Рациональное использование природных ресурсов. Рубрика в журнале - Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал
Статья научная
Проведено исследование эффективности природных и модифицированных сорбентов, предназначенных для очистки промышленных сточных вод от ионов тяжелых металлов (Fe, Cd, Zn, Cu, Cr). Сорбенты различных составов получены на основе отходов горно-обогатительных комбинатов (ГОК), нерудных материалов (монтмориллонит, доломит) и модифицированы гуминовыми соединениями с толщиной наносимого слоя от 50 нм до 100 мкм. Выбор состава модифицированных сорбентов был обусловлен стремлением максимально использовать положительные свойства всех компонентов: их высокие сорбционные и регенерационные свойства. Кроме того, нанесение на поверхность сорбентов гуминовых соединений, выделенных из торфа и отходов бурого угля, позволило существенно увеличить адсорбционную активность за счет наличия в составе гуматов широкого набора групп и фрагментов (кислотных, аминокислотных, спиртовых, углеводных, фенольных, аминокетоспиртовых и др.), которые образуют комплексы практически со всеми тяжёлыми металлами. Использование в составе сорбентов трех основных указанных компонентов дает в результате синергетический эффект, а также позволяет получать высокоэффективные и одновременно недорогие, достаточно универсальные материалы, обладающие высокими сорбционными свойствами. Определена эффективность природных и модифицированных сорбентов, выявлено увеличение сорбционной активности в ряду: доломит (Д) →композиция «доломит+монтмориллонит» («Д+М») → композиция «отходы ГОК+монтмориллонит» («Х+М»). Показано, что гуминовые вещества как модифицирующие агенты повышают эффективность сорбции всех изученных в данной работе природных сорбентов и их композиций до 98–99,9%. Применение предложенных природных и модифицированных сорбентов позволит комплексно решать две экологические проблемы: осуществлять эффективную очистку промышленных сточных вод от ионов тяжелых металлов и утилизировать отходы различных производств.
Бесплатно
Статья научная
Показаны результаты исследования эффективности сорбентов на основе отходов добычи и обработки слюдистых кварцитов (СК), монтмориллонитовых глин (МГ), модифицированных гуминовыми соединениями (ГС), полученных путем экстракции отходов добычи бурого угля. Предварительно был исследован химический состав отходов обработки слюдистого кварцита в зависимости от размеров фракции: элементный состав методом энерго-дисперсионного рентгено-флуоресцентного анализа и минеральный состав методом рентгенофазового анализа, с целью установления взаимосвязи между составом фракции и адсорбционными свойствами полученных композиционных сорбентов, а также с целью исключения в составе СК и, соответственно, сорбента опасных и токсичных веществ I–III классов опасности. Изучена эффективность адсорбции полученных сорбентов, обнаружено увеличение сорбционной активности в зависимости от состава сорбента и метода модификации (предварительная температурная обработка и нанесение на поверхность сорбента ГС нано- и микроразмерным слоем). Установлено, что наибольшая эффективность адсорбции ионов тяжелых металлов наблюдается для сорбента, прошедшего температурную модификацию при 800оС и затем покрытого слоем ГС до 1% масс. Использование отходов СК, содержащих 40–60% кварца (SiO2) в композиции с МГ, и с дальнейшей модификацией поверхности (до 1% масс.) гуминовыми соединениями позволит получить высокоэффективные, универсальные и недорогие сорбенты для очистки сточных вод от тяжелых металлов и других загрязнителей. Предложенные композиционные сорбенты позволят комплексно решить несколько экологически важных проблем: осуществлять эффективную очистку промышленных сточных вод (машино- и приборостроительных, металлургических, не- фтехимических и других предприятий) от ионов тяжелых металлов и утилизировать отходы обработки слюдистого кварца и добычи бурого угля.
Бесплатно
Статья научная
Предложена принципиальная схема комплексного подхода для оценки токсикологических свойств горных пород, учитывающая их физико-химические свойства. Методология апробирована на опытных образцах базальта, отобранных с месторождения «Мяндуха» (Архангельская область). Представлены данные по химическому составу, на основании которого рассчитана величина удельной массовой энергии атомизации сырьевого материала горной породы. Проведен расчет энергетических параметров микро- и наносистем исследуемого образца: свободной поверхностной энергии и поверхностной активности. Для токсикологической оценки анализируемого материала использованы метод секвенирования нового поколения (СИП), метагеномный анализ и МТТ-метод определения жизнеспособности клеточных культур. Данные методы позволили определить видовое разнообразие микроорганизмов в исходных образцах базальта, а также цитотоксичность тонкодисперсных частиц базальта. Установлено, что базальт, обладая высокой поверхностной активностью, способен сорбировать на поверхности частиц значительное количество микроорганизмов различных видовых групп, что представляет со бой потенциальную опасность микробиологического заражения - данный факт необходимо учитывать при переработке сырья в технологических процессах. Вместе с тем, отмечена нетоксичная природа самих наночастиц базальта. Предложенная принципиальная схема комплексного подхода может быть рекомендована для оценки токсикологических свойств горных пород.
Бесплатно
Обзор приборной базы по контролю парниковых газов
Статья научная
Введение. В статье описаны результаты сравнительного анализа трех крупных компаний, представляющих на рынке высокоточное оборудование по контролю климатически важных параметров: LI-COR, Picarro и Gasera - и использующих нанотехнологии; исследована актуальность экологической проблемы поиска технического решения контроля климатически активных газов, в том числе CO2 в атмосферном воздухе. Целью работы является анализ мировых лидеров по производству прецизионного оборудования контроля парниковых газов при изготовлении наноматериалов и в научных центрах по исследованию изменения климата. Методы и материалы. Для исследования использована информация из открытых информационных источников, материалов и обзоров научных исследователей различных областей знаний, которые описывают особенности деятельности этих компаний или же непосредственно принимают участие в разработке продукции и после чего составляют отчет о своей работе. Статья содержит информацию из истинных источников, а именно с официальных сайтов компаний, где описана их история создания и процесс развития. Методами исследования являются бенчмаркинг и SWOT-анализ. Результаты и обсуждение. В исследовании проведен сравнительный анализ компаний по продолжительности работы на мировых рынках и его влияния на качество и технические особенности выпускаемой продукции. В статье представлена информация о компаниях, которые добились очень хороших результатов за период с начала их основания до настоящего времени. Видовое разнообразие приборов контроля качества старого и нового поколения, реализуемых на рынках по всему миру, рассматриваемых компаний, одинаковое, что обуславливает очень высокую конкуренцию. Проведено описание деятельности компаний, их местоположения, охват потребителей, также указан годовой доход от продажи продукции, объем работы, который они совершают в процессе своей деятельности. Заключение. Выявлено, что компании LI-COR, Picarro, Gasera осуществляют производство приборов контроля качества, которые воспроизводят требуемые измерительные параметры. Газоанализаторы компаний являются востребованными на рынке прецизионных приборов контроля, применяемых для улавливания парниковых газов с целью разработки строительных наноматериалов, научных исследований климатических проблем современного общества.
Бесплатно
Энергоресурсоэффективные конструкции малогабаритных аппаратов охлаждения оборотной воды
Статья научная
Введение. Для рационального использования природных ресурсов применяются установки непрерывного охлаждения замкнутых систем оборотного водоснабжения. В статье представлены конструкции малогабаритных аппаратов охлаждения оборотной воды, они являются энергоресурсоэффективными за счет организации винтового движения воздушного потока, движущегося противотоком к охлаждаемой воде. Тепломассообмен является нанотехнологическим процессом, который осуществляется на межмолекулярном уровне. Методы и материалы. Противоточные миниградирни широко используются во всех отраслях промышленности, но они имеют ряд недостатков, основным из которых является недостаточное время взаимодействия движущихся фаз. Винтовое движение воздушного потока создается при тангенциальной подаче охлаждающего воздушного потока в нижней части цилиндрической малогабаритной градирни. По мере перемещения воздушного потока вверх по градирне скорость вращательного движения уменьшается, а вертикальная составляющая скорости увеличивается. Такая организация движения воздушного потока позволяет уменьшить в среднем вертикальную составляющую скорости и увеличить время контакта фаз. Лабораторные исследования. Для определения технологических, гидроаэротермических характеристик, а также для оценки эффективности охлаждения оборотной воды была разработана экспериментальная установка малогабаритной градирни с винтовым воздушным потоком для осуществления тепломассообмена на межмолекулярном уровне. Выводы. Показано, что вращательная составляющая убывает с увеличением высоты по экспоненциальному закону, а вертикальная составляющая возрастает по степенному закону с показателем степени ~1,79. Установлено, что влагосодержание xи температура воздуха tg в объеме по высоте h оросителя изменяется по степенному закону, в частности для винтовой градирни пропорционально x ~ h0,83, tg ~ h1,25. Определено, что коэффициенты массоотдачи Pxv и теплоотдачи av винтовой миниградирни на межмолекулярном уровне при равных плотностях орошения больше коэффициентов противоточной миниградирни на 20%. Экспериментально определена зависимость коэффициента аэродинамического сопротивления винтового оросителя градирни от критерия Re для воздушного потока и установлено, что он уменьшается как Re~K2, показатель степени К2 изменяется в интервале 0,114+0,193 в зависимости от плотности орошения.
Бесплатно
