Науковий вісник НГУ

Вплив слабких електромагнітних полів на властивості вугільної речовини

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №5 2022

Останнє оновлення: 30 жовтня 2022

Опубліковано: 30 листопада -0001

Перегляди: 1877

Authors:

О.В.Бурчак, orcid.org/0000-0001-9114-8585, Інститут геотехнічної механіки імені М.С.Полякова НАН України, м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

В.В.Соболєв, orcid.org/0000-0003-1351-6674, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна, e‑mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

К.А.Безручко, orcid.org/0000-0002-3818-5624, Інститут геотехнічної механіки імені М.С.Полякова НАН України, м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

О.С.Ковров, orcid.org/0000-0003-3364-119X, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна, e‑mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її., e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

А.В.Курляк, orcid.org/0000-0002-9928-0406, Державне підприємство «Науково-виробниче об‘єднання «Павлоградський хімічний завод», м. Павлоград, Дніпропетровська обл., Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

К.Е.Ях, orcid.org/0000-0002-3924-5836, Інститут оптоелектроніки Військової технічної академії, м. Варшава, Республіка Польща, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

повний текст / full article

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2022, (5): 046 - 053

https://doi.org/10.33271/nvngu/2022-5/046

Abstract:

Мета. Встановити закономірності впливу магнітних полів на особливості змінювання хімічних і структурних характеристик вугільної речовини за розмірами мікрочастинок, що збагачені вітринітом. Сформулювати нову систему поглядів на механізми структурно-функціональних перетворень вугільної речовини під дією слабких зовнішніх полів.

Методика. Для обробки диспергованих проб кам’я­ного вугілля слабким магнітним полем використовувалася електрична піч із нагріванням до 320 К, що створює пульсуюче магнітне поле напруженістю до 4000 А/м. У дослідженнях використані методи інфрачервоної спектроскопії та електронного парамагнітного резонансу.

Результати. Проведені експериментальні роботи з оцінки впливу слабких полів на стан і властивості вугільної речовини. Показано, що слабкі енергетичні поля, та електромагнітне зокрема, здатні знижувати енергетичні бар’єри реакцій у вугільній речовині за рахунок спінової взаємодії, що призводить до активізації процесів на атомно-молекулярному рівні та міжфазової взаємодії.

Наукова новизна. Експериментально встановлено, що для вугільних мікрочастинок розмірами від 0,16 до 0,1 мкм, збагачених вітринітом, після впливу зовнішнього магнітного поля коефіцієнт сполученості зменшується, а для мікрочастинок  розмірами менше 0,63 мкм цей показник збільшується. Такі змінювання обумовлені перерозподілом водню між ароматичною та аліфатичною складовими під час проходження вільно-радикальних реакцій. На вітриніті (0,16–0,10 мм) зміни спектру суттєвіші, ніж на інертиніті (0,063–< 0,05 мм). При цьому зовнішня дія електромагнітного поля спричинила протилежні наслідки. Показано, що магнітностимульовані хімічні реакції, які протікають у вугільній речовині, спрямовані на рекомбінацію вільних радикалів з активними поверхневими станами органічної маси вугілля у стійкі молекули газу. Результати лабораторних досліджень методами електронного магнітного резонансу та інфрачервоної спектроскопії дозволяють припустити, що зміни структурних характеристик, зафіксовані у процесі експериментів із низькоенергетичними впливами, можуть розглядатися як попередники перетворення речовини або зміни стану вугілля при підготовці до структурно-функціональних трансформацій. Наприклад, до сорбційної взаємодії або деструктивних процесів із генерацією метану.

Практична значимість. Магнітнопольовий ефект можна використовувати для розробки нових методів дослідження елементарних процесів електронно-спіновим резонансом; управління спін-залежними фазовими переходами. Використання магніторезонансних методів дозволяє використання магнітнопольових ефектів у вигляді основ інструментарію для дослідження дефектів структури. Отримані результати слугуватимуть науковою основою для розробки методів оцінки параметрів електромагнітних процесів у вугіллі для розробки нових технологій видобутку й переробки вуглеводневих енергоносіїв.

Ключові слова: вугільна речовина, електромагнітні поля, структурно-функціональні трансформації, спектр, електронний парамагнітний резонанс

References.

1. Daragan, T. V. (2022). On the role of electricity in the metamorphism of rocks. Modern challenges to science and practice. The ІІІ International Scientific and Practical Conference, 196-200. Retrieved from https://openarchive.nure.ua/bitstream/document/19571/1/Afanasieva_Modern-challenges-to-science-and-practice_2022.pdf.

2. Sobolev, V. V., Molchanov, A. N., & Bilan, N. V. (2018). Electrically stimulated phase transformations in bituminous coals. In Topical issues of resource-saving technologies in mineral mining and processing. Multi-authored monograph. Petroșani, Romania: Universitas Publishing, (pp. 186-211). Retrieved from http://ds.knu.edu.ua/jspui/bitstream/123456789/42/1/Topical%20issues%20of%20resource-saving%20technologies%20in%20mineral.pdf.

3. Panchenko, E. M. (2009). Electret state in oxides: monograph. Moscow: Fizmatlit.

4. Samoilyk, V. H. (2016). Classification of solid fossil fuels and methods of their research: monograph. Kharkiv: Vodnyi spektr G-M-P.

5. Bulat, А., Bogdanov, V., Trachevsky, V., Burchak, О., & Serikov, Yu. (2021). Research of mechanisms and driving forces of the self-organization of the matrices of natural solid hydrocarbons. Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, (3), 26-32. https://doi.org/10.15407/dopovidi2021.03.026.

6. Ulianova, E. V., Molchanov, A. N., & Burchak, A. V. (2013). Influence of microstructure of coal matter on methane content. Fizyko-tekhnichni problemy hirnychoho vyrobnytstva, 16, 50-57.

7. Alekseev, A. D. (2010). Physics of coal and mining processes: monograph. Kyiv: Naukova dumka.

8. Burchak, O. V., Primin, M. A., Nedaivoda, I. V., & Serikova, Yu. A. (2016). The influence of external factors on the state of the coal substance. Geo-technical mechanics, 124, 97-105.

9. Zhu, W., Perebeinos, V., Freitag, M., & Avouris, P. (2009). Carrier scattering, mobilities, and electrostatic potential in monolayer, bilayer, and trilayer graphene. Physical Review B, 80, 233102 (2009).

10. Mikhailovskij, I. M., Sadanov, E. V., Mazilova, T. I., Ksenofontov, V. A., & Velicodnaja, O. A. (2009). Imaging the atomic orbitals of carbon atomic chains with field-emission electron microscopy. Physical Review B, 80, 165404. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.

11. Mazilova, T. I., Kotrechko, S., Sadanov, E. V., Ksenofontov, V. A., & Mikhailovskij, I. M. Т. (2010). High-field formation of linear carbon chains and atomic clusters. International Journal of Nanoscience, 9(3), 151-157. https://doi.org/10.1142/s0219581x10006636.

12. Wang, Y., Lin, Z.-Z., Zhang, W., Jun Zhuang, J., & Ning, X.-J. (2009). Pulling long linear atomic chains from graphene: Molecular dynamics simulations. Physical Review B, 80, 233403.

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.80.233403.

13. Soboliev, V., Bilan, N., Filippov, A., & Baskevich, A. (2011). Electric stimulation of chemical reactions in coal. Technical and Geoinformational systems in Mining, 125-130. https://doi.org/10.1201/b11586-11.

14. Sheka, E. F., Popova, N. A., & Popova, V. A. (2018). Physics and chemistry of graphene. Emergentness, magnetism, mechanophysics and mechanochemistry. Physics-Uspekhi, 61, 645-691. https://doi.org/10.3367/UFNe.2017.11.038233.

15. Ulianova, E. V. (2012). Structural and compositional rearrangements in fossil coals. Relationship between microstructure and kinetics of mining processes: monograph. Saarbrücken: Palmarium Academic Publishing.

16. Alekseev, A. D., Ulianova, E. V., Vasilkovskii, V. A., Razumov, O. N., Zimina, S. V., & Skoblik, A. P. (2010). Peculiarities of the structure of coal in outburst hazardous areas. Mining Information and analytical bulletin, (8), 164-179.

17. Smirnov, V. G., Dyrdin, V. V., Ismagilov, Z. R., Kim, T. L., & Manakov, A. Yu. (2017). On the influence of the forms of methane bonding with the coal matrix on gas-dynamic phenomena occuring during underground mining of coal seams. Scientific and technical journal Vestnik, (1), 34-39.

18. Tiwari, J. N., Tiwari, R. N., & Kim, K. S. (2012). Zero-dimensional, one-dimensional, twodimensional and three-dimensional nanostructured materials for advanced electrochemical energy devices. Progress in Materials Science, 57(4), 724-803. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2011.08.003.

19. Khan, I., Saeed, K., & Khan, I. (2019). Nanoparticles: Properties, applications and toxicities. Arabian Journal of Chemistry, 12(7), 908-931. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2017.05.011.

20. Kobzev, A. P. (2014). On the radiation mechanism of a uniformly moving charge. Physics of elementary particles and the atomic nucleus, 45(3), 1110-1163.

21. Pivnyak, G. G., Sobolev, V. V., & Filippov, A. O. (2012). Phase transformations in bituminous coals under the influence of weak electric and magnetic fields. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (5), 43-49.

22. Soboliev, V., Bilan, N., & Samovik, D. (2013). Magnetic stimulation of transformations in coal. In Mining of Mineral Deposits, (pp. 221-225). Leiden: CRC Press/Balkema. https://doi.org/10.201/b16354-2.

23. Zavilopulo, A. N., Mikita, M. I., & Shpenik, O. B. (2012). Mass spectroscopic study into coal gases from samples of low and high degrees of coalification. Zhurnal Tekhnicheskoi Fiziki, 82(7), 30-37.

24. Takacs, L. (2013). The historical development of mechanochemistry. Chemical Society Reviews, 42(18), 7649-7659. https://doi.org/10.1039/c2cs35442j.

25. Bereza, O. Yu., Filonenko, N. Yu., & Baskevych, O. S. (2012). Calculation of the energy of chemical bond of boron-containing phases in Fe–B–C system alloys. Research Bulletin of NTUU “KPI”. Theoretical and applied problems of Physics, (4), 116-120.

26. Kolesnichenko, I. E., Artemiev, V. B., Kolesnichenko, E. A., & Liu­bo­mi­shchenko, E. I. (2019). Explosions and emissions of methane: quantum theory of methane content, outburst hazard and degassing of coal seams. Mining, (4), 138-143. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2019-4-138-143.

• < Попередня
• Наступна >