Методы химической адсорбции метана и углекислого газа на металлические наночастицы серебра и золота для регистрации их методами ИК и КРС спектроскопии

ВВЕДЕНИЕ

Природные газы – ‘это газовая смесь, добываемая из газовых, нефтяных и газоконденсатных месторождений, состоящая из углеводородов гомологического ряда метана с общей формулой СnН₂n+2, а также; неуглеводородных компонентов: азота (N₂), углекислого газа (СО₂), сероводорода (H₂S), ряда инертных газов (гелий, аргон, криптон, ксенон), ртути. Число углеродных атомов в молекуле углеводородов n изменяется от единицы до 18 и более.
В составе природного газа метан (СН₄), этан (С₂Н₆) и этилен (С₂Н₄) при нормальных условиях (р = 0,1 МПа и t = 273 К) являются реальными газами. Пропан (С₃Н₈), пропилен (С₃Н₆), изобутан (n = С₄Н₁₀), нормальный бутан (n = С₄Н₁₀), бутилены (С₄Н₈) при атмосферных условиях находятся в парообразном (газообразном) состоянии, при повышенных давлениях – в жидком состоянии. Они входят в состав жидких (сжижаемых, сжиженных) углеводородных газов.
Углеводороды, начиная с изопентана (n = C₅H₁₂) и более тяжелые (17≥n>5), при атмосферных условиях находятся в жидком состоянии. Они входят в состав бензиновой фракции. Углеводороды, в молекулу которых входит 18 и более атомов углерода (от С₁₈Н₃₈), расположенных в одну цепочку, при атмосферных условиях находятся в твердом состоянии.
Природные газы подразделяют на три группы:
1 группа: природные газы газовых месторождений, в состав которых в основном входит метан с объемной долей компонента до 99,5%.
2 группа: природные газы газоконденсатных месторождений, представляющие собой газоконденсатную смесь широкой фракции, состоящую из бензина, лигроина, керосина, а иногда и солярового масла. Объёмная доля метана в такой газовой смеси также достигает 93 %.
3 группа: попутные нефтяные газы нефтяных и газонефтяных месторождений, состоящие из смеси газа с газовым бензином и пропан-бутановой фракцией. Объёмная доля метана в таких природных газа достигает лишь 30-70%.
Парнико́вые га́зы — газы с высокой прозрачностью в видимом диапазоне и с высоким поглощением в среднем и дальнем инфракрасном диапазонах. Присутствие таких газов в атмосферах планет приводит к парниковому эффекту.
Основными парниковыми газами Земли являются водяной пар, углекислый газ, метан и озон (в порядке их оцениваемого воздействия на тепловой баланс). Потенциально в парниковый эффект могут вносить вклад и антропогенные галогенированные углеводороды и оксиды азота, однако ввиду низких концентраций в атмосфере оценка их вклада проблематична.
По последним научным данным основным источником углекислого газа в атмосфере являются антропогенные источники, такие как сжигание ископаемого топлива; сжигание биомассы, включая сведение лесов; некоторые промышленные процессы приводят к значительному выделению углекислоты (например, производство цемента и металлообработка).
До последнего времени считалось, что парниковый эффект от метана в 25 раз сильнее, чем от углекислого газа. Однако теперь Межправительственная группа экспертов по изменению климата ООН (IPCC) утверждает, что «парниковый потенциал» метана ещё опаснее, чем оценивалось раньше. Как следует из доклада в расчете на 100 лет парниковая активность метана в 28 раза сильнее, чем у углекислого газа, а в 20-летней перспективе — в 84 раза[5][6].
1. Почему у российского газа нет экологичной альтернативы — BBC Russian. Дата обращения: 14 мая 2014. http://www.bbc.co.uk/russ...ov_russian_gas.shtml" rel="external noopener noreferrer">Архивировано 14 мая 2014 года.
2. ↑ IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change). http://www.ipcc.ch/pdf/as...R_AR5_FINAL_full.pdf" rel="external noopener noreferrer">IPCC, 2014: Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Core Writing Team, R.K. Pachauri and L.A. Meyer (eds.)]. IPCC, Geneva, Switzerland, 151 pp. Climate Change 2014: Synthesis Report.. IPCC (2015). Дата обращения: 4 августа 2016.
Исходя из вышеперечисленного многообразия природных газов в качестве детектируемых нами были выбраны основные составляющие группы парниковых газов, а именно метан и углекислый газ.
Задачи анализа группы парниковых газов как части природных являются весьма актуальными. В настоящее время существуют различные методы такого анализа, но спектроскопические методы представляют особый интерес ввиду отсутствия необходимости в химических реакти