Исследование карбонизированных угольных остатков древесины методом ИК-спектроскопии Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ЭКОЛОГИЯ И БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

УДК 543.422.3-74

Н.О. Юрченко, С.Н. Елизарова, Л.В. Мосталыгина Курганский государственный университет Ю.С. Русаков

ФГБУ СЭУ ФПС ИПЛ по Курганской области

ИССЛЕДОВАНИЕ

КАРБОНИЗИРОВАННЫХ УГОЛЬНЫХ ОСТАТКОВ ДРЕВЕСИНЫ МЕТОДОМ ИК-СПЕКТРОСКОПИИ

Аннотация. Методом ИК-спектроскопии исследованы карбонизированные угольные остатки образцов сосновой древесины, полученные при различной температуре и длительности термического воздействия.

Ключевые слова: древесина, уголь, спектры, ИК-спек-троскопия.

N.O. Yurchenko, S.N. Elizarova, L.V. Mostalygina, Kurgan State University Y.S. Rusakov

RESEARCH OF THE CARBONATED COAL REMNANTS OF WOOD SUBSTANCE BY INFRARED SPECTROSCOPY

Abstract. Applying the method of infrared spectroscopy, the carbonated coal remnants of the pine wood samples, received at various temperatures and duration of thermal influence, are studied,

Index terms: wood, coal, spectra, infrared spectroscopy

Введение

Древесина является одним из основных материалов, присутствующих на пожаре, так как объектами пожаров в основном являются жилые дома, постройки, дачи. Поэтому исследование древесных остатков представляет особый интерес при определении степени и длительности термического воздействия.

В настоящее время в экспертных подразделениях МЧС России, занимающихся исследованием пожаров, практикуется только один метод исследования обугленной древесины: метод измерения удельного электросопротивления углей. Однако, как показывает практика, данный метод не всегда позволяет получить надёжные результаты, поэтому в настоящее время стоит задача по отработке и внедрению комплексной методики исследования остатков древесины с целью определения параметров теплового воздействия.

Инфракрасная спектроскопия (ИКС) является универсальным аналитическим методом, который широко применяется для изучения объектов самой различной природы.

В исследовании пожаров и пожарно-технической экспертизе метод может применяться для установления природы (функционального состава) изъятых с места пожара объектов, а также для количественной оценки степени термического поражения самых различных материалов.

ИК-спектроскопия может быть использована для качественного, полуколичественного и количественного анализа.

Необходимо отметить, что вещества и материалы, изъятые с места пожара, представляют сложный объект для исследования как методом ИК-спектроскопии, так и большинством других аналитических методов.

Во-первых, приходится иметь дело не с индивидуальными веществами, спектры которых хорошо известны из литературы, а с их сложными смесями, ИК-спектр которых весьма трудно расшифровать.

Во-вторых, органические материалы - это, как правило, продукты глубоких термических превращений (кар-бонизованные остатки),во многом утерявшие признаки исходного вещества. И тем не менее метод ИК-спектро-скопии способен давать значимую информацию при поисках очага и причин пожара.

Материалы и методы исследования

В данной методике пробы для исследования ИК-спек-тров готовятся прессованием с бромистым калием КВг. Тщательно растертую навеску угля с порошком КВг (0,3г) прессуют в таблетки в специальной пресс-форме под давлением с непрерывной откачкой воздуха (до 0,1 Па). Давление, необходимое для спекания частиц КВг, должно быть более 550,0 МПа. Далее проводят измерение на Фурье-спектрометре [1, 4-9].

Объектами исследования явились образцы сосновой древесины, имеющие цилиндрическую форму. Образцы помещались в муфельную печь и сжигались при заданной температуре в интервале от 300 до 640оС. Контроль температуры осуществлялся с помощью термопары и мультиметра. Время горения составило 20, 30 и 40 минут.

В соответствии с методикой пробоотбора [2] с термически обработанных объектов скальпелем срезали только верхний слой угля (3-5 мм) и следили за тем, чтобы в пробу не попали глубинные слои угля, так как они отличаются по свойствам от поверхностных слоев.

Подготовка полученных образцов угля непосредственно к анализу заключалась в их измельчении и сушке до постоянной массы. Угли растирали пестиком в фарфоровой ступке, после чего производили сушку в сушильном шкафу при температуре 1050С в течение 8 часов.

После подсушивания угли еще раз измельчали и просеивали через сито с диаметром пор 250 мкм. Затем фракцию меньше 250 мкм высушивали в указанных выше условиях окончательно, до постоянной массы. После этого уголь подвергался исследованию.

Результаты исследования

Результаты данного метода представлены на рисунках 1-11.

Рисунок 1 - Спектры образцов с №1 по №8 (время горения 20 минут)

Рисунок 4 - Спектры образцов №1,№9,№17 (температура горения - около 3000С)

Рисунок 2 - Спектры образцов с №9 по №16 (время горения 30 минут)

Рисунок 3 - Спектры образцов с №17 по №24 (время горения 40 минут)

\ / X

\

\ / \ Г

Рисунок 5 - Спектры образцов №10,№18 (температура горения - около 3500С)

Рисунок 6. Спектры образцов №3,№11,№19 (температура горения - около 4000С)

Рисунок 7 - Спектры образцов №4,№12,№20 (температура горения - около 4500С)

\ jl ^ JP-

V

\ -

ijw "w im ют

Рисунок 8 - Спектры образцов №5,№13,№21 (температура горения - около 500 0С)

Рисунок 9 - Спектры образцов №6,№14,№22 (температура горения - около 550 0С)

Список литературы

1.Применение ИК-спектрометрии при исследовании объектов, изъятых с места пожара [Текст]: методическое пособие / Е. Д. Андреева, И. Д. Чешко. М.: ВНИИПО, 2010. - 91 с.

2.Примечание инструментальных методов и технических средств в экспертизе пожаров [Текст] : сборник методических рекомендаций / под ред. И. Д. Чешко и А. Н. Соколовой. СПб. СПб филиал ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2008. - 279 с.

Рисунок 10 - Спектры образцов №7,№15,№23 (температура горения - около 600 0С)

L*——

__

L(Ú uto I2H luí 15СЙ Id» irá чч ни

Рисунок 11 - Спектры образцов №8,№16,№24 (температура горения - около 640 0С)

Обсуждение результатов

Из представленных рисунков видно, что оценку степени термического воздействия можно дать путём сравнения спектров. При увеличении температуры термического воздействия количество и интенсивность полос поглощения уменьшается. Визуально это проявляется в распрямлении (разглаживании) спектра.

Вид спектров, полученных при одинаковой температуре и разной длительности, отличается незначительно, что свидетельствует об отсутствии влияния длительности термического воздействия (в пределах времени 40 минут) на результаты исследования методом ИК-спетроскопии.

По результатам проведенного исследования можно сделать следующие выводы:

1.Вид спектров, полученных методом ИК-спетроско-пии при одинаковой температуре и разной длительности, отличается незначительно.

2. При увеличении температуры термического воздействия количество и интенсивность полос поглощения уменьшается.

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ

Бган Евгений Валерьевич - аспирант, Уральский государственный университет путей сообщения.

Буйносов Александр Петрович - доктор технических наук, доцент кафедры «Электрическая тяга», Уральский государственный университет путей сообщения.

Волков Глеб Юрьевич - кандидат технических наук, доцент кафедры «Гусеничные машины», Курганский государственный университет.

Выхованец Евгения Петровна - студент, Курганский государственный университет.

Гпазырин Аркадий Васильевич - кандидат технических наук, профессор кафедры «Автомобильный транспорт и автосервис», Курганский государственный университет.

Грицило Валерия Мироновна - студент, Курганский государственный университет.

Гуревич Юрий Григорьевич - доктор технических наук, профессор кафедры «Инноватика и менеджмент качества», Курганский государственный университет.

Держанский Виктор Борисович - доктор технических наук, заведующий кафедрой «Гусеничные машины и прикладная механика», Курганский государственный университет.

Елизарова Светлана Николаевна - кандидат химических наук, доцент кафедры физической и прикладной химии, Курганский государственный университет.

Жаров Сергей Петрович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Автомобильный транспорт и автосервис», Курганский государственный университет.

Зуев Александр Андреевич - кандидат технических наук, доцент кафедры «Энергетики и технологии металлов», Курганский государственный университет.

Зуев Василий Степанович - кандидат технических наук, доцент, Курганская государственная сельскохозяйственная академия им. Т.С.Мальцева.

Иванов Вадим Валентинович - кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Начертательная геометрия и инженерная графика», Курганский государственный университет.

Иванова Ирина Александровна - кандидат технических наук, доцент кафедры «Автоматизация производственных процессов», Курганский государственный университет.

Камаев Дмитрий Николаевич - кандидат химических наук, доцент кафедры «Физическая и прикладная химия», Курганский государственный университет.

Колмаков Станислав Витальевич - аспирант, Курганский государственный университет.

Копытин Игорь Иванович - доцент кафедры «Энергетика и технология металлов», Курганский государственный университет.

Коротовских Валентин Константинович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Теоретическая механика и сопротивление металлов», Курганский государственный университет.

Кубарева Светлана Юрьевна - ведущий инженер службы технического развития ОАО «Курганмашзавод».

Кузнецов Денис Иванович - аспирант, Криворожский национальный университет, Украина.

Курасов Дмитрий Алексеевич - кандидат технических наук, доцент кафедры «Гусеничные машины», Курганский государственный университет.

Маринин Сергей Николаевич - аспирант, Курганский государственный университет.

Марфицын Сергей Владимирович - директор, Общество с ограниченной ответственностью «ДЕЛЬТА», Курган.

Марфицын Владимир Петрович - заместитель директора по научно-исследовательской и конструкторской работе, Общество с ограниченной ответственностью «ДЕЛЬТА», Курган.

Мезенцев Александр Геннадьевич - индивидуальный предприниматель, Курган.

Мосталыгина Лидия Витальевна - кандидат химических наук, заведующий кафедрой «Физическая и прикладная химия», Курганский государственный университет.

Мошкин Владимир Иванович - кандидат технических наук, заведующий кафедрой «Энергетика и технология металлов», Курганский государственный университет.

Набоков Владимир Кузьмич - кандидат технических наук, доцент кафедры «Гусеничные машины», Курганский государственный университет.

Овсянников Виктор Евгеньевич - старший преподаватель кафедры «Инноватики и менеджмента качества», Курганский государственный университет.

Орлов Валерий Николаевич - кандидат технических наук, профессор кафедры «Инноватика и менеджмент качества», Курганский государственный университет.

Попов Дмитрий Павлович - директор ГОУ УКК «Курганскагропром».

Попов Игорь Павлович - начальник отдела инновационного развития, Департамент экономического развития, торговли и труда Курганской области.

Потоскуев Сергей Николаевич - кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Автомобильный

транспорт и автосервис», Курганский государственный университет. Пухов Александр Семенович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Автоматизация производ-