CC BY
18
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №12-2/2016 ISSN 2410-6070
для гребнечесального цеха ОАО «Троицкая камвольная фабрика». Система вентиляции с утилизатором тепла работает следующим образом. Подаваемый вентилятором 5 наружный воздух сначала нагревается в теплообменнике 1, а затем догревается в теплообменнике первого подогрева 2 и поступает в аппарат 3, где происходит адиабатное охлаждение и увлажнение приточного воздуха водой, рециркуляция которой осуществляется насосом 4. Удаленный из помещения воздух вентилятором 6 подается в аппарат 7 кипящего слоя, служащий теплоутилизатором. Насос 8 предназначен для циркуляции воды, играющей роль промежуточного теплоносителя. Аппараты с виброкипящим слоем широко применяют в системах оборотного водоснабжения.
Список использованной литературы:
1. Кочетов О С., Сажин Б.С. Научные основы создания систем жизнеобеспечения для текстильных производств. 2004. М., МГТУ. 318 с.
2.Кочетов О С., Сошенко М.В., Булаев В.А. Расчет систем кондиционирования воздуха с теплообменными аппаратами. Глобализация науки: проблемы и перспективы: сборник статей Международной научно-практической конференции. 2014.Уфа: РИО МЦИИ ОМЕГА САЙНС. С. 25-30.
3.Кочетов ОС., Сошенко М.В., Булаев В.А. Расчет системы искусственного микроклимата с теплоутилизатором кипящего слоя. Глобализация науки: проблемы и перспективы: сборник статей Международной научно-практической конференции. 2014. Уфа: РИО МЦИИ ОМЕГА САЙНС. С. 30-33.
4. Кочетов О С. Система вентиляции с использованием тепла в аппаратах кипящего слоя. Наука и образование XXI века: сборник статей Международной научно-практической конференции. 2014.Уфа: Аэтерна. С. 22-27.
5.Кочетов О С., Сошенко М.В., Щербаков А.А. Аппарат кипящего слоя для систем вентиляции. Роль науки в развитии общества: сборник статей Международной научно-практической конференции. 2014. С. 18-21.
© Сошенко М.В., Лебедева М.В., Кочетов О.С., 2016
УДК 544.473
А.А. Степачёва
к.х.н., доцент
ФГБОУ ВПО «Тверской государственный технический университет»
г.Тверь, РФ Е.С. Мигунова Магистрант 2 курса
ФГБОУ ВПО «Тверской государственный технический университет»
г.Тверь, РФ
СИНТЕЗ ПАЛЛАДИЕВЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ В СУБКРИТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
Одним из многообещающих методов синтеза катализаторов является синтез металлических и оксидных частиц с использованием суб- и сверхкритической воды [1-4], который характеризуется высокой производительностью и экологической чистотой. Методы суб- и сверхкритического синтеза катализаторов позволяют получать кристаллические наночастицы с размером 3-10 нм, при этом не наблюдается значительного уменьшения площади поверхности носителя, следовательно, пористость катализатора остается довольно высокой. Кроме того, высокая кристалличность образующейся активной фазы позволяет избежать процесса дополнительной кальцинации.
Синтез катализаторов проводился в стальном реакторе высокого давления PARR - 4307 (Parr Instrument, США). 1 г носителя, предварительно измельченного до размеров частиц не более 70 цм, обработанного ацетоном и высушенного при 70±2 °С, помещали в реактор, туда же вносился раствор
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №12-2/2016 ISSN 2410-6070_
соответствующего прекурсора (в расчете на 1% металла от массы носителя) и 0.1 г гидрокарбоната натрия в качестве восстанавливающего агента в 15 мл воды или изопропанола. Реактор герметизировался и трехкратно продувался азотом для удаления воздуха. Нагрев реакционной смеси проводился в атмосфере азота. После достижения требуемой температуры (200 °С) в реактор нагонялся водород таким образом, чтобы конечное давление составило 8 МПа. Процесс синтеза катализаторов составлял 5 минут при рабочих условиях. В качестве носителей использовался сверхсшитый полистирол различных марок (нефункционализированный MN-270, с функциональными аминогруппами MN-100, с функциональными сульфогруппами MN-500). В качестве прекурсора активной фазы использовались ацетат палладия (Pd(CH3COO)2) и тетрахлорпалладат натрия (Na2PdCU). После окончания синтеза катализатор отфильтровывали, промывали достаточным количеством растворителя, сушили при 70±2 °С и хранили на воздухе.
Таким образом были синтезированы следующие катализаторы: 1%-Pdac/MN270w, 1%-Pdac/MN100w, 1%-Pdac/MN500w, 1%-Pdchl/MN270w, 1%-Pdchl/MN100w, 1%-Pdchl/MN500w, 1%-Pdac/MN270ip, 1%-Pdac/MN100ip,1%-Pdac/MN500ip, 1%-Pdchl/MN270ip, 1%-Pdchl/MN100ip, 1%-Pdchl/MN500ip.
Изучение структуры катализаторов проводилось следующими физико-химическими методами анализа: просвечивающая электронная микроскопия, низкотемпературная адсорбция азота, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия.
Результаты измерение пористости катализаторов представлены в таблице 1.
Таблица 1
Пористость и площадь поверхности катализаторов, синтезированных в субкритических условиях
Катализатор Объем пор, мл/г Площадь поверхности, м2/г Средний диаметр пор, нм
Ленгмюр БЭТ t-график
MN-270 0.973 1500 1420 295a, 1140b <6 (42%) 6-80 (56%)
1%-Pdac/MN270w 0.964 1380 1270 263a, 1010b <6 (41%) 6-80 (57%)
1%-Pdchl/MN270w 0.952 1340 1230 257a, 995b <6 (41%) 6-80 (57%)
1%-Pdac/MN270ip 0.967 1410 1350 282a, 1120b <6 (42%) 6-80 (56%)
1%-Pdchl/MN270ip 0.964 1400 1310 279a, 1090b <6 (42%) 6-80 (56%)
MN-100 0.524 840 730 200a, 590b <6 (78%) 6-80 (11%)
1%-Pdac/MN100w 0.468 780 680 180a, 545b <6 (67%) 6-80 (22%)
1%-Pdchl/MN100w 0.439 750 640 175a, 540b <6 (65%) 6-80 (24%)
1%-Pdac/MN100ip 0.519 800 695 190a, 560b <6 (71%) 6-80 (18%)
1%-Pdchl/MN100ip 0.497 795 670 190a, 550b <6 (70%) 6-80 (19%)
MN-500 0.369 650 540 150a, 450b <6 (55%) 6-80 (38%)
1%-Pdac/MN500w 0.92 110 90 50a, 70b <6 (23%) 6-80 (70%)
1%-Pdchl/MN500w 0.86 90 70 40a, 60b <6 (21%) 6-80 (72%)
1%-Pdac/MN500ip 0.105 120 100 55a, 80b <6 (24%) 6-80 (71%)
1%-Pdchl/MN500ip 0.97 95 80 50a, 60b <6 (19%) 6-80 (74%)
a - площадь поверхности макропор, b - площадь поверхности микропор
Использование тетрахлорпалладата натрия в качестве прекурсора металла во всех случаях снижает удельную площадь поверхности в большей степени, чем использование ацетата палладия. Это может быть связано с формированием более крупных частиц металла на поверхности носителя, что подтверждается данными просвечивающей электронной микроскопии. При использовании в качестве носителя
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №12-2/2016 ISSN 2410-6070_
нефункционализированного сверхсшитого полистирола наибольшее уменьшение площади наблюдалось при синтезе катализаторов методом пропитки, тогда как при субкритическом синтезе площадь поверхности, поверхность микропор, объем пор и средний диаметр пор снижался в меньшей степени. Причем при использовании изопропанола площадь поверхности синтезированных катализаторов была самая высокая. Катализаторы на основе СПС, функционализированного аминогруппами, практически не показали снижения площади поверхности при синтезе методом пропитки, тогда как субкритический синтез снижает пористость катализаторов в большей степени, вероятно за счет деаминирования полимерной матрицы полярными растворителями (водой и изопропанолом), что подтверждается снижением площади поверхности и доли микропор. Катализаторы на основе сульфированного СПС показали наибольшее снижение площади поверхности (примерно в 5-6 раз), что может быть объяснено десульфированием полимерной матрицы при высоких температурах субкритического синтеза и процесса восстановления.
Результаты исследования размера частиц металла и состояния палладия после восстановления представлены в Таблице 2.
Таблица 2
Размер частиц и состояние металла в катализаторах
Катализатор Средний размер частиц металла, нм Состояние металла Содержание металла на поверхности, ат. %
Есв Pd 3d5/2, эВ Соединение палладия Есв Pd 3d5/2, эВ (справочная)
1%-Pdac/MN270w 3.9 335.0 336.3 337.4 Pd (0) Pdn (4<n<7) Pd/PdO 335.1 336.0-336.8 337.1 - 337.6 1.9
1%-Pdchl/MN270w 4.1 335.0 336.3 337.4 Pd (0) Pdn (4<n<7) Pd/PdO 335.1 336.0-336.8 337.1 - 337.6 1.7
1%-Pdac/MN270ip 4.5 335.0 336.3 337.4 Pd (0) Pdn (4<n<7) Pd/PdO 335.1 336.0-336.8 337.1 - 337.6 0.3
1%-Pdchl/MN270ip 5 335.0 336.3 337.4 Pd (0) Pdn (4<n<7) Pd/PdO 335.1 336.0-336.8 337.1 - 337.6 0.3
1%-Pdac/MN100w 4.7 335.0 336.3 337.4 Pd (0) Pdn (4<n<7) Pd/PdO 335.1 336.0-336.8 337.1 - 337.6 1.2
1%-Pdchl/MN100w 5.2 335.0 336.3 337.4 Pd (0) Pdn (4<n<7) Pd/PdO 335.1 336.0-336.8 337.1 - 337.6 1.1
1%-Pdac/MN100ip 7 335.0 336.3 337.4 Pd (0) Pdn (4<n<7) Pd/PdO 335.1 336.0-336.8 337.1 - 337.6 0.7
1%-Pdchl/MN100ip 7.5 335.0 336.3 337.4 Pd (0) Pdn (4<n<7) Pd/PdO 335.1 336.0-336.8 337.1 - 337.6 0.7
1%-Pdac/MN500w 8 335.0 336.3 337.4 Pd (0) Pdn (4<n<7) Pd/PdO 335.1 336.0-336.8 337.1 - 337.6 0.9
1%-Pdchl/MN500w 8.5 335.0 336.3 337.4 Pd (0) Pdn (4<n<7) Pd/PdO 335.1 336.0-336.8 337.1 - 337.6 0.9
1%-Pdac/MN500ip 8.5 335.0 336.3 337.4 Pd (0) Pdn (4<n<7) Pd/PdO 335.1 336.0-336.8 337.1 - 337.6 0.5
1%-Pdchl/MN500ip 8.5 335.0 336.3 337.4 Pd (0) Pdn (4<n<7) Pd/PdO 335.1 336.0-336.8 337.1 - 337.6 0.5
Использование субкритического синтеза катализаторов позволяет уменьшить размер металлических частиц до 4-8 нм, т.е. в 2-7 раз. При этом видно, что использование тетрахлорпалладата натрия в качестве прекурсора приводит к формированию более крупных металлических частиц по сравнению с ацетатом палладия. Металл в катализаторах содержится в основном в виде Pd(0) и металлических кластеров, при этом при синтезе катализаторов в субкритических условиях возрастает содержание металлических кластеров и
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №12-2/2016 ISSN 2410-6070_
уменьшается количество частиц с состоянием Pd/PdO, что указывает на более полное восстановление металла. Использование изопропанола в качестве растворителя снижает содержание палладия на поверхности по сравнению с методом пропитки и синтезом катализаторов в среде субкритической воды, что указывает на частичное осаждение металла в порах носителя. Вероятно, это связано с меньшей растворимостью солей палладия в спирте, а также с тем фактом, что кислотно-основная природа молекул субкритической воды позволяет более полно осаждать металл в виде гидроксидов (или аква-катионов) из растворимых солей.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований в рамках проекта 16-08-00041.
Список использованной литературы:
1. Физико-химические и каталитические свойства нанокристаллических гетерогенных катализаторов состава Pd(RH)/ZrO2(TiO2), приготовленных в суб- и сверхкритической воде / А.А. Галкин [и др.] // Вестн. Моск. Ун-та. Сер. 2. Химия. - 2001. - Т. 42. - № 5. - с. 305-308.
2. Hydrothermal Synthesis of Metal Oxide Nanoparticles in Supercritical Water / H. Hayashi and Y. Hakuta // Materials. - 2010. - Vol. 3. - pp. 3794-3817.
3. Unusual Approaches to the Preparation of Heterogeneous Catalysts and Supports Using Water in Subcritical and Supercritical States / A.A. Galkin [et al.] // Kinetics and Catalysis. - 2001. - Vol. 42. - No. 2. - pp. 154-162.
4. New approaches to the preparation of metal or metal oxide particles on the surface of porous materials using supercritical water: Development of supercritical water impregnation method / J. Otsu and Y. Oshima // J. of Supercritical Fluids. - 2005. - Vol. 33. - pp. 61-67.
© Степачёва А.А., Мигунова Е.С., 2016
УДК 626.3
Суржко О.А. профессор, д.т.н.
Оковитая К.О,студентка 4 курса Южно - Российского государственного политехнического университета (НПИ)
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ПТИЦЕФАБРИК
Аннотация
Статья посвящена совершенствованию очистки сточных вод птицефабрики, за счет проектирования системы автоматизации технологических процессов.
Ключевые слова
Птицефабрика, сточные воды, системы автоматизация технологического процесса.
В период экономического кризиса и санкционного давления на нашу страну, необходимо разрабатывать и совершенствовать технологии уменьшающие техногенные загрязнения окружающей среды. Автоматизация призвана осуществлять управление технологическими процессами. В технологической цепочке некоторые операции, которые выполняет человек, отдаются на выполнение сложному программно-техническому комплексу, состоящему из системы датчиков и управляющих элементов. При внедрении автоматизации резко сокращается количество людей, вовлеченных в технологический процесс, повышается производительность труда и снижается вероятность возникновения аварийных ситуаций [1-3].
Технические преимущества автоматизации состоят в следующем:
-возможности автоматического оперативного сбора технологической информации, оперативного диспетчерского контроля и управления исполнительными устройствами;
