Введение к работе
I. Актуальность проблемы
Достигнутый за последние годы прогресс в синтезе металлоорганических соединений с клеточной структурой способствует их широкому практическому применению. Среди подобных соединений высокими энергетическими характеристиками обладают карбораны. Карбораны состоят из борно-углеродного ядра, окруженного атомами водорода, общая формула карборанов - с2впнп+2 (3 < п ^ Ю). Карбораны нетоксичны, могут находиться в газообразном, жидком и твердом состоянии, а высокое содержание бора обеспечивает их высокую теплоту сгорания не только в кислороде и воздухе, но и в водяном паре. Перечисленные свойства карборанов позволяют рассматривать их как перспективные универсальные топлива и эвергошвышагацие добавки. Однако, в отличие от с-, н-, N-, о- и у-содержавдх соедиений, механизм высокотемпературного окисления бор-содержащих соединений остается мало изученным, что затрудняет управление и оптимизацию процессов горения с их участием. В связи с этим разработка направления, детализирующего механизм, стадийность и кинетику высокотемпературных процессов при горении карборанов в различных окислителях, является актуальной проблемой. Данные по механизму горения бор-содержащих соединений с клеточной структурой получены в работе впервые. Я. Целью настоящей работы является:
1. Экспериментальное исследование
реакционной способности карборанов в водяном паре и кислород-содержащих средах;
кинетических закономерностей образования термодинамических продуктов при высокотемпературном окислении карооранов водяным паром;
макрокинетических закономерностей синтеза бор-содержащих нано-частиц (кластеров) при пиролизе карборанов.
2. Разработка механизма
высокотемпературного окисления карборанов водяным паром и образования термодинамических продуктов;
начальной стадии высокотемпературного окисления карборанов кислородом;
синтеза бор-содержащих нано-частиц при пиролизе карборанов.
- г -
3. ЛЬ Initio расчет
элементарных реакций превращения карборанов в термодинамические продукты при их окислении водяным паром;
промежуточных продуктов начальной стадии окисления карборанов кислородом.
4. математическое моделирование процессов высокотемпературного
окисления карборанов водяным паром и кислородом, а также
процесса кластерообразования при пиролизе карборанов.
I. Основные результаты исследования
Автор выносит на защиту:
-
Закономерности воспламенения и образования термодинамических продуктов при высокотемпературном окислении карборанов в водяном паре и кислород-содержаших средах;
-
Детальный механизм высокотемпературного окисления карборанов водяным паром;
-
Результаты ab Initio расчетов элементарных реакций превращения карборанов в термодинамические продукты при высокотемпературном окислении карборанов водяным паром;
-
Механизм начальной стадии окисления карборанов в кислород-содержащих средах и результаты ab Initio расчетов промежуточных продуктов окисления;
-
Механизм и математическую модель конденсации окиси бора, в2о3;
-
Закономерности образования нано-частиц (кластеров) при пиролизе карборанов;
-
Математические модели процессов высокотемпературного окисления бор-содеркащих соединений с клеточной структурой (карборанов) в водяном паре и в кислород-содеркащих средах, а также процесса кластерообразования при пиролизе карборанов.
К. Научная новизна и практическая значимость результатов
исследования
Большинство вопросов, включенных в диссертацию, рассмотрено впервые. Полученные результаты составляют основу нового научного направления: химия горения бор-содержащих соединений с клеточной структурой в различных окислителях.
В работе впервые:
-
Установлен молекулярный механизм высокотемпературного окисления карборанов водяным паром и показано, что роль активных частиц играют изомеры карборанов с внешней BHg группой;
-
Показано, что воспламенение карборанов в водяном паре српровождается образованием iijBC^, н2 и сн4 и предложен механизм образования указанных соединений;
-
Исследована конверсия промежуточного продукта окисления карборанов водяным паром н3во3 в термодинамический продукт в2оэ(ж) и предложена математическая модель конверсии;
-
Исследован механизм начальной стадии окисления карборанов в кислород-содержащих средах. Показано, что взаимодействие атомов о с молекулами карборанов приводит к отрыву триплетних бирадикалов вн, инициирущих разветвленные цепные реакции;
-
АЬ Initio исследованы основные элементарные реакции окисления карборанов водяным паром до термодинамических продуктов; рассчитаны промежуточные продукты окисления карборанов в кислороде.
6. Определена область температур и давлений, обеспечивающих
приемлимые для практики времена образования термодинамических
продуктов при окислении карборанов водяным паром;
-
Предложена математическая модель воспламенения карборанов в кислород-содержащих средах, описывающая влияние температуры, давления и состава смеси на воспламенение;
-
Исследованы закономерности образования кластеров при пиролизе карборанов и предложен механизм кластерообразования; определено влияние температуры и давления на размер кластеров и указаны условия образования нано-частиц.
V. Объем работы
диссертация состоит из Введения, пяти глав, Заключения и библиографии из 213 наименований. Материалы диссертации, включая 49 рисунков и 17 таблиц, изложены на 187 страницах.
