CC BY
7
УДК 66.084.6
Пентюхин Е.И., Богатов Н.А., Савина А.С., Зоткин А.П., Тихонравов А.А., Болдырев В.С.
ВЛИЯНИЕ ЧАСТОТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ЭФФЕКТ ИЗМЕНЕНИЯ рН ВОДЫ
Пентюхин Егор Игоревич - лаборант кафедры физики; техник отдела Инжиниринга химико-технологических
систем инжинирингового центра «Автоматика и робототехника» *; [email protected].
Богатов Никита Алексеевич - старший преподаватель кафедры физики; н.с. отдела Инжиниринга химико-
технологических систем инжинирингового центра «Автоматика и робототехника» *;
Савина Анастасия Сергеевна, старший преподаватель кафедры физики; н.с. отдела Инжиниринга химико-
технологических систем инжинирингового центра «Автоматика и робототехника» *;
Зоткин Александр Павлович - лаборант кафедры физики; инженер отдела Инжиниринга химико-
технологических систем инжинирингового центра «Автоматика и робототехника» *;
Тихонравов Александр Алексеевич - бакалавр 2-го года обучения кафедры изотопов и водородной
энергетики;
Болдырев Вениамин Станиславович - канд. техн. наук, доцент, доцент кафедры химии МГТУ им. Н.Э.
Баумана, заведующий отделом "Инжиниринг химико-технологических систем" инжинирингового центра
"Автоматика и робототехника" МГТУ им. Н.Э. Баумана*; студент магистратуры факультета цифровых
технологий и химического инжиниринга РХТУ им. Д.И. Менделеева.
ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева»,
Россия, Москва, 125047, Миусская площадь, дом 9.
*ФГБОУ ВО «Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана», Россия, Москва, 105005, 2-ая Бауманская ул., дом 5, стр.1.
Данная работа является продолжением изучения эффекта изменения pH воды и его устойчивости. В работе рассмотрено значение эффекта при различных частотах виброакустического поля. Экспериментальным методом расширено представление о релаксации системы. Установлено, что в узком интервале частот значительных изменений не происходит.
Ключевые слова: инфразвук, виброакустические воздействия, показатель кислотности, вода
THE FREQUENCY RESPONSE INFLUENCE ON THE PH CHANGING EFFECT OF WATER
Pentyukhin E.I.12, Bogatov N.A.12, Savina A.S.12, Zotkin A.P.12, Tikhonravov A.A.1, Boldyrev V.S.12
1 D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
2 Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russian Federation
This work is a continuation of the changing the pH effect study of water and its stability. The value of the effect is reported to be at different frequencies of the vibroacoustic field. The concept of system relaxation has been extended by the experimental method. No significant changes were found to occur in a narrow frequency range. Key words: infrasound, vibroacoustic effects, acidity index, water
Введение
Актуальность работы объясняется как научным, так и практическим интересом. Предполагается, что в воде происходит сдвиг карбонатного равновесия, растворенный углекислый газ удаляется из системы, за счет чего и происходит повышение значения pH воды [1].
Потребность в удалении растворенного в воде углекислого газа стоит перед различными областями промышленности с целью уменьшения негативного воздействия на трубы и водопроводную арматуру предприятий из-за коррозийной активности такой воды [2]. Также данная технология может позволить значительно упростить процесс приготовления чувствительных к такой воде веществ (например, гидроксидов щелочных металлов) в лабораториях [3]. Кроме того, вода с повышенным содержанием растворенного углекислого газа негативно воздействует на цемент, следовательно, предприятия, реализующие производство данного материала, также могут быть заинтересованы в описанной технологии [4-12].
Экспериментальная часть
Изучение влияния низкочастотных
виброакустических воздействий проводилось аналогичным с предыдущими сериями экспериментов. В качестве объекта исследования была выбрана водопроводная вода, прошедшая через систему фильтров Барьер. Устройство, которое использовали в качестве источника инфразвуковых колебаний запатентовано и представляет линейный колебательный контур с зафиксированным на нем вибропоршнем [5]. Для исследования брали 50 мл исследуемой воды, набранной в цилиндр на 100 мл. Далее вибропоршень погружали в реакционную среду так, чтобы объем воды, заключенный между нижним краем поршня и дном сосуда составлял 30 мл. Внутрь исследуемой среды подавался синусоидальный сигнал заданной частоты и амплитудой колебания поршня 2,2 см. Воздействие инфразвука на исследуемый образец производилось в течение одного часа с измерением pH каждые 10 минут. Далее еще в течение часа образец не подвергался воздействию, производилось наблюдение за релаксацией системы также через каждые 10 минут.
Измерения проводились на рН-метре рН-420, который был откалиброван по стандартным буферным растворам. Результаты измерений приведены на рис. 13.
¡,н
5.4 К,2
з
7.8
7,4 1.1
НЙ
I
$ П } п и н н
120 140
Т. МИН
Рис.1 Изменение рН воды от времени (частота 10 Гц)
рН 8.4
8.2 8 7.8 7.6 7.4 7.2
§
¡1Н1|()И
Ш(ИН(К1
О 20 40 60
100 120 140
4. мин
Рис. 2 Изменение рН воды от времени (частота 15 Гц)
рН 8.6 8.4 8.2 8 7.8 7.6 7.4 7.2
||И(ПИ
пиннин
О 20 40 60
100 120 140
1 мин
Рис. 3.Изменение рН воды от времени (частота 20 Гц)
Из представленных графиков следует, что при любом значении частоты инфразвукового воздействия изменение водородного показателя происходит одинаково, но отличается скоростью процесса. Резкое изменение показателя кислотности происходит в первые 20 минут, после 40 минут низкочастотное виброакустическое воздействие уже не вносит значительных изменений в систему.
Отдельный интерес представляет процесс релаксации. Из полученных данных можно наблюдать однотипное изменение зависимости рН от времени при любом значении частоты. Данное явление представляет отдельный интерес и требует дальнейшего и более детального рассмотрения релаксации системы.
Значение рН контрольных образцов растет линейно, хоть данный процесс почти и не заметен на данных графиках. Отметим, что значение показателя кислотности контрольных образцов доходит до значения озвученных примерно спустя 48 часов, что можно объяснить самопроизвольным процессом дегазации и установлением равновесия между водой и атмосферным воздухом по содержанию углекислого газа.
Конечно, данные, представленные в этой работе, нуждаются в глубокой проработке и расширении. Однако уже сейчас установлено, что, в целом, изменение значения частоты не вносит значительных изменений на ход релаксации и на достижение плато. Представляет интерес изучение поведения системы в первые 40 минут после начала воздействия, ведь именно в этом временном интервале происходят значительные изменения.
Заключение
Анализ представленных данных позволяет сделать следующие выводы:
1) Наибольшее изменение показателя кислотности происходит в первые 20 минут воздействия низкочастотных виброакустических колебаний, после чего скорость изменения рН уменьшается, и значение водородного показателя меняется незначительно в небольшом диапазоне примерно к 40 минутам после начала воздействия.
2) Значение экспериментальных точек на графиках, соответствующих различным частотам представленного диапазона виброакустического воздействия, схож, что может говорить об отсутствии влияния частоты на поведение системы.
3) Релаксация системы вне зависимости от значения частоты однотипна и требует дальнейшего изучения.
Список литературы
1. Пентюхин, Е. И. Влияние низкочастотных малоэнергетических воздействий на рН водной реакционной среды / Е. И. Пентюхин, Н. А. Богатов // Физическое образование в ВУЗах. - 2021. - Т. 27. - № Б4. - С. 27-30. - Б01 10.54965/16093143_2021_27_Б4_27. - ББК ББМХУ0.
2. Выбойщик, М.А. Углекислотная коррозия нефтепромысловых труб в средах, насыщенных Н^ и С1 / М.А. Выбойщик, А.О. Зырянов, И.В. Грузков, А.В. Федотова // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. - 2019. - № 2. - С. 617. 'https://doi.org/10.18323/2073-5073-2019-2-6-17
3. ГОСТ 4517-87. Реактивы. Методы приготовления вспомогательных реактивов и растворов, применяемых при анализе (2008) // Межгосударственный стандарт. Москва: Стандартинформ.
4. Молодин, В.В. Влияние карбонизации бетонных поверхностей на их сцепление со свежеуложенным бетоном / В.В. Молодин, А.Е. Ануфриева, С.Н. Леонович // Наука и техника. - 2021. - Т. 20. - № 4. - С. 320-328.
5. Патент на полезную модель № 213619 Ш Российская Федерация, МПК В0П 19/08, В06В 3/00. Устройство для акустической интенсификации физико-химических процессов в жидких растворах : № 2022111486 : заявл. 27.04.2022 : опубл. 19.09.2022 / Н. А. Богатов, В. С. Болдырев, А. С. Савина [и др.] ; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана. - ББК ¡ЬБУЯК.
6. Болдырев В.С. Действие низкочастотных колебаний на биохимически активные структуры. Дис. ... канд. техн. наук. М., РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2013.
7. Фадеев Г.Н., Болдырев В.С., Ермолаева В.И. Биологически активные клатраты амилоиодин и амилопектоиодин в поле низкочастотных акустических воздействий // Доклады Академии наук. 2012. Т. 446. № 4. С. 466.
8. Фадеев Г.Н., Болдырев В.С., Синкевич В.В. Звукохимические превращения хелатных и клатратных структур в поле низкочастотных
акустических воздействий // Доклады Академии наук. 2015. Т. 462. № 4. С. 426.
9. Фадеев Г.Н., Болдырев В.С., Богатов Н.А., Николаев Л.Н. Ингибирование окислительно-восстановительной реакции в поле низкочастотных воздействий // Доклады Академии наук. 2019. Т. 487. № 3. С. 275-278.
10. Богомолов Б.Б., Болдырев В.С., Зубарев А.М., Мешалкин В.П. Интеллектуальный логико-информационный алгоритм выбора энергоресурсоэффективной химической технологии // Теоретические основы химической технологии. 2019. Т. 53. № 5. С. 483-492.
11. Болдырев В.С., Кузнецов С.В., Меньшиков В.В. Инновационное развитие малотоннажных научно-производственных предприятий лакокрасочной отрасли. М., Пэйнт-Медиа, 2021. 184 с.
12. Болдырев В.С., Синкевич В.В., Поварнина К.В. Звукохимическая реакция гидролиза иода // Молодежный научно-технический вестник. 2013. № 2. С. 25.
