Науковий вісник НГУ

Магнітне стимулювання хімічних реакцій у кам’яному вугіллі

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №4 2023

Останнє оновлення: 28 серпня 2023

Опубліковано: 30 листопада -0001

Перегляди: 1664

Authors:

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.

Н. В. Голуб, orcid.org/0000-0002-4086-7827, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

О. А. Терешкова, orcid.org/0000-0001-5731-7349, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

* Автор-кореспондент 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. 2023, (4): 048 - 055

https://doi.org/10.33271/nvngu/2023-4/048

Abstract:

Мета. Встановити механізм, за яким сигнал слабкого магнітного поля трансформується у відгук деяких компонентів наноструктури вугільної речовини з подальшим утворенням хімічних зв’язків.

Методика. Використані методики фізичного й математичного моделювання елементарних хімічних актів. Використані закономірності квантової механіки та динаміки хімічних зв’язків, теорія магнітної ізотопії, дифузійна теорія рекомбінації радикальних пар з урахуванням триплет-синглетних переходів, ядерно-спінової селективності хімічних реакцій.

Результати. Фізичний механізм магнітного сценарію міжрадикальних реакцій розглядається з точки зору їх енергетичного стимулювання магнітними полями, тобто експериментально реалізована ідея, згідно з якою коло радикальних пар, здатних рекомбінувати у стійкі молекули, значно розширюється у випадку впливу слабкого магнітного поля. Вплив магнітного поля на систему «органічна маса вугілля – радикали» окрім стимулювання міжрадикальних реакцій призводить до стабілізації та зростання вуглецевих структур із регулярним розташуванням атомів (двовимірних сіток, ланцюжків і т. п.).

Наукова новизна. Розроблена фізична модель структурно-фазових змінювань у вугіллі під дією зовнішнього магнітного поля слабкої напруженості. Показано, що сигнал слабкого магнітного поля, незрівнянно меншого за енергією відносно енергії теплового руху молекул, здатен ініціювати триплет-синглетні переходи, тобто переводити радикали до реакційно спроможного стану. Запропоновано механізм утворення хімічних зв’язків між рухомими радикалами й незавершеними зв’язками поверхневих атомів на поверхнях твердих фаз вугільної речовини.

Практична значимість. Практичне застосування отриманих результатів із магнітної обробки вугілля може бути пов’язане зі створенням нового способу запобігання викидонебезпечного стану у вугільних пластах. Для розвитку робіт в області магнітної обробки необхідно проводити дослідження, пов’язані з розрахунком і вибором параметрів обробки вугілля (напруженості магнітного поля, частоти, енергії та часу обробки), з метою ефективного управління хімічними реакціями у вугільній речовині. Від того, наскільки будуть обґрунтовані методи обробок вугілля, багато в чому залежатиме не тільки ефективність хімічних процесів, зокрема, але й доцільність практичного використання отриманих результатів у цілому.

Ключові слова: вугілля, множник Ланде, радикальна пара, спін, розщеплення, синглетний стан, електрон, стан нестійкої рівноваги

References.

1. Molchanov, O., Rudakov, D., Soboliev, V., & Kamchatnyi, O. (2018). Destabilization of the hard coal microstructure by a weak electric field. E3S Web of Conferences, 60, 00023. https://doi.org/10.1051/e3sconf/20186000023.

2. 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.

3. Vasilenko, T. V., Kirillov, A. K., Doroshkevich, A. S., & Shaylo, A. V. (2012). Change of electrophysical parameters of coal by effect of magnetic pulses. Fiziko-khimicheskiye problemy gornykh rabot, (15), 7-19. Retrieved from http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108240.

4. Alekseyev, A. D., Ul’yanova, Ye. V., Trachevskiy, V. V., Ivashchuk, L. I., & Zimina, S. V. (2010). Application of nuclear magnetic resonance and Raman scattering methods for studying genesis of natural carbon nanomaterials structure. Fizika i tekhnika vysokikh davleniy, (3), 126-140. Retrieved from http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/69319.

5. Daragan, T. V. (2021). Destabilization of the coal-gas system exposure to weak electric field In Abstracts of the IV International Scientific and Practical Conference, (pp. 513-515). Budapest, Hungary. https://doi.org/10.46299/ISG.2021.I.IV.

6. Khomenko, O., Kononenko, M., & Myronova, I. (2013). Blasting works technology to decrease an emission of harmful matters into the mine atmosphere. Mining of Mineral Deposit, 231-235. https://doi.org/10.1201/b16354-43.

7. Mineyev, S. P., Rubinskiy, A. A., Vitushko, O. P., & Radchenko A. G. (2010). Mining in difficult conditions on outburst coal seams. Donetsk: Skhidnyi vydavnychyi dim.

8. Carpenter, D. O. (2019). Extremely low frequency electromagnetic fields and cancer: how source of funding affects results. Environmental research, 178(3), 108688. https://doi.org/10.1016/j.envres.2019.108688.

9. Longyu Zhao, Xiaodong Liu, Chunpeng Wang, Kangkang Yan, Xuejun Lin, Shuang Li, Honghong Bao, & Xin Liu (2014). Magnetic fields exposure and childhood leukemia risk: A meta-analysis based on 11,699 cases and 13,194 controls. Leukemia Research, 38(3), 269-274. https://doi.org/10.1016/J.Leukres.2013.12.008.

10. Gulyar, S. A., & Limanskiy, Yu. P. (2006). Permanent magnetic fields and their application in medicine. Kyiv: Institut fiziologii im. A. A. Bogomoltsa NAN Ukrainy.

11. Carpenter, D. O., & Sage, C. (2008). Setting prudent public health policy for electromagnetic field exposures. Reviews on Environmental Health, 23(2), 91-117. https://doi.org/10.1515/reveh.2008.23.2.91.

12. Soboliev, V., Bilan, N., & Samovik, D. (2013). Magnetic stimulation of transformations in coal. Mining of Mineral Deposits, 221-225. https://doi.org/10.1201/b16354-2.

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. Soboliev, V., Rudakov, D., Stefanovych, L. I., & Jach, K. (2017). Physical and mathematical modelling of the conditions of coal and gas outbursts. Mining of Mineral Deposits, 11(3), 40-49. https://doi.org/10.15407/mining11.03.040.

15. Alekseyev, A. D. (2010). Physics of coal and mining processes. Kyiv: Naukova dumka.

16. Wang, L., Cheng, Yu.-Ch., & Liu, H.-Yo (2014). An analysis of fatal gas accidents in Chinese coal mines. Safety Science, 62, 107-113. https://doi.org/10.1016/j.ssci.2013.08.010.

17. Daragan, T. V. (2022). On the role of electricity in the metamorphism of rocks. In Modern challenges to science and practice. Abstracts of ІІІ International Scientific and Practical Conference. Varna, Bulgaria, (pp. 196-200). Retrieved from https://eu-conf.com.

18. Atkins, P., & de Paula, J. (2006). Atkins’ Physical Chemistry. Oxford: Oxford University Press.

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

20. Saranchuk, V. I., Ayruni, A. T., & Kovalev, K. Ye. (1988). Supramolecular organization, structure and properties of coal. Kyiv: Naukova dumka.

21. Van Krevelen, D. W. (1993). Coal: Typology, Physics, Chemistry, Constitution (3 ^rd ed.). Amsterdam: Elsevier.

22. Soboliev, V. V., Bilan, N. V., & Khalimendik, A. V. (2017). On formation of electrically conductive phases under electrothermal activation of ferruginous carbonate. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (4), 53-60.

23. Bol’shinskiy, M. I., Lysikov, B. A., & Kaplyukhin, A. A. (2003). Gas-dynamic phenomena in mines. Sevastopol: Veber.

24. Bulat, A. F., Skipochka, S. I., Palamarchuk, T. A., & Antsife­rov, V. A. (2010). Methane generation in coal seams. Dnepropetrovsk: Lira LTD.

25. Gonzalez-Arraga, L. A., Lado, J.  L., Guinea, F., & San-Jose, P. (2017). Electrically Controllable Magnetism in Twisted Bilayer Graphene. Physical Review Letters, 119, 107201. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.119.107201.

26. Ben Amor, N., Noûs, C., Trinquier, G., & Malrieu, J.-P. (2020). Spin polarization as an electronic cooperative effect. The Journal of Chemical Physics, 153, 044118. https://doi.org/10.1063/5.0011582.

27. Shaik, S., Danovich, D., & Hiberty, P. C. (2022). On the nature of the chemical bond in valence bond theory. The Journal of Chemical Physics, 157, 090901. https://doi.org/10.1063/5.0095953.

28. Temur’yants, N. A., Chuyan, Ye. N., & Kostyuk, A. S. (2012). Effects of weak electromagnetic influences in invertebrates (planarian regeneration, mollusk nociception). Simferopol’: DIAYPI.

29. Zaporozhan, V. N., & Ponomarenko, A. I. (2011). Mechanisms of weak magnetic field influence on gene expression: basics of physical epigenetics. Nauka ta innovatsiyi, 7(6), 50-69. Retrieved from http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/115882.

30. Bulat, A. F., & Dyrda, V. I. (2013). Some problems of gas-dynamic phenomena in coal massif in the context of nonlinear nonequilibrium thermodynamics. Geotekhnicheskaya mekhanika, 108, 3-29.

31. Bulat, A. F., Makeev, S. Yu., Andreev, S. Yu., & Ryzhov, G. A. (2015).  Certain peculiarities of the flow and prevention of gas-dynamic phenomena. Ugol Ukrainy, (7-8), 17-21. Retrieved from http://nbuv.gov.ua/UJRN/ugukr_2015_7-8_6.

• < Попередня
• Наступна >