MECHANISM OF INTERACTION OF AK7 ALLOY IMPURITIES WITH ALKALINE-HALIDE SOLUTIONS Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

TECHNICAL SCIENCE

УДК 621.357:669.85

Zabiiaka Nataliia Anatolivna,

Doctor of Philosophy, Senior Lecturer of the Department «Chemical Engineering and Industrial Ecology» of the National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», 2, Kyrpychova Str., Kharkiv, 61002, Ukraine

Kanunnikova Nadiia Oleksandrivna, Doctor of Philosophy, Researcher of the Department «Technical Electrochemistry» of the National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», 2, Kyrpychova Str., Kharkiv, 61002, Ukraine Musaev Ruslan Rizaiovych, Student of the Department «Chemical Engineering and Industrial Ecology» of the National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», 2, Kyrpychova Str., Kharkiv, 61002, Ukraine Trubchaninov Arsenii Ruslanovich Student of the Department «Chemical Engineering and Industrial Ecology» of the National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», 2, Kyrpychova Str., Kharkiv, 61002, Ukraine DOI: 10.24412/2520-6990-2023-2161-14-17 MECHANISM OF INTERACTION OF AK7 ALLOY IMPURITIES WITH ALKALINE-HALIDE

SOLUTIONS

Забiяка Наталiя Анатоливна,

доктор фшософп, старший викладач кафедри «XiMi4Ha технка та промислова екологiя» Нацюна-льного техтчного yuiверситету «Хартвський полiтеxнiчний тститут», вул. Кирпичова, 2, Хартв,

61002, Украша Канунткова Надгя OneucaHdpieHa, доктор фшософИ, науковий спiвробiтник кафедри «Технiчна елекmрохiмiя» Нацюнального теxнiч-ного yнiверситетy «Хартвський полiтехнiчний iнститyт», вул. Кирпичова, 2, Харюв, 61002, Украша

Мусаев Руслан Рзайович,

студент кафедри «Xiмiчна технiка та промислова екологiя» Нацюнального технiчного утверси-

тету «Хартвський полiтехнiчний iнститyт», вул. Кирпичова, 2, Хартв, 61002, Украта Трубчантов Арсенш Русланович студент кафедри «Xiмiчна технiка та промислова екологiя» Нацiонального технiчного утверси-

тету «Хартвський полiтехнiчний iнститyт», вул. Кирпичова, 2, Хартв, 61002, Украта

МЕХАН1ЗМ ВЗАСМОДП ДОМ1ШОК СПЛАВУ АК7 З ЛУЖНО-ГАЛОГЕН1ДНИМИ

РОЗЧИНАМИ

Abstract.

The effect of AK7 alloy impurities on the speed of its interaction with alkali-halide solutions was investigated. Their negative impact on the productivity of hydrogen production has been confirmed: the formation of sodium silicate, the products of the formation of oxides and impurities reduce the dissolution rate of aluminum alloys, blocking their working surface. Methods for removing Na2SiO3 from the surface of the sample to improve hydrogen synthesis are proposed, which consists in applying mixing of the solution and increasing its temperature. Анотаця

До^джено вплив домшок сплаву АК7 на швидтсть його взаемоди з лужно-галогетдними розчи-нами. Шдтверджено i'x негативний вплив на продyктивнiсть виробництва водню: утворення силiкатy натрт, продукти утворення оксидiв домшок зменшують швидтсть розчинення алюмiнiевих сплавiв бло-куючи ix робочу поверхню. Запропонованi шляхи усунення Na2SiO3 з поверхнi зразку для покращення синтезу водню, що являе собою застосування перемiшyвання розчину та пiдвищення його температури.

Keywords: hydrogen synthesis; impurities in the alloy; aluminum alloy; aluminate; dissolution mechanism. Ключовi слова: синтез водню; домiшки в сплавi; сплав алюмiнiю; алюмтат; механизм розчинення.

The development of the modern energy industry requires the use of environmentally safe energy sources, among which hydrogen energy plays an important role. To date, numerous scientific and technical

works have been devoted to the issue of hydrogen synthesis, for its use as an alternative and environmentally safe fuel, which is a source of thermal energy, but modern methods of hydrogen synthesis are characterized by

«COyyOMUM-JMTMaL» #2«!, 2023 / TECHNICAL SCIENCE

15

the high cost of the final product, unsatisfactory environmental consequences, and problems of disposal of by-products reaction that restrains the development of the hydrogen industry [1].

In works [2-7], the successful results of studies of hydrogen evolution during the interaction of AK7 aluminum alloy of different surface roughness with alkali-halide solutions in the temperature range of 293-303 K are presented. However, the reacting alloy has impurities, the amount of which is up to 7%.

Fig. 1 shows the dependences of the rate of dissolution of AK-type alloys of AK7, AK5, AK1 grades in

a solution of NaOH 2.5 mol/dm3 + NaF 0.2 mol/dm3 at temperatures (293-298) K for 4 hours.

From fig. 1 shows that at the beginning of the reactions, the rate of dissolution of aluminum alloys increases sharply, reaching values of up to 2000 g/m2h, then stabilizes and after R1.5 hours decreases almost by a factor of 2. The analysis of substances removed from the surface of the reactive alloy after 1.5 hours of the experiment showed the presence of sodium silicate, which was adsorbed on the surface of the reactive alloy and blocked the access of the solution to the surface of AK7.

Fig. 1. - Dependencies of dissolution rates of aluminum alloys of the type AK in NaOH solution with a concentration of 2.5 mol/dm3 + NaF 0.2 mol/dm3. Curves: 1-AK7; 2-AK5; 3-AK1.

The adsorption of the surface layer of Na2SiO3 and the growth of its amount on the surface of the alloy is undesirable in the practical use of the alloy for obtaining hydrogen due to a decrease in the speed of interaction of the working surface of the alloy with the solution and, as a result, production productivity.

Fig. 2 shows the dependences of the rate of dissolution of samples of aluminum and its alloys with: Mg, Fe, Zn, Mn in an alkali-halide solution with concentrations of NaOH 2.5 mol/dm3 + NaF 0.2 mol/dm3 at temperatures (293-298) K for 4 hours.

o

W < .

o 1 o tä

2000

1650

sä 1300 <1

950

600

0,5

2 3.5

Research time, r, hours

Fig. 2 - Dependence of dissolution rates of aluminum and its alloys on the nature of metal impurities in a solution of NaOH 2.5 mol/dm3 + NaF 0.2 mol/dm3. Curves: 1 - aluminum without impurities; 2-Mg; 3-Mn;

4-Fe; 5-Zn.

The dependences shown in fig. 2 testify to the insignificant effect of impurities of the studied metals on the rate of dissolution of the alloy in the absence of silicon in its composition. Metal oxides that form on the surface of the reacting alloy reduce the rate of dissolution by 5-10% in 1.5-2 hours.

The given data make it possible to explain the main directions of the stages of dissolution of alloys of the AK type according to the depolarization mechanism of dissolution with the formation of the main product of the reaction — hydrogen according to the scheme: 2Al + 2NaOH + 6H2O ^ 3H21 +2Na[Al(OH)4]. (11)

The generalized diagram of the process of interaction of an aluminum alloy with alkaline solutions, which is caused by hydrogen depolarization, can be conventionally divided into two stages. The first stage is characterized by the beginning of the dissolution process, during which the alloy comes into contact with the alkaline solution. Dissolution of the surface oxide occurs, which causes the reaction to proceed according to the following scheme:

AiA-

NaF

>AlR

NaOH

►Na [Al(OH)4 ] .(1.2)

After removal of the surface oxide according to the scheme (1.1), it is possible to distinguish the beginning of the implementation of the second stage of the interaction of the AK7 alloy with alkali-halide solutions, which is characterized by the formation of alumi-nates and hydrogen according to the schemes (1.3) and (1.4) [8]:

Al + OH ^ AlOH + e~,

АЮНадс + 2ОН

AlOOH + HO + 2e ,(1.3)

AlOOH + ОН"+Н2ОП [Al(OH)4]";

H20 + eD Надс+ОН-; Надс+Н20 + е^Н2+0Н-

(1.4)

The general flow of mechanisms according to schemes (1.3) and (1.4) is described by equation (1.1).

In the reaction mechanism, the limiting reactions are the formation of [Al(OH)4]- and the addition of the first electron in mechanism (1.4). A simultaneous process of the flow of schemes (1.3) and (1.4) is the interaction of impurities present in the alloy with an alkaline solution with the formation of the corresponding reaction products, which are listed in the table. 1.

Table 1

Results of the interaction of AK7 alloy impurities with an alkali-halide solution

№ A component of the alloy that reacts Reaction products of this component Note

1 Si Na2SiO3

2 Mg MgO Components are deposited on the surface of the alloy

3 Fe FeO

4 Mn MnO

5 Zn ZnO

Unreacted alloy impurities (Cu, Ni) and products of the formed sparingly soluble oxides are observed in the solution in the form of a black precipitate. These compounds are formed on the surface of the reacting alloy and are deposited in the form of porous films. Their own diffusion in the reaction zone is small. In this case, there is blocking of the interacting surface of the alloy with the alkaline solution, which has a negative effect on the rate of its dissolution.

The mechanisms of dissolution of AK7 alloy components run parallel to each other. Formation of adsorbed hydrogen atoms and its desorption by water molecules are fast reactions. Simultaneously with the release of hydrogen on the surface of the alloy, Na2SiO3, Na[Al(OH)4] and products of the formation of FeO, ZnO, MnO, MgO are formed, which lead to the formation of a thin (up to 100 nm) porous film deposited on the surface of the alloy, as a result of which partial blocking of the surface of the contacting alloy and the flow of realization of hydrogen release, accordingly, slows down. Depending on the temperature and roughness of the alloy, the film changes its composition and diffuses from its surface, however, the solution to this problem is the use of a mixing factor and an increase in the temperature of the solution.

References

1. Забшка Н. А., Байрачний В. Б. Металевий хiмiчний цикл синтезу водню для потреб енерге-тики. XI Мiжнародна науково-практична конфере-нщя мапстрантш та асшрантш: матерiали конф.: у 3 ч., Харюв, 18-21 кшт. 2017 р. Харюв, НТУ «ХП1», 2017. Ч. 3. С. 28-29.

2. Забiяка Н. А., Байрачний В. Б. Вплив юне-тичних параметрiв на ефективтсть видшення водню шляхом розчинення сплаву АК7 в лужних роз-чинах з домшками активаторш. Вкник Кигвського национального уншерситету технологш та дизайну. 2019. № 5. С. 115-121.

3. Байрачний Б. I., Забiяка Н. А., Байрачний В. Б., Руденко Н. О., Лещенко С. А. Моделю-вання технолопчних параметрш синтезу водню ро-зчиненням сплаву АК7 в лужних розчинах. Colloquium-journal. 2020. № 33. С. 55-58.

4. Забiяка Н. А., Байрачний В. Б., Руденко Н. О., Желавська Ю. А. Вплив технолопчних параметрiв на ефективтсть видшення водню шляхом розчинення алюмтевого сплаву АК7. Colloquium-journal. 2019. № 6. С. 24-27.

5. Zabiiaka N.A., Kanunnikova N.A., Bukatenko N.O. Influence of kinetic parameters of hydrogen release by interaction of AK7 alloy with alkaline-

«ШУШ(ШШиМ-Ши©Ма1> #2М)), 2023 / TECHNICAL SCIENCE

17

halogenide solution. B4eHi записки Тавршського на-цiонального унiверситету iM. В.1. Вернадського. Се-piH: TexHi4Hi науки. 2021. Т. 32 (71) №»4. С. 199-203.

6. Zabiiaka N.A., Kanunnikova N.A., Pyrozhenko E.V., Bairachniy V.B., Tykhomyrova T.S. Influence of kinetic parameters of hydrogen release by interaction of AK7 alloy with alkaline-halogenide solution. Вчеш записки Тавршського национального yHiBepcnreTy iM. B.I. Вернадського. CepiH: Техшчш науки. 2021. Т. 32 (71) №5. С. 218-222.

7. Забияка Н. А. Влияние кинетических параметров на производительность выделения водорода из щелочно-хлоридных растворов. Экология и промышленность. 2019. № 1. С. 55-58.

8. Лукащук Т. С., Ларин В. И. Коррозионное поведение алюминия и его сплавов в растворах ги-дроксида натрия. Вестник Харьковского национального университета им. В. Н. Каразина. 2009. № 870. С. 253-258.

Зонова Дарья Юрьевна

Студент

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет имени В.И. Ленина

DOI: 10.24412/2520-6990-2023-2161-17-18 ИССЛЕДОВАНИЕ КИБЕРБЕЗОПАСНОТИ ПРЕДПРИЯТИЙ.

Zonova Darya Yurievna

Student

St. Petersburg State Electrotechnical University named after V.I. Lenin ENTERPRISE CYBERSECURITY RESEARCH

Аннотация.

Кибербезопасность играет фундаментальную роль в жизни современного информационного общества, в котором большинство работников заняты производством, хранением, обработкой и продажей различной информации.

Abstract.

Cybersecurity plays a fundamental role in the life of the modern information society, in which most workers are engaged in the production, storage, processing and sale of various information.

Ключевые слова: Уровень контроля кибербезопасности, информация и ответственность, промышленный интернет вещей.

Keywords: Cybersecurity control level, information and responsibility, industrial Internet of things.

Кибербезопасность является одной из основных проблем, с которыми сталкиваются компании в контексте промышленного Интернета вещей, в котором ряд интеллектуальных устройств, связанных с машинами, компьютерами и людьми, объединены в сеть и взаимодействуют друг с другом. В этом взаимосвязанном промышленном сценарии персонал должен быть осведомлен о проблемах ки-бербезопасности, чтобы предотвратить или свести к минимуму возникновение проблем с безопасностью и утечек корпоративных данных и, таким образом, сделать компании устойчивыми к киберата-кам. Кроме того, недавний рост удаленной работы в связи с пандемией СОУТО-19 означает, что необходимость повышения осведомленности о кибер-безопасности актуальна как никогда.

Рассмотрим эту тему с точки зрения промышленности. Методы, принятые для повышения осведомленности компании о кибербезопасности (например, серьезные игры, онлайн-анкеты), а так же основные принципы крупномасштабной кампании по повышению осведомленности о кибербез-опасности (например, эффективность сотрудников с точки зрения решения проблем кибербезопасности, выявление кибератак).

Сдвиг в промышленном мире в сторону парадигмы промышленного Интернета вещей, предпо-

лагает подключение все большего числа физических систем к Интернету с целью повышения эффективности и действенности бизнес-процессов и надежности вся компания. 11оТ(от английского "Industrial Internet of Things") - это применение Интернета вещей (т.е. повсеместное подключение физических объектов на основе передовых технологий связи и обработки информации) к промышленным системам с целью предложения эффективных решений с точки зрения преобразования их операций и ролей. Этот принцип основан на использовании определенных вспомогательных технологий, которые при поддержке передовых приложений промышленной играют все более важную роль в функциях управления и мониторинга объектов.

Ключевые цели промышленных систем, основанных на принципе IIoT, включают: повышение производительности, снижение затрат на техническое обслуживание процессов, обеспечение безопасности персонала, а так же повышение привлекательности работы. Однако такие промышленные среды, которые предполагают интенсивное использование интеллектуальных устройств, беспроводных сетей, интернет-протоколов, облачных вычислений и технологий анализа данных, способствуют тому, что физические системы становятся уязвимыми для кибератак. Более того, в сценариях, осно-