авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 ||

Научные основы создания композиционных материалов из технических и природных силикатов

-- [ Страница 6 ] --

* СН – силикат натрия; ** СНК – силикат натрия, модифицированный карбамидом.

тимальные сорбционные, формовочные и прочностные свойства обеспечиваются при отношении Т:Ж = 3:71:4, что находится в согласии с нашими данными по получению гранулированного цеолита типа NaA (пат. № 2317945 РФ).

Активация каолина силикатом натрия, обработанным карбамидом (СНК) в коли-честве 5–10 мас. % при 60–70 °С (обр. 3), перемещая систему в III-й структурно-механический тип, способствует ухудшению формуемости массы и снижению объема открытых пор, однако позволяет получать материал, извлекающий из масел с высо-ким содержанием ненасыщенных кислот (> 60 %) катионы Zn2+, Fe (II, III) и Сu2+.

Новые свойства каолиновых масс после обработки уксусной кислотой (УК) связы-ваются с образованием ацетатов (1 и 2 стадии активации) и кремнегеля, что влияет на характер коагуляционного взаимодействия частиц. Анализ ИК спектров и отношений I3696/I3620 свидетельствует о преобладании эффекта активации над эффектом аморфи-зации и, следовательно, о кислотостойкости каолина. Это было использовано при получении противокоррозионных композиций в ОАО «Ивановская домостроитель-ная компания». Обнаружено, что при смешении с водой пластические (ПС = 0,4·10–6с–1 < 2,0·10–6 с–1) и прочностные ( 0,7 МПа) свойства (табл. 7, 8, обр. 4) снижаются, система перемещается в 0-й структурно-механический тип с преобладанием быстрых эластических и упругих деформаций: модуль упругости 34,8 МПа; период релаксации = 650–740 с; индекс течения n = 0,2; эластичность = 0,7 (устойчивость на модели Максвелла–­Шведова и Кельвина), однако ухудшение формуемости и низкая проч-ность (0,7 МПа) являются главными недостатками гранулированных сорбентов, полученных кислотной и кислотно-щелочной активацией каолина. Тем не менее, при объеме открытых пор 0,28–0,40 см3/г на таком сорбенте достигается извлечение из различных масел 65–93 % катионов Сu2+ и 10–40 % перекисных соединений.

На основании данных ИК-спектроскопии предложен механизм процессов в среде УК при введении силиката натрия, модифицированного карбамидом. Бльшая часть карбамида, прореагировавшая с силикатом натрия, блокирует образование натриевой соли с УК (отсутствие полосы при 1573 см–1) и эффективно изменяет структурно-механические и реологические характеристики в смесях с каолином; малая же часть сорбируется за счет NН2-групп на частицах каолинита и, выступая «буфером» между молекулами твердой и жидкой фазы, дает кислый продукт, препятствующий доступу вещества сорбата (ВС, СЖК) к минеральной поверхности. С учетом изложенных соображений, впервые были созданы гранулированные сорбенты, параллельно извле-кающие из соевого, льняного и подсолнечного масел соединения тяжелых металлов (ТМ) – Сu2+ (67–93 %), Fe (II, III, до 81 %), Zn2+ (70–85 %) и Ni2+ (50–76 %), фосфатиды (до 84 %), ВС (до 270 мг/кг), СЖК (1,85–2,08 мг КОН/г при VОТ = 0,27–0,33 см3/г) и перекиси (до 50 %). В абсолютных величинах из отработанного соевого масла с завышенным содержанием ТМ гранулированный сорбент «каолин–ЖС–карб-амид» при расходе 1,0–1,5 мас. % извлекает: Zn2+– 0,35 мг/гсорб; Fe (II, III) – 0,26 мг/гсорб; Cu2+ – 0,09 мг/гсорб; Ni2+– 0,02 мг/гсорб (при 70 °С и = 25 мин.). В результате содержание катионов Fe (II, III) снижается до значений, близких к ПДК (по СанПиН 2.3.2. 1078-01), а катионов Сu2+ – и ниже. Хотя указанные элементы в малых коли-чествах незаменимы для нормальной жизнедеятельности организма, при их концент-рации в маслосодержащих средах выше «порогового» значения, составляющего (мг/кг) для Zn2+ – 5,0, Fe (II, III ) – 1,5, Сu2+ – 0,5, Ni2+ – 0,5, Pb2+ – 0,1, As2+ – 0,1, Cd2+ – 0,05, Hg2+ – 0,03, они переходят в разряд опасных контаминантов (загрязнителей) и, кроме того, способствуют окислению масел. Поскольку катионы ТМ в маслах боль-шей частью связаны с фосфатидными ингредиентами, можно полагать, что выделение последних любым традиционным способом (гидратация, обработка растворами фос-форной кислоты) будет сопутствовать снижению содержания в них и ТМ.

В этой связи вначале путем щелочно-кислотной активации получили порошковый модифицированный сорбент (ПМС), свойства которого служили ориентиром для ка-чественной сорбционной очистки маслосодержащих сред. Выявлено, что обработка кислотостойкого каолина перкарбонатом натрия при отношении 1:81:12 и 20–25 %-ными растворами фосфорной кислоты в количестве 50–75 % от массы смеси с после-дующим высушиванием при 110–115 °С дает материал, при контакте 0,2–0,4 мас. % которого с растительными маслами (70–75 °С) и перемешивании с частотой 0,5–1,0 с–1 в течение 20–30 мин. повышается стабильность масел при хранении. ПМС также от-лично удаляет ВС, фосфолипиды (73–90 %) и, по сравнению с аналогом БМ-500 (OOO «БМ», Иваново), повышает степень извлечения катионов Ni2+ – в 1,4 раза, Сu2+ – в 1,7 раз, СЖК – в 1,7 раз, красящих веществ – на 17 %. Способы очистки растительных масел с использованием ПМС защищены патентами РФ №№ 2317321, 2317322.

Выявлено, что технология может совершенствоваться по пути введения в расти-тельные масла гранулированных сорбентов, после контакта с которыми трудоемкая операция фильтрации исключается из цикла. Однако гранулам требуется обеспечить прочность 7–10 МПа, что достигается при формовании каолина с силикатом натрия.

(а) (б)

(в)

Как видно из рис. 12, а и в (кривые 2), такое защелачивание материала позволяет удалять из подсолнечного масла 70 % катионов Zn2+ и 81 % соединений Fe (II, III), но подходящий результат по разрушению перекисных соединений (п.ч. = 8,90 мг-экв О2/кг) достигается лишь при ударном расходе сорбента (РС 10 % от массы масла, или 90 г/л раствора). Снизить РС можно за счет подбора иного активатора (УК либо СНК) либо использовать тот же материал, но опробовать проточный метод пропуска-ния масла на колонне (при отношении ее высоты к диаметру h/d = 10).

Установлено, что контакт с гранулированным сорбентом «каолин–УК» (30 г/л раствора) обеспечивает выделение 81 % катионов Cu2+ (рис. 12, б, кривая 1), тогда как в отношении соединений цинка (рис. 12, а, кривая 1) и железа (рис. 12, в, кривая 1) он работает хуже; п.ч. очищенного масла составляет лишь 13 мг-экв О2/кг, однако низкая прочность гранул (0,7 МПа) нивелирует преимущества такого сорбента. В свою оче-редь, из смеси каолина и СНК созданы сорбенты, активные в отношении катионов Cu2+ и умеренно активные, при РС = 30–50 г/л, в отношении соединений железа. Для проточного метода (рис. 12, кривые 3) подобрана скорость пропускания масла ( = = 0,01–0,02 см3/с), при которой, в условиях РС = 20 г/л, достигнута максимальная степень очистки на тех же сорбентах по катионам Zn2+ и Cu2+ (на 5–15 % выше).

Предложена технологическая схема производства гранулированных сорбирующих материалов из смесей каолина и технических силикатов – СН и СНК (рис. 13). Отмученный каолин (Самарская обл., ТУ 5729-016-48174985-2003), включающий каолинит и -кварц с преобладающим размером частиц 5–20 мкм, направляют в Z- образный смеситель 1, использование которого, вследствие высокого сдвигового нап-ряжения, развиваемого рабочими органами, позволяет получать массу с требуемой степенью гомогенизации. При постоянном перемешивании в смеситель 1 подают раствор силиката натрия плотностью 1,35–1,42 г/см3 и SiO2/Na2О = 2,7–3,3 и воду до получения формовочной массы с влажностью 28–33 %. Приготовление формовочной

 Технологическая схема-22

Рис. 13. Технологическая схема производства экструдированных сорбционно-активных материалов из каолина с добавками силиката натрия (СН): 1 – Z-образный смеситель; 2 – экструдер; 3 – устройство для ультразвуковой резки; 4 – ленточная сушилка

массы занимает 15–20 мин. (до получения однородной консистенции), после чего она подается в дозатор шнекового экструдера 2. Форма и размер изделий определяются конфигурацией фильеры, изготовленной из стали или фторопласта. Устройство для ультразвуковой резки 3 целесообразно совместить с экструдером 2. Полученные гранулы поступают по транспортеру на ленточную сушилку 4. В качестве сушильного агента используют воздух, обогреваемый отходящими дымовыми газами. В камере поддерживают температуру 110–115 °С; продолжительность сушки составляет 5–6 ч.

В главе 7 дана оценка экономической эффективности технических решений. Пока-зано, что внедрение ПМС требует малых капиталовложений (380,99 тыс. руб.); срок окупаемости инвестиций – 28 сут. Прибыль при объеме производства очищенного масла 12600 т дает 56,70 млн. руб./год. Экономический эффект составляет 0,15 тыс. руб./т; ожидаемый доход предприятия равен 1,89 млн. руб./ год. Решение по адсорб-ционной очистке имеет и экологический аспект, так как сводит к нулю сброс промыв-ных вод на стадии нейтрализации масла. Прирост прибыли при внедрении гранули-рованного сорбента «каолин–силикат натрия» составляет 2,99 млн. руб./год.

Композиционные силикатные материалы для защиты минеральных поверхностей внедрены на предприятиях Воронежа, Иваново и Ивановской области. Экономичес-кий эффект, достигнутый за счет использования более дешевого сырья и повышения качества продукции, составил 26,96 млн. руб. (в ценах 1994 г.). В ценах 2008 г. замена оксида цинка каолином дает экономию 3,48 тыс. руб./ т защитного материала.

ВЫВОДЫ

1. Разработаны научные основы создания защитных материалов из модифициро-ванных силикатов натрия и калия и на их базе получены новые технические решения по повышению жизнеспособности и стабильности при хранении (120 сут.), прочно-сти, твердости (на 20–50 %) и водоустойчивости этих материалов, обеспечивающие превосходство над отечественными и зарубежными (фирма ВASF) аналогами. Способ получения и составы материалов не оказывают вредного воздействия на экологию окружающей среды, защищены 5 патентами РФ и внедрены на ряде предприятий Иваново и Ивановской области и Воронежа. Экономический эффект составил 26,96 млн. руб. (в ценах 1994 г.).

2. Впервые разработаны одноупаковочные защитные материалы с включением в состав твердой фазы отходов стекольного производства, шламовых паст, отхода теплоэлектростанций и цинксодержащего отхода производства ронгалита, обладающие повышенной (в 1,5–2,0 раз) кроющей способностью; выявлены их оптимальные реологические характеристики. Показано, что в качестве разбавителя композиций могут использоваться сточные воды предприятий, содержащие формальдегид в концентрации 0,5–10,0 г/л. Предложена упрощенная технологическая схема получения экологически безвредных материалов для защиты минеральных поверхностей и алюминиевых изделий, эксплуатируемых при t 400 С.

3. Предложены новые способы и технологическая схема производства гранулиро-ванных сорбирующих материалов из природных и технических силикатов, извлекаю-щих из маслосодержащих сред катионы тяжелых металлов, фосфатиды, воски, сво-бодные жирные кислоты и перекисные соединения.

4. При введении каолина и алюмосиликата натрия (до 2 мас. %) в композиции на лаковой основе, модифицированной подсолнечным маслом, и включающие связующий компонент с добавками оксида цинка, диоксида титана и растворителя, в ОАО «Ивановская домостроительная компания» получены материалы с повышенны-ми антикоррозионными свойствами, водо- и термоустойчивостью.

5. Изучен химизм процессов при введении карбамида в растворы силикатов натрия и калия при температурах 60­–90 °С; разработана теория модифицирования, научно обоснованы условия ведения процесса и получены регрессионные уравнения, позволяющие прогнозировать физико-химические свойства продуктов модифициро-вания в зависимости от поставленной технологической задачи.

6. Показано, что для получения водоустойчивых и эластичных покрытий в составы защитных материалов, наряду с химическими модификаторами (карбамид, неорганические пигменты), необходимо также вводить физический модификатор– бутадиенстирольный латекс в количестве 12–25 мас. %.

7. Доказана возможность регулирования процессами структурообразования в ком-позициях из силиката натрия и каолина. Установлены оптимальные реологические характеристики, при которых обеспечивается сохранение водоустойчивости и проч-ности продуктов отверждения таких композиций: полная мощность на течение 1,5–2,3 МВт/м3; мощность на разрушение коагуляционной структуры 0,45–0,80 МВт/м3; константа консистенции 20–36 Пас; индекс течения 0,30–0,50.

8. Предложен механизм процессов и разработаны научные основы выделения восков при введении природных и технических силикатов в растительные масла. Показано, что взаимодействие молекул природных силикатов и восков идет по сорбционному механизму с участием гидроксильных групп сорбента и кислорода карбонильной группы сорбата. Выявлены параметры связей и энергетические характеристики адсорбционных комплексов типа «природный силикат – воски». После сорбции восков на минеральной поверхности протекает стадия роста восковых осадков, подчиняющаяся закономерностям образования ассоциативных структур.

9. Изучено влияние силикатных материалов на кинетику выделения восков из мас-лосодержащих сред. Показана возможность замены сорбента Tonsil Optimum 210 FF (Германия) бентонитовыми, опоковидными и каолиновыми отечественными глинами, однако при этом требуется их активация.

10. Разработан оптический метод оценки полноты выделения комплексов «каолин–ВС» на фильтре из маслосодержащих сред, представляющий интерес для организаций фармакологии, пищевой химии и биохимии.

11. Установлены характеристики отечественного каолина, перспективного в качестве основы новых сорбирующих материалов: рН вытяжки из 1 %-ной водной дисперсии 6,0; зерновой состав, мас. %: 0,3…1,2 мкм – 3–4; 1,2…2,5 мкм – 8–9; 2,5…5 мкм – 15–17; 5…10 мкм – 23–25; 10…20 мкм – 33–35; 20…40 мкм – 13–15; S уд = 27 м2/г; I3696/I3620 1,5, спектральный коэффициент A = 6,0, рентгеновский коэф-фициент «Хинкли» C = 0,64; наличие минеральных примесей – -кварц ( 5–8 мас. %) и Fe2O3 (0,02 %); переходные поры (r = 20–130 ) позволяют сорбировать из растительных масел как неорганические, так и органические соединения.

12. Выявлен механизм активации отечественного каолина уксусной кислотой. При взаимодействии с минеральной поверхностью смесей органических кислот электро-проводность и прочность коагуляционной структуры находятся в корреляции с содержанием винной кислоты. Предложен способ получения порошкового сорбента, использование которого позволяет через 5 ч экспозиции льняного масла при 12 °С получать продукт с содержанием восков 90 мг/кг, цветным числом 10 мг I2/100 см3 и ССЖК 0,007 моль/л, пригодный в качестве источника -полиненасыщенных жирных кислот, входящих в состав клеточных мембран живых организмов. Результаты используются Центром семейной медицины «Мега» (Иваново).

13. Впервые в единый комплекс сведены результаты исследований структурно-механических, пористых и сорбционных свойств формовочных масс из каолина, подвергнутого щелочной, кислотной и кислотно-щелочной активации силикатом натрия, карбамидом, уксусной кислотой. Оптимальные прочностные, формовочные и сорбционные свойства обеспечиваются при отношении каолин: силикат натрия = 3:7 1:4 и коррелируются с данными по получению гранулированного цеолита типа NaA (пат. № 2317945 РФ).

15. Впервые при обработке каолина перкарбонатом натрия и растворами фосфор-ной кислоты получен порошковый модифицированный сорбент, введение которого в растительные масла обеспечивает удаление из них 73–90 % фосфолипидов, ВС и, по сравнению с аналогом, повышает степень извлечения катионов Ni2+ – в 1,4 раза, Сu2+ – в 1,7 раз, СЖК – в 1,7 раз. Способы очистки растительных масел с использованием сорбента защищены патентами РФ №№ 2317321, 2317322.

16. Впервые предложена метод и схема плазменной активации каолина в положительном столбе тлеющего разряда аргона, обеспечивающей увеличение сорбционного сродства к сывороточному альбумину, что представляет большой интерес для фармацевтической химии.

ОСНОВНЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Пат. 2034810 Российская Федерация. МКИ С 04 В 28/26,С 09 D 1/02, С 04 В 26/04. Способ приготовления строительной силикатной краски / Игнатов В.А., Разговоров П.Б., Алексеев С.М. [и др.]; заявл. 16.06.92 (заявка № 5048217/05); опубл. 10.05.95, Бюл. № 13. – 10 с.

2. Пат. 2041900 Российская Федерация. МКИ С 09 D 1/04, С 09 В 41/49. Силикатная краска / Разговоров П.Б., Игнатов В.А., Алексеев С.М. [и др.]; заявл. 24.05.93 (заявка № 93027639/05); oпубл. 20.08.95, Бюл. № 23. – 8 с.

3. Пат. 2160753 Российская Федерация. МКИ С 09 D 1/04, С 04 В 28/26. Композиционная силикатная краска / Разговоров П.Б., Игнатов В.А., Алексеев С.М. [и др.]; заявл. 29.02.96 (заявка № 96104087/04); опубл. 20.12.00, Бюл. № 35. – 12 с.

4. Пат. 2294947 Российская Федерация. МКИ С 09 D 1/02, С 09 D 5/08, С 09 D 5/08. Одноупаковочная силикатная краска / Разговоров П.Б., Ильин А.П., Прокофьев В.Ю.; заявл. 26.12.05 (заявка № 2005140892/04); oпубл. 10.03.07, Бюл. № 7. – 5 с.

5. Пат. 2294946 Российская Федерация. МКИ С 09 D 1/02, С 09 В 28/26, С 09 D 5/08. Строительная силикатная краска/ Разговоров П.Б., Прокофьев В.Ю., Ильин А.П., Мал-биев С.А.; заявл. 26.12.05 (заявка № 2005140891/04); опубл. 10.03.07, Бюл. № 7. – 5 c.

6. Пат. 2317321 Российская Федерация. МПК С 11 В 1/10. Способ адсорбционной очистки растительных масел / Разговоров П.Б., Макаров С.В., Володарский М.В. [и др.]; заявл. 13.04.06 (заявка № 2006112306/13); опубл. 20.02.08, Бюл. № 5. – 6 c.

7. Пат. 2317322 Российская Федерация. МПК С 11 В 3/00, С 11 В 3/10. Способ очист-ки растительных масел от восков / Разговоров П.Б., Макаров С.В., Пятачков А.А. [и др.]; заявл. 13.04.06 (заявка № 2006112305/13); опубл. 20.02.08, Бюл. № 5. – 5 c.

8. Пат. 2317945 Российская Федерация. МПК С 01 В 39/14. Способ получения гранулированного цеолита типа А / Прокофьев В.Ю., Разговоров П.Б., Ильин А.П. [и др.]; заявл. 07.07.06 (заявка 2006124498/15); опубл. 27.02.08, Бюл. № 6. – 5 с.

9. Разговоров, П.Б. Реологические свойства модифицированных систем на основе силиката натрия / П.Б. Разговоров, В.А. Игнатов, С.М. Алексеев, И.Н. Терская // Изв. вузов. Химия и хим. технология. – 1992. – Т. 35, вып. 11 – 12. – С. 146 – 149.

10. Разговоров, П.Б., Исследование механизма модификации жидких стекол мочевиной / П.Б. Разговоров, В.А. Игнатов, З.Ц. Койфман, И.Н. Терская // Изв. вузов. Химия и хим. технология. – 1993. – Т. 36, вып. 1. – С. 68 – 70.

11. Разговоров, П.Б. Исследование оптических свойств модифицированных систем на основе силиката натрия / П.Б. Разговоров, В.А. Игнатов, И.Н. Терская, С.М. Алексеев // Изв. вузов. Химия и хим. технология. – 1994. – Т. 37, вып. 5 – 6. – С. 129 – 133.

12. Игнатов, В.А. Силикатная краска на основе модифицированного калиевого жидкого стекла / В.А. Игнатов, П.Б. Разговоров // Изв. вузов. Химия и хим. технология. – 1994. – Т. 37, вып. 7 – 9. – С. 170 – 172.

13. Разговоров, П.Б. Строительная силикатная краска на основе модифицированного натриевого жидкого стекла / П.Б. Разговоров, В.А. Игнатов // Изв. вузов. Химия и хим. технология. – 1995. – Т. 38, вып. 1 – 2. – С. 183 – 185.

14. Разговоров, П.Б. Изучение взаимодействия некоторых затравочных материалов и сложноэфирной составляющей воскоподобных веществ / П.Б. Разговоров, С.В. Сита-нов, В.А. Козлов // Изв. вузов. Химия и хим. технология. – 2002. – Т. 45, вып. 1. – С. 34 – 37.

15. Ситанов, С.В. Характер взаимодействий между восковыми веществами, содержа-щимися в растительных маслах / С.В. Ситанов, П.Б. Разговоров, В.А. Козлов // Изв. вузов. Химия и хим. технология. – 2002. – Т. 45, вып. 6. – С. 50 – 53.

16. Ситанов, С.В. Применение фотометрии для ускоренного определения восков в растительных маслах / С.В. Ситанов, П.Б. Разговоров, В.А. Козлов // Изв. вузов. Химия и хим. технология. – 2004. – Т. 47, вып. 1. – С. 13 – 16.

17. Разговоров, П.Б. Растворение восков в растительных маслах, включающих кис-лые примеси / П.Б. Разговоров, С.В. Ситанов // Изв. вузов. Химия и хим. т

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.