Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild
Статьи журнала - Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал
Все статьи: 1046
От ультрадисперсных металлических и оксидных порошков к наноразмерным
Статья научная
Приведен обзор результатов многолетних исследований Института металлургии Уральского отделения Российской академии наук. Показаны возможности практического использования результатов и перспективность дальнейших исследований.
Бесплатно
Статья научная
Развитие электронных устройств и их повсеместное распространение приводит к необходимости интеграции строительных и экранирующих технологий, что позволило бы создавать строительные материалы для зданий и выделенных помещений, снижающих уровень распространяющихся электромагнитных полей бытовых и промышленных источников. Такие помещения могут использоваться для решения проблем электромагнитной совместимости, неконтролируемого воздействия электромагнитных излучений (ЭМИ) на организм человека, обеспечения защиты критичной информации, обрабатываемой автоматическими средствами. Помимо высокой эффективности экранирования, материалы для строительства или отделки помещений должны удовлетворять определенным требованиям по пожарной безопасности. Проведенные исследования многослойных экранирующих материалов на основе композитов с магнитными и диэлектрическими потерями показали, что эффективность экранирования ЭМИ составляет 20.35 дБ в диапазоне частот 0,7.17 ГГц. Коэффициент отражения ЭМИ исследованными материалами составляет -5...-1 дБ. При исследованиях воздействия открытого пламени (+1700 оС) определялось время сквозного прогорания образцов. Показано, что использование в составе композиционных материалов гигроскопичных водных растворов позволяет увеличить время сквозного прогорания материала толщиной 0,3 мм до 140 с.
Бесплатно
Статья научная
Публикуются отдельные результаты отраслевого исследования «Развитие российского рынка нанотехнологических продуктов в строительной отрасли до 2020 года». Авторы приглашают всех заинтересованных специалистов и профильные организации к широкому общественному обсуждению.
Бесплатно
Статья научная
Публикуются отдельные результаты отраслевого исследования «Развитие российского рынка нанотехнологических продуктов в строительной отрасли до 2020 года». Авторы приглашают всех заинтересованных специалистов и профильные организации к широкому общественному обсуждению.
Бесплатно
Статья научная
В предыдущих публикациях [1, 2] были проанализированы основные показатели мирового рынка нанотехнологических стройматериалов. Сегодня он оценивается в 12 млрд долларов, при этом в самое ближайшее время ожидается его бурный рост. В данном материале приведен анализ российского рынка.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В связи с использованием больших объемов линейных стальных конструкций ужесточаются требования, предъявляемые к поверхности трубопроводов, с помощью которых реализуется добыча нефтяного флюида. Поэтому возникает потребность в изучении межфазной границы при нанесении и закреплении защитных покрытий. Современные исследования подтверждают потенциал лазерного наноструктурирования стальной поверхности перед нанесением полимерного слоя. Для внедрения лазерной технологии в промышленность требуются не только исследования свойств поверхности, но и оценка эксплуатационных качеств. Полуколичественным критерием оценки механической прочности связи полимерного слоя к металлическому субстрату, как правило, выступает адгезионная прочность покрытия. Методы и материалы. В исследовании применялись стальные пластины. Для лазерной обработки поверхности пластин использовались два иттербиевых оптоволоконных лазера импульсного типа. Полимерный слой представлял собой эпоксидно-фенольную смолу. Нанесение жидкого состава смолы осуществлялось безвоздушным распылением. Процесс полимеризации происходил в сушильном шкафу при температуре 150 оС. Результаты и обсуждение. В ходе исследований поверхность металлических пластин подвергалась лазерному наноструктурированию. После такого воздействия зафиксировано увеличение субмикрошероховатости поверхности в 2,3–4,7 раза по сравнению с исходным состоянием. Адгезионная прочность защитного слоя к стальной поверхности составила от 2,2 до 20,6 МПа в зависимости от вида применяемого лазерного оборудования. Заключение и выводы. Результаты испытаний показали, что наноструктурированная поверхность обеспечивает формирование совокупности нанонеровностей, которая усиливает адгезионную связь с полимерным эпоксидно-фенольным слоем и, как следствие, увеличивает адгезионную прочность. Сравнительный анализ результатов испытаний при эксплуатации лазерного оборудования двух типов показал эффективность использования лазера с функциональностью полировки и наноструктурирования.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В данной статье представлены результаты исследования по проектированию бетонной смеси, включающей летучую золу, доменный шлак, суперпластификатор и ингибитор повышения температуры для получения бетона с прочностью на сжатие 60 МПа через 28 дней. Смесь бетона используется для массивного бетонного фундамента с размерами 4×4×4 м. Методы и материалы. Для рассматриваемого бетона были проведены лабораторные исследования по определению прочности на сжатие и на растяжение. Также выполнены испытания по определению температурного нагрева в условиях адиабатического процесса. Результаты. С использованием численного эксперимента для рассмотренного состава бетона, климатических условий Вьетнама и выбранной конструкции бетонного массива выполнены исследования влияния на температурный режим двух факторов: температуры укладываемого бетона и интервала по времени между укладкой блоков, составляющих массив. Обсуждение. Из условия ограничения температурного перепада между центром массива и его поверхностью допустимой величиной 20°C получено уравнение, связывающее рассмотренные факторы. Также построены графики функций. Выводы. Результаты исследований могут использоваться в качестве практического руководства по строительству фундаментов из монолитного бетона, помогая минимизировать риск термического растрескивания и обеспечить долговечность и качество конструкции.
Бесплатно
Статья научная
Смачиваемость поверхности каналов фильтрации жидкостей и газов в естественных условиях коллекторов нефти и газа является одним из параметров, во многом определяющих фильтрацию. Характер смачиваемости поверхности канала фильтрации определяет фазовую проницаемость, капиллярные силы и интенсивность адсорбции на границе раздела фаз. Способность поверхности канала фильтрации к смачиваемости полярной или неполярной фазами пластового флюида и технологических жидкостей оказывает влияние на фильтрационно-емкостные параметры нефтегазонасыщенных пород. В связи с этим при разработке нефтяных и газовых месторождений большое внимание уделяется изучению физико-химических явлений и процессов, происходящих на границах разделов фаз. В статье представлены результаты комплекса лабораторных экспериментов по исследованию поверхностной активности коллоидной системы в виде эмульсии со сверхзаряженными наночастицами. С целью оценки влияния эмульсионной системы с наночастицами на смачиваемость поверхности каналов фильтрации горных пород-коллекторов нефти и газа был проведен комплекс фильтрационных экспериментов с применением методики Горного бюро США (USBM)...
Бесплатно
Статья научная
Введение. Важной эксплуатационной характеристикой многих строительных материалов является отношение их к воде. Поэтому гидрофобизация поверхности материала является важной задачей, которая на современном уровне решается за счет нанесения специальных средств. Установлено, что можно придать водооталкивающие свойства поверхности за счет применения полидисперсных минеральных материалов, способных образовывать шероховатую поверхность. В качестве гидрофобизата предложено использовать тонкодисперсный порошок из полиминерального песка. Выявленная функциональная взаимосвязь между удельной поверхностью и величиной среднего диаметра частиц порошков, имеющая линейный характер, позволяет оценить их морфологическое строение и спрогнозировать способность порошка образовывать шероховатый слой, усиливающий водоотталкивающие свойства поверхности. Методы и материалы. В качестве сырьевых материалов выбраны четыре месторождения полиминеральных песков. Отобранные пробы промывали и высушивали. Затем определяли модуль крупности и истинную плотность. Для получения высокодисперсных порошков сырьевой материал измельчали методом сухого диспергирования. Размерные характеристики частиц определяли методом фотонно-корреляционной спектроскопии. Визуальная характеристика формы и размера частиц определена на лазерном анализаторе. Удельную поверхность высокодисперсных систем горных пород определяли методом сорбции газа, по теории БЭТ. Измерение краевого стационарного угла смачивания осуществлялось путем нанесения капли дистиллированной воды на поверхность порошка. Результаты и обсуждение. Размерные характеристики полученных фракций показали, что при продолжительности помола (30 мин) для песков всех месторождений средний размер частиц (d) составляет 360±45 нм. При этом наибольшими значениями удельной поверхности (Ssp) обладают пески месторождений «Кеницы» и «Нехтское». Определена функциональная взаимосвязь между Ssp испытуемых порошков и 1/d. Полученные линейные зависимости были охарактеризованы математическими выражениями вида Ssp = (a ⁄ d)+b, где a отражает скорость изменения величины удельной поверхности по мере изменения среднего диаметра частиц образцов; b – сдвиг линии регрессии, связанный с несимметричной формой частиц и неоднородностью (шероховатостью) поверхности. Установлено, что при возрастании величины b увеличивается и степень неоднородности поверхности, образованная этими частицами. Определение краевого угла смачивания поверхности исследуемых порошков показало, что с увеличением времени помола угол смачивания (гидрофобность поверхности) увеличивается. Так, для поверхности тонкодисперсного порошка месторождения «Нехтское» краевой угол смачивания достигает значения (114о), близкого по величине к супергидрофобности (120о). Заключение. Проведенные эксперименты показали справедливость предложенной рабочей гипотезы, связанной с возможной оценкой гидрофобности поверхности по экспериментально определенной зависимости Ssp = f (1/d). Данный прием можно использовать для подбора минеральных порошков, тонкодисперсные системы которых способны проводить гидрофобизацию (при необходимости гидрофилизацию) поверхности материала.
Бесплатно
Оценка декоративной наноштукатурки на пожароопасность
Статья научная
Введение. В испытаниях на пожаровзрывоопасность материалов на искомое значение величины и ее отклонение оказывает воздействие множество различных факторов. Все это влияет на правильность отнесения материала к той или иной группе (классу) пожароопасности, что в конечном итоге определяет его возможное использование. К примеру, на путях эвакуации из здания необходимо использовать при отделке негорючие материалы (группы НГ). Поэтому для определения фактической группы (класса) необходимо определять не только искомое значение величины, но и его разброс данных. Методы и ма- териалы. Проводились испытания декоративной штукатурки Нанопор «Baumit» по параметрам горючести для отнесения данного материала к группе: горючим или негорючим. Результаты и обсуждение. Испытания декоративной штукатурки Нанопор «Baumit» показали следующие результаты: потеря массы образца составляет Р = 7,0±0,3%; прирост температуры в печи составляет 4,6±1,7 ºС; продолжительность устойчивого пламенного горения составляет 1,0±0,1 с. В соответствии с п.5.2. ГОСТ 30244-94 данный строительный материал отнесен к негорючим материалам, т.к. значения параметров горючести находятся в пределах допустимой нормы. Потеря массы образцов декоративной штукатурки после огневого воздействия уменьшилась всего на 7% из-за потери влаги при нагревании образцов штукатурки. Причем неопределенность по потере массы декоративной штукатурки составляет около 4%. Прирост температуры в печи при испытаниях штукатурки составляет около 5 ºС при норме не более 50 ºС. Относительная расширенная неопределенность по приросту температуры в печи со- ставляет 36%. Продолжительность устойчивого пламенного горения штукатурки составляет 1 с, при норме не более 10 с. Разброс данных по данному показателю составляет 10%. Заключение. Анализ полученных данных показал, что расширенная неопределенность по параметрам горючести составляет от 4 до 40%, что существенно влияет на отклонение результата измерений от истинного значения, а также на правильность присвоения группы (класса) пожарной опасности материалу.
Бесплатно
Оценка долговечности наноструктуры волокон минеральной ваты с применением теории химической коррозии
Статья научная
Введение. Минеральная вата является одним из наиболее востребованных материалов в строительной индустрии. С этим связана и широкая номенклатура технологий и конструкций с применением минеральной ваты: вентилируемые фасады зданий, фасады, выполненные по технологии СФТК, утепление кровель и чердаков и многое другое. Методы и материалы. В разных условиях долговечность наноструктуры волокон минеральной ваты будет значительно изменяться. В настоящее время нет научно-обоснованных методов оценки долговечности наноструктуры волокон минеральной ваты. Результаты. В статье предлагается проводить оценку долговечности наноструктуры волокон минеральной ваты на основании разработанного метода химической деструкции строительной керамики. Приводятся методики лабораторного анализа долговечности материала строительной керамики и их модернизации для волокон минеральной ваты. Обсуждение. По результатам проведенных экспериментальных исследований установлено, что процесс коррозии внутри материала минеральной ваты происходит по механизму реакции гидроксидов щелочных металлов с оксидами кремния и алюминия в материале минеральной ваты, выводя их в раствор и приводя к химической деструкции материала, что в целом аналогично изученному процессу деструкции материала стеновой керамики. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что процесс химической деструкции минеральной ваты имеет большую зависимость от температуры и меньшую зависимость от концентрации гидроксидов, чем процесс деструкции материала кирпича. Заключение. Результаты проведенных исследований позволяют выполнить расчеты температурного коэффициента скорости процесса деструкции в формуле Вант-Гоффа, коэффициентов в уравнении Аррениуса и значения энергии активации процесса деструкции. Приведены примеры натурных исследований.
Бесплатно
Статья научная
Введение. На предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности одним из видов отходов производства является активный ил. В рамках рационального использования природных ресурсов и вторичного использования отходов благодаря своему составу активный ил при определенных технологических решениях возможно использовать для производства наноудобрений, поскольку он уже является основой для создания различных почвогрунтов и биопрепаратов. Однако иногда в составе активного ила могут содержаться токсичные соединения, тяжелые металлы, которые могут оказать отрицательное влияние на плодородие почвы и жизненное состояние растений, в связи с чем целью наших исследований явилось изучение влияния внесения активного ила в качестве основы наноудобрения на содержание тяжелых металлов в подзолистой почве различного гранулометрического состава, находящейся в сельскохозяйственном использовании. Методы и материалы. Исследования проводились в условиях модельного опыта в вегетационных сосудах. Использовали подзолистую почву различного гранулометрического состава (глинистую, суглинистую, песчаную) и отход целлюлозно-бумажной промышленности - активный ил в концентрациях 1; 2,5; 5 и 10% от веса сухой почвы. Определение валового содержания тяжелых металлов проводили атомно-абсорбционным методом с измерением на спектрофотометре АА-7000 (Shimadzu, Япония), подвижных форм - с использованием ацетатно-аммонийного буферного раствора методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Результаты и обсуждение. В работе приводятся результаты исследований по изучению изменения подвижных и валовых форм тяжелых металлов в подзолистой почве различного гранулометрического состава при внесении активного ила в качестве основы органического наноудобрения в условиях модельного опыта. Заключение. Показано, что содержание подвижных и валовых форм изученных металлов (Fe, Mn, Cu, Zn, Ti, Al, Ni, Co, Cr, Cd и Mo) находилось в пределах принятых санитарно-гигиенических нормативов, за исключением валовой формы Cd, где максимальное превышение составило 2,5 ПДК.
Бесплатно
Оценка электропроводности нанопокрытий интеллектуальных элементов строительных конструкций
Статья научная
Введение. Для получения интеллектуальных конструкций интерес представляют гибкие элементы из различных материалов (пленки, бумага, геотекстиль), на которые наносят электропроводящее покрытие с наночастицами углерода. Для рационального выбора, проектирования и применения электропроводящих элементов требуется объективная оценка их поведения на этапах жизненного цикла объектов. В настоящее время отсутствуют объективные методы оценки подобных объектов. Необходимы методы и средства, которые не только оценивают исходные значения электропроводимости элементов, но и позволяют прогнозировать динамику изменения при эксплуатации. Методы и материалы. Проводились испытания проб в условиях циклического многоосного растяжения. После каждого периода растяжения измеряли деформацию, толщину и электрическое сопротивление пробы. Выбраны материалы, отличающиеся составом, структурой и свойствами: пленки, нетканые полотна и ткани. На материалы наносили композицию с наночастицами углерода способом трафаретной печати. Результаты и обсуждение. Испытания показали следующие результаты. Необратимая часть деформации образцов изменялась от 8% до 75%, толщина – от 6% до 100% и зависела от структуры материалов. Электрическое сопротивление изменялось от 25 Ом до 5 кОм и зависело от параметров испытаний, структуры композита «покрытие – подложка». Корреляционный анализ подтвердил сильную степень связи между величиной электрического сопротивления и деформацией образцов. Величина коэффициента корреляции 0,60–0,78. С помощью аппроксимации найдены эмпирические уравнения, которые могут использоваться при прогнозировании надежности гибких электропроводящих элементов в условиях циклического растяжения, имитирующих условия эксплуатации. Заключение. Сравнительный анализ результатов испытания в условиях циклического растяжения позволил рекомендовать для гибких электропроводящих элементов нетканые полотна и ткани толщиной 0,5–0,7 мм. Методика циклического растяжения рекомендована для объективной оценки изменения свойств гибких электропроводящих элементов интеллектуальных строительных конструкций.
Бесплатно
Статья научная
Эффективная разработка низкопродуктивных объектов невозможна без использования мероприятий по воздействию на призабойную зону скважин как на этапе освоения после завершения строительства, так и в процессе снижения дебита при эксплуатации. Оценка эффективности новой технологии, в том числе с использованием наноматериалов, предполагает сравнение фактического уровня, достигнутого после применения новой технологии, с прогнозным базовым уровнем, который может быть обеспечен применявшимся ранее способом. Выполнено геолого-статистическое моделирование результатов кислотно-имплозионного воздействия на призабойную зону скважин, осуществляемого с использованием солянокислотного раствора в сочетании с ударно-волновым воздействием, отличающееся цикличностью и динамическим режимом. Рассмотренные результаты достигнуты в скважинах нефтяного эксплуатационного объекта со слабопроницаемыми карбонатными коллекторами очень сложного геологического строения. Методом множественной регрессии определены характер и степень влияния геолого-технологических параметров на результаты кислотно-имплозионного воздействия, выбраны наиболее влияющие параметры; даны рекомендации по выбору скважин и технологических параметров воздействия. Построены модели для прогноза прироста дебита и добычи нефти, снижения доли нефти в продукции скважин, продолжительности эффекта кислотно-имплозионного воздействия, которые могут быть использованы при оценке эффективности технологий воздействия на призабойную зону скважин после завершения их строительства с использованием наноматериалов.
Бесплатно
Статья научная
Современный этап развития нефтяной отрасли России характеризуется необходимостью ввода в активную разработку мелких и средних месторождений нефти, содержащих запасы, отнесенные к категории трудноизвлекаемых, но приуроченных к регионам с развитой производственной инфраструктурой. Ограниченный ввод их в разработку в предыдущие годы объяснялся отсутствием инновационных технологий, позволяющих существенно снизить себестоимость добываемой продукции. Создание и использование новых технологий, в том числе с использованием наносистем, обоснованное их применение, введение государством различного рода преференций при разработке таких объектов позволяют рассматривать их существенным резервом добычи нефти. Одним из важнейших моментов, позволяющих повысить технико-экономические показатели разработки низкопродуктивных залежей с трудно-извлекаемыми запасами, является интенсификация выработки запасов, причем с самого начала эксплуатации объектов. Наличие широкого круга технологий первичного и вторичного вскрытия пластов в процессе завершения строительства скважин, методов воздействия на призабойную зону и пласт, использование различных конструкций скважин требуют корректной сравнительной оценки результативности этих мероприятий в различных геолого-промысловых условиях для обоснования областей их эффективного использования и снижения рисков принятия неэффективных решений. Для условий месторождений Западной Сибири проведено изучение динамики изменения степени очистки призабойной зоны и коэффициента продуктивности скважин по фактическим данным эксплуатации добывающих скважин. Получены зависимости и модели, лежащие в основе различных алгоритмов, позволяющих оценивать эффективность вскрытия пластов и воздействие на призабойную зону скважин с целью интенсификации процесса нефтеизвлечения, снижения себестоимости добываемой продукции и увеличения рентабельности при вводе в эксплуатацию и дальнейшей разработки месторождений с трудноизвлекаемыми запасами. Полученные результаты методики и алгоритмы позволяют повышать эффективность оценки результативности использования инновационных технологий, в том числе с использованием наносистем в процессе завершения строительства скважин, и на этой основе проводить поиск и обоснование технологических решений, направленных на расширение использования ресурсной базы месторождений, находящихся у границы экономической рентабельности.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Хозяйственно-экономическая деятельность человека влечет за собой экологический, экономический и социальный ущерб, причиняемый окружающей среды. Производство продукции или услуг связано с потреблением природных ресурсов и выбросами, отрицательно влияющими на экологическое состояние. В настоящее время остро стоит проблема негативного воздействия человека на природную среду и представляет собой основной источник ухудшения здоровья живых существ. В современных условиях обеспечение химической безопасности относится к приоритетным задачам социально-экономического развития. Для защиты окружающей среды важно принять соответствующие меры и разработать надлежащие механизмы содействия устойчивому развитию. С этой целью требуется оценка эколого-экономического ущерба от деятельности человека. Материалы и методы. В работе для эколого-экономической оценки влияния на окружающую среду новых экологически безопасных биоразлагаемых добавок для поливинилхлорида на основе адипиновой кислоты использована методика определения предотвращенного экологического ущерба, утвержденная председателем Государственного комитета Российской Федерации по охране окружающей среды. Результаты и обсуждение. Полимерные материалы как наиболее востребованные и широко распространенные вносят значительный вклад в ухудшение экологической ситуации. В связи с этим рассчитаны основные величины предотвращенного экологического ущерба от деградации почв при использовании новых экологически безопасных добавок для ПВХ на основе адипиновой кислоты. Заключение. Введение в состав разработанных добавок обеспечивает экономическую и экологическую эффективность с целью ускорения биоразложения полимерных композиционных материалов, защищает от химического загрязнения опасными токсичными соединениями и способствует предотвращению деградации почв.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Исследования по созданию высокоэффективных фотокатализаторов для строительных композитов, характеризующихся повышенной активностью и расширенным спектральным диапазоном действия, являются весьма актуальными. Известно, что одним из эффективных видов фотокаталитических добавок для цементных систем являются композиции «ядро (подложка) - оболочка (фотокатализатор)», где носителем может выступать минеральное сырье различного генезиса. Стоит отметить, что для комплексной оценки эффективности подложки необходимо владеть информацией о составе и свойствах используемого сырья, среди которых первостепенное значение придается его химической активности и структурообразующей роли в цементных системах. Цель данного исследования - установить закономерности влияния четырех видов минеральных добавок (микрокремнезем, метакаолин, расширяющий сульфоалюминатный модификатор и микрокальцит) на процессы формирования структуры пластифицированных цементных систем и выявить наиболее эффективные модификаторы для последующего их использования в качестве минеральной подложки в составе фотокаталитических композиций. Методы и материалы. Удельная поверхность и гранулометрический состав минеральных модификаторов определялись методами Козени-Кармана и лазерной дифракции. Исследование фазового состава минеральных добавок и модифицированных цементных систем проводилось методом рентгенофазового анализа. Результаты и обсуждение. Выявлены особенности минералогического и гранулометрического состава минеральных добавок. Установлено, что использование индивидуальных и комплексных минеральных добавок на основе микрокремнезема, метакаолина и РСАМ позволяет направленно влиять на содержание основных фаз цементного камня - эттрингита, портландита, гидросиликатов кальция разной основности. Заключение. Повышенная химическая активность указанных модификаторов в цементных системах, обусловленная наличием в структуре реакционноспособных минералов, наряду с особенностями гранулометрического состава (высокая дисперсность и узкий диапазон размеров частиц) свидетельствуют о потенциальной перспективности их применения в качестве минеральной подложки в составе фотокаталитических композиций «ядро - оболочка».
Бесплатно
Статья научная
Представлены расчетная зависимость и теоретическая оценка диапазона изменения обобщенного критерия качества материала. Показано, что реализацию принципов нанотехнологии целесообразно осуществлять в отношении свойств, определяющих область применения материала. В качестве частных критериев, определяющих качество материала, целесообразно использовать показатели, раскрывающие сущность анализируемого процесса или свойства. Принципы наномодифицирования дисперсных фаз реализованы в технологии серных вяжущих веществ. Установлено, что серные вяжущие вещества являются химически стойкими материалами (по ГОСТ 25246-82**). Наномодифицирование наполнителей обеспечивает повышение стойкости материала в теоретически предсказанном диапазоне значений.
Бесплатно
Очистка воды от маслонефтепродуктов с помощью нанопористых супергидрофильных материалов
Статья научная
Введение. В статье представлены результаты исследования физико-химических свойств нового фильтрующего материала, оценки его гидрофильных и олеофобных свойств, а также эффективности разделения прямых эмульсий в лабораторных и промышленных условиях. Методы и материалы. В качестве основы для создания нового фильтрующего материала была выбрана природная смесь минералов со значительным преобладанием кремнезема, также включающая в себя небольшие количества слоистых гидросиликатов (слюды, глина), которые обеспечивают прочность конечного гранулированного продукта при сохранении пористости и гидрофильных свойств поверхности. В исследованиях использовались гранулы сферической формы различного фракционного состава, полученные в результате сушки, гранулирования и обжига. Перед фильтрацией гранулы пропитываются водой с целью образования вокруг каждой гранулы водяной оболочки, которая обеспечивает защиту гранул от загрязнения маслонефтепродуктами и легкую очистку фильтра путем обратной промывки в режиме псевдоожижения. Для лабораторного исследования параметров разделения водонефтяных эмульсий был сконструирован тестовый стенд. В работе применялся комплекс различных инструментальных физико-химических методов исследования. Результаты. Приведены химический и минеральный составы разработанного фильтрующего материала, результаты его рентгено-структурного анализа, микрофотографии измельченного субстрата, полученные с помощью растрового электронного микроскопа, а также характеристики пористой структуры (распределение пор по размеру и совокупный объем пор материала гранул), определенные методом низкотемпературной адсорбции азота. Представлены результаты лабораторных и опытно-промышленных испытаний разделительной и накопительной способности фильтрующего материала. Обсуждение. Полученные данные обосновывают тот факт, что разработанный материал обладает ярко выраженными гидрофильными свойствами, а после создания водяной оболочки - олеофобными. При исследовании разделения двух жидких несмешивающихся фаз в процессе фильтрации через полученные гранулы было обнаружено значительное возрастание эффективности фильтра после достижения определенного количества удержанных фильтром маслонефтепродуктов. Возрастание эффективности фильтра связано с образованием протяженной структуры, которую авторы назвали «жидкостной сетью», образованной уловленными маслонефтепродуктами. Нити «жидкостной сети», образующиеся в зазорах между гранулами, уменьшают размеры каналов, что увеличивает эффективность улавливания более мелких капель маслонефтепродуктов. Выводы. Полученные нанопористые гранулы фильтрующего материала обладают супергидрофильностью и, за счет создаваемой вокруг них водяной оболочки, обеспечивают: защиту гранул от загрязнения содержащимися в очищаемой воде маслонефтепродуктами; эффективную (и не снижающуюся со временем) регенерацию фильтра путем обратной промывки в режиме псевдоожижения; качество очистки воды от маслонефтепродуктов на уровне самых дорогостоящих методов очистки. Перспективы внедрения. Разработанная технология «ОреФильтр» прошла опытно-промышленную апробацию на более полусотни производственных объектов различных отраслей промышленности (в основном, связанных с нефтедобычей и переработкой нефти) в России и зарубежных странах. Осуществляется тестирование технологии на промышленных объектах Ближнего Востока, Канады, США, Бразилии и Австралии. Промышленные фильтрационные установки, использующие технологию «ОреФильтр», уже эксплуатируются на российских предприятиях, работают в Швеции и Германии. Опытно-промышленные исследования доказали эффективность применения разработанной технологии: в пищевой промышленности; на заводах по производству моющих средств и мыла; на горно-обогатительных комбинатах; при очистке портовых балластных и льяльных вод, загрязненной воды после мойки нефтеналивных танкеров; в рыбоводстве; в морских океанариумах и дельфинариях.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе представлены результаты исследований по очистке производственных нефтесодержащих сточных вод с применением новых нанокомпозиционных флокулянтов-коагулянтов АКФК и ФКФК. С их помощью испытаны методы обработки сточных вод промышленных предприятий, а также ливневых вод, содержащих нефтепродукты. Рассмотрены конкретные примеры водоочистки с использованием новых алюмокремниевых и железокремниевых флокулянтов-коагулянтов. Авторами разработана и запатентована технология получения флокулянтов-коагулянтов данного типа в твердом виде. Для получения таких композиционных материалов ис- пользован метод матричной изоляции действующих активных компонентов. Дана оценка эффективности действия коагулянтов-флокулянтов АКФК и ЖКФК на реальных промышленных сточных водах. Проведено сравнение новых композиционных материалов с известными аналогами.
Бесплатно
