Қазақстан Республикасының білім жəне ғылым министрлігі

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

185 

 

 

Список литературы 

 

 

1  FCCC/CP/1999/7.  Review  of  the  implementation  of  commitments  and  of  other 

provisions  of  the  Convention.  UNFCCC  guidelines  on  reporting  and  review.  UNFCC 

Conference of the Parties, Marrakech, Fifth session, Bonn, 25 October -5 November 1999.  

 

2 FCCC/CP/2001/20. Guidelines for national systems under Article 5, paragraph 1, of the 

Kyoto Protocol. UNFCC Conference of the Parties, Seventh session, 10 November 2001.  

 

3ТретьяковВ.Ф.,  БурдейнаяТ.Н.,  МатышакВ.А.,  ГлебовЛ.С.  Экологическийкатализ: 

достиженияиперспективы  //  17  Менд.съездпообщейиприкладнойхимии,  Казань,  21-26 

сент., 2003:Тезисыдокл., Казань: 2003.-С.469. 

4  Крылов  О.В.,  Третьяков  В.Ф.  Каталитическая  очистка  выхлопных  газов 

автомобильного транспорта // Катализ в промышленности.-2007.-№4.-С.44-54. 

 

5Колбановский Ю.А. Некоторые вопросы создания экологически чистых топлив для 

карбюраторных двигателей // Нефтехимия.-2002.-Т.42.-№2.-С.154-159. 

 

6ShuyJ.S., WeberW.H., GandhiH.S// J.Phys.Chem. 1988. V. 92. №17.p. 4964. 

 

7Zwinkels  M.F.M.,  Jaras  S.G.,  Menon  G.//  Proc.  6

th

  Int.  Symp.  On  Scientific  bases  for 

preparation of heterogeneous catalysis.Lauvain-la-Neuve, Belgium, 1994. P.85 

 

8GilmundinovSh.A.,Sassykova  L.R.,  Nalibayeva  A.M.  “Catalysis:Fundamentals  and 

Application”, Novosibirsk, 2007, Abstracts, II,532-534.  

9GilmundinovSh.A.,Sassykova  L.R.,  Nalibayeva  A.M.  The  Nanostructured    Catalysts  of 

Neutralization of Motor Transport Exhaust//  International  Symposium on Metastable and Nano 

Materials,   ISMANAM August 2007, Greece.- Corfu,2007.- P.168-169. 

 

10FretyR., LevyJ., PerrichonV. etal.// Proc. 3

rd

 Intern. Cong. on Catalysis and Automotive 

Pollution Control, CAPOC 3, Brussels, Belgium, 1994.V.2. P.265. 

 

11  Lee  B.  Y.,  Inoue  Y.,  Yasimori  I.//  Bull.  Chem.  Soc.  Jpn.  1981.  V.54. 

P.3711.http://dx.doi.org/10.1246/bcsj.54.3711. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

186 

 

УДК 541.124:552.123:539.26 

 

1

 Семенова С.А.*, 

1

Патраков Ю.Ф., 

2

Аккулова З.Г.,  

2

Амирханова А.К., 

2

Жакина А.Х. 

 

1

Федеральный исследовательский центр угля и углехимии СО РАН, Институт угля, 

 г. Кемерово, Россия 

2

Институт органического синтеза и углехимии РК, г. Караганда, Казахстан

 

* E-mail.ru: semlight@mail.ru 

 

Влияние модификации озоном на преобразование органического вещества 

низкометаморфизованных углей месторождений Казахстана 

 

Проведена модификация бурых углей Майкубенского и длиннопламенных каменных 

углей  Шубаркольского  месторождений  Казахстана  озоном.  Установлены  основные 

направления  преобразования  органического  вещества  углей  в  результате  их 

взаимодействия с озоном. Изучены сорбционные свойства 

Ключевые слова: уголь, озонирование, сорбционные свойства. 

 

1

Семенова С.А., 

1

Патраков Ю.Ф., 

2

Аккулова З.Г., 

2

Амирханова А.К., 

2

 ЖакинаА.Х. 

 

1

РҒА СБ  көмір және көмірхимия Федералдық зерттеу орталығы, Көмір институты. 

Кемерово қ,. Ресей 

Қазақстан республикасының органикалық синтез  және көмір химиясы институты, 

Қарағанды қ., Қазақстан 

  

Қазақстандағы кен орындарындағы төмен метаморфиялық көмірлердегі 

органикалық заттардың қайта түрленуіне озонмен модификациялаудың әсері 

 

Қазақстандағы  Майкүбен  қоңыр  көмірлері    мен  Шұбаркөл    ұзын  жалынды  тас 

көмірлерін  озонмен  модификациясы  жасалынды.  Органикалық  заттардың  озонмен 

әрекеттесуінен түзілетін заттардың негізгі бағыттары анықталды. Озондалған көмірлердің 

сорбциялық қасиеттері анықталды.   

Түйін сөздер: қоныр көмір, озондау, сорбциялық қасиеттері. 

 

1

 SemenovaS.A., 

1

Patrakov J.F., 

2

Akkulova Z.G., 

2

Амирханова А.К., Жакина

2

 А.Х. 

 

1

Federal research center of Coal and Coalchemistry SB RAS, Institute of coal, Kemerovo,  

Russia  

2

Institute of organic synthesis and coal chemistry of Kazakhstan, Karaganda, Kazakhstan 

 

Effect modification by ozone on transformation of organic matter  of low-metamorphosed 

coal deposits of Kazakhstan 

 

Carried  out  modification  of  brown  coals  of  Maicubensky  and  Shubarkolsky  fields  of 

Kazakhstan with ozone. Set the main directions  of transformation of organic matter of coals in 

the result of their interaction with ozone. 

Keywords: coal, ozone,  sorption properties 

 

Введение 

Казахстан  обладает  богатыми  запасами  бурых  и  каменных  углей.  Наиболее 

разработаны  и  изучены  как  химико-технологическое  сырье  низкометаморфизованные 

угли  Майкубенского  и  Шубаркольского  месторождений  Центрального  Казахстана.  

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

187 

 

Помимо  основного  -  энергетического  направления,  угли  низкой  стадии  метаморфизма 

могут быть использованы в качестве природного сырья для получения жидкого топлива, 

удобрений,  ионообменных  материалов,  органических  кислот,  биологически  активных 

веществ, буроугольного воска и других ценных продуктов [1]. При этом состав и качество 

получаемых  продуктов  могут  варьироваться  в  зависимости  от  петрографической 

принадлежности, стадии химической зрелости и степени окисленности ископаемых углей. 

Озонирование  –  один  из  эффективных  методов  окислительной  обработки    твердых 

горючих  ископаемых  (ТГИ)  [2].  Данный  метод  находит  свое  применение  в 

исследовательской практике в качестве способа модификации органического вещества (ОВ) 

угля  с  целью  придания  ему  новых  свойств,  а  также  для  получения  растворимых 

кислородсодержащих  органических  продуктов.  К  преимуществам  процесса  относятся 

высокая  скорость  и  селективность  реакций,  технологическая  простота  (не  требуется 

присутствия катализаторов, повышения температур и давления), экологичность (отсутствие 

побочных продуктов) [3]. 

Цель  работы  –  изучение  влияния  озонирования  на  изменение  химического  состава 

низкометаморфизованных углей различных месторождений Казахстана. 

 

Эксперимент 

Озонирование  осуществляли  в  термостатированном  вращающемся  реакторе  при 

температуре  25 

о

С;  расход  газа  160  мл/мин;  концентрация  озона  в  озоно-кислородной 

смеси  2-2,2  об.  %  озона.  Навеска  угля  -  2  г,    фракция  <  0,1  мм.  Оптимальная 

продолжительность  озонирования  –  1  ч.  Озониды  -  промежуточные  продукты 

взаимодействия озона с полиароматическими фрагментами ОМУ, разрушали термической 

выдержкой угля при 110

о

С в течение 1 ч. 

Кислородсодержащие  группы  идентифицировали:  карбонильные  –  по  реакции 

оксимирования  с  гидроксиламином  солянокислым,  карбоксильные  –  ацетатным  методом, 

сумму  карбоксильных  и  гидроксильных  –  ионным  обменом  с  гидроксидом  натрия. 

Экстракцию  кислородсодержащих  продуктов  проводили  спирто-бензольной  смесью  в 

экстракторе Грефе. 

ИК-спектральный  анализ  проводили  с  использованием  спектрофотометра  Инфралюм-

ФТ-801  с  Фурье-преобразованием  с  приставкой  диффузного  отражения  (PEDR)  в  области 

волновых чисел 400-4000 см

-1

. Оптическую плотность полос нормировали по полосе 1465см

-

1

. 

 

Результаты и обсуждения 

В 

качестве 

объектов 

исследования 

использовали 

забалансовые 

естесственноокисленные угли Майкубенского (3Б) и Шубаркольского (Д) месторождений 

Центрального  Казахстана.  Характеристика  и  химический  состав  исходных  образцов 

приведены в табл. 1 и 2. 

 

Таблица 1 – Характеристика  исходных образцов  

 

Образец 

Технический анализ, % 

Петрографический состав, % 

R

0

, % 

W

a 

A

d 

V

daf 

Vt 

Sv 

I 

L 

Майкубенское  

месторождение 

9,6 

13,3 

40,7 

79 

1 

14 

7 

0,46 

Шубаркольское  

месторождение 

7,3 

28,8 

42,3 

87 

2 

6 

5 

0,50 

 

Образец  угля  Шубаркольского  месторождения  характеризуется  повышенными 

значениями  показателя  отражения  витринита  (R

0

)  и  содержания  витринита  (Vt),  выхода 

летучих  веществ  (V

daf

)  и  зольности  (A

d

).  В  составе  угля  Майкубенского  месторождения 

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

188 

 

почти  вдвое  больше  содержание  отощающих  микрокомпонентов  групп  инертинита  и 

семивитринита  (∑ОК=15  %)  по  сравнению  с  Шубаркольским.  Элементный  состав 

исследуемых  образцов  отличается  в  пределах  глубины  их  окисленности.  Так,  уголь 

Шубаркольского  месторождения,  будучи  более  метаморфизованным  каменным  углем 

марки  Д,  содержит  большее  количество  кислорода  и  функциональных  групп,  чем  менее 

метаморфизованный  Майкубенский  уголь.  Общим  признаком  исследуемых  образцов 

является  пониженное  относительно  неокисленных  рядовых  углей  этих  месторождений 

содержание водорода (на 30-60 %), что является признаком естесственного окисления.  

 

Таблица 2 – Влияние озонирования на изменение химического состава углей 

 

Образец 

Элементный состав, % 

на daf 

Функциональный 

состав, мг-экв/г 

Кислород в 

группах, % 

Атомное 

отношение 

С 

Н 

O 

S+ 

N 

СОО

Н 

ОН 

С=

О 

О

акт 

О

неакт 

Н/С  О/С 

Майкубенское 

месторождение 

72,7 

2,7 

22,

1 

2,5 

0,18 

1,9

1 

отс. 

3,6 

18,5 

0,44 

0,23 

-//- 

озонированный 

72,2 

2,9 

22,

6 

2,3 

0,38 

1,9

2 

отс. 

4,3 

18,3 

0,48 

0,23 

Шубаркольское 

месторождение 

65,9 

3,8 

27,

8 

2,5 

1,00 

2,1

5 

0,49 

7,0 

20,8 

0,69 

0,32 

-//- 

озонированный 

68,6 

3,6 

25,

5 

2,3 

1,12 

1,9

5 

0,42 

7,0 

18,5 

0,63 

0,28 

 

Озонирование  естесственноокисленных  углей,  вопреки  ожиданию,  не  приводит  к 

увеличению  содержания  кислорода  в  их  ОВ,  а  в  случае  Шубаркольского  угля 

способствует  его  уменьшению  (табл.  2).  В  функциональном  составе  ОВ  углей 

увеличивается количество карбоксильных групп и имеется тенденция к снижению других 

-  фенольных,  карбонильных  групп,  а  также  “неактивного”  (эфирных,  фурановых, 

лактонных, ангидридных и др. групп) кислорода. 

После озонирования в ситовом составе углей возрастает количество мелких фракций 

(рисунок  1),  угольные  частицы  приобретают  округлые,  шероховатые  формы,  на 

поверхности  отчетливо  проявляется  рельеф  и  клеточные  признаки,  характерные  для 

фюзенизированных петрографических компонентов (эффект «травления» поверхности). 

а 

б 

Рисунок 1 – Микрофотографии Шубаркольского угля до (а) и после (б) озонирования. 

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

189 

 

В  ИК-спектрах  исследуемых 

углей  присутствуют  полосы  поглощения 

ароматических (3040, 1600, 820, 750 см

-1

), алифатических (2920, 2850, 1460, 1380, 960, 725 

см

-1

)  фрагментов,  кислородсодержащих  фенольных  (3400,  1260  см

-1

),  карбоксильных 

(1730,  1710  см

-1

)  и  эфирных  (1120,  1030  см

-1

)  групп  (табл.  3).  В  спектре  Майкубенского 

угля большую интенсивность проявляют полосы поглощения ароматических структурных 

единиц (3040, 1600, 820 см

-1

), а у Шубаркольского – алифатических (2920, 960, 725 см

-1

), 

что согласуется с данными элементного анализа (табл. 2). 

 

Таблица 3 – Нормированная оптическая плотность полос в ИК-спектрах спиртобензольных 

экстрактов 

 

 

Уголь 

Положение полосы, см

-1 

3400  3040  2920  1730  1710  1610 

1380 

1260 

1120 

960 

820 

725 

Майкубенский  

1,40 

0,11 

2,87 

сл. 

1,47 

1,08 

0,67 

0,80 

0,43 

0,02  0,27 

0,15 

-«- 

 озонированный 

1,62 

0,06 

1,92 

сл. 

2,63 

1,39 

0,87 

1,11 

0,50 

0,10  0,41 

0,12 

Шубаркольский  1,82  0,02  4,81  1,00  1,69  1,07 

0,35 

0,42 

0,36 

0,18  0,23 

0,26 

-«-   

озонированный 

1,75 

0,02 

3,25 

1,58 

2,25 

1,33 

0,83 

1,00 

0,38 

0,03  0,26 

0,17 

 

Сравнительный  анализ  нормированных  оптических  плотностей  полос  поглощения 

(табл.  3)  показал  увеличение  условного  содержания  в  составе  озонированных  образцов 

кислородсодержащих  фрагментов  с  карбоксильной  функцией.  Эти  изменения 

сопровождаются уменьшением длины алкильных структур (2920, 725 см

-1

) и увеличением 

доли  метильного  замещения  (1380  см

-1

).  Увеличение  оптической  плотности  полосы 

поглощения при 1600 см

-1 

для  обоих образцов может быть связано с наложением на нее 

влияния  присутствия  сопряженных  с  ароматическим  кольцом  С=О-групп.  Для 

Шубаркольского  угля,  по-видимому,  в  большей  степени  характерны  превращения, 

связанные с деструкцией алкильных или нафтеновых (2920, 960, 725 см

-1

) фрагментов, а 

также  фенольных  гидроксилов,  в  результате  чего  возможно  появление  дополнительного 

количества  карбоксильных  групп  алифатического  характера  (1730  см

-1

).  Для 

Майкубенского  угольного  образца  в  том  числе  свойственно  уменьшение  доли 

ароматических  фрагментов  и  увеличение  условного  содержания  циклоалифатических  

структурных единиц (960 см

-1

). 

Показана  возможность  использования  озонированных  углей  в  качестве  сорбентов 

ионов металлов на примере извлечения ионов меди из растворов концентрации 0,02-0,10 

моль/л. Результаты представлены в таблице 4.  

 

Таблица 4 – Сорбционные свойства озонированного Майкубенского угля по ионам меди  

 при Т:Ж = 1:50 

 

[Сu

2+

],н 

Сорбция, мг-экв/г 

Сорбция Сu

2+

, % 

0,02 

0,48 

95,4 

0,04 

0,80 

80,2 

0,06 

0,88 

59,3 

0,08 

1,15 

57,5 

0,10 

1,20 

48,0 

 

 

 

Заключение 

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

190 

 

Необходимо  заметить,  что  отсутствие  выраженного  окислительного  эффекта, 

который  обычно  проявляется  при  озонолизе  каменных  углей  более  высоких  стадий 

метаморфизма  [2],  может  быть  связано  с  рядом  факторов.  Во-первых,  избирательные 

реакционные способности озона, к особенностям которых относятся предпочтение атак по 

С=С-связям 

конденсированных 

ароматических 

фрагментов, 

которых 

в 

ОВ 

низкометаморфизованных  углей  относительно  невелико,  а  также  деструкция  фенольных 

гидроксилов  [3],  высоким  содержанием  которых  характеризуются  бурые  и  окисленные 

угли.  Поэтому  в  данном  случае  мы  наблюдаем  выраженный  деструктивный  эффект, 

способствующий  не  столько  накоплению,  сколько  потери  части  имеющегося  кислорода. 

Во-вторых, наличие в угольных пробах высокого содержания минеральных компонентов, 

которые  не  только  цементируют  угольные  поры,  препятствуя  диффузии  озона  во 

внутреннее  пространство  угля,  а  также  могут  оказывать  катализирующее  влияние  на 

процесс глубокой окислительной деструкции ОВ до газообразных продуктов. По данным 

изучения  сорбции  ионов  меди  озонированные  угли  относятся  к  среднеактивным 

сорбентам.  

Таким  образом,  озонирование  низкометаморфизованных,  окисленных  в  пластовых 

условиях  углей Казахстана, сопровождается выраженным деструктивным эффектом и не 

способствует значимому накоплению кислородсодержащих групп.  

 

Список литературы 

 

1 Кухаренко Т.А. Окисленные в пластах бурые и каменные угли. - М.: Недра,  1972. - 

216 с. 

2 Семенова С. А., Патраков Ю. Ф. // Химия твердого топлива - 2007. - №1.- С. 18-22.  

3 Разумовский С.Д., Заиков Г.Е. Озон и его реакции с органическими соединениями. 

- М.: Наука, 1974. – 322 с.  

 

References 

 

1 Kukharenko T.A. Oxidized in seams and brown coals.  M .: Nedra, 1972.  216 p. (In 

Russian) 

2 Semenova S.A., Patrakov Y.F. Solid  Fuel Chemistry. 2007.  №1.  P. 18-22. (In Russian) 

3 Razumovsky S.D., Stammering G.E. Ozone and its reaction with organic compounds.   

M. : Nauka, 1974. 322 p. (In Russian) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

191 

 

УДК541.138.3  

 

Б.А. Серикбаев*, Д.Х. Камысбаев, Г. Арбуз,  Д. Алимбай, А. Арын  

 

Казахский Национальный Университет им. аль-Фараби,  г. Алматы, Казахстан 

*E-mail: serikbayev_46@mail.ru

 

жүктеу/скачать 31,15 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: