранится на складах.
Основной целью данных исследований являлось осуществление
возврата в производство «отходов» разделения диэтилцинка обеднен-
ных по изотопу 64Zn менее 1 %, полученных в результате газоцентри-
фужного разделения диэтилцинка природного изотопного состава.
В ходе работы показана возможность проведения процесса изотоп-
ного обмена цинка в соединении диэтилцинк при взаимодействии с
порошком металлического цинка при повышенных температурах 100–
150 °С. Приведены результаты исследования процесса изотопного об-
мена цинка. Установлено влияние температуры смеси на скорость про-
текания процесса. Так, скорость процесса изотопного обмена цинка
при увеличении температуры с 60 °С до 100 °С увеличивается в сред-
нем в 16 раз. Определены технологические этапы проведения процес-
са. Выбран оптимальный способ организации технологического про-
цесса. Определены условия:
— предварительной подготовки металлических порошков цинка;
— проведения процесса загрузки и выгрузки диэтилцинка в реактор;
— проведения процесса изотопного обмена цинка.