• 300лет 08
  • SIRchem
  • гайд студента 2023 08
  • Chem reyt zastavka page 0001
Печать
Просмотров: 8

Итоги работы за 2024 год по проекту Минобрнауки N 075-15-2021-1383

Обновлено

Проект Минобрнауки N 075-15-2021-1383 (вн. № 13.2251.21.0118) по теме: «Физико-химическое описание высокотемпературных процессов в многокомпонентных системах для извлечения и утилизации цезия и стронция при ликвидации последствий тяжёлых аварий на атомных электростанциях (INES-7)».

Итоги 2024 года

Цель третьего этапа проекта состояла в синтезе, идентификации структуры, фазового и элементного состава шести образцов системы Cs2O-SrO-Al2O3-SiO2, методами физико-химического анализа для дальнейшего изучения процессов испарения и термодинамических свойств рассматриваемой системы методом высокотемпературной масс-спектрометрии. Для реализации данного этапа проекта были привлечены следующие экспериментальные методы: РФА, СЭМ/РСМА, ДСК/ТГ, РФлуА, ВТМС. В работе проведено комплексное физико-химическое исследование структуры, фазовых равновесий, процессов испарения и термодинамических свойств системы Cs2O-SrO-Al2O3-SiO2 при высоких температурах. Степень внедрения полученных результатов обусловлена возможностью их использования для анализа возможности предотвращения попадания Cs и Sr в окружающую среду при тяжёлых авариях на АЭС, протекающих при высоких температурах.

По итогам выполнения второго этапа проекта можно сделать следующие выводы и обобщения.

Установлено, что для получения образцов системы Cs2O-SrO-Al2O3-SiO2 предпочтителен гидротермальный золь-гель метод синтеза. Корректность химического состава и структурного описания синтезированных образцов в рассматриваемой системе была подтверждена методами РФА, РФлуА, СЭМ и РСМА. Методами ДСК/ТГ, в частности, проиллюстрировано, что до температуры 1500 К образцы характеризуются термической стабильностью. Необходимо отметить, что в образце, содержащем Cs2O:SrO:Al2O3:SiO2 = 10:20:14:56, мол. %, до температуры 1600 К наблюдались тепловые эффекты, обусловленные фазовыми переходами. Впервые исследовано комплексное термодинамическое описание системы Cs2O-SrO-Al2O3-SiO2 масс-спектрометрическим эффузионным методом Кнудсена до температуры 2700 К. Найдено, что до температуры 1400 К основными компонентами газовой фазы над исследованной системой являются атомарный цезий и кислород. Дальнейшее повышение температуры приводит к ступенчатому избирательному испарению оксидов стронция, кремния и алюминия согласно процессам, характеризующих испарение соответствующих индивидуальных оксидов.

Таким образом, получена следующая термодинамическая информация о системе Cs2O-SrO-Al2O3-SiO2: состав и парциальные давления пара; потери массы изученных образцов; парциальные молярные энтальпии испарения и смешения компонентов; парциальные энергии Гиббса смешения и парциальные избыточные энергии Гиббса компонентов. Найденные значения термодинамических свойств в системе Cs2O-SrO-Al2O3-SiO2 свидетельствуют о наличии отрицательных отклонений от идеальности. Показаны возможности термодинамических свойств системы Cs2O-SrO-Al2O3-SiO2 по данным о равновесиях в соответствующих бинарных системах с использованием полуэмпирического метода Колера и обобщённой решёточной теории ассоциированных растворов. Термодинамические параметры, использованные при описании системы Cs2O-SrO-Al2O3-SiO2, явились основой для создания базы термодинамических данных, позволяющей рассчитать термодинамические свойства рассматриваемой системы в более широких концентрационных интервалах.

Коллектив китайских исследователей впервые рассчитал фазовые равновесия в системе Fe-Zr-B до температуры 4273 К при различных давлениях кислорода и в системе Fe-Zr-O при температурах до 3773 К и давлениях кислорода 10-20-1 атм с использованием базы данных FactSage. В системе Fe-Zr-B рассчитаны линии ликвидуса и составы фаз на моновариантных равновесиях. Российской стороной фазовые равновесия в системе Fe-Zr-B рассчитаны с использованием базы данных NUCLEA на концентрационном сечении Fe-ZrB2 при температуре 1673 К. Установлено, что фазовые равновесия в системе Fe-Zr-B при температуре 1673 К, рассчитанные с использованием двух независимых баз данных FactSage и NUCLEA, позволяют получить взаимно согласованные данные.

Таким образом, впервые найденные значения термодинамических свойств в системе Cs2O-SrO-Al2O3-SiO2 представляют значительный интерес как один из этапов создания термодинамической базы данных для расчёта фазовых равновесий в рассматриваемой четырёхкомпонентной системы, а также для дальнейшего прогнозирования протекания высокотемпературных процессов с участием компонентов дебриса, содержащего радионуклиды цезия и стронция, для минимизации последствий тяжёлых аварий на АЭС (INES-7). Следовательно, задачи, поставленные для реализации третьего этапа проекта, выполнены полностью.

По итогам выполнения проекта опубликовано шесть статьей в отечественных и зарубежном журналах, а также сделаны шесть докладов на российских конференциях с международным участием:

  1. Столярова В.Л., Лопатин С.И., Селютин А.А., Ворожцов В.А., Шугуров С.М. Испарение и термодинамические свойства керамики на основе системы SrO-Al2O3 при высоких температурах // Журнал неорганической химии. – 2022. – Т. 67, № 12. – P. 1866–1873. – doi: 10.31857/S0044457X22601110.
  2. Stolyarova V.L., Lopatin S.I., Selyutin A.A., Vorozhtcov V.A., Shugurov S.M. Vaporization and thermodynamic properties of SrO-Al2O3 ceramics at high temperatures. // Russian Journal of Inorganic Chemistry. – 2022. – Vol. 67, No. 12. – P. 2077–2083. – doi: 10.1134/S0036023622601428.
  3.  Stolyarova V.L., Vorozhtcov V.A., Lopatin S.I., Selyutin A.A., Shugurov S.M., Shilov A.L., Stolyarov V.A., Almjashev V.I. Mass spectrometric study and modeling of the thermodynamic properties of SrO-Al2O3 melts at high temperatures // Rapid Communications in Mass Spectrometry. – 2023. – Vol. 37, No. 5. – P. e9459. – doi: 10.1002/rcm.9459.
  4. Федорова А.В., Столяров В.А., Павелина М.Е., Колоницкий П.Д., Кириченко С.О., Тимчук А.В., Столярова В.Л. Получение керамики на основе системы Cs2O-Al2O3 методами твердофазного синтеза и глицин-нитратного горения // Журнал неорганической химии. – 2023. – Т. 68. – №. 7. – С. 975-987. – doi: 10.31857/S0044457X23600275.
  5. Fedorova A.V., Stolyarov V.A., Pavelina M.E., Kolonitskii P.D., Kirichenko S.O., Timchuk A.V., Stolyarova V.L. Ceramics of the Cs2O-Al2O3 system prepared by solid-phase technology and the glycine–nitrate combustion process // Russian Journal of Inorganic Chemistry. – 2023. – Vol. 68. – No. 7. – P. 911-922. – doi: 10.1134/S0036023623600909.
  6. Столярова В.Л., Шилов А.Л., Лопатин С.И., Федорова А.В., Ворожцов В.А. Термодинамические свойства системы Cs2O-Al2O3-SiO2 при высоких температурах // Известия Академии наук. Серия химическая. – 2024. – Т. 73, № 11. – С. 3204-3214.
  7. Vorozhtcov V.A., Stolyarova V.L., Shilov A.L., Fedorova A.V., Lopatin S.I., Shugurov S.M., Stolyarov V.A., Pavelina M.E. High temperature mass spectrometric study of vaporization and thermodynamic properties in the Cs2O-Al2O3 system. // Russian Journal of Physical Chemistry A. – 2024. – Vol. 98. – N 14.
  8. Федорова А.В., Пестова О.Н., Селютин А.А., Столярова В.Л. Особенности фазообразования в системе Cs2O-Al2O3-SiO2 при использовании гидротермальной подготовки прекурсоров. // Известия Академии наук. Серия химическая.
  9. Ворожцов В.А., Столярова В.Л., Лопатин С.И., Селютин А.А., Шугуров С.М. Термодинамические свойства стеклообразующих расплавов системы SrO-Al2O3 при высоких температурах. // Научная школа-конференция с международным участием для молодых учёных «Функциональные стекла и стеклообразные материалы: Синтез. Структура. Свойства» GlasSPSchool: Сборник тезисов, 3-7 октября 2022. Санкт-Петербург, Россия. С. 53. СПб.: ООО Издательство «ЛЕМА». ISBN 978-5-00105-749-9. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=50176323&pff=1 (дата обращения – 21.11.2024).
  10. Ворожцов В.А., Фёдорова А.В., Лопатин С.И., Шугуров С.М., Шилов А.Л., Столярова В.Л. Термодинамические свойства системы Cs2O-Al2O3 при высоких температурах. // XX Молодёжная научная конференция ИХС РАН, посвящённая 135-летию со дня рождения академика И.В. Гребенщикова (1887-1953): Тезисы докладов конференции, 5-6 декабря 2022. Санкт-Петербург, Россия. С. 32-33. СПб.: ООО «Издательство “ЛЕМА”». ISBN 978-5-00105-764-2. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=50256451&pff=1 (дата обращения – 21.11.2024).
  11. Ворожцов В.А., Столяров В.А., Павелина М.Е., Лопатин С.И., Шугуров С.М., Фёдорова А.В., Селютин А.А., Столярова В.Л. Процессы испарения и термодинамические свойства алюминатных систем, содержащих оксиды стронция и цезия. // XV Симпозиум с международным участием «Термодинамика и материаловедение»: Тезисы докладов / под ред. д.х.н. Н.В. Гельфонда, ответственный за выпуск к.х.н. Л.Н. Зеленина, 3-7 июля 2023. Новосибирск, Россия. С. 106. Новосибирск: ИНХ СО РАН. ISBN 978-5-90168-853-3. doi: 10.26902/THERM_2023_086.
  12. Vorozhtcov V.A., Lopatin S.I., Stolyarova V.L. Thermodynamic properties in the Cs2O-SrO-Al2O3-SiO2 system studied by the Knudsen effusion mass spectrometric method. // XXIV International Conference on Chemical Thermodynamics in Russia (RCCT-2024): Abstracts, 1-5 July 2024. Ivanovo, Russia. P. 224. Ivanovo: АО «Ивановский издательский дом». ISBN 978-5-6051371-2-2.
  13. Lopatin S.I., Stolyarova V.L., Shugurov S.M., Vorozhtcov V.A. Vaporization and thermodynamic properties in the Cs2O-Al2O3-SiO2 and SrO-Al2O3-SiO2 systems studied at high temperatures. // XXIV International Conference on Chemical Thermodynamics in Russia (RCCT-2024): Abstracts, 1-5 July 2024. Ivanovo, Russia. P. 228. Ivanovo: АО «Ивановский издательский дом». ISBN 978-5-6051371-2-2.
  14. Ворожцов В.А., Столярова В.Л., Лопатин С.И., Шугуров С.М., Федорова А.В., Шилов А.Л. Масс-спектрометрическое изучение процессов испарения и термодинамических свойств системы Cs2O-Al2O3 при высоких температурах. // ХХII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии: Сборник тезисов докладов в 7 томах, 7-12 октября 2024. Федеральная территория «Сириус», Россия. Том 1. С. 252. М.: ООО «Адмирал Принт». ISBN 978-5-00202-665-4 (т. 1). ISBN 978-5-00202-664-7. URL (сборника): https://elibrary.ru/item.asp?id=74741742 (дата обращения – 21.11.2024).

Это позволяет заключить, что научно-технический уровень полученных результатов полностью соответствует мировому уровню исследований, которые проводятся в мире в данном направлении. Таким образом, цели реализации третьего этапа проекта полностью выполнены.

Новости СПбГУ