CC BY
7Impact Factor: SJIF 2019 - 5.11 ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ
2020 - 5.497
2021 - 5.81
ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ УДК 541.64:677.21
ИЗУЧЕНИЯ СПОСОБА ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ СЕРИЦИНА В ОТРАБОТАННОЙ ВОДЕ КОКОНОМОТАЛЬНЫХ ФАБРИК
ФАТТАХОВ МИРЗАХМАД АЗИЗОВИЧ
Доцент кафедры физики и электротехники, Ташкентский институт текстильной и легкой
промышленности. г.Ташкент
РУЗИЕВ ОЙБЕК САДУЛЛОЕВИЧ
МАТНАЗАРОВ ЮСУФЖОН ОДИЛБЕК УГЛИ
УРАЗАЛИЕВ РОЗИКЖОН ТУРАНОВИЧ
ассистенты кафедры физики и электротехники, Ташкентский институт текстильной и легкой
промышленности. г.Ташкент
Аннотация: В этой работе дана методика исследования физико-химических параметров электроактивированных водных растворов серицина и измерения содержания серицина в растворе и в таблице показана зависимость содержания серицина в растворе.
Ключевые слова: электроактивация, электроактиватор, окислительно-восстановительный потенциал, засорение пор кокона, серицин, анод, катод, концентрация, мицелл серицина.
Введение: Производство шелковых тканей принадлежит к числу основных отраслей легкой промышленности, в особенности в Республике Узбекистан, где этот вид текстильной продукции давно стал товаров широкого потребления. Одной из центральных задач стоящих перед шелкомотальной промышленностью, в условиях рыночную экономику, является повышение эффективности производства натурального шелка на основе рационального использования сырьевых ресурсов, усовершенствование техники и технологии производства и улучшение качество продукции. В последние десятилетие, исследователями практически всех специальностей уделяется особое внимание повышению эффективности производства на основе технического прогресса. Последние годы в шелкомотальной промышленности также проводятся определенные мероприятия по увеличению выхода шелка сырца, однако данный уровень в настоящее время еще нельзя признать удовлетворительным [1,3].
Экспериментальные исследования: Целью экспериментальных исследований является измерение и сопоставление физико-химических параметров (рН, окислительно-восстановительного потенциала, электропроводности и т.д.) электроактивированных водных растворов серицина[1].
Установлено, что концентрация серицина в технологической среде влияет как на процесс размотки, так и на выход шелка-сырца и его качество. В этой связи для осуществления регулирования состава технологической среды размотки, нами разработан способ размотки кокономотального производства с концентрацией серицина в пределах от 3 г/л до 7 г/л. Для реализации этого способа размотки коконов необходимо поддерживать концентрацию серицина в заданных пределах, т.к. при более низкой концентрации не обеспечивается эффективность процесса, а при более высокой концентрации происходит засорение пор кокона, что препятствует поступление воды во внутреннюю часть оболочки кокона.
Поставленная цель [2,4] достигается тем, что физическое воздействие осуществляют изменением рН раствора до достижения максимальной электрофоретической подвижность мицелл серицина и последующего воздействия на раствор электрическим полем постоянного тока в режиме электрофореза до полного отделения от раствора мицелл серицина и осаждения их на поверхности анода. Взвешивание осуществляют измерением величины давления столба жидкости до и после физического воздействия и по разности этих величин по известным формулам определяют удельную весовую концентрацию серицина в растворе. Изменение рН раствора осуществляют в пределах от 8,5 до 10 ед. воздействием на него электрическим полем постоянного тока в режиме электрохимического разложения жидкой фазы при разности потенциалов на электродах в пределах 15^30 В. Электрическое воздействие в режиме электрофореза осуществляют при плотности тока 2^10 А/дм2.
Цель достигается реализацией способа и устройства, дополнительно содержащем анод и катод, при этом катодом является корпус емкости для раствора, а весоизмерительный датчик выполнен в виде эластичной камеры, заполненной воздухом, размещенный на дне емкости и соединенной с измерительным прибором.
Сущность разработки заключается в следующем. Размотку коконов осуществляют в технологической жидкости для снижения склеивающей способности серицина, который находится между слоями фиброиновых нитей шелка. В процессе размотки коконов в технологической жидкости происходит набухание молекул серицина и их частичное растворение. Установлено, что такой раствор серицина с заданой концентрацией рационально повторно использовать в качестве жидкости для размотки коконов. Использование раствора с концентрацией серицина, выходящей из заданных значений, снижает эффективность процесса размотки коконов, поэтому необходима информация о содержании серицина в растворе на каждом этапе процесса размотки коконов. Серицин представляет собой высокомолекулярное соединение белков. Молекулы белков имеют гибкие цепи с фиксированными зарядами и неполярные группы, могут отделяться друг от друга по мере растворения под действием температуры, рН среды и других внешных факторов.
Изменение рН раствора можно осуществлять химическим способом, т.е. вводом в раствор щелочи. Однако подщелачивание раствора химреагентами изменяет в некоторой степени свойства самого раствора, что может отрицательно повлиять на процесс размотки коконов, при использовании раствора в качестве технологической жидкость. Кроме того, это ведет к невосполнимым затратам химреагентов.
Наиболее рационально рН раствора изменять обработкой его в электрическом поле постоянного тока в режиме электрохимического разложения жидкой фазы до образования избыточного количества гидроксильных групп он и долгоживущих комплексов НзО-2. Эти ионы взаимодействуют с полярными группами макробелков серицина, образуя на поверхности мицеллы белка серицина отрицательный заряд. Таким образом, взаимодействие гидроксильных групп он и комплексов НзО-2 с ионизированными группами молекул серицина за счет образования водородных связей и увеличения в результате этого суммарного отрицательного заряда на поверхности мицеллы серицина приводит к увеличению электрофоретической подвижность мицеллы.
Установлено, что электрообработку раствора в режима электрохимического разложения жидкой фазы рационально осуществлять при разности потенциалов на электродах в пределах от 15 до 30 В. При напряжении менее 15 В процесс осуществляется замедленно, что увеличивает время физического воздействия на раствор и замедляет процесс измерения концентрации серицине. При напряжении более 30 В начинает происходить электрохимическое разложение веществ, находящихся и растворе.
При определении весовой концентрации серицина в растворе осуществляется взвешивание раствора до и после физического воздействия. Взвешивание осуществляют путем измерения давления столба раствора до физического воздействия и давления столба
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
жидкой фазы раствора после физического воздействия и по разности этих величин с помощью известной формулы:
P=PgH,
где, Р- давление столба жидкости, Н/м2. р- плотность раствора, кг/м3.
Н-высота столба жидкости, §=9,8/с2, определяют весовую концентрацию серицина в объеме жидкости.
Способ реализуется с помощью устройства, показанного на рис.1. Устройство состоит из емкости 1 с раствором серицина 2, анода 3, погруженного в раствор и весоизмерительного датчика. В качестве катода используется корпус емкости 1, подключенный к отирцательному полюсу источника тока 4. Весоизмерительный датчики состоит из эластичной камеры 5, выполненной например из резины, заполненной воздухом и соединенный с измерительным прибором 6, например манометром.
Для определения концентрации серцина в растворе жидкость с неисвестной величиной концентрации серицина помещают в емкость1.
Рис.1. Устройства для
определения содержания серицина.
1-емкость, 2-раствор серицина,
3-анод, 4-источник тока, 5-
весоизмерительный датчик, 6-
манометр.
Давление столба жидкости на
поверхность эластичной камеры 5
приводит к сжатию воздуха в камере 5
и фиксуруется манометром 6.
Известно, что давление столба
жидкости определяется по формуле:
P=pgH, отсюда плотность (удельный
вес) исходного раствора:
Р1 = Pi.; кг/м3 1 вн
После первого измерения удельного веса раствора с серцином, включают источник питания 4 и на раствор воздействуют электрическим полем постоянного тока в режиме электрохимического разложения жидкой фазы (воды) при разности потенциалов между катодом емкостью 1 и анодом 3 в пределах от 15 до 30 В. При этом часть молекул воды разлагается на ионы водорода и гидроксильные группы. Ионы водорода рекомбинируются на поверхности катода в молекулы газообразного водорода и уходят из жидкости в виде пузырьков. Избыточное количество гидроксильных групп он остается в растворе и взаимодействует с молекулами белка серицина, которые приобретают поверхностный отрицательный заряд. После этого разность потенциалов между анодом 3 и катодом 1 уменьшают до 2^12 В, т.е. до режима электрофореза при обеспечении заданного предела значений плотности тока от 2 до 10 А/дм2. При этом отрицательно зараженные мицеллы серицина перемещаются в растворе в направлении положительного зараженного анода и осаждаются на нем, образуя слой серицинового покрытия 7. При отделении от раствора серицина и осаждения его на аноде 3 плотность раствора 2 уменьшается на величину весовой концентрации серицина в растворе. Высота столба жидкости вследствие осаждения серицина на аноде, остановится равным:
P2=gpH, отсюда
Р2 / 3 р? = —: кг/м дн
Р2- плотность жидкости, освоюожденной от серцина.
Р2- давление столба жидкости после физического воздействия.
Тогда весовая концентрация серицина в объеме жидкости составит:
Л Р1 Р2 / 3
&Рг = Рл — Р? =---; кг/м
не и 1 и? дН дН>
Для упроуения процесса контроля за показаниями, измерительный прибор-манометр может быть от тарирован в показателях удельного веса, при этом необходимо исследуемую жидкость заливать в емкость 1 всегда до заданного уровня, т.е чтобы высота столба жидкости всегда были постоянной.
Анализ существенных признаков предлагаемого технического решения показывает,
что:
1. Изменение рН раствора серицина в пределах от 8,5 до 10 ед увеличивает электрофоретическую подвижность молекул белка серицина, что улучшает условия отделения серицина от жидкой фазы раствора;
2. Изменение рН раствора путем электрического воздействия на него в режиме электрофоретического разложения жидкой фазы при разности потенциалов на электродах в пределах 15-30 В позволяет без изменения химических свойств раствора и допольнительного расхода химреагентов образовать мицеллы белка серицина с высоким отрицательными поверхностным зарядом;
3. Электрическое воздействие на раствор в режиме электрофореза позволяет обеспечить перемещение мицеллы серицина в жидкости, отделение от жидкости фазы и осаждение на поверхности анода.
4. Электрическое воздействие при плотности тока от 2 до 10 А/дм2 обеспечивает осаждение мицелл серицина на анода уже покрытым серициновым слоем, т.е. более полное удаление серицина из жидкости;
5. Использование корпуса емкости в качестве катода упрощает конструкцию устройства;
6. Использование в качестве весоизмерительного датчика эластичной камеры, заполненной воздухом, установленной на дне емкости и соединенной с измерительным прибором, упрощает и ускоряет процесс измерения и упрощает конструкцию устройства, не требуя использования дополнительных весов;
Для проведения испытания предлагаемого способа в природной воде с плотностью 1,005 кг/м2 растворили 5 г/л серицина. В емкость 1 залили 1 литр раствора до уровня Н=10 см. По показаниям прибора 6 первое измерение плотности раствора составило: р1=1,010 г/см3. рН исходного раствора 7,2. Порции раствора серицина с плотностью подвергали воздействию электрическим током в режиме электрохимического разложения жидкости при различной разности потенциалов. На электродах до достижения различных величин рН, после чего устанавливали режим электрофореза и продолжали электрообработку при различной величине разность потенциалов на электродах и плотности тока до отделения серицина из каждой фазы раствора и осаждения его на поверхности анода. После физического воздействия вновь измеряли плотность жидкой фазы каждой порции раствора.
В таблице 1 показана зависимость точность измерения содержания серицина в растворе от режимных параметров физического воздействия (погрешность измерительного прибора не учитывалась).
Таблица 1.
Способ Время Эл.обработка в Эл.обработка в Концентрация
измерения измерения режиме эл-хим. режиме серицина в
мин. Разложения электрофореза растворе
жидкости г/см3
и(В) рН Плотность тока, А/дм2 и(В)
По предлагаемому решению 5 12 8,0 1 4 0,005
- 15 8,5 2 6 0,0055
- 20 9,0 5 10 0,004
30 10,0 10 12 0,005
- 35 10,5 12 15 0,0054
По прототипу 27 - 7,2 - - 0,0055
Некоторые кажущиеся увеличения концентрации серицина при превышении параметров физического воздействия объясняются тем, при рН более 10 ед ионы магния, находящиеся в растворе, образуют гидроокись в виде взвеси нерастворимых твердых частиц, которые склеиваются с мицеллами серицина и вместе о ними осаждаются на поверхности анода.
Снижение параметров физического воздействия ниже заданных значений приводит к полному осаждению серицина, его отделению от жидкости, что увеличивает погрешность измерения.
Сравнение приведенных в таблице данные, показывает, что по предлагаемому способу процесс измерения осуществляется значительно быстрее и с большей точностью. Большая погрешность при измерении по известному способу объясняется тем, что молекулы серицина засоряют поры перегородки эластичного стакана.
Выводы: 1.Установлены, что с увеличением количества энергии проходящего через раствор, т.е. с увеличением времени обработки окислительно-восстановительный потениал и рН раствора изменяется и в катодной зоне и в анодной зоне электроактиватора, что связано с появлением ионов ОН- в катодной зоне и ионов Н+ в анодной зоне. ОВП характеризует активность ионов, а в электроактивированном водном растворе образуется полионы, активность которых естественно ниже.
2. Изменение рН раствора серицина в пределах от 8,5 до 10 ед увеличивает электрофоретическую подвижность молекул белка серицина, что улучшает условия отделения серицина от жидкой фазы раствора.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Патент 2795 РУ, МПК 5 Д01В 7/00, G01 N27/00 Способ определения концентрации серицина / Фаттахов М.А., Дадаходжаев Х.У., Мухтасимов Ф.Н., Арестова Л.В.; Таш.инст. текст.и легкой пром. - 1НДР 9400271.1/ГФ; 19.,4.94; // Расмий ахборот (РА). - 1995. - N3.
2. А.с.1388478 СССР, Способ подготовки коконов к размотке / Ф.Н. Мухтасимов, М.А. Фаттахов, Х.У. Дадаходжаев, Н.Н. Нармухамедов, С.А. Алехин: Таш.инст. текст.и легкой пром. - 4063143/31-12; Заявл. 28.04.86 // Открытия. Изобретения. - 1998. - N14
3. Алимова Х.А., Бурнашев Р.З., Гуламов А.Э., Расчетное усилие отрыва шелковой нити от оболочки кокона // Проблемы текстиля. - Ташкент. - 2004. №3.
4. Усманова Ш.А., Гуламов А.Э., Даминов А.Д., Алимова Х.А. Изменение шелковых нитей в результате физико - химических воздействий // Проблемы текстиля. - Ташкент . 2009. №2.
5. B.Kh.Islamov, M.A.Fattaxov, O.S.Abdullayev: Physical and mechanical properties of non-woven materials bazed on natural silk // Tashkent state technical university named after Islam Karimov ISSN:2181-0400 Technical science and innovation №3/2021
6. Baxtiyor Kh.Islamov, Mirzaxmad A.Fattaxov: The American Journal of Engineering and Technology (ISSN-2689-0984) 22.02.22. The USA Journals
7. B.Kh.Islamov, A.V.Umarov, O.S.Abdullayev M.A.Fattaxov: Изучение влияния температуры на электрофизические свойства натурального шелка// O'ZBEKISTON TO'QIMACHILIK JURNALI №2 2022.
8. Улукмурадов А.Н. Фаттахов М.А., Исламов Б.Х., Уразалиев Р.Т.: Исследование работы отрыва от усилия схода нити при размотке коконов в электроактивированных растворах серицина // Объединение юридических лиц в форме ассоциации «Общенациональное движение «БОБЕК» конгресс ученых Казахстана. «Глобальная наука и инновация 2022: Центральная Азия» 15.04.22. Нурсултан
