Результаты исследований ученых и специалистов. Рубрика в журнале - Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал
Создание нанооболочки на поверхности дроби гидрида титана
Статья научная
В статье представлены данные по модифицированию дроби гидрида титана путем создания титановой нанооболочки на его поверхности методом ионно-плазменного вакуумного магнетронного напыления. Для нанесения нанооболочки титана на дробь гидрида титана использовали вакуумную установку нанесения многофункциональных нанокомпозитных покрытий QVADRA 500, расположенную в Центре высоких технологий БГТУ им. В.Г. Шухова (г. Белгород). Анализ микрофотографий поверхности исходной дроби гидрида титана показал, что микроструктура его поверхности ровная, гладкая, также анализ микроструктуры поверхности материала показал наличие небольшой пористости, неровностей, преимущественно впадин, а также неглубоких продольных трещин. Наличие у дроби гидрида титана оксидной плёнки препятствует свободному высвобождению водорода, а также немного заполняет микротрещины на поверхности. Для определения термической устойчивости исходной дроби гидрида титана и дроби с нанесенной нанооболочкой из титана был проведен дифференциально-термический анализ обоих образцов. Спектры термодесорбции водорода из образцов исходной дроби гидрида титана и дроби гидрида титана с напыленным титановым покрытием свидетельствуют о различной термической устойчивости сравниваемых материалов в интервале температур от 550 до 860оС. Нанесенная таким способом нанооболочка из титана позволяет увеличить термостойкость дроби гидрида титана - начало разложения приходится на температуру в 695оС, а температура окончания разложения - более 1000оС. Модифицированная таким способом дробь гидрида титана может использоваться в качестве наполнителя в радиационно-защитные материалы, используемые при строительстве или модернизации биологической защиты ядерных энергетических установок.
Бесплатно
Сорбционная очистка осадков сточных вод от тяжелых металлов
Статья научная
Введение. Рост городов и развитие промышленных центров приводит к увеличению образования сточных вод (СВ) и, как следствие, осадков сточных вод (ОСВ), образующихся в результате очистки СВ. В настоящее время на территории России накоплены миллионы тонн ОСВ, содержащие различные загрязнители, в том числе тяжелые металлы (ТМ). Поэтому разработка методов очистки ОСВ от ТМ является актуальной задачей. Основными методами обработки, очистки и обеззараживания ОСВ являются высушивание, обезвоживание (с помощью вакуумных и термических методов). УФ- и СВЧ-облучение -эти способы достаточно дороги, эффективны в отношении патогенных микроорганизмов и практически не влияют на концентрацию ТМ. Известны реагентные методы очистки ОСВ с использованием CaO - негашеной извести, данный метод не особенно эффективен в отношении ТМ. Более эффективны гуминово-минеральные реагенты, полученные на основе измельченных каустобиолитов, при которых степень очистки от ТМ составляет 19-87%. Методы и материалы. Авторами ранее была показана эффективность очистки СВ от ТМ с помощью сорбентов на основе отходов доломита, кварцита, горно-обогатительных комбинатов (ГОК), в том числе модифицированных гуматами. В связи с этим был предложен метод очистки ОСВ от ТМ с применением трех типов сорбентов на основе: 1) отходов ТЭЦ - шлама водоподготовки (ШВП), содержащего СаСО3 до 68% и гуминовые соединения до 12% - сорбент 1 (С1); 2) доломита - карбонаты Mg и Ca в композиции с гуматом натрия (25%) - сорбент 2 (С2); 3) доломита с поверхностью, модифицированной гуматом (1%) слоем 200 нм - 50 мкм - сорбент 3 (С3). Результаты и обсуждение. В лабораторных экспериментах была исследована эффективность очистки ОСВ с помощью сорбента на основе доломита, модифицированного гуматом (1%). В полевых испытаниях изучено снижение концентрации ТМ в ОСВ при применении сорбентов на основе ШВП и комплексного сорбента доломит-гумат (75:25). Показано, что эффективность очистки ОСВ от ТМ возрастает в ряду: сорбенты на основе отходов ТЭЦ - шламов водоподготовки, содержащие СаСО3 и гуматы (эффективность очистки Е = 4,8-48,6% для высушенных и 29,3-53,3% для обезвоженных ОСВ) function show_abstract() { $('#abstract1').hide(); $('#abstract2').show(); $('#abstract_expand').hide(); }
Бесплатно
Статья научная
Дисперсное армирование представляет собой введение в систему дискретных волокон (фибр) различного происхождения с целью повышения прочностных и деформативных характеристик изделий и конструкций. Максимальный эффект от армирования возможен при выборе оптимальных параметров (длины и расхода волокна), при этом следует учитывать особенности твердения вяжущей системы и гранулометрический состав. В качестве примера рассмотрен пенобетон на основе бесцементного наноструктурирован-ного вяжущего с применением базальтовой фибры и волокон строительных микроармирующих (ВСМ) полимерной природы. В работе проведены расчеты с помощью математического аппарата структурной топологии, позволившие установить критические длины фибр природного и искусственного происхождения, а также их минимально допустимый расход при использовании в ячеистых системах. За исходные данные приняты диаметр волокон, уточненный с помощью микроструктурных исследований, выполненных на сканирующем электронном микроскопе, и экспериментально определенная плотность их упаковки в рыхлом и уплотненном состоянии. Определение топологических параметров волокна с допустимой для практики погрешностью производилось в соответствии с двумя зависимостями: от пористости материала и размера пор. Таким образом, наименьшая эффективная длина волокна при усло- вии равномерного распределения по всему объему матрицы композита имеет значение менее 1 мм, минимальный расход волокна в массовом отношении от общего количества смеси составляет диапазон от 0,2 до 0,5 масс. %. Нерациональный выбор параметров дисперсного волокна приводит не только к неоправданному повышению себестоимости материалов, но и к образованию комковых включений, что, в свою очередь, оказывает негативное влияние на конечные характеристики композита.
Бесплатно
Управление реологическими и конструкционными свойствами цементного камня при наномодифицировании
Статья научная
Доказана эффективность нанотехнологического решения применения специально выращенных наноразмерных частиц для регулирования реологических характеристик, кинетики схватывания и твердения модифицированного цементного камня. Модифицирование структуры цементного камня осуществлялось с использованием синтезированного авторами комплексного наномодификатора (КИД) на основе наночастиц sio2 и суперпластификатора GLENIUM®ACE 30 на основе поликарбоксилатных эфиров. Оригинальность авторского подхода заключается в методе синтеза и способе введения комплексного наномодификатора на основе Si02. КИД получали в водной среде, которая одновременно затем используется в качестве воды затворения цементной системы. Установлено, что применение синтезированных КИД позволяет снизить вязкость цементного теста в 1,5 раза, удлиняет сроки схватывания, обеспечивает в первые сутки твердения повышение прочности в 4,5 раза по сравнению с немодифицированной системой. Оптимальная дозировка КИД составляет 0,01% от массы цемента. Достигнутые эффекты связываются с проявлением частицами роли зародышей структурообразования, подложки для кристаллизации, центров зонирования новообразований.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Существующие технологии автоматизированного строительного контроля не позволяют пользователю выбирать уровень детализации. В то же время в условиях применения нанотехнологий растет потребность в расширении возможностей мониторинга и контроля объектов строительства. Цель исследования - разработка, программная реализация и апробация технологии управления скоростью и точностью построения трехмерных моделей по плотным облакам точек для автоматизированного мониторинга строительных работ.
Бесплатно
Физические свойства эмульсионных систем с содержанием наночастиц SiO2
Статья научная
Одним из наиболее актуальных направлений научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР) в области разработки нефтегазовых месторождений является физико-химическое воздействие на пласт с целью повышения темпа разработки и увеличения коэффициента извлечения нефти. Широкая область практической применимости наноразмерных частиц в рамках данного направления способствовала переходу уровня исследований физико-химических процессов от масштаба микро к нано, что оказало значительное влияние на развитие отрасли в целом. Применительно к технологиям физико-химического воздействия на нефтегазоносные пласты стремительное развитие нанотехнологий оказывает значительное влияние на понимание процессов, происходящих на границах разделов фаз жидкость-жидкость, жидкость-газ, жидкость-порода и т.д. относительно изученными являются процессы влияния наноразмерных частиц на границы раздела фаз жидкость-газ и жидкость-жидкость [1-18]. На сегодняшний день известно, что наночастицы различных минералов и металлов способны увеличивать срок жизни пузырьков газа в углеводородной среде и стабильность глобул углеводородной или водной фаз в эмульсиях различного типа [1-7, 12]. Но в отрасли нет однозначного понимания и обоснования физико-химических процессов, происходящих на границах разделов фаз в присутствии наночастиц в пластовых условиях или даже в условиях стендовых испытаний на кернах горных пород. В связи с этим, данное направление в отрасли разработки нефтегазовых месторождений обладает значительным потенциалом для проведения комплексных НИОКР с целью выявления новой научной информации и внедрения в отрасль высокоэффективных технических решений. в статье представлены результаты очередного этапа комплексных научно-исследовательских работ (НИР) по исследованию влияния наночастиц двуокиси кремния (SiO2) на стабильность и реологические свойства эмульсий на углеводородной основе. Комплексный НИР проводится в рамках международного проекта «Разработка и внедрение водоограничивающих составов на основе применения наночастиц двуокиси кремния». По результатам сравнительных исследований новых эмульсионных систем получены зависимости напряжения сдвига от градиента скорости сдвига (кривая течения), динамической вязкости от скорости сдвига (кривая вязкости) и динамической вязкости от объема добавок водного раствора хлористого кальция.
Бесплатно
Статья научная
Коллоидные системы в виде эмульсий или суспензий нашли широкое применение в различных отраслях промышленности, в том числе в отрасли разработки нефтегазовых месторождений. Обратные эмульсии и суспензии активно применяются в процессах разработки месторождений, включая такие направления, как увеличение нефтеотдачи пластов, интенсификация добычи нефти, строительство и подземный ремонт скважин. В данной статье представлены результаты лабораторных экспериментов по исследованию физических свойств гетерогенных систем двух типов: эмульсионная система с наночастицами; эмульсионно-суспензионная система с наночастицами. Данные коллоидные системы обладают уникальными физико-химическими свойствами и могут быть эффективно применимы в процессах разработки месторождений в качестве водоограничивающего или блокирующего агентов обратимого действия. В рамках проведенных лабораторных экспериментов произведена оценка влияния новых систем на фильтрационные характеристики моделей трещин гидравлического разрыва пласта...
Бесплатно
Экспериментальное исследование вязкостных свойств эмульсионных систем с содержанием наночастиц SiO2
Статья научная
При наращивании объемов добычи нефти в условиях применения интенсивных систем разработки с применением поддержания пластового давления закачкой воды в пласты недропользователи сталкиваются с проблемой прорыва вытесняющего агента по более проницаемым интервалам пластов, что приводит к резкому обводнению продукции добывающего фонда скважин и снижению экономической эффективности эксплуатации скважин. В настоящее время специалистами отрасли предложены более сотни технологий ограничения притоков пластовых вод и вытесняющего агента к забоям добывающих скважин. Технологии ограничения водопритоков различаются по виду применяемых химических составов и способам их доставки в пласт. При этом анализ химических составов, применяемых для ограничения водопритоков, позволил выявить общую особенность. Эта особенность заключается в том, что применяемые химические составы являются неселективными и оказывают изолирующее или блокирующее действие как на водонасыщенные, так и на нефтенасыщенные интервалы пластов. Применение неселективных высокостабильных химических составов приводит к неконтролируемой кольматации всех обрабатываемых интервалов и дополнительным трудностям вовлечения обработанных интервалов в процесс фильтрации. В статье представлена технология интенсификации добычи нефти с применением эмульсионных систем с наночастицами SiO2 и загущенных кислотных составов. Технология разработана для селективного воздействия на призабойную зону пласта (ПЗП), которое обеспечивается блокировкой водонасыщенных интервалов и стимуляцией менее проницаемых нефтенасыщенных интервалов в ПЗП. Представлены результаты комплекса лабораторных экспериментов по исследованию вязкостных свойств эмульсионных систем с содержанием наночастиц SiO2. По результатам лабораторных исследований выявлена способность наночастиц SiO2 увеличивать динамическую вязкость эмульсионных систем прямого и обратного типа. Тесты на термостабильность модифицированных эмульсионных систем показали устойчивость систем при температуре 80°C. При этом модифицированные наночастицами SiO2 эмульсионные системы сохранили способность к значительному снижению вязкости при реакции с углеводородами, т.е. являются селективными составами для ограничения водопритоков.
Бесплатно
Экспериментальное исследование стабильности эмульсионных систем с содержанием наночастиц SiO2
Статья научная
С начала 21-го века научные исследования в области изучения свойств наноразмерных частиц и их промышленного применения в области разработки нефтяных и газовых месторождений получили стремительное развитие. Потенциал значительного увеличения эффективности технологических решений посредством применения наноразмерных частиц определяет данное направление одним из наиболее актуальных и перспективных на сегодняшний день. одним из основных направлений применения наночастиц в области разработки нефтяных и газовых месторождений является разработка высокоэффективных технологических жидкостей с новыми или усовершенствованными физико-химическими свойствами. Способность наночастиц модифицировать смачиваемость поверхности горных пород и закрепляться на адсорбционно-сольватных слоях глобул делает их уникальным средством для регулирования физико-химических свойств технологических жидкостей и геолого-физических свойств горных пород. В статье раскрыты результаты нового этапа исследований физических свойств эмульсионных систем с содержанием наночастиц двуокиси кремния (Sio2), проводимых в рамках международного проекта «разработка и внедрение водоограничивающих составов на основе применения наночастиц двуокиси кремния». Представлены результаты сравнительных испытаний стабильности классических эмульсий прямого и обратного типов и эмульсионных систем, модифицированных наночастицами двуокиси кремния с различным характером смачиваемости (гидрофильные или гидрофобные). По результатам сравнительных испытаний определено, что термостабильность большинства образцов модифицированных эмульсионных систем с содержанием гидрофильных или гидрофобных наночастиц двуокиси кремния превышает термостабильность классических эмульсий более, чем на 100%. В ходе сравнительных исследований проведены следующие виды экспериментов: измерение агрегативной устойчивости, электростабильности и термостабильности образцов. Статья является продолжением комплекса научно-исследовательских работ, представленных в статье [1].
Бесплатно
Экспериментальные исследования волнового воздействия на суспензию монтмориллонитовой глины
Статья научная
В работе приведены результаты комплексных исследований влияния волновых технологий на физико-механические свойства тонкодисперсных монтмориллонитовых суспензий в лабораторных условиях Научного Центра нелинейной волновой механики и технологии РАН (НЦ НВМТ ИМАШ РАН). Показано, что в результате волновой обработки проточными гидродинамиче- скими генераторами вихревого типа с тангенциальными и радиальными ка- налами и генераторами плоского типа с цилиндрическими телами обтекания динамическое напряжение сдвига существенно увеличилось, количество ча- стиц раствора размером 1–2 мкм выросло в 2,5 раза. Это означает, что вол- новая обработка глинистой суспензии приводит к повышению коллоидной фракции, а следовательно, и к повышению качества суспензии, к снижению расхода глинопорошка, а также к уменьшению в несколько раз времени при- готовления по сравнению с традиционной технологией. Показано, что основ- ной вклад в достижение высокой эффективности волновой обработки вносят нелинейные волновые и кавитационные процессы, протекающие в проточной части гидродинамических генераторов.
Бесплатно
Статья научная
Предметом исследования является процесс извлечения нефти из залежей каширо-подольского возраста Волго-Уральской нефтегазоносной провинции. Особенностями объектов являются: • низкие коллекторские свойства пластов; • высокая геологическая неоднородность по различным параметрам; • запечатанность залежей вблизи поверхности водо-нефтяного контакта; • наличие различной степени трещиноватости и кавернозности; • широкие диапазоны изменения значений геолого-физических и физикохимических свойств пластов и насыщающих их флюидов; • линзовидное строение пород-коллекторов. В этих условиях часто разработка залежей сопровождается: • интенсивным снижением пластового давления при отсутствии закачки в пласт воды; • низкими начальными дебитами нефти скважин и последующим их существенным снижением в течение довольно незначительного периода времени как ввиду падения пластового давления, так и ввиду быстрого прорыва воды либо по литологическим окнам, либо по существующим трещинам; • частым отсутствием эффекта от использования закачки в пласт воды в виде увеличения дебитов в добывающих скважинах, что является причиной низкой степени выработки запасов, сложности применения вторичных и третичных методов повышения коэффициента использования нефти, высокой себестоимости добываемой продукции. Значительные ресурсы этих объектов с трудноизвлекаемыми запасами нефти позволяют рассматривать их как существенный резерв в добыче углеводородного сырья. При этом важно оценить необходимость стимулирования ввода в разработку этих месторождений. Ключевым вопросом при этом является определение извлекаемых запасов нефти и сроков разработки при эксплуатации залежей на естественных режимах. Иа основании обобщения опыта разработки отдельных залежей нефти, находящихся длительное время в эксплуатации, предложен экспресс-метод оценки этих показателей на стадии проведения геолого-разведочных работ. Последующее проведение технико-экономических расчетов позволяет: • оценивать необходимость стимулирования ввода объектов, аналогичных исследованным по геолого-промысловой характеристике в разработку; • оценивать эффективность применения вторичных и третичных методов увеличения нефтеотдачи, в том числе и с использованием нанотехнологий; • определять стратегию разработки объектов для увеличения ресурсной базы углеводородов. Решать эти задачи предлагается дифференцированно, по различным группам однородных объектов в пределах не только Волго-Уральской, но и сопредельных нефтегазоносных провинций.
Бесплатно
Статья научная
В работе показано, что объемная пропитка бетонной матрицы при использовании гранулированного наноструктурирующего заполнителя выступает примером некоторых процессов техногенного метасоматоза - процесса замещения фаз с изменением химического состава, формирования новых парагенезисов, преобразования свойств конечного материала. Показано, что в результате пропитки модифицирующим раствором микроструктура бетона становится более плотной и однородной, поверхность зерен покрыта микро- и нанораз-мерными новообразованиями различной морфологии. Ввиду актуальности направления, связанного с разработкой новых заполнителей легких бетонов и модификации традиционных, предлагается использование гранулированного наноструктурирующего заполнителя для реализации эпикристализационно-го модифицирования легких бетонов на основе неорганических вяжущих. Это позволяет создать макропористую структуру композита с одновременной модификацией матрицы на нано- и микроуровне. Также ввиду увеличения объемов исследований в области щелочеактивированных силикатных и алюмосиликатных систем для применения как в самостоятельном виде, так и в качестве модификаторов, в том числе для повышения гидрофобности строительных материалов, показана возможность создания мелкозернистого бетона с пониженным водопоглощением путем введения в состав гранулированного наноструктурирующего заполнителя гидрофобизирующей добавки. При тепловлажностной обработке в ядре гранулированного заполнителя формируются флюиды из растворов полисиликатов натрия с гидрофобизирующей добавкой, происходит их миграция через оболочку гранул и распределение в объеме бетонной матрицы. Улучшение эксплуатационных характеристик представленных строительных композитов различного функционального назначения обусловлено инфиль-трационным метасоматическим преобразованием кристаллической матрицы активированными функциональными системами, полученными при термической активации гранулированного наноструктурирующего заполнителя.
Бесплатно
Статья научная
В данной статье описывается возможность использования комплексных полифункциональных добавок строительного назначения на основе углеродных нанотрубок и цеолитов (синтетических и природных). Синтез УНТ проводили методом каталитического пиролиза CVD. Направленный синтез в структуре цеолита осуществлялся за счет пропитки исходных веществ раствором прекурсоров на основе катализатора синтеза УНТ. Экспериментальные исследования были направлены на изучение влияния наномодифицирующей добавки на физико-механические характеристики строительного композита. Полученные данные позволили выдвинуть предположение, что при выбран ных условиях модифицирования строительного материала, цеолит, попадая в структуру бетона, будет выполнять роль не только минеральной добавки, но и материала-носителя УНТ, что позволит равномерно распределить углеродные наночастицы в матрице строительного композита, с другой стороны адсорбционные свойства цеолита будут усилены за счет наличия в структуре углеродных элементов. Структуры наномодифицирующих цеолитов и полученного строительного композита оценивались методом электронной сканирующей микроскопии (СЭМ). Электронные микрофотографии исследуемых объектов позволили объяснить процессы формирования структуры бетона, наномодифицированного комплексной полифункциональной добавкой на основе синтетического и природного цеолита и углеродного наноматериала.
Бесплатно
