Подписывайтесь на Газету.Ru в Telegram Публикуем там только самое важное и интересное!
Новые комментарии +

Российские ученые смоделировали процесс синтеза биотоплива

Российские ученые из Института химии Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) построили термодинамическую модель синтеза биотоплива для жидкой системы. Результаты исследования помогут создать более эффективные способы производства топлива из органического сырья и модифицировать известные еще с XIX века термодинамические правила. Статья опубликована в журнале Fluid Phase Equilibria. Работы поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ) в рамках Президентской программы исследовательских проектов.

В прогнозах по развитию альтернативных источников энергии биотопливу отводят одно из ключевых мест. Возможность перерабатывать органические отходы в спирты или биодизель очень привлекательна, но процесс производства и очистки биотоплива основан на сложных и не до конца изученных химических реакциях. Чтобы в будущем производство биотоплива было эффективным и безопасным, необходимо закрыть «белые пятна» — детально изучить химию и физику его синтеза.

В исследовании, проведенном на кафедре химической термодинамики и кинетики СПбГУ под руководством доцента Марии Тойкка, получение биотоплива изучалось на модельной системе из четырех жидких компонентов: уксусная кислота – амиловый спирт – амилацетат – вода. Основная задача исследования состояла в том, чтобы, во-первых, определить, из чего состоит каждый компонент системы в тот момент, когда они находятся в равновесии. Несмотря на то, что между компонентами существует четкая граница, температура и давление в них одинаковы и стабильны. А во-вторых, чтобы понять границы расслаивания смеси, необходимо было определить, как растворяются компоненты в этой системе.

Ученые наблюдали за модельной системой при температуре в 303,15 К (30 °С) и нормальном атмосферном давлении. Заданные условия поддерживались в специально сконструированной термостатируемой ячейке. В отличие от стандартных приборов для поддержания температуры, эта установка была изготовлена из прозрачного стекла в стеклодувной мастерской Института химии СПбГУ. Сквозь стекло исследователи отслеживали, как смесь расслаивается. При этом образовывалась вторая жидкая фаза, содержащая те же компоненты, но в других концентрациях.

Изменения в составе смеси фиксировали с помощью метода газовой хроматографии. Для этого пробу жидкости специальным шприцем вводили в испаритель хроматографа. Получившийся пар вместе с потоком инертного газа-носителя поступал в хроматографическую колонку – узкий сосуд с подобранным специально для анализируемой смеси поглощающим твердым веществом-сорбентом. Благодаря сорбенту пар разделялся на составляющие вещества, и отдельные компоненты «выходили» из колонки в разное время. На выходе детектор по теплопроводности фиксировал каждый компонент электрическим сигналом. Сигнал преобразовывался в пик на итоговой хроматограмме: чем выше концентрация вещества, тем сильнее сигнал, больше высота и площадь пика. По уровню пиков определялось количество «пойманных» веществ в пробе.

Ученых интересовало, при каких концентрациях компонентов в смеси «уксусная кислота – амиловый спирт – амилацетат – вода» достигаются так называемые критические точки.

«Критические точки — это предельные точки на кривых растворимости. Когда состояние системы приближается к ним, фазовое равновесие нарушается, и система теряет термодинамическую устойчивость: увеличиваются сжимаемость вещества, то есть его способность менять объем, и рассеяние света, замедляются химические реакции. Важно знать, при каком составе система достигает критических точек, чтобы прогнозировать изменение ее характеристик», — поясняет руководитель работы Мария Тойкка.

Исследователи получили достаточно данных для термодинамической модели, которая предсказывает поведение системы «уксусная кислота – амиловый спирт – амилацетат – вода» при разных составах. Следующий этап работы — эксперименты со смесями из других компонентов. В конечном итоге обобщенные данные станут основой для новых способов получения биотоплива.

У работы есть и фундаментальное теоретическое значение. Современная термодинамическая теория растворов базируется на правилах, сформулированных еще классиками отечественной химии, например, на законах Коновалова и Вревского. Эксперименты с системами, моделирующими процессы производства биотоплива, дадут возможность модифицировать эти правила для случая химического равновесия и химически неравновесных систем. На своих лекциях Мария Тойкка уже знакомит студентов Института химии СПбГУ с уточненными моделями.

Новости и материалы
Хайдаров намекнул, что сделает пластику Виктории Боне
Моуринью высмеял слухи о воссоединении с Роналду
Расстрелянная в Саратовской области «Ока» попала на видео
«Больше, чем игра с огнем»: в Кремле отреагировали на заявления Киева о «грязной бомбе»
В Краснодаре опровергли сообщения об авиационной опасности
Патриарх Кирилл наградил Эмира Кустурицу
В Турции высказались об идее отказа от системы «все включено» в крупных отелях
«Водитель с бородой» открыл стрельбу по людям в Саратовской области
В бундестаге призвали восстановить «Северные потоки»
Минобороны сообщило о ликвидации танка ВСУ под Харьковом FPV-дронами
Горбачева выиграла этап Гран-при России в Санкт-Петербурге
Стало известно, в кого целился стрелок в Саратовской области
Войска группировки «Запад» ликвидировали 440 солдат ВСУ в зоне СВО
Названа причина стрельбы по людям в Саратовской области
Средства ПВО сбили беспилотник ВСУ над российским регионом
В Кремле назвали теорией заговоров рассуждения о сотрудничестве Байдена и Трампа
Правительство расширило границы ТОР на Камчатке и в Приморье
Космонавты с орбиты поздравили с Днем матери
Все новости