Fine Chemical Technologies (E-Journal) / Тонкие химические технологии
Not a member yet
1367 research outputs found
Sort by
Снижение наводораживания материалов мембранно-электродных блоков генераторов водорода
Get PDFObjectives. To investigate the possibility of preventing hydrogen absorption into the functional structural materials of hydrogen-generating membrane electrode assemblies based on porous nickel, carbon black, and reduced graphene oxide with platinum–nickel and palladium–nickel nanoparticles.Methods. The hydrogen absorption into materials of membrane electrode assemblies of alkaline electrolyzers was evaluated using an electrolyzer with variable temperature, reagent feed rate, and gas content.Results. The study established the need to use reduced graphene oxide, in order to reduce hydrogen absorption and degradation of hydrogen-generating membrane electrode assemblies.Conclusions. The service life test results and performance of the designed variants of prototypes of membrane electrode assemblies with nanostructured electrodes based on reduced graphene oxide, preventing hydrogen absorption into functional materials and their degradation, demonstrated the creation of hydrogen generators with high energy efficiency shows potential.Цели. Исследование возможности предотвращения наводораживания функциональных конструкционных материалов мембранно-электродных блоков генерации водорода на основе пористого никеля, сажи и восстановленного оксида графена, модифицированных наночастицами платина-никель и палладий-никель.Методы. Для оценки степени наводораживания материалов мембранно-электродных блоков щелочных электролизеров была использована установка электролизера с возможностью контроля температуры, скорости подачи реагентов и содержания газов.Результаты. Обоснована необходимость применения восстановленного оксида графена с целью снижения наводораживания и деградации мембранно-электродных блоков генерации водорода.Выводы. Результаты ресурсных испытаний и рабочие характеристики сконструированных вариантов макетов мембранно-электродных блоков с наноструктурированными электродами на основе восстановленного оксида графена, нивелирующие наводораживание и деградацию функциональных материалов, демонстрируют перспективность конструирования генераторов водорода с высокой энергоэффективностью
Современные полимерные композиционные материалы для костной хирургии: проблемы и перспективы
Get PDFObjectives. To discuss the main problems and prospects of creating modern osteoplastic materials based on polymer compositions used for bone surgery.Methods. This review summarizes the research works devoted to the creation of materials used for bone implants and issues involved in their practical testing, as well as analyzes and synthesizes data of scientific articles on the following topics: rationale for the use of biodegradable materials in bone surgery; biodegradation and bioreparation bone graft processes; requirements for degradable polymer composite materials (PCMs) for biomedical applications; overview of polymeric materials suitable for use in implant practice; impact of modifications of the PCM on the structure and biological activity of the material in biological media; effect of exhaust and heat treatment on the molecular structure of polyalkanoates.Results. The most promising biodegradable resorbable materials for reparative bone surgery to date are compared. The requirements for these types of materials are formulated and a rationale for their use is provided that takes into account the advantages over traditional metal and ceramic implants. The features of the kinetics and mechanism of biodegradation of implants in their interaction with the bone biological environment of the body from the moment of implant insertion to complete wound healing are considered. As a result of the analysis, factors that may affect the activity of implant decomposition and methods of adjusting the decomposition rate and mechanical characteristics of the material, such as chemical functionalization, the creation of block copolymers, the inclusion of fibers and mineral fillers in the composite, as well as heat treatment and extraction of the composite at the manufacturing stage, were identified. Among the main factors, the influence of the structure of the composite material on its biological activity during interaction with biological media was evaluated. Of polymer materials, the main attention is paid to the most common biodegradable polymers widely used in medicine: polyhydroxybutyrate (PHB) of microbiological origin, polylactide (PLA) and other polymers based on polylactic acid, polycaprolactone (PCL). The effect of their modification by such additives as hydroxyapatite (HAP), chitin and chitosan, and beta-tricalcium phosphate (β-TCF) is considered. Materials based on PHB are concluded as the most promising due to their complete biodegradability to non-toxic products (carbon dioxide and water) and good biocompatibility. Nevertheless, existing compositions based on PHB are not without disadvantages, which include fragility, low elasticity, unstable behavior under high-temperature exposure during processing, implant molding, sterilization, etc., which requires improvement both in terms of polymer modification and in terms of composition of compositions.Conclusions. The review considers approaches to achieving the properties of materials required for perfect implants. The main requirements for implants are optimization of the time of resorption of the osteoplastic matrix, facilitating the resorption of the osteoplastic matrix synchronized in time with the process of bone regeneration. To achieve these requirements, it is necessary to apply technologies that include modification of polymer composite materials by affecting the chemical composition and structure; introduction of fillers; use of chemical functionalization, orientation extraction, heat treatment. The success of using bone materials based on biodegradable polymers is based on an accurate understanding of the mechanism of action of various components of the implant composition and strict compliance with the tightening regulatory requirements of implantation technology.Цели. Обсуждение основных проблем и перспектив создания современных остеопластических материалов на основе полимерных композиций, используемых для костной хирургии.Методы. Обзор суммирует научно-исследовательские работы, посвященные созданию материалов, применяемых для костных имплантатов, и их испытанию на практике, анализирует и обобщает данные научных статей по следующим разделам: обоснование использования биоразлагаемых материалов в костной хирургии; закономерности биодеградации и биорепарации костного имплантата; требования, предъявляемые к разлагаемым полимерным композиционным материалам (ПКМ) для биомедицинских применений; обзор полимерных материалов, пригодных для использования в имплантационной практике; влияние модификации ПКМ на структуру и биологическую активность материала в биосредах; влияние вытяжки и термической обработки на молекулярную структуру полиалканоатов.Результаты. Рассмотрены наиболее перспективные на сегодняшний день биоразлагаемые резорбируемые материалы для репаративной костной хирургии. Сформулированы требования, предъявляемые к данным типам материалов, и дано обоснование их использования с учетом преимуществ по сравнению с традиционными металлическими и керамическими имплантатами. Рассмотрены особенности кинетики и механизма биодеградации имплантатов при их взаимодействии с костными биосредами организма от момента введения имплантата до полного заживления раны. В результате проведенного анализа были установлены факторы, которые могут повлиять на активность разложения имплантата и методы корректировки скорости разложения и механических характеристик материала, такие как химическая функционализация, создание блок-сополимеров, включение в состав композита волокон и минеральных наполнителей, а также термообработка и вытяжка композита на стадии изготовления. Среди основных факторов было оценено влияние структуры композиционного материала на его биологическую активность при взаимодействии с биосредами. Из полимерных материалов основное внимание уделено наиболее распространенным биодеградируемым, широко используемым в медицине полимерам: полигидроксибутирату (ПГБ) микробиологического происхождения, полилактиду и другим полимерам на основе полимолочной кислоты, поликапролактону. Рассмотрены их модификации с такими добавками, как гидроксиапатит, хитин и хитозан и бета-трикальцийфосфат. По итогам работы наиболее перспективными оказались материалы на основе ПГБ благодаря его полной биоразлагаемости на нетоксичные для организма продукты (углекислый газ и вода) и хорошей биосовместимости. Тем не менее, существующие композиции на основе ПГБ имеют недостатки, к которым относятся хрупкость, низкая эластичность, нестабильное поведение при высокотемпературном воздействии при переработке, формовании имплантатов, стерилизации и др. Это требует доработки композиций как в плане модификации полимера, так и по составу.Выводы. В обзоре рассмотрены подходы к достижению свойств материалов, требуемых для совершенных имплантатов. Основными требованиями, предъявляемыми к имплантатам, являются оптимизация времени резорбции остеопластического матрикса, облегчение рассасывания остеопластического матрикса, синхронизированного по времени с процессом регенерации кости. Для достижения этих требований необходимо применять технологии, которые включают модификацию ПКМ путем воздействия на химический состав и структуру; введение наполнителей; использование химической функционализации, ориентационной вытяжки, термической обработки. Успех использования костных материалов на основе биодеградируемых полимеров основан на точном понимании механизма действия различных компонентов композиции для имплантата и строгом соответствии с ужесточающимися нормативными требованиями технологии имплантации
Палладий-катализируемое аллилирование норборнадиена: Экспериментальные и квантово-химические исследования
Get PDFObjectives. Catalytic processes involving norbornadiene (NBD) and norbornene (NBN) derivatives provide exceptional opportunities for the synthesis of a wide range of carbocyclic hydrocarbons. By significantly expanding this range, it becomes possible to obtain materials offering a wide variety of predictable properties. The aim of the present review is to summarize the latest achievements in the creation of novel processes catalyzed by palladium compounds. Considerable attention is paid to the study of the mechanisms of NBD allylation reactions by a combination of experimental and theoretical methods.Results. Various strategies of the molecular design of palladium catalysts for syntheses based on NBN and NBD are considered. The possibility of implementing various directions of NBD allylation is demonstrated. Factors influencing the direction of the reactions, by which means individual products can be selectively obtained, are discussed.Conclusions. The effective development of new catalytic processes involving NBD and NBN derivatives requires the complex application of synthetic, kinetic, isotopic, and quantum chemical approaches. By combining instrumental and theoretical methods with constant feedback, it becomes possible to optimize the search for original catalytic systems, obtain information about the mechanisms of their action, and influence technological parameters in a targeted manner.Цели. Каталитические процессы с участием норборнадиена (НБД) и производных норборненового (НБН) ряда открывают исключительные возможности для синтеза широкого круга карбоциклических углеводородов. Значительное расширение их ассортимента позволяет впоследствии получать материалы с широким спектром прогнозируемых свойств. Целью обзора является обобщение последних достижений в области создания новых процессов, катализируемых соединениями палладия. Значительное внимание уделено исследованию механизмов группы реакций аллилирования НБД совокупностью экспериментальных и теоретических методов.Результаты. Рассмотрены различные стратегии молекулярного дизайна палладиевых катализаторов для синтезов на основе НБН и НБД. Показана возможность реализации различных направлений аллилирования НБД. Обсуждены факторы, влияющие на направление реакций и позволяющие селективно получать индивидуальные продукты.Выводы. Разработка новых каталитических процессов с участием НБД и НБН-производных требует комплексного применения синтетических, кинетических, изотопных и квантово-химических подходов. Совокупность инструментальных и теоретических методов, имеющих обратные связи, позволяет оптимизировать поиск оригинальных каталитических систем, получать информацию о механизмах их действия и направленно влиять на технологические параметры
Биокомпозиционные материалы на основе полиэтилена и амфифильного полимерного металлокомплекса железа
Get PDFObjectives. To obtain and study the properties including degradability of polymer composite materials (PCM) based on low-density polyethylene (LDPE) obtained by introducing an environmentally friendly additive comprising an oxo-decomposing additive (ODA) based on an amphiphilic polymer-iron metal complex, which accelerates the process of polymer degradation.Methods. PCMs based on LDPE and ODA were produced by processing in laboratory extruders in the form of strands, granules, and films. Thermodynamic properties were determined by differential scanning calorimetry in the temperature range 20-130 °C. In order to assess the performance characteristics (physical and mechanical properties) of the PCM, tensile strength and elongation at break were determined. The biodegradability of PCM was evaluated by Sturm's method, with the biodegradation index being determined by the amount of CO2 gas released as a result of microorganism activity, as well as composting by placing the PCMs for six months in biohumus. Changes in physical and mechanical properties and water absorption of the films during storage were evaluated. The photochemical degradability of the PCM was determined by exposing it to ultraviolet radiation for 100 h (equivalent to approximately one year of exposure of the films under natural conditions). The appearance of the composite samples following removal from the biohumus was determined using an optical microscope with ×50 magnification in transmitted and reflected light.Results. Following biodegradation by composting, the physical and mechanical properties of PCMs decrease by an average of 40.6%. This is related to the structural changes that occur in composites during storage in biohumus, i.e., the formation of a looser structure due to the development of large clusters of microorganisms that affect the formation of microcracks. It leads to the stage of fragmentation of the polyethylene matrix and indicates the progress of biological degradation of composites. In this case, the water absorption of the composite samples was 63% after 96 h of exposure. The biodegradability index determined by the Sturm method after 28 days of bubbling had changed by 82%, indicating an intensive biodegradation process. Exposure to ultraviolet radiation for 96 h resulted in the complete destruction of the PCMs, which turned into small “flakes.” This method is the most effective for the degradation of LDPE- and ODA-based PCMs.Conclusions. According to the results of the study of ODA-containing PCMs based on an amphiphilic polymer-iron metal complex, the tested filler-modifier can be recommended for the production of PCMs offering an accelerated degradation period.Цели. Получение и исследование свойств, а также способности к деструкции полимерных композиционных материалов (ПКМ) на основе полиэтилена низкой плотности (ПЭНП), получаемых за счет введения экологически безопасной оксоразлагающейся добавки (ОРД) на основе амфифильного полимерного металлокомплекса железа, ускоряющей процесс разложения полимеров.Методы. ПКМ на основе ПЭНП и ОРД получали в лабораторных экструдерах в виде стренг, гранул и пленок. Термодинамические свойства определяли дифференциально-сканирующей калориметрией в интервале температур 20-130 °C. Для оценки эксплуатационных свойств (физико-механических характеристик) ПКМ определяли разрушающее напряжение при растяжении и относительное удлинение при разрыве. Способность к биоразложению ПКМ оценивали методом Штурма, определяя индекс биоразложения по количеству выделившегося СО2 в результате жизнедеятельности микроорганизмов, а также путем компостирования, помещая ПКМ на полгода в биогумус. В процессе хранения определяли изменение физико-механических свойств, а также водопоглощение пленок. Способность ПКМ к фотохимической деструкции определяли, подвергая образцы ультрафиолетовому излучению в отсутствии других источников света в течение 100 ч (эквивалентно приблизительно году экспозиции пленок в природных условиях). Внешний вид композиционных образцов после изъятия из биогумуса определяли при помощи оптического микроскопа с увеличением ×50 в проходящем и отраженном свете.Результаты. В процессе биоразложения методом компостирования до полугода физико-механические свойства снижаются, в среднем, на 40.6%, что связано со структурными изменениями, протекающими в композитах в процессе хранения в биогумусе: формированием более рыхлой структуры вследствие образования и продуцирования крупных кластеров микроорганизмов, влияющих на образование микротрещин, что приводит к стадии фрагментации полиэтиленовой матрицы и свидетельствует о протекании процесса биологической деструкции композиционных материалов. При этом водопоглощение композиционных образцов спустя 96 ч экспозиции изменилось на 63%. Индекс биоразлагаемости, определенный методом Штурма по истечении 28 суток барботирования, изменился на 82%, что свидетельствует об интенсивном протекании процесса биоразложения. Воздействие ультрафиолетового излучения в течение 96 ч показало полное разрушение ПКМ до образования мелких «хлопьев». Данный метод является наиболее эффективным для процесса разложения ПКМ на основе ПЭНП и ОРД.Выводы. Исследование ПКМ, содержащих ОРД на основе амфифильного полимерного металлокомплекса железа, показало, что исследуемый наполнитель-модификатор можно рекомендовать для изготовления ПКМ с ускоренным сроком разложения
Модификация ускоренной термостабилизации полиакрилонитрильных волокон созданием градиента концентрации кислорода при получении углеродного волокна
Get PDFObjectives. The work set out to modify the technology of accelerated thermal stabilization of polyacrylonitrile (PAN) fibers used in the production of high-strength carbon fibers by reducing the formation of a heterophase core–shell structure to create an oxygen concentration gradient in heat treatment furnaces while maintaining a total thermal stabilization time of 30 min. The optimized process conditions led to milder thermal stabilization conditions, reducing both the final heat treatment temperature and the temperature difference between the thermal stabilization zones while simultaneously maintaining the target volume density parameter with respect to the previously developed accelerated thermal stabilization technology.Methods. The thermal stabilization study of an industrially produced 12S precursor under different conditions on an experimental carbon fiber production line included measurement of bulk density, analysis of the thermal effects of the oxidation reaction by differential scanning calorimetry (DSC), and a study of micrographs of the resulting samples.Results. The optimum process of thermal stabilization of PAN fiber was determined in four stabilization zones using selected compositions. The formation of the core–shell structure is significantly reduced when the target volume density and DSC thermal oxidation reaction effect of the stabilized polymer fiber are achieved in a given time (30 min).Conclusions. The resulting technology regime is promising for the production of high strength (4.5 GPa, 4.9 GPa) PAN fibers at a reduced cost. While maintaining the total thermal stabilization time of PAN at the level of 30 min, which is three times less than the industrial processes used, it was possible to reduce the formation of a heterophase structure, as well as lowering the final processing temperature and reducing the temperature difference between the stabilization zones. This is promising in terms of a positive effect on the stability and safety of the industrial process, as well as ensuring the quality of the obtained products.Цели. Модифицировать технологию ускоренной термостабилизации полиакрилонитрильного (ПАН) волокна при производстве высокопрочных углеродных волокон, при помощи которой удастся уменьшить образование гетерофазной структуры «ядро–оболочка» путем создания градиента концентрации кислорода в печах термообработки при сохранении общего времени термостабилизации ПАН (30 мин); оптимизировать процесс на основании предлагаемого режима с целью получения более мягких условий термостабилизации: снижения конечной температуры термообработки и разницы температур между зонами термостабилизации при сохранении целевого параметра объемной плотности (относительно ранее разработанной технологии ускоренной термостабилизации).Методы. Термостабилизация промышленно выпускаемого прекурсора марки 12S в различных условиях на опытной линии получения углеродных волокон, последующее измерение объемной плотности, анализ тепловых эффектов реакции окисления методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) и изучение микрофотографий шлифов получаемых образцов.Результаты. Определен оптимальный процесс термостабилизации ПАН волокна в 4 зонах стабилизации с использованием подобранных составов, при котором существенно снижается образование структуры «ядро–оболочка» при достижении целевой объемной плотности и теплового эффекта реакции окисления ДСК стабилизируемого полимерного волокна за установленное время (30 мин).Выводы. Полученный технологический режим является перспективным для получения высокопрочных (4.5 ГПа, 4.9 ГПа) ПАН волокон со сниженной себестоимостью. При сохранении общего времени термостабилизации ПАН на уровне 30 мин, что в 3 раза меньше используемых промышленных процессов, удалось снизить образование гетерофазной структуры, уменьшить конечную температуру обработки и снизить перепад температур между зонами стабилизации, что должно положительно сказаться на стабильности и безопасности ведения промышленного процесса и качестве получаемой продукции
Анализ фазовых траекторий реакций в исследованиях эволюции функционирования каталитических систем
Get PDFObjectives. To establish details of catalytic systems operation using the kinetic method with no needs for the differentiation of primary experimental kinetic data.Methods. Analysis of the time patterns of differential selectivity and relative reactivity of substrates in parallel or competing reactions was used.Results. For various coupling reactions of aryl halides and nucleophiles, the possibility to obtain the data about the evolution of the catalytic systems and patterns of the changes of catalytically active species under dynamic transformations of several active and inactive catalyst forms was demonstrated.Conclusions. The analysis of the evolution of differential selectivity and relative reactivity under competing or parallel reactions is the useful tool for discrimination between probable hypotheses of complex catalytic process operation.Цели. Определение деталей механизмов функционирования каталитических систем с помощью кинетического метода, не требующего дифференцирования первичных экспериментальных кинетических данных.Методы. Анализ закономерностей изменения дифференциальной селективности и относительной реакционной способности субстратов в параллельных и конкурирующих реакциях во времени.Результаты. На примерах различных реакций сочетания арилгалогенидов с нуклеофилами показана возможность получения данных об эволюции каталитических систем и закономерностях изменений природы каталитически активных соединений в условиях динамических превращений нескольких активных и неактивных форм катализатора.Выводы. Эволюционный анализ величин дифференциальной селективности и относительной реакционной способности в ходе конкурирующих или параллельных реакций является эффективным инструментом дискриминации гипотез механизмов сложных каталитических процессов.
Экологически безопасный сорбент из золошлаковых отходов теплоэнергетики
Get PDFObjectives. To determine the physical and chemical properties (bulk density, ash content, total pore volume, abrasion, humidity, sorption capacity) of sorbent based on ash-and-slag waste from heat power engineering, calcined and modified with a Tiprom K organosilicon water repellent.Methods. The physicochemical properties of the modified sorbent were determined using an experimental method according to the methods of regulatory documents on equipment verified and certified in the prescribed manner.Results. Ash and slag taken from the ash dump of the Novocherkasskaya GRES power station were dried, then calcined at a temperature of 600 °C for 30 min and modified with a Silor hydrophobizing silicon-containing liquid (HSL). The modifier/ash ratios (by weight) were 1:20, 1:10, 1:5, 1:3, and 1:2. The optimal ratio was 1:5 at a sorption capacity with respect to hexane of 0.86 g/g. The modification temperature was optimized in the temperature range of 110–200 °C. The optimal approach it to dry samples at 160 °C to constant weight. At a temperature of 200 °C, sintering of the material was observed. The analysis of HSL modifiers was carried out in terms of the price/sorption properties ratio. The following were considered as HSL: Silor, HSL-11BSP, HSL 136-157M, PROFILUX, Tiprom K, Tiprom U. The optimal modifier Tiprom K was selected. The physicochemical properties of the modified sorbent obtained at a ratio of 1:5 (by weight) and dried at 160 °C were experimentally determined. The sorption properties were studied on the water surface with respect to various oil products: fuel oil, kerosene, AI-92 gasoline, nefras, oil sludge, and n-hexane. The smallest sorption capacity was obtained with respect to n-hexane, amounting to 0.86 g/g. During the experiment, it was found that half of the sorption capacity was filled with oil in the first minutes of contact. Complete sorption time was 30–40 min for relatively light hydrocarbons (n-hexane, AI-92 gasoline, kerosene, nefras), 40–60 min for oil sludge, and more than 60 min for fuel oil. Experiments established that the sorption process does not depend on the matrix (salinity) of water. A visual assessment of the color intensity of the residual spot of oil sludge allowed a conclusion to be made about a significant content of oil products in the case of sorption of oil sludge by quartz sand based on the residual yellow layer of oil sludge. In the case of sorption of oil sludge by calcined and modified sorbents, the residual oil products were insignificant. A comparative analysis of data on the effectiveness of the developed sorbent and currently available analogues based on sludge and slag is presented.Conclusions. The next physicochemical properties of the sorbent modified with HSL Tiprom K were determined: bulk density was 0.621 g/mL, ash content was 97.1%, total pore volume by water was less than 0.05 mL/g, attrition was 8.8%, humidity was less than 0.5%; sorption capacity, in g/g: for n-hexane, 0.86; for AI-92 gasoline, 0.89; for nefras, 0.93; for kerosene, 0.99; for oil sludge, 1.18; for fuel oil, 1.46. The efficiency of cleaning a solid surface from oil sludge with a calcined sorbent was 97%, and with a modified sorbent 95%. The modified sorbent has high buoyancy when saturated with oil products and the ability to retain them for a long time.Цели. Определение физико-химических свойств (насыпной плотности, зольности, суммарного объема пор, истираемости, влажности, сорбционной емкости) сорбента на основе золошлаковых отходов теплоэнергетики, прокаленного и модифицированного кремнийорганическим гидрофобизатором Типром К.Методы. Физико-химические свойства модифицированного сорбента определены экспериментальным методом по методикам нормативных документов на оборудовании, поверенном и аттестованном в установленном порядке.Результаты. Золошлак, отобранный на золоотвале Новочеркасской ГРЭС, высушен, прокален при температуре 600 °С в течение 30 мин и модифицирован гидрофобизирующей кремнийсодержащей жидкостью (ГКЖ) марки Силор. Исследованы соотношения модификант/зола (по массе) 1:20, 1:10, 1:5, 1:3, 1:2. Оптимальным принято соотношение 1:5 при сорбционной емкости по отношению к н-гексану 0.86 г/г. Проведена оптимизация температуры модификации в интервале температур 110–200 °С. Наиболее оптимальным является высушивание образцов при 160 °С до постоянной массы. При температуре 200 °С наблюдалось спекание материала. Выполнен анализ модификаторов ГКЖ по соотношению цена/сорбционные свойства. В качестве ГКЖ рассмотрены марки: Силор, ГКЖ-11БСП, ГКЖ 136-157М, PROFILUX, Типром К, Типром У. Выбран оптимальный модификатор марки Типром К. Экспериментально определены физико-химические свойства модифицированного сорбента, полученного при соотношении 1:5 (по массе) и высушенного при 160 °С. Изучены его сорбционные свойства на водной поверхности по отношению к различным нефтепродуктам: мазуту, керосину, бензину марки АИ-92, нефрасу, нефтешламу и н-гексану. Наименьшая сорбционная емкость получена по отношению к н-гексану, которая составила 0.86 г/г. В ходе эксперимента установлено, что половина величины сорбционной емкости заполнена нефтепродуктом в первые минуты контакта. Время полной сорбции составило 30–40 мин для относительно легких углеводородов (н-гексан, бензин АИ-92, керосин, нефрас), 40–60 мин для нефтешлама и более 60 мин для мазута. Экспериментально выявлено, что процесс сорбции не зависит от матрицы (солености) воды. При визуальной оценке по интенсивности окраски остаточного пятна нефтешлама сделан вывод о значительном содержании нефтепродуктов в случае сорбции нефтешлама кварцевым песком на основе остаточного желтого слоя нефтешлама. В случае сорбции нефтешлама прокаленным и модифицированным сорбентами остаточные нефтепродукты незначительны. Приведен сравнительный анализ данных по эффективности разработанного сорбента и имеющихся в настоящее время аналогов на основе шламов и шлаков.Выводы. Определены физико-химические свойства сорбента, модифицированного ГКЖ Типром К: насыпная плотность 0.621 г/см3, зольность 97.1%, суммарный объем пор по воде менее 0.05 см3/г, истираемость 8.8%, влажность менее 0.5%; сорбционная емкость, в г/г: по н-гексану 0.86, по бензину АИ-92 0.89, по нефрасу 0.93, по керосину 0.99, по нефтешламу 1.18, по мазуту 1.46. Эффективность очистки твердой поверхности от нефтешлама прокаленным сорбентом составила 97%, а модифицированным – 95%. Модифицированный сорбент обладает высокой плавучестью при насыщении нефтепродуктами и способностью их длительного удержания
Влияние физической обработки на физико-химические и биологические свойства воды и водных растворов
Get PDFObjectives. Changes to the properties of water caused by factors such as pressure or temperature, can only be explained by its structural changes. Scientists study changes to the properties of water due to various physical stimuli only without the addition of any substances. Examples of stimuli are acoustic exposure, thermal exposure, pressure variation, shaking, intensive vibration treatment followed by dilutions, vortexing, bubble generation, inter alia.The aim of the present review article is to summarize the available data on how the above processes affect the physicochemical and biological properties of water and aqueous solutions.Results. It has been shown that heating makes water less compressible and decreases air solubility in water, while cooling enhances its viscosity. Acoustic exposure makes the structure of water become coarse-grained, followed by an increase the number of large clusters, pH and temperature inside a cavitation bubble. High pressure enhances the viscosity, self-diffusion, and compressibility of water. For bubble processed water, there are changes in the spin-spin and spin-lattice relaxation times. Reactive oxygen species are formed, as well as increased solubility of gases in liquids and reduced friction. Vortex process technology causes an increase of electrical conductivity of water and reduced viscosity. Intensive vibration treatment and dilution processes result in changes in electrical conductivity of water, dissolved gas concentration, ultrasonic wave velocity, рН, surface tension, dielectric constant, and spectral response. There is also data to support the biological effects of different types of physical treatment of solutions.Conclusions. This review shows that physical treatment of water can induce changes both in physicochemical and biological properties of water and aqueous solutions.Цели. Изменения свойств воды, вызванные различными факторами, такими как давление или температура, могут объясняться только структурными изменениями воды. Ученые исследуют изменения свойств воды, происходящие исключительно из-за различных физических раздражителей и без добавления каких-либо веществ. Примерами таких раздражителей являются акустическое и тепловое воздействие, изменение давления, встряхивание, интенсивная вибрационная обработка с последующим разведением, вихревое перемешивание, образование пузырьков и т.д.Целью данного обзора является обобщение имеющихся данных о том, как вышеуказанные процессы влияют на физико-химические и биологические свойства воды и водных растворов.Результаты. Показано, что нагрев делает воду менее сжимаемой и снижает растворимость воздуха в воде, а охлаждение повышает ее вязкость. Акустическое воздействие приводит к тому, что структура воды становится крупнозернистой, что сопровождается увеличением количества крупных кластеров, рН и температуры внутри кавитационного пузыря. Высокое давление способствует увеличению таких физических свойств воды, как вязкость, самодиффузия и сжимаемость. Для воды, обработанной пузырьками, происходят изменения времен спин-спиновой и спин-решеточной релаксации, образуются активные формы кислорода, а также наблюдается повышенная растворимость газов в жидкостях наряду со снижением вязкости. Вихревой технологический процесс приводит к увеличению электропроводности воды и снижению вязкости. Интенсивная вибрационная обработка и процессы разбавления приводят к изменению некоторых характеристик воды, таких как электропроводность, концентрация растворенного газа, скорость ультразвуковой волны, рН, поверхностное натяжение, диэлектрическая проницаемость и спектральный отклик. В работе также представлены данные, подтверждающие биологические эффекты различных типов упомянутой физической обработки растворов.Выводы. Данный обзор показывает, что физическая обработка воды может вызывать изменения как физико-химических, так и биологических свойств воды и водных растворов
Проектирование структуры и составов стойких к горению полимерных композиционных материалов с наполнителями-антипиренами на основе гидроксида магния
Get PDFObjectives. To identify general principles for the design of dispersed-filled polymer composite materials (DFPCMs) with different generalized and reduced parameters, as well as types of disperse structure with high fire resistance; to develop an algorithm for the creation of non-combustible polymer composites with flame-retardant fillers.Methods. Scanning electron microscopy and laser diffraction were used to assess the shape, size, and particle size distribution of flame retardants. According to the presented classification of DFPCMs by structural principle, standard bar samples were obtained to determine the oxygen index (OI) and the fire resistance category.Results. For the MFS-2 (medium filled system) and HFS (high filled system) structure types, the maximum resistance to burning (category V-0) is achieved with a generalized parameter of ® ≤ 0.40 volume fractions; the OI value increases in 2 times (up to ~40%) in relation to the polymer matrix.Conclusions. In order to obtain a flame retardant DFPCMs (OI = 40%, category V-0) based on ethylene vinyl acetate with OI = 20% and magnesium hydroxide (brucite), the amount of water vapor released during the decomposition of the flame-retardant filler should be at least ~250 mL/g with a coke residue ~32%. A developed algorithm for calculating compositions and generalized parameters for the creation of DFPCMs having a predetermined type of disperse structure and high resistance to burning is presented.Цели. Установить фундаментальные закономерности для проектирования составов дисперсно-наполненных полимерных композиционных материалов (ДНПКМ) с разными обобщенными и приведенными параметрами и типами дисперсной структуры с высокой стойкостью к горению, а также разработать алгоритм создания негорючих полимерных композитов с наполнителями-антипиренами.Методы. Оценку формы, размера и распределения частиц по размерам для наполнителей-антипиренов всех марок определяли на сканирующем электронном микроскопе и методом лазерной дифракции. Согласно представленной классификации ДНПКМ по структурному принципу были получены стандартные образцы брусков для определения кислородного индекса (КИ) и категории стойкости к горению.Результаты. Установлено, что для структуры ДНПКМ типа СНС-2 (средне-наполненная система) и ВНС (высоконаполненная система) при обобщенном параметре ® ≤ 0.40 об. Д. достигается максимальная стойкость к горению (категория ПВ-0), а значение КИ возрастает в 2 раза (до ~40%) относительно полимерной матрицы.Выводы. Показано, что для получения стойких к горению ДНПКМ (КИ = 40%, категория ПВ-0) на основе сэвилена с КИ = 20% и гидроксида магния (брусита), количество выделяющихся паров воды должно составлять не менее ~250 мл/г при разложении наполнителя-антипирена, а коксовый остаток ~32%. Представлен алгоритм расчета составов, обобщенных параметров и создания ДНПКМ с заданным типом дисперсной структуры и высокой стойкостью к горению
Исследование кальцийсодержащих соединений в качестве катализаторов этерификации глицерина высшими карбоновыми кислотами
Get PDFObjectives. To investigate the catalytic activity of calcium-containing basic catalysts for the esterification of glycerol with higher carboxylic acids in order to develop a low-waste technology for the production of multifunctional additives, as well as to assess the possibility of using the reaction products for the processing of polyvinyl chloride.Methods. The consumption of oleic acid during synthesis was monitored using a titrimetric method of analysis with visual indication. The structure of the synthesized calcium-containing catalysts was confirmed by infrared spectroscopy; elemental analysis was additionally performed for calcium glyceroxide. Quantitative and qualitative analyses of the resulting mixtures of oleic acid glycerides were carried out using chromato-mass spectrometry. A sample of a multifunctional additive was tested in a model formulation of a medical plastic compound based on polyvinyl chloride.Results. It is shown that the catalytic activity of calcium derivatives in the reaction of esterification of glycerol with higher carboxylic acids increases in the series СаО < Са(ОН)2 < Ca(C17H33COO)2 < Ca(C2H5O)2 < Ca(C4H9O)2 < Ca(C3H7O3)2, while the use of calcium glyceroxide as a catalyst in an amount from 1 to 6 mol % increases the conversion of carboxylic acid from 58 to 86% in 10 h of synthesis. However, varying the amount of calcium glyceroxide from 1.5 to 6 mol % results in no observed changes in the conversion of carboxylic acid. The multifunctional additive obtained by selecting calcium glyceroxide as a catalyst has a thermally stabilizing and plasticizing effect on the polymer composition. The introduction of the developed additive into the formulation of a polyvinyl chloride composition for medical purposes reduces the processing torque and time to reach the dry point. By combining these factors, energy costs during production were reduced by more than 11% compared to the control composition.Conclusions. It is established that calcium alcoholates catalyze the reaction of esterification of glycerol with oleic (or higher) acid to increase the conversion of the initial substances and selectivity for the formation of monoglycerides as compared with calcium oxide, hydroxide, and oleate. By optimizing the ratio of glycerol : oleic acid : calcium glyceroxide at 1 : 1 : 0.015, the maximum conversion of oleic acid of up to 86% in 10 h was obtained via synthesis. The proposed method for esterification of glycerol with higher carboxylic acids in the presence of a calcium-containing catalyst avoids the stage of purification from the catalyst to obtain a composition with multifunctional additive properties for the processing of polyvinyl chloride.Цели. Исследовать каталитическую активность кальцийсодержащих основных катализаторов для процесса этерификации глицерина высшими карбоновыми кислотами с целью разработки малоотходной технологии получения многофункциональных добавок. Провести оценку возможности применения продуктов реакции для переработки поливинилхлорида.Методы. За расходованием олеиновой кислоты во время синтеза наблюдали с использованием титриметрического метода анализа с визуальной индикацией. Строение синтезированных кальцийсодержащих катализаторов было подтверждено методом инфракрасной спектроскопии. Для глицерата кальция дополнительно был проведен элементный анализ. Количественный и качественный анализ полученных смесей глицеридов олеиновой кислоты проводили с использованием хромато-масс-спектрометрии. Образец многофункциональной добавки прошел испытания в модельной рецептуре пластиката медицинского назначения на основе поливинилхлорида.Результаты. Установлено, что каталитическая активность производных кальция в реакции этерификации глицерина высшими карбоновыми кислотами возрастает в ряду СаО < Са(ОН)2 < Ca(C17H33COO)2 < Ca(C2H5O)2 < Ca(C4H9O)2 < Ca(C3H7O3)2, при этом использование глицерата кальция в качестве катализатора в количестве от 1 до 6 мол. % повышает конверсию карбоновой кислоты с 58 до 86% за 10 ч проведения синтеза. Обнаружено, что при изменении количества глицерата кальция от 1.5 до 6 мол. % конверсия карбоновой кислоты практически не меняется. Выбранный в ходе исследований глицерат кальция в качестве катализатора позволяет получить многофункциональную добавку, обладающую термостабилизирующим и пластифицирующим действием на полимерную композицию. Введение разработанной добавки в рецептуру поливинилхлоридной композиции медицинского назначения снижает при переработке крутящий момент и сокращает время достижения «сухой» точки. Оба этих фактора позволили снизить затраты энергии при выпуске продукции более чем на 11% по сравнению с контрольной композицией.Выводы. Установлено, что алкоголяты кальция катализируют реакцию этерификации глицерина олеиновой (или высшими) кислотой, повышают конверсию исходных веществ и селективность образования моноглицеридов по сравнению с оксидом, гидроксидом и олеатом кальция. Найдено, что оптимальное соотношение компонентов глицерин : олеиновая кислота : глицерат кальция составляет 1 : 1 : 0.015 и позволяет достичь максимальной конверсии олеиновой кислоты (до 86%) за 10 ч синтеза. Предложен способ этерификации глицерина высшими карбоновыми кислотами в присутствии кальцийсодержащего катализатора. Данный способ позволяет исключить стадию очистки от катализатора и получить композицию, обладающую свойствами многофункциональной добавки для переработки поливинилхлорида