ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ОКИСЛЕНИЯ АЛЮМИНИЯ В СРЕДЕ СУБ- И СВЕРХКРИТИЧЕСКОЙ ВОДЫ
Рубрики: 1. ХИМИЯ
Авторы:
1.
КНИТУ
2.
КНИТУ
3.
Казанский национальный исследовательский технологический университет
4.
Казанский национальный исследовательский технологический университет
5.
КНИТУ
Тип:
Статья
Страницы:
с 28
по 34
Статус:
Опубликован
Получено:
23.12.2025
Одобрено:
25.12.2025
Опубликовано:
25.12.2025
Язык материала:
русский
Ключевые слова:
СВЕРХКРИТИЧЕСКОЕ ВОДНОЕ ОКИСЛЕНИЕ, ОКСИД АЛЮМИНИЯ, СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ, КИНЕТИКА
Аннотация (русский):
В представленной статье исследуется кинетика процесса окисления алюминия в среде суб- и сверхкритической воды, представляющая значительный научный и практический интерес для технологий получения функциональных оксидных материалов. Экспериментальная часть работы включала проведение опытов по окислению образцов алюминия в реакторе высокого давления при температуре 325, 350 и 375 °C с последующим анализом массы непрореагировавшего металла и объема оставшейся воды. Для математического моделирования кинетики процесса использовался метод Рунге-Кутта-Мерсона в среде MS Excel с применением макросов для построения и решения систем дифференциальных уравнений, основанных на стехиометрических матрицах. В ходе исследования была предложена и последовательно усложнялась кинетическая модель, учитывающая гетерогенный характер процесса, включая стадии активации алюминия за счет разрушения оксидной пленки, собственно реакцию окисления с образованием бемита (2Al + 4H₂O → 2AlOOH + 3H₂), а также реакцию разложения воды (2H₂O → O₂ + 2H₂) вблизи критической точки. Наибольшую адекватность показала модель, описываемая системой из шести дифференциальных уравнений, которая учитывала как химические стадии, так и диффузионные ограничения. В результате решения обратной задачи кинетики были определены константы скоростей отдельных стадий и их зависимость от температуры. Установлено, что константа скорости разложения воды удовлетворительно описывается уравнением Аррениуса, в то время как для констант, связанных с активацией алюминия и образованием бемита, наблюдаются отклонения, вероятно, обусловленные значительным влиянием диффузионных факторов в критической области. Достоверность предложенной модели подтверждена высокими значениями критерия Пирсона (R² в среднем 0.95) и хорошим визуальным соответствием расчетных и экспериментальных данных. Расчет интервальных погрешностей не превысил 5%. Практическая значимость работы заключается в разработке усовершенствованного подхода к моделированию сложных гетерогенных процессов в экстремальных условиях, что может быть использовано для оптимизации технологий переработки металлов и синтеза оксидных материалов в сверхкритических флюидах.
В представленной статье исследуется кинетика процесса окисления алюминия в среде суб- и сверхкритической воды, представляющая значительный научный и практический интерес для технологий получения функциональных оксидных материалов. Экспериментальная часть работы включала проведение опытов по окислению образцов алюминия в реакторе высокого давления при температуре 325, 350 и 375 °C с последующим анализом массы непрореагировавшего металла и объема оставшейся воды. Для математического моделирования кинетики процесса использовался метод Рунге-Кутта-Мерсона в среде MS Excel с применением макросов для построения и решения систем дифференциальных уравнений, основанных на стехиометрических матрицах. В ходе исследования была предложена и последовательно усложнялась кинетическая модель, учитывающая гетерогенный характер процесса, включая стадии активации алюминия за счет разрушения оксидной пленки, собственно реакцию окисления с образованием бемита (2Al + 4H₂O → 2AlOOH + 3H₂), а также реакцию разложения воды (2H₂O → O₂ + 2H₂) вблизи критической точки. Наибольшую адекватность показала модель, описываемая системой из шести дифференциальных уравнений, которая учитывала как химические стадии, так и диффузионные ограничения. В результате решения обратной задачи кинетики были определены константы скоростей отдельных стадий и их зависимость от температуры. Установлено, что константа скорости разложения воды удовлетворительно описывается уравнением Аррениуса, в то время как для констант, связанных с активацией алюминия и образованием бемита, наблюдаются отклонения, вероятно, обусловленные значительным влиянием диффузионных факторов в критической области. Достоверность предложенной модели подтверждена высокими значениями критерия Пирсона (R² в среднем 0.95) и хорошим визуальным соответствием расчетных и экспериментальных данных. Расчет интервальных погрешностей не превысил 5%. Практическая значимость работы заключается в разработке усовершенствованного подхода к моделированию сложных гетерогенных процессов в экстремальных условиях, что может быть использовано для оптимизации технологий переработки металлов и синтеза оксидных материалов в сверхкритических флюидах.
Ключевые слова:
СВЕРХКРИТИЧЕСКОЕ ВОДНОЕ ОКИСЛЕНИЕ, ОКСИД АЛЮМИНИЯ, СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ, КИНЕТИКА
СВЕРХКРИТИЧЕСКОЕ ВОДНОЕ ОКИСЛЕНИЕ, ОКСИД АЛЮМИНИЯ, СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ, КИНЕТИКА
