Приведены результаты исследований по синтезу фталоцианина меди с использованием электровзрывных и газофазных нанопорошков меди. Показано, что преимущество нанореагентов проявляется в снижении температуры синтеза и повышении выхода тонкокристаллического продукта. Обсуждается влияние природы нанопорошков и растворителей на протекание модельной реакции.

Рассмотрена возможность привлечения неорганических реагентов для экспрессного определения свойств поверхности нанопорошков меди, полученных в различных условиях электрического взрыва проводника и газового синтеза; выполнена адаптация метода термопрограммированной десорбции аммиака для нанопорошковых объектов; проанализированы особенности формирования активных центров в нанопорошках в зависимости от условий их синтеза.

Методом микрокалориметрии исследована реакционная способность нанопорошков меди, полученных механической обработкой или электровзрывом проводника, при их взаимодействии с ледяной уксусной кислотой. Для оценки реакционной способности использованы два параметра: тепловой эффект реакции и максимальная скорость выделения тепла.

Проведено молекулярно-динамическое моделирование отклика кристаллита меди на атомном уровне при локальном контактном взаимодействии. Результаты расчетов показали, что зарождение и развитие пластической деформации осуществляется по механизму генерации локальных структурных трансформаций, которые, в свою очередь, формируют дефекты более высокого уровня (дислокации, дефекты упаковки, границы раздела и т. д.). В процессе нагружения сформированные дефекты структуры распространяются из зоны контакта в глубь кристаллита и при выходе на свободную поверхность приводят к ее формоизменению.

Для изучения реакционной способности нанопорошков меди, полученных электрическим взрывом проводника и механической обработкой, предложены три тестовые реакции: взаимодействие с ледяной уксусной кислотой с образованием основного ацетата меди, взаимодействие с ацетилацетоном с образованием ацтилацетоната меди и взаимодействие с тетрафенилпорфином с образованием тетрафенилпорфина меди. О реакционной способности нанопорошков меди судили по величине теплового эффекта реакции, которую определяли микрокалориметрическим методом. Показано, что реакционная способность нанопорошков меди зависит от способа и условий получения порошков: от среды, в которой происходит электрический взрыв проводника, от длительности механической обработки и типа добавки, в присутствии которой обрабатывается медный порошок.

Исследовано окисление изопропилбензола молекулярным кислородом в присутствии нанопорошков металлов (Со, Сu, Ag, Fe, Ni, Zn, AI), полученных электровзрывом соответствующего проводника в атмосфере азота. Показано, что реакция окисления проходит при 60 °С без инициатора, а скорость поглощения кислорода и состав продуктов окисления зависят от вида нанопорошка металла и энергии адсорбции кислорода на металле: нанопорошки Со, Аg, Сu с энергией адсорбции кислорода меньше 400 кДж/моль катализируют реакцию окисления изопропилбензола и реакцию распада гидроперекиси изопропилбензола; нанопорошки Fe, Ni, Zn, AI, энергия адсорбции кислорода на которых больше 400 кДж/моль, селективно окисляют изопропилбензолдо гидроперекиси.

Исследована реакционная способность нанопорошков меди, полученных электрическим взрывом проводника и методом механохимии. В качестве модельной реакции использована реакция окисления изопропилбензола. Обсуждается зависимость скорости поглощения кислорода от удельной поверхности и способа получения нанопорошка меди. Предложен возможный механизм окисления изопропилбензола в присутствии нанопорошков меди.

Получены новые катализаторы гидроочистки на основе электровзрывных нанопорошков молибдена, никеля и нитрида алюминия. Исследованы их физико-химические свойства, показана возможность прямого сульфидирования нанопорошков молибдена сернистыми соединениями прямогонной дизельной фракции нефти. Установлена высокая гидродесульфирующая способность нанопорошковых катализаторов.

Работа посвящена изучению возможности использования нанопорошков металлов, полученных электрофизическими методами, в качестве твердых деэмульгаторов для разрушения водонефтяных эмульсий, а также исследованию механизма их действия.

Проведено компьютерное моделирование откольного разрушения в кристаллите меди, содержащем границу зерна, при импульсном нагружении. Показано, что при инициировании в материале пакетов из нескольких уединенных импульсов сжатия усиливается тенденция на разрушение материала вдоль границы зерна.

Исследовано влияние предварительной механической обработки порошка меди на качество покрытий, полученных плазменным напылением, показано существенное улучшение их внутренней структуры и прочностных свойств. Установлено, что удельный тепловой эффект взаимодействия механически обработанного порошка меди с уксусной кислотой возрастает при механической обработке в течение 15 мин., вероятно, за счет накопления дефектов в объеме металла, после чего происходит их релаксация. Показано, что химическая активность механически активированных порошков металлической меди и порошков меди, полученных методом электрического взрыва проволочек, коррелирует с межплоскостными расстояниями между плоскостями с индексами Миллера (111).

Изучены влияние окислительно-восстановительных условий механоактивации торфа на структурные превращения гуминовых кислот и их адсорбционные свойства по отношению к ионам меди. Для оценки изменений в составе гуминовых кислот после механоактивации торфа и их взаимодействия с сульфатом меди использованы методы ИК- и ЯМР-13 С-спектроскопии и фотоколориметрический метод для определения степени адсорбции ионов меди гуминовыми кислотами.

Исследована удельная поверхность ультрадисперсных порошков и влияние на нее таких видов предварительной обработки как температура отжига и механическая обработка в шаровой мельнице. Показано, что увеличение содержания окиси алюминия в композиционной смеси ZrO2-Y2O3-Al2O3 приводит к значительному повышению удельной поверхности порошка в исходном состоянии, что обусловлено изменением формы частиц порошка. Последовательные операции отжига и механической обработки отожженных порошков сложным образом влияют на изменение удельной поверхности. Отжиг порошка приводит сначала к увеличению удельной поверхности, обусловленному частичным переходом рентгеноаморфной части материала в нанокристаллическое состояние, а также разрушением частиц "пенообразного" вида, а затем к значительному ее уменьшению, связанному с рекристаллизацией. Механическая обработка в течение первых пяти часов приводит к снижению удельной поверхности всех отожженных порошков, а с дальнейшим увеличением времени механической активации порошков удельная поверхность монотонно возрастает.

Изучено совместное промотирующее влияние нанопорошков циркония и молибдена на каталитические свойства цеолита типа ZSM-5 с различным силикатным модулем в процессе конверсии природного газа в жидкие углеводороды. С помощью методов термического анализа и просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения получены данные о количестве и природе коксовых отложений, образующихся в ходе реакции на поверхности катализатора Zr-Mo/ZSM-5. Показано, что добавка циркония к Mo-содержащему цеолиту приводит к повышению активности и селективности катализатора в образовании ароматических углеводородов из компонентов природного газа. Установлено, что максимальное количество ароматических соединений образуется в присутствии цеолита с силикатным модулем 40, содержащим 0,5% Zr и 4,0% Mo.

Исследованы параметры процесса и описано оборудование для получения нанопорошков металлов электрическим взрывом проводников. Из результатов исследований следует, что наряду с плотностью энергии, введенной в проводник, и давлением газовой среды, размер наночастиц определяется диаметром проводника, температурами рабочего газа и плавления металла, условиями пассивации нанопорошков, а частицы дисперсной фазы формируются в результате объединения кластеров, образующихся на ранних стадиях процесса. Изучены зависимость степени агломерации нанопорошков от плотности энергии, введенной в проводник, и критерии их пожароопасности. Представлены некоторые области применения электровзрывных нанопорошков: модифицирование смазочных и высокоэнергетических материалов; синтез интерметаллических и высокотемпературных соединений; синтез нановолокон оксигидроксида алюминия, их применение для улучшения характеристик клеев и создания фильтров для удаления микробиологических загрязнений из воды.

Проведено исследование процесса диспергирования металлических образцов на микроскопическом уровне при высокоскоростном нагреве. Расчеты проводились в рамках метода молекулярной динамики с использованием многочастичных потенциалов межатомного взаимодействия. Показано, что процесс электротеплового импульсного диспергирования имеет выраженную стадийность. Отмечено, что интенсивность процессов, ответственных за испарение и столкновение кластеров, существенно выше процессов осаждения. Исследование влияния интенсивности теплового нагружения на динамику диспергирования показало, что с увеличением температуры нагрева средний размер кластеров уменьшается, а их число увеличивается.

Методами атомной силовой и акустической микроскопии и оже-спектроскопии исследованы вторичные структуры (механически смешанные слои), образованные на поверхностях износа стали 45 в присутствии нанопорошков пластичных металлов.??.

Исследованы дисперсный состав, структура наночастиц алюминия и цинка, образующихся в условиях электрического взрыва проводников при пониженных температурах газовой среды. Установлено, что понижение температуры газа приводит к уменьшению размера наночастиц и степени их агломерации.

Исследовано влияние способа получения Fe- и In-содержащих цеолитов на их физико-химические и каталитические свойства в процессах конверсии метанола в углеводороды и облагораживания прямогонной бензиновой фракции нефти. Введение In и Fe в цеолит повышает время стабильной работы катализаторов в конверсии метана и увеличивает их селективность в отношении образования алкенов и изоалканов. Наиболее эффективными катализаторами для получения высокооктановых бензинов из прямогонного бензина являются цеолиты, содержащие нанопорошки железа и индия.

Методами просвечивающей дифракционной электронной микроскопии на тонких фольгах, растровой электронной микроскопии, рентгеноструктурного и локального рентгеноспектрального анализа проведено исследование порошкового сплава ПС-12НВК-01, наплавленного на подложку из стали 20. Определен фазовый состав, изучены дефектная структура и внутренние напряжения. Структура материала изучена до и после введения в расплав нанопорошка Al2O3. Установлено, что введение нанопорошка приводит к морфологически однородной структуре, изменению кристаллической решетки твердого раствора, фазового состава и мест локализации присутствующих карбидов.

Представлены результаты экспериментального исследования влияния порошковых наномодификаторов из тугоплавких соединений на прочностные свойства, макро- и микроструктуру жаропрочного сплава Inconel 718. Показано, что введение в расплав порошковых модификаторов приводит к уменьшению среднего размера зерна в сплаве в 1.5—2 раза. Длительная прочность на разрыв сплава при 650°С повышается 1.5—2 раза, число циклов до разрушения при 482°С увеличивается более чем в 3 раза. Указанное влияние наночастиц на зеренную структуру и прочностные свойства сплава обусловлено увеличением числа образующихся центров кристаллизации и формированием скоплений наночастиц тугоплавких соединений на границах и стыках образовавшейся зеренной структуры, препятствующих развитию процессов рекристаллизации сплава.

Изучен процесс экстракции сернистых соединений из дистилляторных фракций нефтей растворами хлоридов металлов в координирующих органических растворителях. Рассмотрена зависимость групповой селективности экстракционной системы от природы компонентов и их количественных соотношений.

Методом ИК-спектроскопии изучено влияние химической природы растворителя на образование ассоциатов с водородными связями в растворах нефти Усинского месторождения. С увеличением доли растворителя с высоким потенциалом обменного взаимодействия (хлороформ, толуол) происходит разрыв внутри- и межмолекулярных водородных связей между компонентами нефти и образование новых ассоциатов с растворителем. С увеличением доли малополярного растворителя (гексан, четыреххлористый углерод) наблюдается разрыв межмолекулярных водородных связей между компонентами нефти, образование ассоциатов с растворителем спектрально не обнаружено.

Ультратонкое измельчение углей разной степени метаморфизма (Ro=0.37-1.25 %) в среде тетралина приводит к увеличению на 5-20 % их конверсии в жидкие продукты, в составе которых уменьшается содержание асфальтенов. Предложена и обоснована кинетическая модель термического растворения, рассчитаны значения эффективной энергии активации процесса.

Предложен оригинальный способ пробоподготовки водных объектов для определения углеводородных примесей с использованием твердофазной микроэкстрации (ТФМЭ). Элюирование веществ осуществляют микроколичеством экстрагента (5 мкл на 2 мг сорбента) с помощью центрифуги. Разработаны специальные патроны для центрифугирования. В качестве сорбентов изучены Porapak Q и Tenax TA, выбран оптимальный растворитель для каждого сорбента. Использование ТФМЭ с помощью центрифуги позволяет определять углеводородные примеси в воде на уровне до -0.3 мкг/л.

Синтезированы высококремнеземные цеолиты семейства пентасил с силикатным модулем от 20 до 200. На их основе приготовлены катализаторы, содержащие никель, цирконий и платину, введенные различными способами. Изучено влияние величины силикатного модуля цеолита и модифицирования на кислотность и активность цеолитных катализаторов в процессе изомеризации н-октана. Определены оптимальные условия проведения изомеризации н-октана в присутствии исследуемых катализаторов.

Сборник содержит оригинальные научные статьи, в том числе концептуального характера, обобщающие результаты теоретических и экспериментальных исследований в области твердопламенного горения и самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Обсуждаются проблемы, относящиеся к феноменологии послойного горения и теплового взрыва при воздействии различных физических факторов: механической активации, удара, пластической деформации, а также обнаруженные недавно явления излучения при протекании процесса СВС. Представлены различные научно-технические разработки в области СВС, связанные с созданием новых материалов, в основном керамических, и технологий их получения. Ряд статей посвящен исследованиям в смежных областях: горению и переработке газов в СВС-конвертере, механохимическому синтезу и свойствам нанопорошков и др. представляет интерес для специалистов в области СВС и других областей (металлургии, технологического горения, химического синтеза и материаловедения). Предназначен для научных сотрудников, инженеров, технологов, преподавателей, аспирантов и студентов, специализирующихся в области неорганической химии, химической физики, структурной макрокинетики и металлургии, особенно порошковой.

В книге рассмотрены важнейшие свойства, использующиеся для характериситки неводных растворителей, и классификации растворителей. Описаны химические реакции в конкретных наиболее употребляемых неводных растворителях. Дан критический обзор и оценка теорий кислот и оснований, подробно изложена протонно-электронно-гидридная концепция, ее преимущества. Рассмотрены нивелирующе-дифференцирующее действие растворителей и критерий выбора неводного растворителя для аналитических целей, а также влияние растворителя на поведение и различные характеристики растворенного вещества. Предназначена для химиков-аналитиков - работников научно-исследовательских институтов и заводских лабораторий, будет полезна также преподавателям, аспирнатам и студентам химических вузов.

Избранные труды представляют собой сборник отдельных научных работ, опубликованных академиком НАН РК С. М. Кожахметовым в научных журналах и монографиях в 1961-2005 гг., включающие результаты физико-химических исследований, технологических разработок и внедрения новых автогенных процессов в металлургии меди. Книга представляет интерес для научных работников, преподавателей, аспирантов и студентов вузов, а также для инженерно-технических работников цветной металлургии.