Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Парамагнетизм является неотъемлемым свойством твердых горючих ископаемых (ТГИ). Не-спаренные электроны, т.е. парамагнитные центры (ПМЦ), вследствие своей реакционной способности могут оказывать влияние на процессы химических превращений при переработке твердых топ-лив, поэтому знание механизма образования ПМЦ в ТГИ имеет принципиальное значение. Прямым и самым эффективным методом исследования веществ, содержащих неспаренные электроны, является электронный парамагнитный резонанс (ЭПР). Сигнал ЭПР несет информацию о химическом строении и надмолекулярной структуре ТГИ. Однако неоднозначность представлений о природе парамагнетизма как твердых топлив, так и извлекаемых из них битумов не позволяет достоверно интерпретировать экспериментальные данные, что препятствует практическому использованию метода ЭПР. Учитывая большое значение комплексной переработки твердых горючих ископаемых с получением ряда продуктов, в том числе и битумов, тема работы, направленная на изучение природы парамагнетизма битумов и разработку на этой основе неразрушающих экспресс-методик для контроля качества битумов и битуминозного сырья, а также поиск новых областей практического использования восков и битумов, является перспективной и актуальной. Исследование парамагнитных свойств битумов представляется необходимым с позиций углубления знаний о твердых горючих ископаемых в целом.
Связь работы с крупными научными программами, темами. Работа выполнена в соответствии с планом научных исследований по естественным наукам Академии наук Беларуси (1979-1983 гг., № roc. per. 79004726; 1981-1984 гг., № гос. per. 81015476; 1985-1989 гг., № гос. per. 01850028707), заданиями Государственного комитета СССР по науке и технике (1989-1990 гг., № гос. per. 01880041761), Государственной программой фундаментальных исследований "Природопользование" (1991-1995 гг., № roc. per. 1993188).
Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы заключается в установлении природы парамагнетизма битумов ТГИ, определении новых направлений их практического использования и
разработке экспресс-методик прогнозной оценки характеристик торфа и контроля качества получаемых из него продуктов. В соответствии с этим необходимо было решить следующие задачи:
разработать новые методические подходы к исследованию восков и битумов;
изучить парамагнитные свойства восков и битумов, а также их комплексов с металлами;
изучить молекулярную жесткость восков и битумов;
разработать экспресс-методики диагностики продукции, выпускаемой на основе сырого торфяного воска, и торфа как битуминозного сырья;
определить новые области практического использования восков и битумов.
Научная новизна. Впервые установлено, что парамагнетизм битумов ТГИ обусловлен не семихинонными (СХ) ион-радикалами и имеет не примесную природу, а является их неотъемлемым свойством как образований в целом.
Показано, что характер влияния внедряемых ионов металлов на спектры ЭПР восков и битумов определяется их валентностью, строением внешней электронной оболочки и магнитными свойствами.
Экспериментально доказано наличие симбатной зависимости между молекулярной жесткостью битумов и уровнем их собственного парамагнетизма.
Установлено, что несмотря на низкое содержание одиночных ароматических колец, они, вследствие межмолекулярного взаимодействия, способны придавать воскам и битумам свойства полимеров с развитой системой полисопряжения.
Практическая значимость работы заключается в разработке способа исследования гетерофазности восков и битумов и создании на их основе ряда индикаторов для аналитической химии и ЭПР-
СПектрОСКОПИИ; Оценке соответствия, на примера ятяиппьнпгп гмс
тракта смолы торфяного воска, качества биологически активны* материалов, получаемых из ТГИ и растительного сырья, техническим условиям; разработке экспресс-методик для прогнозной оценки битуминозности торфа и его потенциальной склонности к автоокислению.
Экономическая значимость предложенной работы состоит е уменьшении расходов на изготовление комплекта индикаторов для
ЭПР-спектроскопии, внедренного в лабораторный практикум высших учебных заведений. Использование предложенных экспресс-методик позволяет сократить трудозатраты при определении биту-минозности торфа и уменьшить расходование средств на профилактические мероприятия в силу увеличения точности прогноза склонности торфа к автоокислению.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
новые методики анализа структуры восков и битумов ТГИ методом ЭПР-спектроскопии;
результаты исследования парамагнетизма восков и битумов и их комплексов с металлами;
установленная взаимосвязь между молекулярной жесткостью восков и битумов и собственным парамагнетизмом;
предлагаемый механизм возникновения ПМЦ в образованиях, не имеющих фрагментов молекулярного полисопряжения;
экспресс-методики контроля качества продуктов, получаемых из торфяного воска, и торфа как битуминозного сырья;
возможность использования восков и битумов в аналитической химии и в качестве индикаторов для ЭПР-спектроскопии.
- Личный вклад соискателя. Соискателем разработаны методики по получению СХ- и Н-форм битумов, комплексов последних с металлами, а также проведены исследования методами ЭПР, ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и спинового зонда.
Разработка экспресс-методик и индикаторов осуществлена соискателем совместно с сотрудниками Института проблем использования природных ресурсов и экологии АН Беларуси.
Апробация результатов диссертации. Результаты научных исследований по теме диссертации доложены на научно-технической конференции по физико-химии торфа (Калинин, 1981 г.); на Всесоюзных конференциях по нитроксильным радикалам (Черноголовка, 1982 г.); "Применение магнитного резонанса в народном хозяйстве" (Казань, 1988 г.), "Магнитный резонанс в биологии и медицине" (Черноголовка, 1989 г., Звенигород, 1990 г.), "Торф в народном хозяйстве" (Томск, 1991 г.); Всесоюзном минералогическом семинаре "Конденсированное некристаллическое состояние вещества земной коры" (Сыктывкар, 1989 г.); Международной конференции "Генезис, эволюция и роль болот в биосферных процессах" (Минск, 1994 г.)
Опубликованность результатов. Результаты научных исследований по теме диссертации опубликованы в 29 научных трудах (из них 8 авторских свидетельств), 14 из которых приведены в автореферате.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав основного текста, списка использованной литературы и приложений. Полный объем диссертации 150 стр., в том числе 26 иллюстраций на 26 стр., 19 таблиц на 17 стр. и 5 приложений на 14 стр. Список использованных источников составляет 236 наименований и занимает 20 стр.
