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 || 3 | 4 |   ...   | 6 |

Теоретические основы разработки микроструктурированных реакторов для каталитических процессов

-- [ Страница 2 ] --

В диссертации представлены результаты исследований, выполненных лично автором или под его непосредственным руководством в период с 1999 по 2011 г. на кафедре Биотехнологии и химии федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тверской государственный технический университет» и в лаборатории технологии химических реакторов факультета химии и химической технологии Эйндховенского технологического университета (Нидерланды). При проведении исследований, результаты которых опубликованы в соавторстве с аспирантами Мартяйном Мисом, Оки Муразой, Маурисом Варнье, Антоном Дубровским и Лидией Протасовой, соруководителем которых являлся автор, диссертантом определена постановка научных задач, разработаны методики расчета, предложены основные идеи технических и технологических решений, выполнен анализ и обобщение лабораторных и промышленных экспериментов. Эксперименты, промышленные испытания и внедрение выполнены под руководством и при личном участии диссертанта.

В рамках сотрудничества с научными группами из Института катализа им. Г.К. Борескова (г. Новосибирск), Института химии и переработки минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН (г. Апатиты, Мурманская обл.), диссертантом сформулированы научные задачи и предложены методы исследования, необходимые для достижения целей данной работы.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на международных конференциях по микроструктурированным реакторам IMRET-4 (Атланта, Джорджия, США, 2000), IMRET-5 (Страсбург, Франция 2001), IMRET-7 (Лозанна, Швейцария, 2003), IMRET-9 (Потсдам, Германия, 2007), IMRET-10 (Новый Орлеан, США, 2008), IMRET-11 (Киото, Япония, 2010); на международных конференциях по структурированным катализаторам и реакторам ICOSCAR-1 (Делфт, Нидерланды, 2001), ICOSCAR-2 (Делфт, Нидерланды, 2005), ICOSCAR-3 (Ишия, Италия, 2009), на III международной конференции «Катализ: теория и практика» (Новосибирск, 2007), на европейских конгрессах по каталазу EuropaCat-V (Лимерик, Ирландия, 2001), EuropaCat-VI (Инсбрук, Австрия, 2003), EuropaCat-VII (София, Болгария, 2005), EuropaCat-VIII (Турку, Финляндия, 2007), EuropaCat-IX (Саламанка, Испания, 2009); на 6-ом международном симпозиуме по катализу в многофазных реакторах CAMURE-6 (Пуна, Индия, 2007), на 14-ом международном конгрессе по катализу (Сеул, Южная Корея, 2008), на североамериканских конференциях по катализу NAМ-21 (Сан-Франциско, Калифорния, США, 2009), NAМ-22 (Детройт, Мичиган, США, 2011), на 9-ом международном симпозиуме по научным основам приготовления гетерогенных катализаторов (Луван-ля-Нев, Бельгия, 2006), на симпозиумах европейского материаловедческого общества, E-MRS (Страсбург, 2005 и Ницца, Франция, 2006), на 6-ом международном симпозиуме по мезопористым материалам (Намюр, Бельгия, 2008), на 1-ой конференции-семинаре по наноматериалам и тонким пленкам (Ноттингем, Великобритания, 2008), на международных конференциях по химическим реакторам ISCRE-19 (Потсдам, Германия, 2006), ISCRE-20 (Киото, Япония, 2008), ISCRE-21 (Филадельфия, Пенсильвания, США, 2010), CHEMREACTOR-19 (Вена, Австрия, 2010), на 3-ем европейском конгрессе инженеров-химиков, ECCE-3 (Нюрнберг, Германия, 2001), на конференции американского института инженеров-химиков AIChE (Хьюстон, Техас, США, 2007).

Результаты работы представлены в виде приглашенных докладов на научных семинарах и конференциях: на нидерландско-сингапурском семинаре по химическим микротехнологиям (Эйндховен, Нидерланды, 2002), в Институте химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН (Апатиты, 2003), в Институте катализа им. Г.К. Борескова (Новосибирск, 2003), в Хельсинском технологическом университете (Финляндия, 2005), в Институте катализа французского национального центра научных исследований (Лион, Франция, 2006), на европейской международной встрече молодых ученых CERC3 «Химические микротехнологии» (Энсхеде, Нидерланды, 2006), на 6-м испанском конгрессе по химии «Химия и устойчивое развитие» (Пуэрто де ла Крус, Испания, 2006), в университете г. Баз (Баз, Великобритания, 2007), в Кембриджском университете (Кембридж, Великобритания, 2008), в университете Або (Турку, Финляндия, 2009), в государственном университете Райт – WSU (Дэйтон, Огайо, США, 2009), в университете Тринити-колледж (Дублин, Ирландия, 2011), в университете г. Аликанте (Испания, 2011).

Публикации

Диссертация написана по материалам 57 научных статей автора, опубликованных в реферируемых журналах, и двух глав в монографиях, которые указаны в списке литературы. В материалах совместных публикаций личный вклад автора является определяющим. Личный вклад автора состоит в построении предлагаемых в диссертации моделей, формулировке и реализации экспериментальных методов и алгоритмов решения задач, разработке компьютерных программ, анализе и интерпретации полученных результатов.

Основное содержание работы

Во введении кратко обоснована актуальность работы, сформулирована цель, показаны научная новизна и практическая значимость работы, обозначены основные этапы исследования.

Проблема, выдвинутая Ричардом Филлипсом Фейнманом в конце его классической лекции, прочитанной в Калифорнийском технологическом институте в канун 1960 года «Там внизу полным-полно места», привлекла внимание к возможности создания и управления объектов очень малых размеров. Тем не менее, создание полномасштабных химических производств на основе микро- и нано- технологий получило широкое развитие лишь в последние 10 лет. Достижение полного контроля над структурой материи сталкивается с большими техническими трудностями.

Эта работа направлена на создание теоретических основ химических микротехнологий следующего поколения с целью согласовать требования к конечным изделиям, а также выявить и оценить возможности реализации этих требований. Такая постановка задачи гарантирует, что все необходимые технологии (рентабельный синтез больших объемов пленочных катализаторов с однородными свойствами для микрореакторных устройств, новые методы управляемой самосборки хорошо контролируемых наноструктурных компонентов в мезомасштабные пленки, стандартизация методов контроля качества пленочных материалов, новые методы многомасштабного параметрического моделирования для исследования и прогнозирования свойств отдельных компонентов микросистем) появятся вместе. Если не будет хотя бы одной из них, остальные будут менее эффективны. Таким образом, одной из важнейших характеристик микротехнологий является их «модульность».

На рис. 1 схематически показана методология, используемая в работе для решения поставленных задач по достижению полного контроля над структурой материи на различных уровнях. На атомарном уровне проведено исследование синтеза нанокомпозитов в виде тонких пленок с упорядоченной структурой пор. На микроуровне изучено влияние неоднородности различных компонентов микрореакторов на эффективность их работы. Также изучена способность к сопряжению микро- и мезопористых каркасов и компонентов со структурами худшей точности, таких как нанолитографически профилированные и микроструктурированные металлические подложки. На макроуровне предложены инженерные решения по сопряжению микрореакторов с объектами промышленных химических технологий.

Первая глава посвящена разработке методов гидротермального синтеза микропористых пленок на профилированных подложках, применяемых в микротехнологиях. Известно несколько методов нанесения цеолитных покрытий на подложку основные из которых: (1) гидротермальный синтез и (2) метод вторичного роста с использованием соответствующих затравочных нанокристаллов, нанесенных из коллоидных суспензий центрифугированием или вытягиванием подложки из раствора с последующей прокалкой и гидротермальным синтезом (рис. 2). Преимущества обоих методов заключаются в высокой степени однородности получаемых покрытий, а также их высокой устойчивости к механическим и термическим воздействиям. Второй метод также позволяет разделить во времени стадии нуклеации и роста кристаллов, что позволяет контролировать свойства получаемых покрытий в более широком диапазоне. Прочие методы синтеза являются разновидностями двух основных.

Несмотря на большое разнообразие цеолитных покрытий, наибольший интерес с точки зрения катализа представляют собой цеолиты со структурой МFI (ZSM-5 и силикалит-1), BEA (цеолит бета) и MOR (морденит).

Раздел 1.1 посвящен анализу влияния параметров гидротермального синтеза на свойства цеолитных покрытий. Процесс роста цеолитных покрытий включает комплексное взаимодействие между компонентами исходного золя и подложки, зависящее как от элементного состава золя, так и от степени шероховатости поверхности на наноуровне, а также от степени гидрофильности поверхности, которая определяет возможность закрепления геля на подложке и его толщину. Отношение скоростей нуклеации и роста кристаллов определяет размер кристаллов в цеолитном покрытии. При прочих равных условиях скорость нуклеации выше в растворителе, обеспечивающем более высокую концентрацию исходных веществ. Высокие степени пересыщения могут быть получены с использованием высоко реакционноспособных исходных веществ, содержащих оксид кремния, например, силиказоля.

В разделе 1.2 проведен анализ материалов, используемых в каталитических микротехнологиях. В большинстве случаев различные марки нержавеющей стали и боросиликатного стекла служат основным материалом в производстве микрореакторов, хотя известны случаи применения других металлов и сплавов для изготовления основной конструкции реактора: алюминия, молибдена, меди, никеля. При выборе материла для каталитического микрореактора, без учета стоимости материала и процесса изготовления, следует учитывать: (1) гидрофильность поверхности материала; (2) ограничения, налагаемые процессом изготовления, например, невозможность создать определенные геометрические структуры с высокой точностью пространственного разрешения; (3) возможность быстрого тестирования каталитических покрытий с целью их дальнейшей оптимизации; (4) коррозионную устойчивость материала реактора в реакционной смеси; (5) взаимодействие материала реактора с каталитическим покрытием, вызывающее дезактивацию последнего. Современные методы локальной модификации материалов (микромашининг) позволяют создавать микронные объекты и структуры в боросиликатном стекле. Основной недостаток стекла – его растворение в щелочных растворах, используемых при синтезе микропористых пленок покрытий. Нанесение тонких защитных пленок оксида циркония на поверхность стекла позволяет защищать подложки от растворения на начальном этапе синтеза. В дальнейшем образующаяся цеолитная пленка препятствует растворению подложки.

В разделе 1.3 исследовано влияние структурно-механических свойств поверхности подложки на скорость образования, однородность и толщину цеолитных покрытий. При отработке технологий получения микроструктур важным этапом является контроль поверхности после процесса изготовления микроканалов перед началом синтеза цеолитных покрытий. Обычно на поверхности металла можно выявить профиль, полученный в результате прокатки.

Для измерения шероховатости поверхности после химической или термической обработки, из профиля поверхности, полученного методом лазерной сканирующей конфокальной микроскопии (ЛСКМ) (рис. 3, а), вычитается профиль волнистости материала, полученный в процессе прокатки (рис. 3, б). Оба профиля обычно измеряются в направлении прокатки. Средняя шероховатость поверхности рассчитывается по формуле

. (1)


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |
 





 
© 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.