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 Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм
Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм

Магнитные материалы традиционно классифицируют...

Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу
Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу

Сильно взаимодействующие системы играют важную...

В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом

С помощью большой языковой модели инженеры Мас...

Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах

Исследовательская группа, работающая в UN...

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...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Acta Biomaterialia: Гидрогель поможет понять механизм развития Альцгеймера
Acta Biomaterialia: Гидрогель поможет понять механизм развития Альцгеймера
Nature Ecology & Evolution: Всеобщий предок LUCA оказался старше, чем считалось
Nature Ecology & Evolution: Всеобщий предок LUCA оказался старше, чем считалось
CSAA: Как восстановить мир в городе после конфликта — проблемы и перспективы
CSAA: Как восстановить мир в городе после конфликта — проблемы и перспективы
Новая технология фотоэлектрических модулей оптимизирована для городских условий
Новая технология фотоэлектрических модулей оптимизирована для городских условий
International Journal of Hydrogen Energy: К 2045 году будем летать на водороде
International Journal of Hydrogen Energy: К 2045 году будем летать на водороде
IEEE Access: Ученые открыли доступ к данным о работе электрических сетей
IEEE Access: Ученые открыли доступ к данным о работе электрических сетей
Нанопластики нарушают структуру и функциональность белков в грудном молоке
Нанопластики нарушают структуру и функциональность белков в грудном молоке
Вдохновились Дюной: Модификация скафандров позволит перерабатывать мочу в воду
Вдохновились Дюной: Модификация скафандров позволит перерабатывать мочу в воду
Cell: Впервые восстановлена трёхмерная структура хромосом шерстистого мамонта
Cell: Впервые восстановлена трёхмерная структура хромосом шерстистого мамонта
На Дне аграрной науки в Казанском ГАУ представили около 30 новых проектов
На Дне аграрной науки в Казанском ГАУ представили около 30 новых проектов
Инновационная поделка выпускника КНИТУ — плащ-невидимка для экстремальных условий
Инновационная поделка выпускника КНИТУ — плащ-невидимка для экстремальных условий
Лекарство от рака крови может повысить эффективность радиотерапии опухолей мозга
Лекарство от рака крови может повысить эффективность радиотерапии опухолей мозга
Гексагональные перовскиты — новое слово в технологии топливных элементов
Гексагональные перовскиты — новое слово в технологии топливных элементов
npj Precision Oncology: Урон для нервов при лечении рака груди можно предсказать
npj Precision Oncology: Урон для нервов при лечении рака груди можно предсказать
С помощью Уэбба ученые нашли потенциально обитаемый ледяной мир
С помощью Уэбба ученые нашли потенциально обитаемый ледяной мир

Новости компаний, релизы

Ведущие игроки агрорынка представят новинки на «Дне поля» в Агробиотехнопарке Казанского ГАУ
Межсетевой экран защитит компьютерные системы от киберугроз
Университет МИСИС будет готовить специалистов в сфере квантовых технологий
Ученые ТПУ нашли эффективный способ создания вязких композиционных материалов для авиационной промышленности и машиностроени
Химики СПбГУ: схожие органические катализаторы ускоряют реакции противоположно друг другу