Химики СПбГУ придумали греющийся термос для проведения реакций

Ученые Санкт-Петербургского университета совместно с исследователями Института органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН разработали тип реактора труба в трубе, который обеспечивает эффективное протекание химических реакций без использования внешних нагревателей.

Такой подход значительно сокращает затраты энергии при проведении химических исследований. Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале International Journal of Molecular Science.

Химические реакции могут сопровождаться выделением (экзотермические) или поглощением (эндотермические) тепла. В первом случае получаемая тепловая энергия часто рассеивается, однако ее можно использовать для запуска второго типа реакций, которые требуют дополнительного тепла для его поглощения. Созданная химиками конструкция, похожая на термос, позволяет использовать выделяемую тепловую энергию одной реакции для запуска второй.

Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета и Института органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН разработали особый тип реактора «труба в трубе», который обеспечивает более эффективное протекание реакции гидролиза карбида кальция — взаимодействия соединения кальция и углерода с водой. Сегодня карбид кальция активно используют в промышленности для получения газообразного ацетилена и его использования при производстве уксусной кислоты, этилового спирта, пластмассы, каучука и даже ракетных двигателей.

Реактор состоит из двух трубок, вставленных одна в другую, стенки которых не соприкасаются, и соединительной детали, напечатанной на 3D-принтере из нейлона. Такая конструкция позволила создать своего рода греющийся термос — «нагреватели» располагаются в пространстве между двумя трубками, то есть в „стенке“ реактора.

Для проведения эффективной реакции ученые помещали гранулы карбида кальция в пространство между трубками, добавляли растворитель, воду и перемешивали. Смесь нагревалась, а выделяемое тепло переходило во внутреннюю часть, запуская эндотермические реакции между реактивами в ней. Это позволило провести два типа реакции с меньшими энергозатратами, без использования внешних нагревателей.

Выделяемое и поглощаемое тепло фиксировали с помощью тепловизора — это позволило в режиме реального времени проследить, как меняется температура внутри устройства во время реакции. Оказалось, что тепловой эффект, получаемый в реакторе, зависит от типа растворителя, а также от количества воды и карбида. Так, если в  «стенке» установки было мало — всего 5 % — воды и много растворителя, то выделения тепла практически не наблюдалось. Увеличение количества воды до 50 % и более, наоборот, привело к быстрому — всего за пять минут — росту температуры в реакторе вплоть до 90 °С.

Карбид кальция способен запускать реакции без внешних источников тепла, а разработанное нами устройство  «труба в трубе « помогает контролировать и при необходимости изменять скорость его гидролиза.

Это может быть использовано в промышленности — например, при получении ацетилена. При добавлении воды к карбиду получается так много тепла, что выделяющийся ацетилен полимеризуется и становится непригоден.

Используя смеси растворителей с водой, можно замедлить этот процесс, остановить нежелательную полимеризацию и более эффективно отводить тепло», 

— рассказал руководитель проекта, научный сотрудник лаборатории кластерного катализа СПбГУ Константин Родыгин.

Исследования проводились на базе ресурсных центров  «Методы анализа состава вещества» и  Магнитно-резонансные методы исследования“ Научного парка СПбГУ.

20.04.2022


Подписаться в Telegram



Хайтек

Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов

Исследователи из Калифорнийского универси...

PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути
PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути

Исследователи из Принстона применили спле...

Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ
Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ

Ученые из Томского политехнического униве...

Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света
Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света

В основе глобальной интернет-связи лежит оптич...

Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения
Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения

Мемристорные устройства представляют собой кат...

Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников
Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников

Замещающее легирование чужеродными элементами ...

Angewandte Chemie: Ученые объяснили, почему металлы превращаются в стекло
Angewandte Chemie: Ученые объяснили, почему металлы превращаются в стекло

Если проникнуть глубоко-глубоко под повер...

Создан катализатор для преобразования нитратного загрязнения в аммиак
Создан катализатор для преобразования нитратного загрязнения в аммиак

Загрязнения, извергаемые бурно развивающейся м...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Транзисторы на основе бальзового дерева усилят позиции зеленой электроники
Транзисторы на основе бальзового дерева усилят позиции зеленой электроники
Наноразмерное покрытие ускоряет работу катализаторов на основе наночастиц золота
Наноразмерное покрытие ускоряет работу катализаторов на основе наночастиц золота
Scientific Reports: ИИ показал больший творческий потенциал, чем человек
Scientific Reports: ИИ показал больший творческий потенциал, чем человек
Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки
Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки
NSMBio: Исследование проливает свет на истоки неврологических заболеваний
NSMBio: Исследование проливает свет на истоки неврологических заболеваний
British Journal of Anaesthesia: Ученые выявили ошибку в работе пульсоксиметров
British Journal of Anaesthesia: Ученые выявили ошибку в работе пульсоксиметров
FEARC: Археологи используют фундук для реконструкции древних лесных массивов
FEARC: Археологи используют фундук для реконструкции древних лесных массивов
PRL: Ученые продвинулись в управляемом ускорении электронов в микромасштабе
PRL: Ученые продвинулись в управляемом ускорении электронов в микромасштабе
Лесовосстановления недостаточно для возмещения углерода от заготовки древесины
Лесовосстановления недостаточно для возмещения углерода от заготовки древесины
Blood: Создана новая стратегия поиска и уничтожения стволовых клеток лейкемии
Blood: Создана новая стратегия поиска и уничтожения стволовых клеток лейкемии
PNAS Nexus: Хоть горшком назовите, только учитывайте культурные различия
PNAS Nexus: Хоть горшком назовите, только учитывайте культурные различия
Nature Comm: Ошибка Пифагора вынуждает пересмотреть принципы создания музыки
Nature Comm: Ошибка Пифагора вынуждает пересмотреть принципы создания музыки
Открыт антивозрастной эффект витамина D и рецептора в средней кишке дрозофилы
Открыт антивозрастной эффект витамина D и рецептора в средней кишке дрозофилы
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Journal of the American Heart Association: Сидячий образ жизни приближает смерть
Journal of the American Heart Association: Сидячий образ жизни приближает смерть

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса