Инновационные перспективы Донбасса. Том 4, 2021 г. by Донецкий политехник (Донецкий национальный технический университет)

VI IМЕЖДУНАРОДНЫЙНАУЧНЫЙФОРУМ ДОНЕЦКОЙНАРОДНОЙРЕСПУБЛИКИ

VI I

Международнаянаучнопракт ическаяконференция

ИнновационныеперспективыДонбасса

XVI

Международнаянаучнопракт ическаяконференция

Научнот ехническиеаспектыразвития авт отранспортног окомплекса

XI I

Международнаянаучнопракт ическаяконференция

Информатика, управляющиесист емы, мат ематическое икомпьют ерноемоделирование

XXI

Международнаянаучнот ехническаяконференция

Авт оматизацият ехнолог ических объект овипроцессов. Поискмолодых

VI I

Международнаянаучнот ехническаяконференция

Мет аллург ияXXIст олетияг лазамимолодых

Том 4.Перспект ивныенаправленияразвит ия эколог ииихимическойт ехнолог ии

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ ГОУ ВПО "ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" (ДонНТУ) СОВЕТ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ ДонНТУ ГОУ ВПО ЛНР «ЛУГАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Т. ШЕВЧЕНКО» (ЛНУ) ГОУ ВПО ЛНР «ДОНБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ДонГТУ) ДОНЕЦКАЯ РЕСПУБЛИКАНСКАЯ МАЛАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ИННОВАЦИОННЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ ДОНБАССА Материалы 7-й Международной научно-практической конференции Том 4. Перспективные направления развития экологии и химической технологии

г. Донецк 24-26 мая 2021 года

Донецк – 2021

ББК 65.30 УДК 330.341 (477.61/62)

И 66

Инновационные перспективы Донбасса, г. Донецк, 24-26 мая 2021 г. – Донецк: ДонНТУ, 2021. Т. 4: Перспективные направления развития экологии и химической технологии. – 2021. – 104 с.

Представлены материалы 7-й Международной научно-практической конференции “Инновационные перспективы Донбасса”, состоявшейся 24-26 мая 2021 г. в Донецке на базе Донецкого национального технического университета, включающие доклады ученых и специалистов по вопросам приоритетных направлений научно-технического обеспечения инновационного развития Донбасса и формирования механизмов повышения социально-экономической эффективности развития региона. Материалы предназначены для специалистов народного хозяйства, ученых, преподавателей, аспирантов и студентов высших учебных заведений.

Редакционная коллегия Министр образования и науки ДНР М.Н. Кушаков, ректор ДОННТУ А. Я. Аноприенко, д-р пед. наук Г. А. Сорокина, канд. наук по гос. упр. А. Е. Пожидаев, д-р техн. наук Г. Г. Литвинский, канд. техн. наук А.Н. Корчевский, д-р техн. наук Э. Г. Куренный, д-р техн. наук С. П. Еронько, канд. техн. наук С.В. Горбатко, канд. экон. наук А.В. Мешков, канд. техн. наук И.В. Филатова, председатель Совета молодых ученых ДонНТУ Е. С. Дубинка. Рекомендовано к печати ученым советом ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет» Министерства образования и науки ДНР. Протокол № __ от __ _______ 20__ г. Контактный адрес редакции НИЧ ДонНТУ, ул. Артема, 58, Донецк, 283001 Тел.: +380 (62) 305-35-67. Эл. почта: ipd.donntu.org@gmail.com Интернет: http://ipd.donntu.org

Перспективные направления развития экологии и химической технологии СОДЕРЖАНИЕ В.О. Громенко, Е.Ю. Капитанчук, О.Ю. Светлаков, Д.В. Сыщиков, И.А. Удодов Получение из техногенных отходов и эффективность применения цинк-молибденовых микроудобрений для предпосевной обработки семян кукурузы ...................................................................................... 6 В.М. Погибко, И.Л. Сидак, В.Ф. Раков, С.Д. Сидак Анализ параметров процесса фотокаталитической очистки воды от органических соединений .................................................................... 11 Н.С. Лозинский, Я.А. Мороз Химический аспект поведения технологической составляющей в процессе формирования рутениевых толстопленочных резисторов .............................................................................................. 16 Е.И. Волкова, Т.И. Зубцова Современная база для развития химической и фармацевтической промышленности региона .................................................................... 21 А.В. Кара, И.А. Удодов, И.В. Мысник, Н.Д. Щепина С.В. Журавлёв Тяжёлые металлы в жидких концентратах монохелатов цинка и железа, полученных путём переработки техногенных отходов ....... 26 А.С. Дудник Решение «мусорной» проблемы в ЛНР с помощью создания эковолонтёрской организации ............................................................. 30 Д.А. Логвиненко, С.П. Веретельник, В.И. Хлебченко Компактирование материалов - универсальный метод подготовки сырьевых продуктов для дальнейшей переработки .......................... 34 Ю.А. Свинороев Разработка экологически чистых литейных связующих материалов на основе отходов переработки растительного сырья ........................... 37 О.В. Прядченко, Ю.С. Прилипко, Ю.Н. Ганнова Усовершенствование технологии изготовления пьезокерамики ЦТС ......................................................................................................... 42

Перспективные направления развития экологии и химической технологии Д.А. Игракова, Д.В. Безлепкин, Т.В. Мироненко, А.В. Андриенко Предложение об усовершенствовании участка подготовки аммиачной селитры в производстве предохранительного аммонита ПЖВ-20 .. 47 Д.В. Безлепкин, Т.В. Мироненко, А.В. Андриенко Анализ методов расснаряжения артиллерийских снарядов, наполненных высокоэнергетическими веществами .......................... 51 В.В. Одарюк, И.Д. Одарюк Окислительная трансформация производных 4-(3',4'дигидроксифенил)тиазола в водной среде ......................................... 55 А.Н. Бирюков Об актуальности обеспечения безотказной и безопасной работы холодильных установок за счет учета техногенных рисков............. 60 А.М. Осипов, С.В. Грищук Восстановительное обессеривание сернистых углей Донбасса ....... 64 Е.И. Приходченко, С.В. Горбатко Влияние полимерных волокон на свойства бетона ........................... 68 А.В.Ищенко, И.А.Сибирцева Поиск альтернативных способов получения флавоноидов природного происхождения ...................................................................................... 71 Н.В. Алемасова, В.В. Кравченко, М.А. Зозуля, М.В. Савоськин Гидродинамический расчет лабораторной установки для парогазовой активации донецкого антрацита .......................................................... 76 Т.В. Кулемзина, Н.В. Криволап, Е.И. Моргун, С.В. Красножон, В.Е.Папков Экология и медицина: дуальность воздействия................................. 81 А.С. Сергеев, С.А. Онищенко Анализ опасных и вредных факторов металлургического производства .......................................................................................... 86

Перспективные направления развития экологии и химической технологии А.П. Прудченко, М.В. Савоськин, О.Ю. Полякова, Ю.С. Протасевич, В.В. Бурховецкий, Г.К. Волкова, В.А. Глазунов Емплатный синтез углеродных нанотрубок и наноуглерода в CVD – процессе: особенности установления структуры углеродных наноматериалов ..................................................................................... 90 М.А. Белокобыльский, Ю.С. Прилипко Целесообразность замены стальной емкости высокого давления, емкостью с силовой стеклопластиковой оболочкой в ранцевом огнетушителе ......................................................................................... 95 Ю.Д. Ефимова Электрохимические методы очистки вод от тяжелых металлов ................................................................................................. 100

Перспективные направления развития экологии и химической технологии УДК 631.81.095.337+661.152.5

ПОЛУЧЕНИЕ ИЗ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЦИНК-МОЛИБДЕНОВЫХ МИКРОУДОБРЕНИЙ ДЛЯ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН КУКУРУЗЫ 1 1 В.О. Громенко, Е.Ю. Капитанчук, 1О.Ю. Светлаков, 2 Д.В. Сыщиков, 1И.А. Удодов 1

Государственное учреждение «НИИ «Реактивэлектрон»», Государственное учреждение «Донецкий ботанический сад»

Аннотация. Разработаны составы и технологические методы получения из техногенных отходов жидких комплексных цинкмолибденовых микроудобрений для коррекции питания растений кукурузы (Zea mays L.). На основе вегетационных опытов показана высокая эффективность разработанных микроудобрений для предпосевной обработки семян кукурузы. Annotation. Have been developed the compositions and technological methods for production from technogenous wastes of liquid complex zincmolybdenum microfertilizers for correction of maize (Zea mays L.) plants nutrition. On the basis of vegetation experiments, is shown the high efficiency of the developed microfertilizers for pre-treatment of maize seeds. Ключевые слова: жидкие комплексные цинк-молибденовые микроудобрения, кукуруза, проростки Keywords: liquid complex zinc-molybdenum microfertilizers, maize, seedlings Исторически Донбасс является промышленным регионом, в котором основными источниками техногенных отходов являются металлургическая, машиностроительная и горнодобывающая промышленности. Одним из актуальных направлений утилизации техногенных отходов представляется их переработка в комплексные микроудобрения для коррекции питания растений [1], в том числе и кукурузы, которая занимает значительное место в структуре посевных площадей агропредприятий Донецкой Народной Республики. В соответствии с литературными данными [2, 3] растения кукурузы проявляют высокую чувствительность к внесению цинк-, молибден- и иодсодержащих микроудобрений. Цинк и молибден относят к незаменимым биогенным микроэлементам.

Перспективные направления развития экологии и химической технологии Цинк входит в состав более 5 ферментов и играет важную роль в следующих биохимических процессах: регуляция процессов дыхания; фосфорный и азотный обмены; синтез витаминов В1 и В2; синтез углеводов и белков [2]. Молибден играет ключевую роль в азотном обмене. Молибденсодержащие ферменты активируют следующие биохимические процессы: синтез белков; фосфорный обмен; углеводный обмен; фотосинтез; синтез витаминов и каротина; синтез регуляторов роста растений [2]. В настоящее время иод не относят к незаменимым для растений биогенным микроэлементам. Однако установлено, что применение иодсодержащих микроудобрений положительно влияет на урожайность и качество семян кукурузы [3]. Ранее нами были разработаны технологические методы получения монохелата цинка из цинковой изгари [4] и молибденсодержащих микроудобрений для зернобобовых культур из отработанных алюмомолибденкобальтовых катализаторов [5]. Настоящая работа имеет комплексный характер и основными целями её являются:  Разработка технологических методов получения жидких комплексных цинк-молибденовых микроудобрений из техногенных отходов заводов ДНР.  Адаптация химического состава микроудобрений к особенностям микроэлементного питания кукурузы и к почвенноклиматическим условиям Донбасса.  Исследование эффективности микроудобрений на развитие растений кукурузы на начальной стадии онтогенеза. Химический состав микроудобрений для кукурузы (химический состав представлен в таблице 1) был нами разработан на основе серии предварительных опытов и результатов ранее проведенных исследований [1]. Таблица 1 – Химический состав концентратов жидких комплексных микроудобрений для коррекции питания кукурузы. № п/п 1. 2. 3. 4.

Наименование состав №1 состав №2 состав №1+KI состав №2+KI

30±2

10±2

Химический состав, г/л K Zn Mo Mn – 10±1 19±2 15±1 4,0±1 – 10±1

KI – – 5,0±1 5,0±1

В базовый состав микроудобрений (состав №1) входят цинк и молибден, к недостатку которых особенно чувствительны растения кукурузы, к тому же содержание подвижных форм данных элементов

Перспективные направления развития экологии и химической технологии в почвах Донбасса крайне недостаточно [1]. В состав вариации базового состава (состав №2) входит марганец, содержание подвижных форм которого существенно снижается в периоды засухи характерной для летних периодов в Донбассе. В качестве поисковых исследований в составы №№ 1 и 2 введены соединения иода. Общая схема получения ЖКМУ (на примере состава №2+KI) включает следующие стадии: 1. Растворение цинковой изгари в разбавленной азотной кислоте (10%), хелатирование цинка трилоном Б, коррекция рН раствора монохелата цинка до значения 7-8; 2. Растворение сульфата марганца в подкисленной азотной кислотой до рН 4-6 водопроводной воде, хелатирование марганца трилоном Б, коррекция рН раствора монохелата цинка до значения 78; 3. Смешивание растворов монохелатов цинка и марганца в заданном соотношении; 4. Извлечение соединений молибдена методом спекания отработанного алюмомолибденкобальтового катализатора (АМК) с карбонатом калия, выщелачивание спёка, осаждение гидроксида алюминия путём карбонизации и декарбонизация раствора, содержащего молибдат и карбонат калия ортофосфорной кислотой [8]. Коррекция рН раствора до значения 7-8; 5. Смешивание раствора, содержащего монохелаты цинка и марганца с раствором, содержащим молибдат- и фосфат-ионы в заданном соотношении; 6. Коррекция содержания азота (прибавление карбамида), прибавление KI и коррекция объёма раствора ЖКМУ. Лабораторные вегетационные опыты по исследованию эффективности ЖКМУ при проращивании семян кукурузы проводили в соответствии с ГОСТ 12038-84. Контрольные образцы семян замачивали в водопроводной воде. Опытные образцы семян замачивали в рабочем растворе, который был приготовлен разбавлением ЖКМУ водопроводной водой в соотношении 1:200. Замачивание контрольных и опытных образцов семян проводили с различной вариацией времени – 2, 4 и 6 часов. Длительность проведения эксперимента составляла 7 дней, при температуре 17±2°С. Существенное, статистически значимое увеличение всхожести семян, которое составляет 20% относительно контроля, обнаружено только в варианте опыта с применением состава №1 со временем замачивания 2 часа.

Перспективные направления развития экологии и химической технологии Результаты определения биометрических показателей (длинна проростка и длинна главного корня) проростков кукурузы в различных вариантах опытов обобщены на рисунке 1. %

2 часа

4 часа

6 часов

Рисунок 1 – Биометрические показатели проростков кукурузы в зависимости от состава ЖКМУ и времени замачивания семян. К – контроль; 1, 2, 3, 4 – составы ЖКМУ в таблице 1.

Во всех вариантах опытов (рис. 1) наблюдается общая тенденция снижения значений ростовых показателей при увеличении времени замачивания семян от 2 до 6 часов. Значительное ингибирование ростовых процессов отмечено при увеличении времени замачивания семян в течение 6 часов. Следует отметить, что введение иодида калия в базовые составы (составы №№ 1 и 2 в табл. 1) в количестве 5 г/л практически во всех вариантах опытов не приводит к увеличению ростовых показателей проростков. Исключение составляет только вариант опыта при замачивании семян в течение 4 часов с применением состава 3. Из представленных данных на рисунке 1 следует, что при замачивании семян в течение двух часов в рабочих растворах на основе составов 1, 2 и 4 (табл. 1) значения длины главного корня статистически достоверно увеличиваются на 41% для состава 1, 19,5% для состава 2 и 7% для состава 4 относительно контроля. При замачивании семян в рабочем растворе в течение 4 часов положительные статистически достоверные результаты получены в случае применения составов 2 и 3 (табл.1) с замачиванием в течение 4 часов. В данных вариантах опытов длина главного корня увеличились на 30% для состава 2 и 10% для состава 3.

Перспективные направления развития экологии и химической технологии Выводы. В результате проведенных вегетационных опытов показано, что применение жидких комплексных хелатных микроудобрений для предпосевной обработки кукурузы оказывает существенное влияние на развитие надземной части проростка и его корневой системы. Наиболее эффективным является состав №1 (время замачивания семян 2 часа), применение которого статистически достоверно приводит к увеличению длины проростка на 22%, и длинны главного корня от 7 до 41% относительно контроля. Таким образом состав, содержащий азот (30 г/л), фосфор (10 г/л), калий (19 г/л), цинк (15 г/л) и молибден (4 г/л) может быть рекомендован для предпосевной обработки семян кукурузы. Перечень ссылок 1. Удодов И.А. Перспективы утилизации техногенных отходов предприятий Донбасса с целью производства микроудобрений для сельского хозяйства / И.А. Удодов, Д.В. Сыщиков, Л.И. Рублёва, В.О. Громенко // Материалы 5-й Международной научно-практической конференции. – Т.IV. – Донецк: ДонНТУ, 2019. – С.20-24 2. Минеев, В.Г. Агрохимия / В.Г. Минеев. – М.: Изд-во МГУ, «КолосС», 2004. – 720 с. 3. Кляусова Ю.В. Влияние некорневой подкормки цинком, йодом и селеном на урожайность и микроэлементный состав зелёной массы и зерна кукурузы // Ю.В. Кляусова, М.В. Рак. – Л.: Почвоведение и агрохимия, 2013. – С. 221-228. 4. Громенко В.О., Щепина Н.Д., Мысник И.В., Заговора Н.В., Удодов И.А. Технологические методы получения монохелатов цинка и железа из отходов промышленных линий горячего цинкования/ Донецкие чтения 2020: образование, наука, инновации, культура и вызовы современности: Материалы V Международной научной конференции (Донецк, 17-18 ноября 2020 г.). – Том 1: Физико-математические и технические науки. Часть 2 / под общей редакцией проф. С.В. Беспаловой. – Донецк: Изд-во ДонНУ, 2020. –306 с. (C.67-69). 5. Журавлёв С.В., Комарова О.А., Чебышев К.А., Капитанчук Е.Ю., Удодов И.А. Получение из техногенных отходов и эффективность применения комплексных молибден-кобальтовых микроудобрений для зернобобовых культур в почвенно-климатических условиях Донбасса/ Донецкие чтения 2020: образование, наука, инновации, культура и вызовы современности: Материалы V Международной научной конференции (Донецк, 17-18 ноября 2020 г.). – Том 1: Физико-математические и технические науки. Часть 2 / под общей редакцией проф. С.В. Беспаловой. – Донецк: Изд-во ДонНУ, 2020. –306 с. (C.70-72).

Перспективные направления развития экологии и химической технологии УДК 628.168 + 544.526.5

АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ Погибко В.М., Сидак И.Л., Раков В.Ф., Сидак С.Д. ГУ «НИИ «Реактивэлектрон»», г. Донецк, ДНР Аннотация. В работе приведен анализ параметров процесса фотокаталитической очистки воды и свойств фотокатализаторов на основе диоксида титана и созданных нами высокопористых наноструктурных сферолитов с фрактальной структурой. Annotation. The paper analyzes the parameters of the photocatalytic water purification process and the properties of photocatalysts based on titanium dioxide and of highly porous nanostructured spherulites with a fractal structure that we have created. Ключевые слова: фотокатализатор, наноструктурные сферолиты, очистка воды. Keywords: photocatalyst, nanostructured spherulites, water purification. Применение полупроводниковых фотокатализаторов для генерирования свободных радикалов с целью активации процессов окислительного элиминирования органических соединений, в том числе хлорфенолов, и микробиологических объектов является одним из наиболее эффективных методов очистки воды. Дополнительным преимуществом является то, что в «идеальных» условиях фотокаталитический материал не нуждается в замене, что обеспечивает непрерывность работы устройств на его основе. Основным фактором, определяющим производительность и эффективность фотокатализаторов, является их удельная поверхность и структура. Фотокатализатор должен представлять собой высокопористую каркасную структуру и состоять из наночастиц с минимальным размером [1]. Механизм фотокаталитической очистки воды от органических соединений и микробиологических объектов заключается в следующем. При облучении ультрафиолетовым светом (УФ) фотокатализатора, в том числе на основе диоксида титана в форме анатаза, в водной среде образуются гидроксильные радикалы. Их

Перспективные направления развития экологии и химической технологии окислительный потенциал φ = 2,584 В больше, чем у такого сильнейшего окислителя как озон φ = 2,07 В. Для генерации носителей зарядов, образующих гидроксильные радикалы и перекись водорода при взаимодействии с молекулами воды, длина волны УФ-излучения должна быть меньше длины волны, соответствующей ширине запрещенной зоны анатаза Eg = 3,232 эв (λ = 384 нм) [2]: Eg  E 

hc 1239,7 ,  e нм

(1)

где E – энергия квантов УФ-излучения, эв; e – заряд электрона, Кл; h – постоянная Планка, Дж/с; c – скорость света в вакууме, м/с; λ – длина волны, м; λнм – длина волны, нм. Фотокаталитическое образование радикалов происходит следующим образом [3]. Фотон с достаточной энергией возбуждает в кислородном октаэдре диоксида титана экситон: kat h  экситонn   p  , Eg . Экситон, выходя в зону проводимости, взаимодействуя с колебаниями кристаллической решетки – фононами, отдает им часть кинетической энергии и распадается на свободные носители заряда «электроны» и дырки: экситонn   p   фонон  n   p  , E f . Таким образом, для образования свободных носителей заряда энергия фотоактивного фотона должна быть равной E = Eg + Ef и превышать энергию ширины запрещенной зоны на 5-10%. Этой энергии фотона соответствует длина волны (1) λ = 349-365 нм с максимумом λmax = 357 нм. Свободные носители заряда, взаимодействуя с молекулами воды, образуют гидроксильные радикалы и перекись водорода (реакция протекает через образование гидратированного «электрона» – n-∙H2O): p   OH   OH  p   H 2O  OH   H  n   H 2O  n   H 2O 2 n   H 2 O  H 2O  H 2O2  2 H 





Данным реакциям соответствует суммарная энергия Er ~ 0,05Eg. Таким образом, энергия фотоактивного фотона должна быть еще больше и составлять порядка Ehν = 3,555-3,717 эв, что соответствует максимальной длине волны λmax = 334-349 нм. Образовавшиеся перекись водорода и особенно гидроксильные радикалы вступают во взаимодействие с органическими молекулами и окисляют их до простейших соединений: H2O, CO2, HCl и пр. На сегодняшний день существует два основных метода обработки воды с использованием фотокаталитического процесса:

Перспективные направления развития экологии и химической технологии введение фотокатализатора в порошкообразной форме в воду (суспензионный метод) и формирование фотокатализатора на поверхностях, контактирующих с водой (система с неподвижным слоем) [3, 4]. Удельная поверхность дисперсионного материала равна: S уд  f s

6000 ,  d

(2)

где fs – коэффициент формы частиц, для сферических частиц fs = 1; ρ – плотность частиц, плотность анатаза ρан = 3,6÷3,95 г/см3; d – диаметр наночастиц, нм. Так, например, для сферических частиц анатаза с размером d = 13 нм удельная поверхность равна (2) Sуд = 122 м2/г. Преимуществом суспензионного метода является то, что площадь границы раздела фаз (удельная поверхность) между поверхностью фотокатализатора и жидкостью значительно больше, чем в системе с неподвижным слоем и, следовательно, происходит более интенсивная генерация радикалов и их прямое взаимодействие с загрязняющими веществами. После очистки воды ее необходимо отфильтровать от наночастиц анатаза. Фильтрация суспензий наночастиц является энергозатратной и весьма сложной технической проблемой. Иммобилизованный фотокатализатор, при существенно меньшей производительности, позволяет избежать дополнительной операции фильтрации очищаемого раствора по окончании фотокатализа и позволяет эффективно организовать проточный процесс очистки [5]. Разработка методов получения высокоэффективных фотокатализаторов, объединяющих положительные свойства, как суспензионного метода, так и метода неподвижного слоя является актуальной задачей. Для создания таких фотокатализаторов необходимо, чтобы они имели высокопористую многоуровневую каркасную наноструктуру с высокой удельной поверхностью. В 1954 г. Е.Ф. Беленький (СССР), а в 1956 г C. Rohden (США) методами электронной микроскопии и нефелометрии установили, что при осаждении гелей гидроксида титана образуются осадки со сложной иерархической (фрактальной) структурой. Частицы гидроксида титана имеют анатазоподобную структуру с размером 3 – 10 нм. Наночастицы, с определенной ориентацией, в количестве 10 – 30 шт. собраны в мицеллы. Мицеллы, в свою очередь, имеют пластинчатое строение, их длина составляет 45 – 90 нм, а толщина 20 – 40 нм. Мицеллы образуют гранулы размером 0,2 – 0,4 мкм. Гранулы образуют агрегаты с размером 1 – 10 мкм, которые собраны в агломераты размером от десятых долей до нескольких миллиметров. Задача наших исследований заключалась в том, чтобы найти способ, позволяющий сохранить фрактальную структуру

Перспективные направления развития экологии и химической технологии гидроксидного прекурсора диоксида титана при его дегидратации и последующей низкотемпературной прокалке до формирования структуры анатаза. В результате проведенных исследований нами был разработан способ получения высокопористого диоксида титана в форме анатаза, позволяющий сохранить фрактальную структуру исходного гидроксидного прекурсора. Данные ПЭМ (трансмиссионный электронный микроскоп Jem 200A Jeol) и СЭМ (сканирующий электронный микроскоп JSM640LV) показывают, что полученные сферолиты имеют фрактальную структуру, в которой первый иерархический уровень образован агломерированными наночастицами с размером dч = 10 – 15 нм и разделенными нанопорами несколько меньшего размера. По данным РФА (ДРОН-3) размер наночастиц составляет d = 13 нм. Удельная поверхность сферолитов по методу многослойной адсорбции Брунауэра-ЭмметаТеллера (анализатор Sorbi 4.1) составляет Sуд = 92,5±3,0 м2/г, что составляет 76% от удельной поверхности несвязанных наночастиц того же размера (2). Структурный анализ сферолитов (РФА, БЭТ, ПЭМ, СЭМ) был выполнен в ГУ «ДонФТИ им. А.А. Галкина». Фрактальная структура сферолитов представлена в таблице 1. Таблица 1. Структура сферолитов.

Агломераты, d ≈ 1,5 мм

Агрегаты, d ≈ 20 мкм

Мицеллы, d = 50 – 100 нм

Гранулы, d = 400-500 нм

Наночастицы, d = 13 нм

В сферолитах имеется четыре вида многосвязанных регулярных каналов с эффективным диаметром: между агрегатами dп ≈ 10 мкм; между гранулами dп ≈ 0,2 мкм; между мицеллами dп ≈ 0,02 мкм;

Перспективные направления развития экологии и химической технологии между наночастицами dп ≈ 6 нм, а открытая поверхность сферолитов составляет Sсв ~ 80%, что делает их эффективной ловушкой для УФ волн. В таких ловушках увеличивается степень поглощения ультрафиолета, а значит, увеличивается генерация гидроксильных радикалов. Таким образом, поставленная задача – объединение положительных свойств, как суспензионного метода, так и метода неподвижного слоя, нами была решена. Выводы. Теоретический анализ механизмов генерации носителей зарядов, образующихся при облучении анатаза УФ-светом, механизмы образования гидроксильных радикалов и созданных нами высокопористых наноструктурных сферолитов с фрактальной структурой на основе анатаза показал следующее. Энергия фотоактивного фотона должна составлять порядка Ehν = 3,555-3,717 эв, что соответствует максимуму длины волны УФ-излучения λmax = 334-349 нм. Фотокатализатор должен представлять собой высокопористую фрактальную каркасную структуру, что реализовано в синтезированных нами сферолитах диоксида титана в форме анатаза с удельной поверхностью Sуд = 92,5±3,0 м2/г, с общей пористостью ε = 85% и открытой поверхностью Sсв ~ 80%. Перечень ссылок Погибко В.М. Фотокаталитический механизм образования радикалов / В.М. Погибко, И.Л. Сидак, В.Ф. Раков // VI Международный Научный форум Донецкой Народной Республики. – Том 4: Перспективные направления развития экологии и химической технологии, 26-28 мая 2020. – Донецк: Донецкая политехника, 2020. – С. 20-24. 2. Крюков А.И. Нано-фотокатализ / А.И. Крюков, А.Л. Строюк, С.Я. Кучмий, В.Д. Походенко // К.: Академпериодика, 2013. – 618 с. 3. Сидак И.Л. Фотокаталитические устройства и способы очистки воды / И.Л. Сидак, В.Ф. Раков, В.М. Погибко // VI Международный Научный форум Донецкой Народной Республики. – Том 4: Перспективные направления развития экологии и химической технологии, 26-28 мая 2020. – Донецк: Донецкая политехника, 2020. – С. 30-34. 4. Раков В.Ф. Фотокаталитический суспензионный метод очистки воды / В.Ф. Раков, В.М. Погибко // VI Международный Научный форум Донецкой Народной Республики. – Том 4: Перспективные направления развития экологии и химической технологии, 26-28 мая 2020. – Донецк: Донецкая политехника, 2020. – С. 25-29. 5. Баглов А.В. Установка для фотокаталитической очистки воды от органических загрязнений в проточном реакторе / А.В. Баглов, А.А. Радионов, Е.Б. Чубенко, В.А. Зайцев, В.Е. Борисенко // Доклады БГУИР. – 2018. – № 4 (114). – С. 45-50. 1.

Перспективные направления развития экологии и химической технологии УДК 621.316.8:546.96

ХИМИЧЕСКИЙ АСПЕКТ ПОВЕДЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ В ПРОЦЕССЕ ФОРМИРОВАНИЯ РУТЕНИЕВЫХ ТОЛСТОПЛЕНОЧНЫХ РЕЗИСТОРОВ Н.С. Лозинский, Я.А. Мороз ГУ «Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко», г. Донецк, ДНР Аннотация. Исследован химический аспект поведения технологической составляющей в процессе формирования рутениевых толстопленочных резисторов. Показано что этот компонент резистивной пасты при термообработке не только выгорает, но и взаимодействует с ее неорганическими составляющими. Annotation. The chemical aspect of the behavior of the technological component during the formation of thick-film ruthenium resistors has been investigated. It is shown that this component of the resistive paste not only burns out during heat treatment, but also interacts with its inorganic components. Ключевые слова: технологическая составляющая резистивной пасты; рентгенофазовый анализ; политермическая резисторометрия. Keywords: technological component of resistive paste; X-ray phase analysis; dependence of resistivity on firing temperature. Технологическая составляющая играет роль временного связующего (ВС), придающего резистивной пасте необходимую вязкость и пластичность. Эта составляющая содержит органические вещества (этилцеллюлоза, бутилфталат и другие), в которые добавляется растворитель (α-терпинеол). При термообработке отпечатков резистивных паст растворитель испаряется (в низкотемпературной области в процессе сушки), а органические вещества разлагаются или сгорают при более высоких температурах (дальнейшем вжигании) в результате чего полностью удаляются. Однако такое представление о характере участия ВС в процессе вжигания резистивной пасты является поверхностным. Во-первых, этилцеллюлоза окисляется не количественно, а с образованием углеродистого остатка, оказывающего воздействие на формирование свойств резистивной пленки: до ~ 6 мас. % при свободном и до

Перспективные направления развития экологии и химической технологии ~ 10 мас. % или более при затрудненном (в композиции с наполнителями) доступе кислорода. Важно, что окисление этилцеллюлозы протекает по радикально-цепному механизму весьма чувствительному к условиям термообработки и наличию примесей, обрывающих или перенаправляющих цепочки взаимодействия. Вовторых, резистивная паста содержит вещества и соединения свинца (II), рутения (IV) и ряда других элементов, склонных к восстановлению. В-третьих, функциональные материалы рутениевых резистивных паст – активные катализаторы автоокисления органических веществ в жидкой и газообразной средах. Кроме того, ожидается, что при выгорании технологической составляющей резистивной пасты могут образовываться летучие соединения рутения, например, карбонилы или другие [1], а при термодеструкции дибутилфталата – значительное количество ароматических и полициклических ароматических соединений – это бифенил, бифенилен, дибензодиоксин и др. Поэтому настоящая работа посвящена рассмотрению химического поведения технологического составляющего резистивной пасты в процессе формирования рутениевых толстопленочных резисторов. Объект исследования. Рутениевые резистивные пасты на основе рутенита свинца (Pb2Ru2O6), стекол системы PbO–SiO2 и временного связующего на основе этилцеллюлозы. Методы исследования. Технологическая составляющая – 5% раствор этилцеллюлозы в α-терпинеоле с добавлением дибутилфталата. Основные свойства компонентов ВС приведены в табл. 1. В табл. 2 приведен состав и некоторые свойства стекол, использованных для получения резистивных паст, и их расплавов. Изготовленные по традиционной технологии пасты, методом трафаретной печати наносили на подложки из материала ВК-94 (параметр отпечатков 10×10×0,1 мм). Образцы одного состава подвергали термообработке, поддерживая типовой профиль вжигания резистивной пасты, но с постепенным изъятием одного образца, начиная с температуры 600 К, и через каждые100К последующий. Максимальная пиковая температура вжигания 1123 К. Состав неорганических композиций (НК) паст, мас. %: 20 (35 [базовый состав] или 50) Pb2Ru2O6 и 80 (65 [базовый состав] или 50) одно из стекол, состав которых приведен в табл. 2. Кроме того, получены две серии паст на стеклах 1 и 10, в которых стекла вводились на замену Pb2Ru2O6 в токопроводящую фазу НК в количествах, мас. %: 1, 2, 3, 5,

Перспективные направления развития экологии и химической технологии 10, 15, 20, 35 40 и 50. Отношение НК : ВС, как и состав ВС в пастах поддерживались постоянными. Идентификацию соединений и определение их содержания в образцах методом рентгенофазового анализа (РФА) измерение сопротивления резистивных (политермическая резисторограмма) пленок в процессе их термообработки осуществляли согласно работе [1]. Таблица 1. Наименование и некоторые свойства компонентов временного связующего Наименование 2-{[4,5-диэтокси-2-(этоксиметил)-6-метоксиоксан-3ил]окси}-6-(гидроксиметил)-5-метоксиоксан-3,4-диол; этилцеллюлоза Дибутилбензол-1,2-дикарбоксилат; дибутилфталат (4-Метилцикло-гекс-3-енил)-2-пропанол; α-терпинеол

Ткип., К Тразл., К –

443–736

613

–

492

383

Таблица 2. Состав и свойства стекол и их расплавов при 1173К для изготовления резистивных паст Номер стекла 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Состав стекла, Плотность, мол.% ×10–3, кг/м3 PbO SiO2 70,8 29,2 7,25 51,8 48,2 5,94 46,3 53,7 5,51 40,0 60,0 5,18 38,6 61,4 5,06 36,5 63,5 4,95 28,8 71,2 4,31 27,0 73,0 4,12 22,3 77,7 3,81 11,7 88,3 3,13

Tg, К

Вязкость*, пуаз

623 689 706 723 733 780 813 823 848 973

0,27 54 215 329 410 580 820 870 1100 1400

Поверхностное натяжение*, дин/см 151 200 222 242 270 285 320 330 375 420

Политермические резисторограммы резистивных паст на стеклах различного состава и с постоянным содержанием ТПФ в НК, а также со стеклом одного состава, но с различным содержанием ТПФ в НК приведены на рис. 1. Кривые, приведенные на рисунке, регистрируют процессы, описанные уравнениями, приведенными ниже на схеме.

Перспективные направления развития экологии и химической технологии

а) б) Рис. 1. Зависимость сопротивления резистивных пленок от температуры: а) пасты со стеклами: 1 – 7, 2 – 5, 3 – 2, 4 – 1; б) содержание Pb2Ru2O6 в НК паст, мас. %: 1 – 20, 2 – 35, 3 – 50, содержание PbO в ПС 36,5 мол. %

Схема. Химические процессы с участием ВС Фазовый состав прокаленных при максимальной пиковой температуре образцов предопределяется содержанием PbO в ПС: две кристаллические фазы – Pb2Ru2O6 и RuO2 обнаружены в образцах на основе стекол, содержащих < 28 мол. % PbO; три кристаллические фазы – Pb2Ru2O6, RuO2 и металлический рутений – со стеклами, содержащими 28–52 мол. % PbO и одну кристаллическую фазу – Pb2Ru2O6 со стеклами, содержащими > 52 мол. % PbO. При этом, чем больше стекла (с < 52 мол. % PbO) вводится в пасту, тем значительнее степень превращения Pb2Ru2O6 в RuO2 (рис. 2).

Перспективные направления развития экологии и химической технологии

Рис. 2. Содержание рутенита свинца в ТПФ резисторов, полученных из паст на основе Pb2Ru2O6 и стекол 1 (1) и 10 (2) Кроме того, металлический Ru присутствует в пленках всех составов начиная с температуры обработки 600К (уравнение 4). Оксид рутения(IV) появляется в образцах, стекла которых содержат менее 52 мол. % PbO, начиная с 700 К. Свинец появляется в образцах при 600К (уравнение 3), окисляется в PbO при 900К и растворяется в ПС при нагревании до максимальной пиковой температуры. Выводы. Таким образом, химический аспект технологической составляющей в процессе формирования рутениевых толстопленочных резисторов состоит в том, что в низкотемпературной области термообработки (до 600К) она вступает в окислительно-восстановительное взаимодействие с Pb2Ru2O6, образуя металлический Ru, который при дальнейшем нагревании окисляется в RuO2 в образцах, с ПС, содержащими < 28 мол. % PbO. Стекла, содержащие 28–52 мол.% PbO оплавляют частицы Ru (температурный интервал 680–820К) и предохраняют их от дальнейшего окисления. В стеклах, содержащих > 52 мол. % PbO частицы Ru окисляются самим ПС, а образующийся RuO2 взаимодействует с ПС, трансформируясь в Pb2Ru2O6. Перечень ссылок 1. A.N. Lopartov, N.S. Lozinskyy, Ya.A. Moroz Chemical processes accompanying the formation of modified ruthenium resistors and their functional properties // Russian Chemical Bulletin, International Edition. – 2020. – Vol. 69, No. 9. – P. 1724–1730. DOI 10.1007/S11172-020-2955-8

Перспективные направления развития экологии и химической технологии УДК 338.368

СОВРЕМЕННАЯ БАЗА ДЛЯ РАЗВИТИЯ ХИМИЧЕСКОЙ И ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ РЕГИОНА Е.И. Волкова, Т.И. Зубцова ГОУ ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» г. Донецк, ДНР Анотация. В статье рассмотрены перспективы инновационного развития химической, фармацевтической и косметической промышленности ДНР. Изложены основные аспекты подготовки молодых специалистов-технологов в свете решения проблемы нехватки квалифицированных кадров для надежного функционирования предприятий химической и фармацевтической отрасли. Annotation. The article discusses the prospects for the innovative development of the chemical, pharmaceutical and cosmetic industries of the DPR. The main aspects of training young specialists-technologists in the light of solving the problem of the lack of qualified personnel for the reliable functioning of enterprises of the chemical and pharmaceutical industry are stated. Ключевые слова: фармацевтическая промышленность, косметология, высшее образование, химическая технология. Keywords: pharmaceutical industry, cosmetology, higher education, chemical technology. Состояние экономики любой страны в значительной степени определяется интенсивностью притока прогрессивных научнотехнических идей и скоростью их внедрения. Эффективное и стабильное функционирование промышленных предприятий ДНР должно обеспечиваться наличием профессионально подготовленных кадров и регулярной сменяемостью трудовых поколений. Это означает, что в специфических современных условиях нестабильного развития всех отраслей промышленности проблема подготовки молодых кадров становится критически актуальной, требующей неослабного внимания и поддержки руководства республики. Химическая промышленность республики представлена предприятиями, специализирующихся на производстве бытовой

Перспективные направления развития экологии и химической технологии химии, санитарно-гигиенической продукции, косметических товаров, имеющих каждодневный высокий спрос населения. Кроме того, восстанавливается работа предприятий, выпускающих резинотехнические, полиэтиленовые и пластмассовые изделия, теплоизолирующие и шлакообразующие смеси. Фармацевтическая промышленность представлена 8 субъектами хозяйствования: ООО «Стирол- биофарм», ООО «Донбиофарм», ООО «АУП «Сарепта-Медипласт», ООО «Биофа», ООО «Лекфарма Адонис», ООО «Олфарм-Восток», ООО «Центр гомеопатии», НКПТФ «Висмут». На этих предприятиях производятся твердые лекарственные формы различных фармакотерапевтических групп: витамины, анальгетики, противовоспалительные, антиаллергические, противомикробные и другие средства, изделия медицинского назначения (горчичники, лейкопластыри) и фитопродукция (фиточаи и фитованны). В опубликованном отчете об итогах работы Министерства промышленности и торговли ДНР за 2019 г. отмечено, что остановка производственной деятельности ООО «Стиролбиофарм» в марте 2019 г., а также значительное уменьшение заказов продукции ООО «АУП «Сарепта-Медипласт» со стороны российских партнеров вызвало отрицательную динамику в производстве и реализации лекарственных средств и изделий медицинского назначения по отношению к показателям 2018 г. (рис. 1).

Рисунок 1. Объем реализации фармацевтической продукции, млн руб. Среди прочих проблем субъектов хозяйствования ДНР, занятых в производстве химической и фармацевтической продукции, были названы:  отток квалифицированных кадров;  обеспечение со стороны государства защиты внутреннего

Перспективные направления развития экологии и химической технологии рынка по отдельным группам товаров: фармацевтическая продукция;  остановка производственной деятельности ООО «Стиролбиофарм». На данный момент производители фармацевтической отрасли ДНР занимают лишь 3% внутреннего рынка, более 40% – Россия, около 4% – Украина и 53% –другие государства (рис. 2).

Рисунок 2. Рынок фармацевтической промышленности в ДНР. Одним из реальных шансов для развития химической и фармацевтической отраслей ДНР является разработка и создание новых, а также совершенствование существующих технологий производства, использование и развитие инновационных химических технологий, задействованных практически во всех секторах экономики. Химическая отрасль может стать в будущем одной из наиболее перспективных для региона вследствие имеющегося значительного потенциала импортозамещения. Особого внимания заслуживает необходимость развития химических производств и химических производственных объединений, комплексов, сгруппированных, к примеру, по сырьевому принципу, для развития углубленной переработки продукции и расширения потребления на внутреннем рынке. Все вышеизложенное объясняет рост спроса на профессионально подготовленных химиков-технологов, способных проводить научные исследования и химические экспертизы, разрабатывать химические составы разнообразной продукции,

Перспективные направления развития экологии и химической технологии отвечать за технологический процесс ее производства. Специалисттехнолог востребован на любом предприятии, выпускающем бытовую химию, нефтепродукты, лекарственные препараты, продукты питания, косметику, парфюмерию. Он может контролировать производство изделий по уже имеющимся технологиям, а также обеспечить разработку и внедрение новых технологий переработки сырья для химической и фармацевтической промышленности, провести модернизацию существующего оборудования на действующих предприятиях с целью повышения эффективности использования местного сырья, что позволит уменьшить зависимость местной промышленности от импортных поставок. Помимо всего вышеперечисленного, химик-технолог может также заниматься контролем качества продукции, проверять ее на предмет безопасности для здоровья людей и животных. Вопросам безопасности уделяется немалая часть работы такого специалиста. Речь может идти как о безопасности самого химика-технолога при проведении испытаний и исследований, так и о безопасности сотрудников целого предприятия в процессе производства товаров. Основная цель высшего инженерного образования - это подготовка квалифицированного специалиста, конкурентоспособного на рынке труда, свободно владеющего своей профессией, готового к постоянному профессиональному росту, ведь наступающий этап развития химической промышленности – это внедрение нанотехнологий и появление наноматериалов. На Факультете экологии и химической технологии ДонНТУ в рамках направления 18.03.01 «Химическая технология» осуществляется профильная подготовка по:  «Химической технологии природных энергоносителей и углеродных материалов»» (ХТ);  «Химической технологии химико-фармацевтических препаратов и косметических средств» (ФПК);  «Технологии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов» (ТТМ). Комплексная подготовка молодых специалистов включает общие дисциплины, таких как органическая, неорганическая, аналитическая, физическая химия, технологические предметы (общая химическая технология, организация и автоматизация производства), а также дисциплины, способствующие формированию базовых экономических знаний и управленческих качеств. Существенная часть учебного времени традиционно уделяется высшей математике, сопромату, начертательной геометрии, физике.

Перспективные направления развития экологии и химической технологии К моменту окончания обучения в ВУЗе выпускники овладевают:  принципами проведения научных исследований;  правилами работы над созданием новых составов, веществ и продуктов;  технологией использования, настройки и ремонта технологического оборудования, а также работы с программным обеспечением;  правилами юридически грамотного заполнения различной документации, в том числе, графиков работы, смет, заявок на поставки сырья и оборудования;  основами экономических расчетов эффективности работы предприятия и целесообразности внедрения новых технологий, расширения ассортимента за счет производства новых продуктов;  принципами контроля качества производимой продукции;  основами управления коллективом и организации работы подразделений предприятия. Выводы. Сформулированные требования к подготовке специалистов показывают, что от того, каким выпускник учебного заведения придет в профессиональную деятельность, насколько он окажется готовым к активной творческой деятельности, будут ли у него сформированы потребности самосовершенствования и профессионального роста, зависит успешность и результативность его будущей профессиональной деятельности. Педагогический коллектив ДонНТУ делает все возможное для воспитания будущих кадров, способных возродить к жизни промышленность региона. Своими основными задачами сотрудники ФЭХТ ДонНТУ считают обеспечение высококвалифицированными кадрами важнейших отраслей промышленности, ускорение научно-технического прогресса в химическом, коксохимическом и фармакологическом производстве, решение проблем экологической безопасности Донбасса. Перечень ссылок 1. Кузьменко, Л.М. Развитие предприятий машиностроения ДНР и ЛНР: сложности и возможности / Л.М. Кузьменко, С.Н. Гриневская // «Инновационная деятельность». – 2018. – № 3 (46). – С. 33–42. 2. Об итогах работы Министерства промышленности и торговли ДНР за 2019 г. [Электронный ресурс]. – URL: https://mpt-dnr.ru/news/1426pravitelstvennyi-chas-eduard-armatov-dolozhil-ob-itogah-raboty-ministerstvapromyshlennosti-i-t.html. 3. Каталог предприятий Донецкой Народной Республики [Электронный ресурс]. – URL: http://doninvest-forum.ru. 4. Об итогах работы Министерства промышленности и торговли ДНР за 2019 г. [Электронный ресурс]. – URL: https://mpt-dnr.ru/news/1426pravitelstvennyi-chas-eduard-armatov-dolozhil-ob-itogah-raboty-ministerstvapromyshlennosti-i-t.html

Перспективные направления развития экологии и химической технологии УДК 661.152.5+504.064.45

ТЯЖЁЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ЖИДКИХ КОНЦЕНТРАТАХ МОНОХЕЛАТОВ ЦИНКА И ЖЕЛЕЗА, ПОЛУЧЕННЫХ ПУТЁМ ПЕРЕРАБОТКИ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ 1

А.В. Кара, 2И.А. Удодов, 2И.В. Мысник, 1Н.Д. Щепина 2 С.В. Журавлёв

ГОУ ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ», 2 ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «НИИ «РЕАКТИВЭЛЕКТРОН»» г. Донецк, ДНР

Аннотация. Разработаны технологические методы получения жидких концентратов монохелатов цинка и железа из техногенных отходов. Определено содержание абиогенных тяжёлых металлов и показана безопасность применения монохелатов цинка и железа для коррекции питания сельскохозяйственных культур. Annotation. Technological methods for obtaining liquid concentrates of zinc and iron monochelates from industrial (man-made) waste have been developed. The content of abiogenic heavy metals was determined, and the safety of the use of zinc and iron monochelates for the correcting of crop nutrition was shown. Ключевые слова: монохелаты цинка и железа, тяжёлые металлы. Keywords: zinc and iron monochelates, heavy metals. Монохелаты цинка и железа широко применяются в качестве микроудобрения в современных технологиях интенсивного земледелия для коррекции питания различных сельскохозяйственных культур [1]. Особое значение использование хелатных удобрений цинка и железа имеет для Донбасса, почвы и воды которого имеют слабощелочную реакцию [2]. Основными сырьевыми источниками для синтеза монохелатов цинка и железа в условиях Донецкой Народной Республики являются промышленные отходы [3]. Ранее нами были разработаны технологические методы получения хелатных удобрений цинка и железа из техногенных отходов промышленных линий горячего цинкования [4]. Важным аспектом применения удобрений, в том числе и хелатных микроудобрений, является их экологическая безопасность, которая связана с содержанием тяжёлых металлов.

Перспективные направления развития экологии и химической технологии Целью настоящей работы является определение содержания тяжёлых абиогенных металлов (Pb, Cd и Hg) в составе жидких концентратов монохелатов цинка и железа(III) на основе этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) и оценка экологической безопасности их применения при выращивании растений при капельном поливе. В качестве исходного сырьевого компонента для синтеза монохелата цинка нами была использована цинковая изгарь. Синтез монохелата цинка осуществлялся путём растворения цинковой изгари в азотной кислоте (10-15%) с последующим хелатированием Na4ЭДТА [4]. Конечным продуктом переработки цинковой изгари является жидкий концентрат с содержанием монохелата цинка равным 35 г/л, содержание тяжёлых металлов в котором приведено в таблице 1. Таблица 1 – Содержание тяжёлых металлов в концентрате и рабочем растворе монохелата цинка.

жидком

Форма

Концентрация, мг/л

микроудобрения

Жидкий концентрат

27,2

4,10

4,0510-3

Рабочий раствор (1:10000)

2,7210-3

4,1010-4

4,0510-7

ПДК (СанПиН 1.2.3685-21)

1,010-2

1,010-3

5,010-4

В табл. 1 для сравнения приведены концентрации Pb, Cd и Hg в рабочем растворе монохелата цинка, который применяется при капельном поливе (разбавление 1:10000), и соответствующие значения предельно допустимых концентраций (ПДК) для питьевой воды по СанПиН 1.2.3685-21. Видно, что содержание тяжёлых металлов (Pb, Cd и Hg) в рабочем растворе монохелата цинка существенно ниже ПДК для питьевой воды, что предопределяет безопасность применения монохелата цинка. Для получения жидкого концентрата монохелата железа(III) (С(Fe)=40 г/л) использовались отходы травильных растворов линий горячего цинкования [4]. Данные о содержании Pb, Cd и Hg в концентрате и рабочем растворе монохелата железа(III) приведены в таблице 2.

Перспективные направления развития экологии и химической технологии

Таблица 2 – Содержание тяжёлых металлов в жидком концентрате и рабочем растворе монохелата железа(III). Форма

Концентрация, мг/л

микроудобрения

Жидкий концентрат

1,30

2,5010-2

2,5010-4

Рабочий раствор (1:10000)

1,3010-4

2,5010-6

2,5010-8

ПДК СанПиН 1.2.3685-21

1,010-2

1,010-3

5,010-4

Содержание Pb, Cd и Hg в рабочем растворе монохелата железа(III) (табл. 2) более чем на два порядка меньше соответствующих значений ПДК для питьевой воды. Содержание свинца и кадмия в жидких концентратах монохелатов цинка и железа сопоставимо со средним содержанием этих металлов в макроудобрениях, таких как суперфосфат (С(Pb)=12,5 мг/кг, С(Cd)=3,5 мг/кг) и хлорид калия (С(Pb)=12,5 мг/кг, С(Cd)=4,3 мг/кг) [5]. С учётом норм расхода удобрений на единицу площади, которые для микроудобрений меньше на порядок, чем для макроудобрений, применение монохелатов цинка и железа является более безопасным, чем суперфосфата и хлорида калия. Выводы. Таким образом, проведены определения содержания высокотоксичных тяжёлых металлов в жидких концентратах монохелатов цинка и железа, полученных из отходов промышленных линий горячего цинкования. Показана экологическая безопасность применения указанных микроудобрений при выращивании растений при капельном поливе. Перечень ссылок 1. Минеев, В.Г. Агрохимия / В.Г. Минеев. – М.: Изд-во МГУ, «КолосС», 2004. – 720 с. 2. Д.В. Сыщиков, Н.Д. Щепина, И.В. Мысник, И.А. Удодов Экологические аспекты применения хелатных микроудобрений в почвенноклиматических условиях Донбасса. / IV Международный Научный форум Донецкой Народной Республики. Том 4. «Перспективные направления развития экологии и химической технологии». ДНР 24-26 мая 2018. Донецк. «Донецкая политехника».- С. 34-38. 3. Удодов И.А. Перспективы утилизации техногенных отходов предприятий Донбасса с целью производства микроудобрений для сельского хозяйства / И.А. Удодов, Д.В. Сыщиков, Л.И. Рублёва, В.О. Громенко //

Перспективные направления развития экологии и химической технологии Материалы 5-й Международной научно-практической конференции. – Т.IV. – Донецк: ДонНТУ, 2019. – С.20-24 4. Громенко В.О., Щепина Н.Д., Мысник И.В., Заговора Н.В., Удодов И.А. Технологические методы получения монохелатов цинка и железа из отходов промышленных линий горячего цинкования/ Донецкие чтения 2020: образование, наука, инновации, культура и вызовы современности: Материалы V Международной научной конференции (Донецк, 17-18 ноября 2020 г.). – Том 1: Физико-математические и технические науки. Часть 2 / под общей редакцией проф. С.В. Беспаловой. – Донецк: Изд-во ДонНУ, 2020. –306 с. (C.67-69). 5. Овчаренко М.М. Тяжелые металлы в системе почва – растение – удобрения / М.М. Овчаренко // Химия в сельском хозяйстве.- 1995.- № 4. - С. 8-9.

Перспективные направления развития экологии и химической технологии УДК 364.4

РЕШЕНИЕ «МУСОРНОЙ» ПРОБЛЕМЫ В ЛНР С ПОМОЩЬЮ СОЗДАНИЯ ЭКОВОЛОНТЁРСКОЙ ОРГАНИЗАЦИИ А.С. Дудник, Научный руководитель – С.Т. Симененко ГОУ ВПО «ЛУГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ВЛАДИМИРА ДАЛЯ», г. Луганск, ЛНР Аннотация: тезисы посвящены решению проблемы отходов путём создания эковолонтёрского движения; представлены некоторые направления деятельности эковолонтёров и первые шаги на пути становления полноценной организацией. Annotation: theses are devoted to solving the waste problem by creating an eco-volunteer movement; some directions of their activities and the first steps towards becoming a full-fledged organization are presented. Ключевые слова: отходы, раздельный сбор мусора, решение проблемы отходов, экоактивизм, эковолонтёры, экопросвещение. Keywords: waste, separate garbage collection, solution of the waste problem, ecoactivism, eco-volunteers, environmental education. На сегодняшний день в нашей республике, как и во многих странах мира, остаётся актуальна проблема отходов. За год свалки ЛНР пополняются более чем на 640 тыс. т отходов. Зная численность населения республики (1 480 804 – на 1 января 2017 г.)[1], легко посчитать, сколько мусора ежегодно производит один житель - до 432 кг, а в день до 1,2 кг. Нужно отметить, что 90% всех отходов оказываются на свалке, и только максимум 5% перерабатываются, остальная часть теряется во время транспортировки. Производя большой объёмы отходов, мы не знаем, как решить эту проблему. Министерством природных ресурсов ЛНР была создана «Карта отходов», которая отображает пункты приёма вторсырья, однако, это мало изменило ситуацию в нашем регионе. Вопрос бережного обращения с отходами остаётся актуальной проблемой. Одним из путей решения проблемы мусора в республике может стать организация эковолнтёрского сообщества, целями которого будут прививание культуры бережного обращения с отходами и сокращение выбрасываемого мусора на полигоны.

Перспективные направления развития экологии и химической технологии Задачи реализуемые эковолонтёрами будут заключаться в разработке информационно-просветительских и творческих проектов для формирования экологической культуры у населения (уменьшение отходов и их рациональное использование), что поможет улучшить экологическую обстановку в ЛНР. Решение проблемы отходов возможно тремя путями: захоронением, сжиганием или переработкой. По мнению специалистов-экологов, самым эффективным методом является переработка. Но если мы хотим получить из перерабатываемых отходов полноценное и качественное сырьё для дальнейшего использования, то нам необходимо научиться разделять. Например, из 25 пластиковых выкинутых бутылок, может получиться 1 флисовая куртка, а из 1 кг газет - рулон туалетной бумаги. Раздельный сбор поможет жителям снизить свой экологический след, возвратить ресурсы в цикл производства, решить проблему коммунальных и промышленных отходов и уменьшить расходы на захоронение отходов на полигоне. Проведя социологический опрос «Опрос об отходах» среди студентов и преподавателей ЛГУ им. В. Даля, было выяснено, что все знают о раздельном сборе и готовы в этом участвовать, но отсутствие нужной информации (о пунктах приёма), мотивации и знаний (как сортировать), не даёт возможности относиться к отходам, как к источнику сырья для новой продукции и использовать ресурсы рационально. Именно эти причины способствуют налаживанию просветительской деятельности. Благодаря организации эковолтёрской команды станет возможным внедрение раздельного сбора в городах и районах республики быстрее и качественнее. Группа активистов сможет повысить интерес жителей к природе и научит бережно относиться к имеющимся ресурсам. Среди направлений работы организации станет реализация масштабных программ и проектов по экологическому просвещению граждан, которые будут включать: -организацию мобильных пунктов приёма вторсырья, фримаркетов, проведение мастер-классов по починке вещей и тд.; -информационные мероприятия по проблемам сбора и утилизации отходов в детских садах, школах, вузах; -разработку настольных и подвижных игр, квестов, марафонов, акций по раздельному сбору мусора;

Перспективные направления развития экологии и химической технологии -создание информационных буклетов, плакатов о раздельном сборе. Формирование эковолонтёркой команды разделено на этапы: 1.Начальный: привлечение добровольцев к волонтёрской деятельности, составление регламента; 2.Организационный: изучение навыков сортировки отходов, приобретение необходимого инвентаря; налаживание связей перерабатывающими отходы компаниями; заявление о волонтёрской деятельности в СМИ (интернете, газетах и т.д.). 3.Просветительский работа с населением: проведение информационных мероприятий (дебаты, лекции, семинары, акций по очистке территории от отходов), обучение раздельному сбору населения (акции по раздельному сбору в общественных местах и т.д.), разработка наглядного материала (буклеты, плакаты и проч.); 4. Обобщающий: обобщение всех результатов, выводы по работе. На данный момент, ведётся сбор команды экоактивистов в ЛГУ имени Владимира Даля. Уже была проведена небольшая просветительская работа среди студентов нашего ВУЗа (рис.1). Работа не стоит на месте и в скором времени уже будут видны результаты.

Рис. 1. Первые шаги просветительской деятельности эковолонтёров среди студентов ЛГУ им. В. Даля: показательная акция раздельного сбора отходов

Перспективные направления развития экологии и химической технологии Выводы. Таким образом, благодаря деятельности эковолнтёров и всех граждан, в нашей республике произойдёт сокращение отходов более чем на 10%, что уже будет способствовать улучшению окружающей среды. В хозяйственном обороте будет повторно использоваться вторичное сырьё, соответственно, уменьшатся затраты на добычу природных ресурсов. Кроме того, государство станет меньше затрачивать средств на содержание полигонов. Очень примечательным является то, что каждый участник сможет внести свой вклад в дело охраны природы. Именно в наших силах сделать мир экологичнее и сохранить его красоту для будущих поколений! Перечень ссылок 1. Население Луганской Народной Республики, [Электронный ресурс]. – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Население_Луганской_Народной_Республики

Перспективные направления развития экологии и химической технологии УДК: 678.5.504.3

КОМПАКТИРОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ - УНИВЕРСАЛЬНЫЙ МЕТОД ПОДГОТОВКИ СЫРЬЕВЫХ ПРОДУКТОВ ДЛЯ ДАЛЬНЕЙШЕЙ ПЕРЕРАБОТКИ Д.А. Логвиненко, С.П. Веретельник, В.И. Хлебченко, ГОУ ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» г. Донецк, ДНР Аннотация. Показана перспективность компактирования для переработки сырьевых материалов различных свойств и дисперсности в отраслях промышленности. Рассмотрены возможности использования при переработке промышленных и бытовых отходов. Annotation. It is shown that compaction is promising for processing raw materials of various properties and dispersion in industries. The possibilities of using it in the processing of industrial and household waste are considered. Ключевые слова: компактирование, сырье, переработка, физико-механические свойства Keywords: Compaction, raw materials, processing, physical and mechanical properties В различных подотраслях химической промышленности при переработке сырьевых материалов, часто как подготовительные, последовательно реализуются процессы дробления, смешивания и компактирования. Это позволяет наилучшим образом реализовать химико-энергетические свойства материалов и делает процессы более экономичными. Технологические процессы переработки можно разделить на два направления. В первом направлении при уплотнении и компактировании перерабатываемому сырью придаются именно те свойства, при которых и получается качественный целевой продукт. Такие процессы характерны для порошковой металлургии, фармацевтической промышленности, производства строительных материалов и пр. Для второго направления характерно создание условий, способствующих оптимальной реализации последующих химико-технологических процессов. К таким процессам относится, например, коксование, термолиз и пр.

Перспективные направления развития экологии и химической технологии Типичным процессом для реализации уплотнения является переработка отходов – одна из главных проблем современного общества. Отходы подразделяются на промышленные и бытовые, причем до недавнего времени и не ставился вопрос об их совместной утилизации. Отходы постоянно появляются как в процессе хозяйственной деятельности, так и в быту, при этом далеко не все разновидности отходов можно просто где-то складировать до их естественного разложения под действием природных факторов. Особенно эта проблема обострилась с развитием общества. Появляются совершенно новые технические объекты, которые со временем тоже придется утилизировать. К таким относятся строительные отходы, отходы высоких классов опасности, старая бытовая техника, автомобили, мебель и другие виды мусора. Для их переработки и утилизации созданы узкоспециализированные предприятия, которые обеспечивают демонтаж оборудования, вывоз и утилизацию с минимальными нагрузками на окружающую среду. Промышленные производственные отходы - это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшиеся при производстве продукции или выполнении работ и утратившие полностью или частично исходные потребительские свойства, а также образующиеся в процессе производства попутные вещества, не находящие применения в дальнейшем их использовании. Особое место среди отходов занимают жидкие промышленные и бытовые отходы. Как следует из названия, первые образуются в результате работы предприятий, они могут быть токсичны, даже смертельно опасны для человека и наносить непоправимый вред окружающей среде. Бытовые жидкие отходы менее токсичны, но при их большом количестве также доставляют неприятности экологии. Поэтому переработке отходов в последнее время уделяется повышенное внимание [1,2]. Различают первичную переработку отходов и вторичную. При той и другой широко используют компактирование, поскольку уплотненные отходы легче перевозить, удобно хранить и отправлять на перерабатывающие заводы. Существуют различные прессовые механизмы и технологии упаковки. Отходы могут быть спрессованны под разным давлением. Иногда перед компактированием отходы подвергают дроблению, сушке, охлаждению и другим подготовительным операциям. Прессование отходов позволяет избавиться от воздуха, излишней влаги и является одним из основных способов уменьшения объема с целью рационального использования железнодорожного и

Перспективные направления развития экологии и химической технологии автомобильного транспорта, перевозящего отходы к местам их утилизации и складирования. По направлению прессования различают горизонтальные и вертикальные гидравлические пресса. Горизонтальные прессы чаще всего используются на крупных предприятиях (типографии, складские комплексы, гипермаркеты), где нужно переработать большое количество отходов. Эти пресса имеют большие габариты и относятся к стационарному типу. Обычно их используют на предприятиях, где нет дополнительных площадей для размещения стационарного оборудования и складирования отходов для ожидания переработки. Компактирование, путем прессования, не только уменьшает объем отходов, но и повышает рациональность их дальнейшей эксплуатации. Металлическая стружка, спрессованная в кипы, приводит к снижению потерь металла на угар в процессе плавки. Брикеты древесных отходов повышает теплоту сгорания опилок, а плотные брикеты со связующим веществом могут использоваться в качестве твердого топлива. Также брикетирование уменьшает затраты на погрузочно-разгрузочные и транспортные работы. А уплотнение отходов на свалках является одним из лучших способов эффективного использования территории и решения части экологических проблем (уменьшение выбросов газа, уменьшение вероятности возникновения пожаров). Отметим, что для разработки соответствующей техники компактирования необходимо знание комплекса физикомеханических характеристик перерабатываемых материалов [3]. Следовательно, компактирование необходимо рассматривать как весьма перспективный способ подготовки отходов для их последующей переработки. Перечень ссылок 1.Парфенюк А.С., Веретельник С.П., Сова А.Н. и др. Анализ путей решения проблемы твердых отходов. Экологические проблемы индустриальных мегаполисов. Труды VI международной научно-практической конференции.,2009. С.38-41. 2. Парфенюк А.С., Веретельник С.П. и др. Проблема создания промышленных агрегатов для утилизации твердых и углеродистых отходов. Возможности ее решения. Кокс и химия,1999. № 3.С.40-44. 3.Веретельник С.П., Парфенюк А.С., Картов В.С. Метод комплексных физико-механических испытаний сыпучих материалов. Химическое и нефтяное машиностроение. 1992. N 1. С.32.

Перспективные направления развития экологии и химической технологии УДК 621.742.22

РАЗРАБОТКА ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫХ ЛИТЕЙНЫХ СВЯЗУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ ПЕРЕРАБОТКИ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ Ю.А. Свинороев ГОУ ВПО ЛНР ЛУГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ВЛАДИМИРА ДАЛЯ г. Луганск, ЛНР. Аннотация. Предложены и опробованы составы стержневых смесей позволяющих снизить объем токсичных газовых выбросов по сравнению со смесями на основе масляных связующих марок КО или УСК в 2,7 -14 раз, ввести содержание вредных веществ в газовых выбросах до уровня ПДК. Результат получен за счет использования ЛСТ, с повышенной связующей способностью. Annotation. The compositions of core mixtures have been proposed and tested to reduce the volume of toxic gas emissions in comparison with mixtures based on oil binders of the KO or USK brands by 2.7 -14 times, and to introduce the content of harmful substances in gas emissions to the level of MPC. The result is obtained through the use of LST, with increased binding capacity. Ключевые слова: экология производства отливок, литейные связующие, газотворная способность, токсичность, литейные смеси. Keywords: ecology of castings production, foundry binders ,gasproducing capacity, toxicity, foundry mixtures. Введение. Первыми в рейтинге загрязнителей окружающей среды в машиностроительном производстве стоят формовочные и стержневые отделения литейных цехов. Причина состоит в том, что именно на этих технологических участках применяются материалы представляющие угрозу, как окружающей среде, так и здоровью человека [1,2]. Это прежде всего органические связующие материалы и разнообразные катализаторы и добавки применяющиеся попутно. В процессе их применения на этапах транспортировки, смесеприготовления, сушки, заливки, отверждения отливки, выбивки – образуются очень опасные токсичные и канцерогенные вещества первого и второго классов опасности [3], а применение масляных связующих, например КО, ведет к резкому повышению концентрации бензапирена [4], как в рабочей зоне, так и в районе расположения данного предприятия. Подобное характерно и для синтетических

Перспективные направления развития экологии и химической технологии смол [5], причем по показателю условной токсичности они превосходят все остальные виды связующих материалов. При этом, именно для них, выделения вредных выбросов наблюдаются на всех технологических переделах: приготовление, сушка, заливка, выбивка. В структуре выбросов от применения органических литейных связующих находится вся номенклатура наиболее опасных и токсичных веществ: акролеин, бензапирен, хром шестивалентный, метанол, формальдегид, фурфурол, фенол, фуритоловый спирт, оксиды серы, аммиак, ацетон, метанол и др. [5]. При этом, примерно 80-85% всего литья в России и вообще в мире, приходится на технологии литья в разовые песчаные формы, т.е. именно на те технологии которые представляют наибольшую угрозу. Такой технологический уклад, при наращивании производства литья, неизбежно приведет серьезным экологическим проблемам у нас в Украине, поскольку перечисленные связующие материалы являются потенциальными носителями токсичных выбросов в окружающую среду. В первую очередь этой угрозе подвергаются жители крупных городов, что не допустимо. Очевидно, в условиях литейного производства проявляется неблагоприятный кумулятивный эффект комплексного фактора, при котором вредное воздействие каждого отдельного ингредиента (пыли, газов, температуры, вибрации, шума) резко увеличивается. Закрытая статистика [4], по городу Луганску свидетельствует, что 67% хронических заболеваний от их общего числа и 89% онкозаболеваний приходится на жителей Артемовского района, т.е. района непосредственно прилегающего к Луганскому литейномеханическому заводу, Тепловозостроительному заводу, Эмаль-заводу , т.е. на тот район где сосредоточены основные литейные мощности и где применяются указанные связующие. Приведенные факты предопределяет острую необходимость разработки и применения связующих материалов нового поколения отличающихся экологичностью. Цель работы состояла в исследовании возможностей разработки и последующего применения смесей с минимальным содержанием компонентов образующих токсичные выбросы на этапах технологического процесса. Ход выполнения и результаты исследования. Решение может быть достигнуто за счет наращивания потенциала очистных сооружений разного типа, однако этот путь является затратным и не рациональным.

Перспективные направления развития экологии и химической технологии По совокупности причин, наиболее эффективным способом решения стоящих перед литейным производством экологических проблем является снижение объёма применения связующих вообще, и в частности снижение использования потенциально опасных связующих материалов типа фенольных смол и масляных материалов. Это возможно только за счет применения не опасных, экологически чистых связующих материалов. В этой связи целесообразно рассмотреть с экологической точки зрения представленную разработку, показатели газотворности и токсичности предлагаемых смесей. Работа осуществлялась в токсикологической лаборатории Института Промышленной экологии Луганского национального университета имени Владимира Даля . Для экспериментов принимались модельные составы стержневых смесей для производства чугунного фасонного литья. Результаты поведенных исследований приведены в таблице 1. Таблица 1. Характеристики газотворности и токсичности смесей на основе применения разработанных связующих композиций ЛСТ - НПАВ №

Наименование ингредиентов

Составы смесей

Песок кварцевый 1К02Б, %

1 100

Л С Т, %

Л С Т- НПАВ , %

КО , %

Удельная газотворность смесей, см 3. г %, контролируемая при температурах 300 и 1000 о С

2 100

3 100

4 100

5 100

6 100

4.5

4,0

5,0

3.5

0.8

0,8

4.5 6

300 С

1.33

1.29

1.81

1.19

1,00

1,22

1000 С

2.43

2.41

4.25

2.08

1,90

2,39

0.4

2.9

1.9

2.1

1,9

2,7

Прочность при разрыве, МПа

Токсикологические характеристики исследуемых составов связующих композиций ( токсичность ), мг/ м3 Условия токсины 1 2 3 4 5 сушки

Перспективные направления развития экологии и химической технологии 8

Формальдегид (класс

300С

0.190

0.193

0.819

0.304

0.281

1000С 300С 1000С

 0.07 

 0.09 

 0.69 

 0.14 

 0.11 

300С

1.10

1.29

23.86

11.25

10.29

1000С

6,45

6.67

48.01

16.82

13.13

(класс опасности – 3, ПДК рз – 10

300С 1000С

 3.2

 22,7

 6,3

6,0

6,2

, SO2 Бенз ɑ пирен* (класс

300С

0.000000

0.0000 00

0. 00067 (превы -шение ПДК в 4,5 раза)

0.0000 7

0.000 07

опасности – 2, ПДК рз – 0,5 мг/м3), CH2=O

Акролеин (класс опасности – 2, ПДК рз – 0,2 мг/м 3), СН2=СНСНО

1 0

1 1

Окись углерода (класс 3

опасности – 3, ПДК рз – 20 мг/м ) , CO

Сернистый ангидрид

0.31 1  0,17  11.2 2 17.0 0

мг/м )

1 2

опасности – 1, канцероген, ПДК 3 рз – 0,00015 мг/м ) , C20 H 12

*как правило, в рабочей зоне литейных цехов , использующих в своих технологических процессах связующее КО, наблюдается 10 – 15 кратное превышение ПДК, что объясняется эффектом накопления и большей генерацией бензпирена, в следствие не только процессов сушки стержней или форм , но и операций заливки расплава жидкого металла и выбивки отливок из форм, что не учитывалось в данном эксперименте. Эксперименты проводились с составами стержневых смесей приведенными в таблице 1, они моделировали ситуацию сушки стержней -300С, и заливки расплавленного металла 1000С. Предлагаемые составы смесей (составы 4-6), содержат минимальное количество КО, необходимое для обеспечения технологичности смеси. Результаты показывают, что использование предложенного состава смеси со сниженным содержанием связующего, а главное, сокращением применения связующего КО, произошло существенное снижение объемов валовых выбросов (табл. 2., строки 8 – 12). Выбросы по всем показателям сократились до уровней ПДК. Зафиксировано снижение вредных выбросов по всем контролируемым ингредиентам: фромальдегиду, акролеину, окиси углерода, сернистому ангидриду, но главное снижение бензапирена, выброс которого превышал ПДК рабочей зоны в 4,5 раза, сократился до уровня ПДК. Экологическая эффективность оцениваемая по сокращению валового выброса каждого из ингредиентов приведена в таблице 2.

Перспективные направления развития экологии и химической технологии Таблица 2. Экологическая эффективность, достигаемая за счет уменьшения использования связующих являющихся источниками токсичных газовыделений при сушке стержней Токсины Формальдегид (класс опасности – 2, ПДК рз – 0,5 мг/м3), CH2=O, мг/м3 Акролеин (класс опасности – 2, ПДК рз – 0,2 мг/м 3), СН2=СНСНО, мг/м3 Окись углерода (класс опасности – 3, ПДК рз – 20 мг/м 3) , C O, мг/м3 Бенз ɑ пирен* (класс опасности – 1, канцероген, ПДК рз – 0,00015 мг/м 3) , C20 H 12 , мг/м3

Базовый вариант состава смеси (ЛСТ- 4,5 % , КО – 4,0 %)

0,83 превышение ПДК

Предлагаемый вариант состава смеси (ЛСТ- 4,0 % , КО – 0,8%)

Эффективность, снижение выбросов, разы

0,31

2,7

0,14

5,5

10,49

2,9

0,00007

в1,66 раза

0,77 превышение ПДК в 3,85 раза

30,21 превышение ПДК в1,51 раза

0,00098 превышение ПДК в 6,53 раза

Выводы. Таким образом, на основе созданных литейных связующих разработаны составы стержневых смесей позволяющих снизить объем токсичных газовых выбросов по сравнению со смесями на основе известных и применяемых связующих типа КО или УСК в 2,7 -14 раз, ввести содержание вредных веществ в газовых выбросах до уровня ПДК. Это стало возможным за счет использования в составе смеси экологически чистых связующих материалов на основе ЛСТ, с повышенной связующей способностью. Перечень ссылок 1. Инженерная экология литейного производства: Учебное пособие / [А. Н. Болдин, А. И. Яковлев, С. Д. Тепляков] ; под общ. ред. А.Н. Болдина. - М.: Машиностроение, 2010. - 352 с. 2. Литейные формовочные материалы. Формовочные, стержневые смеси и покрытия : справочник / [Болдин А. Н. , Давыдов Н. И. , Жуковский С. С. и др.] – М.: Машиностроение, 2006. - 507 с. 3. Платонов Б. Н. Предупреждение канцерогенных ситуаций в литейном производстве / Б. Н. Платонов, Ю. К. Шапошников, О. В. Маслеева, М. Н. Степанова // Литейное производство. - 1989. - №2. – C. 26-27. 4. Свинороев Ю.А. О потенциале применения лигносульфонатов в качестве связующих для технологических процессов литья./ Ю.А. Свинороев, Р. Бэр, Ю.И. Гутько // Литейное производство, - 2016.-№12. С. 30-33. 5. The Directive of the European Parliament and Council of the 24-th November 2010 concerning industrial emissions (2010).

Перспективные направления развития экологии и химической технологии УДК 666.655:537.622

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЬЕЗОКЕРАМИКИ ЦТС О.В. Прядченко, Ю.С. Прилипко, Ю.Н. Ганнова ГОУВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Донецк, ДНР Аннотация. Рассмотрены некоторые особенности спекания керамики на основе цирконата-титаната свинца (ЦТС). Выявлено, что спекание керамики ЦТС в кислородной атмосфере позволяет устранить недостатки условий синтеза и одноосного прессования полуфабрикатов, смягчить интенсивность их усадки при спекании, повысить уровень свойств. Предложен оптимальный вариант производства пьезокерамики. Annotation. Some technological features of firing of PZT ceramics are reviewed. It is demonsnrated that firing of PZT ceramics in oxygen amdient help to correct deficiencies of synthesis conditions of materials and uniaxial pressing of semimanufactured product, to decrease the intensity of their shrinkage during firing and to increase level of properties. The optimal variant of production of piezoceramics is proposed. Ключевые слова: синтез, спекание, нестехиометрия, пьезокерамика, свойства, технология. Keywords: synthesis, firing, nonstoichimetry, piezoceramic. рroperties, technology. Сложность получения качественной пьезокерамики обусловлена большим числом факторов технологического характера, оценка роли которых требуют разностороннего комплексного экспериментального и теоретического изучения. Принципиальное различие технологий изготовления пьезокерамических изделий ЦТС заключается в способе оформления полуфабрикатов-прессовок, подвергающихся последующей термообработке [1]. Наиболее широкое промышленное применение получили три вида прессования: горячее, изостатическое, холодное прессование в пресс-формах. Каждому виду прессования соответствует свой тип формовочной массы, отличающейся содержанием пластификатора.

Перспективные направления развития экологии и химической технологии Сердцевиной технологии изготовления пьезокерамической керамики является процесс спекания спрессованных заготовок, эффективность которого зависит от целого ряд характерных особенностей, основные из которых следующие: - по мере повышения «сегнетожесткости» составов оптимальная температура спекания керамики на воздухе снижается: для «сегнетомягкой» (ЦТСтБС-1) она составляет (1300±20) оС, «средней сегнетожесткости» (ЦТСтБС-2) – (1260±20) оС, «сегнетожесткой» (ЦТССт -3) - (1240±20) оС [2]; - наиболее высокая интенсивность усадки керамики ЦТС наблюдается задолго до температуры спекания (1200 - 1300 оС) в интервале температур 800 - 1100 оС, в пределах которого нагрев печи необходимо проводить с особой осторожностью (25 - 50 оС в зависимости от размеров изделий) [3]; - для подавления неконтролируемых потерь оксида свинца (γ – нестехиометрия) необходимо использовать атмосферосоздающие свинецсодержащие присыпки состава PbZrO3 + 43,4 мол. % ZrO2 [4]; - нестехиометрия керамики ЦТС по кислороду ( нестехиометрия) реализуется в результате изменения Ро2 в печи при фиксированной величине РРbО [4]: - время выдержки при температуре спекания составляет 2 часа. Увеличение продолжительности спекания на воздухе не целесообразно из-за процессов рекристаллизации, приводящих к ухудшению электрофизических свойств. Охлаждение печи до температуры 1100 оС необходимо проводить ступенчато для исключения термических ударов. По данным литературных источников [1,5] установлено, что наиболее высокое качество керамики наблюдается при использовании горячего и изостатического прессований. Однако указанные технологии являются менее производительными по сравнению с холодным прессованием в пресс-формах. Поэтому требовалось найти такие варианты технологии, чтобы, с одной стороны, использовать более производительное одноосное прессование в пресс-формах, а с другой – качество керамических образцов должно соответствовать качеству горячепрессованной керамики. На основании проведенных исследований установлено, что такие требования выполнимы при спекании одноосноспрессованной керамики в атмосфере кислорода в специально разработанных камерных печах. Такой вид спекания позволяет получать высокоплотную керамику ЦТС без признаков вторичной рекристализации, не уступпающую по величине объемной плотности (99,5-99,9% от теоретической) и электрофизическим

Перспективные направления развития экологии и химической технологии свойствам керамическим изделиям, изготовленным горячим или изостатическим прессованием. Кислородная атмосфера позволяет смягчить интенсивность усадки керамики и повысить скорость нагрева в интервале температур 800 – Тсп., оС (табл.1), что очень важно с точки зрения производительности оборудования. Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о возможности спекания крупногабаритных изделий в кислородной среде с той же скоростью подъема температур в области наиболее интенсивной усадки, что и в случае спекания менее крупных изделий (Ø 10 х 1 мм ) на воздухе – 100 оС /ч. Керамика обладает более высокими значениями гидростатической плотности () и низкими – открытой пористости (П). Таблица 1. Влияние скорости нагрева на качество керамики ЦТССт -3 (диски Ø 60 х 20 мм) при спекании в различных атмосферах Скорость нагрева, оС/ч.

Тсп., оС × τсп., ч., атмосфера

Керамические свойства , г / см3

П, %

1240×2,

7,50 ± 0,03

0,048 ± 0,009

воздух

7,70± 0,08

0,010 ± 0,001

100

1270×2,

7,70 ± 0,04

0,006 ± 0,002

кислород

7,68 ± 0,02

0,005 ± 0,001

Условия синтеза порошковых твердых растворов оказывают существенное влияние на электрофизические свойства пьезокерамики, спеченной на воздухе. Температура и продолжительность синтеза шихты – экспериментально устанавливаемые и контролируемые параметры, а вот атмосфера синтеза практически никогда не контролируется и зависит от многих обстоятельств: имеющегося аппаратурного оформления, рабочего объема камерной печи или каналов туннельных печей, приточно - вытяжной вентиляции и т.д. Большинство модифицирующих элементов (Ni2+, Co2+, Ce3+, Cr3+, Mn2+ и др.), входящих в состав материалов, обладают переменной валентностью и, поэтому, их степень окисления чрезвычайно чувствительна к условиям синтеза шихты. Более высокий уровень свойств пьезокерамики, изготовленной из материала, синтезированного в одноканальной туннельной печи ЦЭП 357 по сравнению с двухканальной (рис.3) указывает на более окислительный характер атмосферы в ней, что повышает степень окисления модификаторов, благоприятно сказывающейся на свойствах (табл.2).

Перспективные направления развития экологии и химической технологии

Рисунок 1. Поперечный разрез одноканальной туннельной печи ЦЭП-357 (а) и двухканальной печи Опытного завода (б): 1 – вентиляционный короб; 2 – силитовые нагреватели; 3 – термопара; 4-алундовый капсель; 5 – подложка; 6 – шихта; 7 - тележка Таблица 2. Влияние атмосферы спекания на свойства пьезокерамики ЦТССт – 3 различных размеров из материала, синтезированного в различных туннельных печах Вид печей ЦЭП357 Печь ОЗ ЦЭП357 Печь ОЗ ЦЭП357 Печь ОЗ

Размер Тсп., оС × ρ, керамики τсп., ч., г/см 3 атмосфера 7,67 Ø 13 х 1 ±0,03 7,66 1240 х2 ±0,03 воздух 7,68 ±0,08 7,66 Ø35 х 6,5 ±0,04 7,72 1270 х2 ±0,02 кислород 7,70 ±0,03

d31·1012, Kp Кл/Н

33/0

tg, %

1330 ±20 1350 ±30 1310 ±40 1320 ±50 1350 ±20 1380 ±60

0,44±0,01 134±2 0,45±0,01 126±3 0,46±0,02 128±3 0,48±0,04 122±4 0,40±0,02 135±2 0,42±0,03 134±3

0,554 ±0,004 0,550 ±0,003 0,552 ±0,002 0,550 ±0,003 0,576 ±0,004 0,574 ±0,003

Qм 1020 ±20 860 ±20 920 ±40 810 ±30 980 ±40 960 ±50

Данные свидетельствуют также о том, что использование окислительной среды при спекании позволяет не только исправить недостатки условий синтеза, но и повысить уровень элетрофизических свойств пьезоэлементов более крупных размеров за счет повышения в первую очередь гидростатической плотности. Одним из путей повышения свойств ПКЭ является использование всестороннего гидростатического прессования (ВГП). Оптимальные значения давления прессования (5·102 МПа) и температурно-временные условия обжига (1240 оС × 2 ч. на воздухе и

Перспективные направления развития экологии и химической технологии 1270 оС × 2 ч. в кислороде) керамики ЦТССт – 3 (диски Ø 13 х 1 мм) были выбраны на основании предыдущих исследований [1]. Полученные результаты (табл. 3) свидетельствуют о следующем. Спекание в кислороде существенно повышает свойства только одноосноспрессованных образцов, в первую очередь d31· и Kp. Таблица 3. Влияние атмосферы спекания на свойства пьезокерамики ЦТССт – 3, спрессованной различными способами Методы Тсп., оС × прессования τсп., ч., атмосфера Одноосное 1240 х2 воздух ВГП Одноосное ВГП

1270 х2 кислород

ρ, г/см 3 7,66 ±0,02 7,70 ±0,03 7,69 ±0,04 7,71 ±0,03

33/0

tg, %

d31·1012, Кл/Н

1320 ± 30 1190 ±30 1360 ±50 1280 ±40

0,57±0,02

125±6

0,48±0,01

125±6

0,51±0,03

135±7

0,51±0,02

130±5

Qм

0,578 ±0,008 0,592 ±0,004 0,610 ±0,004 0,612 ±0,003

970±30 1110±20 990±40 1060±30

Уровень свойств образцов, полученных ВГП, хотя и повысился, но незначительно и соизмерим со свойствами образцов, спрессованных в пресс-форме. А это свидетельствует о нивелировании недостатков одноосного прессования кислородным спеканием. Таким образом, сочетание холодного прессования в пресс- формах и обжига в атмосфере кислорода позволяет получать высокоплотную пьезокерамику, не уступающую технологиям горячего и всестороннего гидростатического прессования, повысить уровень свойств на 12 – 20 %, смягчить интенсивность усадки полуфабрикатов, сгладить условия синтеза порошков твердых растворов ЦТС и, в итоге, увеличить производительность технологической установки. Перечень ссылок 1. Прилипко, Ю.С. Функциональная керамика. Оптимизация технологии: монография. / Ю.С. Прилипко – Донецк: Норд-пресс, 2007. - 492 с. 2. Прилипко, Ю.С. Критерии выбора пьезокерамики для источников мощного ультразвука / Ю.С. Прилипко, В.С. Салей, В.И. Черный, И.А. //Научные труды ДонНТУ, Серия: Химия и химическая технология – 2001. – Вып. 33–С. 86 – 92. 3.Гайворонская, А.В. Особенности спекания стронцийсодержащей пьезокерамики / А.В. Гайворонская, Ю.С. Прилипко // Материалы междун. научн. конф. студентов и молодых ученых» Донецкие чтения 2017»: - Донецк: Дон НУ, 2017. - С. 331 - 333. v 4. Приседский, В.В. Нестехиометрические сегнетоэлектрики А11 В1 О3: монография /В.В.Приседский – Донецк: Изд-во «Ноулидж», 2011. – 267 с. 5. Фесенко, Е.Г. Новые пьезокерамические материалы / Е.Г.Фесенко, А.Я.Данцигер, О.Н.Разумовская - Ростов-на-Дону: Изд-во РГУ, 1983. – 160 с.

Перспективные направления развития экологии и химической технологии УДК 612.235

ПРЕДЛОЖЕНИЕ ОБ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИИ УЧАСТКА ПОДГОТОВКИ АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОГО АММОНИТА ПЖВ-20 Д.А.Игракова, Д.В. Безлепкин, Т.В.Мироненко, А.В.Андриенко ГОУ ВПО «Донецкий национальный технический университет», г.Донецк, ДНР Аннотация. Представлена технология изготовления водостойкой аммиачной селитры и схема реорганизации участка подготовки аммиачной селитры в производстве промышленных взрывчатых веществ на основе нитрата аммония. Annotation. A technology for the manufacture of waterproof ammonium nitrate and a scheme for reorganizing an ammonium nitrate preparation section in the production of industrial explosives based on ammonium nitrate are presented. Ключевые слова: взрывчатые вещества, гидрофобизирующие добавки, водостойкая аммиачная селитра. Keywords: explosives, hydrophobizing additives, waterproof ammonium nitrate. В последние годы наблюдается существенное изменение ассортимента промышленных взрывчатых веществ (ВВ) с уменьшением доли индивидуальных ВВ, в частности, тротила (тринитротолуол, ТНТ), и производством смесевых взрывчатых материалов различного состава из компонентов, относящихся к невзрывчатым. При этом практически весь объем промышленных ВВ представлен смесями на основе нитрата аммония, известного под тривиальным названием – аммиачная селитра. Аммиачная селитра – химическое соединение, получаемое по методам синтеза в больших объемах из доступных и распространенных в природе компонентов. При производстве предохранительного аммонита ПЖВ-20 одним из основных компонентов является водоустойчивая аммиачная селитра кристаллическая или гранулированная марки ЖВ [1]. В период мирного времени при производстве аммонита ПЖВ-20 использовалась водоустойчивая аммиачная селитра марки ЖВГ (гранулированная) или ЖВК (кристаллическая) производителя Российской Федерации. В Донецкой Народной Республике ПАО «Концерн Стирол» производит неводоустойчивую гранулированную аммиачную селитру.

Перспективные направления развития экологии и химической технологии В области обеспечения взрывных работ в горной промышленности сложилась проблемная ситуация с недостатком водостойких промышленных ВВ с повышенной детонационной способностью. Известно из многолетней практики и подтверждается современными экспериментальными исследованиями, что в смесевых ВВ на основе аммиачной селитры в твердом состоянии существенное влияние на детонационную способность и взрывную эффективность, кроме размера, формы и структуры частиц аммиачной селитры, оказывают технологические добавки [2]. Наиболее простыми по составу и способу изготовления, являются технологии, которые осуществляется путем механического перемешивания аммиачной селитры в твердом состоянии в виде гранул с горючими добавками из числа нефтепродуктов, в частности, дизельного топлива. Такие смеси при их использовании позволяют корректировать свойства аммиачной селитры, а также смесевых промышленных ВВ в процессах изготовления и применения с достижением положительных эффектов (рис.1).

1 – дробилка крупного помола; 2 – барабан смешивания; 3 – винтовой конвейер; 4 – гибкий рукав; 5 – сушильный барабан; 6 – циклон; 7 – паровой калорифер.

Рисунок 1 – Схема реорганизации участка изготовления водостойкой аммиачной селитры

Перспективные направления развития экологии и химической технологии В связи с этим предлагается усовершенствовать технологический процесс изготовления предохранительного аммонита ПЖВ-20 с целью производства водоустойчивой аммиачной селитры из гранулированной аммиачной селитры, выпускаемой ПАО «Концерн Стирол». Технология изготовления водоустойчивой аммиачной селитры заключается в добавлении к гранулированной аммиачной селитре марки «А» гидрофобизирующих добавок синтетических жирных кислот фракции С16 – С24 с парафином, в расчете 0,2 % (2 кг гидрофобизирующих добавок на 1000 кг гранулированной аммиачной селитры) с последующим смешиванием. Смешивание гранулированной аммиачной селитры с гидрофобизирующими добавками лучше всего проводить в барабане смешивания с шарами. С этой целью на участке подготовки аммиачной селитры устанавливается дополнительное оборудование: барабан смешивания и шнек-транспортер, который соединяется с сушильным барабаном тканевым рукавом. Барабан смешивания имеет стальной корпус и заполнен пластмассовыми шарами диаметром 60 мм. Барабан установлен на подшипниковых опорах и находится в кожухе. Барабан приводится во вращение при помощи электродвигателя через редуктор и клиноременную передачу. Гранулированная аммиачная селитра и гидрофобизирующая добавка загружается в барабан через загрузочное отверстие, после чего отверстие закрывается крышкой и включается барабан. Время смешивания компонентов с одновременным дроблением селитры составляет 5-7 минут. По истечении времени перемешивания барабан останавливается, открывается загрузочное отверстие и устанавливается решетка для предотвращения выпадения шаров из барабана. Разгрузка осуществляется через решетку разгрузочного отверстия внизу кожуха барабана смешивания в шнек-транспортер. Шнек-транспортером селитра транспортируется в сушильный барабан. При использовании водостойкой аммиачной селитры ЖВК (кристаллическая) тканевый рукав линии изготовления водоустойчивой селитры отсоединяется и подсоединяется через тканевый рукав технологическая линия подготовки селитры кристаллической (дробилка крупного помола, шнек-транспортер, тканевый рукав).

Перспективные направления развития экологии и химической технологии Преимуществом данной схемы является: - возможность Стирол»;

использования

сырья

ПАО

«Концерн

- исключается необходимость использования импортного сырья; - снижение себестоимости сырья (аммиачной селитры); - использование стандартного оборудования; - не сложная технология изготовления водоустойчивой аммиачной селитры; - лучшие технологические параметры гранулированной аммиачной селитры (слеживаемость, низкое пылевыделение и т.д.); - улучшение условий туда (снижение пылевыделения); - возможность перевода схемы аммиачной селитры марки ЖВК.

на

использование

ВЫВОДЫ. Рассмотренное в данной статье предложение по усовершенствованию участка подготовки аммиачной селитры, является актуальным и перспективным для изготовления водостойких промышленных ВВ. Данную технологию можно применить для 2-х и 3-х компонентных порошкообразных ВВ (в т.ч. с использованием конверсионных ВВ), предназначенных для ведения взрывных работ на земной поверхности и в подземных выработках шахт. Многофункциональность технологии позволяет расширить ассортимент продукции, а изготовление водостойкой аммиачной селитры – улучшить качество промышленных взрывчатых веществ на основе нитрата аммония. Перечень ссылок 1. Дубнов Л. В. Промышленные взрывчатые вещества / Л. В. Дубнов, Н. С. Бахаревич, А. И. Романов. – М.: Недра, 1988. – 358 с. 2. Поздняков З. Г., Росси Б. Д. Справочник по промышленным взрывчатым веществам и средствам взрывания; изд. 2-е. перераб. и доп. – М.: Недра, 1977. – 255 с. 2.Влияние типа и свойств аммиачной селитры на взрывчатые характеристики сыпучих смесевых ВВ /В.Г. Додух, А.В. Старшинов, А.М. Черниловский и др.- Горный журнал. – 2003. - № 4.- с. 66- 70.

Перспективные направления развития экологии и химической технологии УДК 623.475.6

АНАЛИЗ МЕТОДОВ РАССНАРЯЖЕНИЯ АРТИЛЛЕРИЙСКИХ СНАРЯДОВ, НАПОЛНЕННЫХ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ ВЕЩЕСТВАМИ Д.В. Безлепкин, Т.В.Мироненко, А.В.Андриенко ГОУ ВПО «Донецкий национальный технический университет» г.Донецк, ДНР Аннотация. Представлены результаты анализа методов расснаряжения артиллерийских боеприпасов, наполненных высокоэнергетическими веществами. Показана принципиальная возможность применения струйно-абразивного метода расснаряжения «сухим льдом» зарядов с целью их разрушения и удаления из камор артиллерийских снарядов. Annotation. The results of the analysis of methods of unloading artillery ammunition filled with high-energy substances are presented. The principal possibility of using the jet-abrasive method of "dry ice" discharge of charges for the purpose of their destruction and removal from the chambers of artillery shells is shown. Ключевые слова: методы расснаряжения, механическое извлечение, гидровымывание, «сухой лед». Keywords: methods of discharge, mechanical extraction, hydro-lifting, "dry ice". В настоящее время практически нет универсального метода расснаряжения боеприпасов. Это связано с большим разнообразием конструкций и рецептур взрывчатых материалов, используемых для их снаряжения. Разработаны различные методы и средства для расснаряжения практически всех классов боеприпасов. Процессы расснаряжения (утилизации) – это сложная технологическая задача переработки взрывоопасных изделий длительного хранения. Процесс расснаряжения более опасен, чем процесс снаряжения, как по ряду объективных причин: большое разнообразие конструкций; трудности разборки и извлечения заряда, так и в силу субъективных причин, вызванных меньшей изученностью технологий расснаряжения, малым производственным опытом утилизации, недостаточностью специалистов данного направления, отсутствия специального оборудования, опасностью

Перспективные направления развития экологии и химической технологии транспортирования боеприпасов от мест хранения к объектам расснаряжения и др. [1]. Представленный анализ не претендует на абсолютную полноту охвата всех методов расснаряжения, а затрагивает только те методы расснаряжения, к которым не применяются методы вскрытия корпусов снарядов перед извлечением заряда из них. Объектами расснаряжения выбраны артиллерийские снаряды массового выпуска, снаряженные неплавкими высокоэнергетическими веществами, с корпусами без привинтных головок и каморами с подвнутрением. Извлечение высокоэнергетических неплавких взрывчатых материалов из указанных артиллерийских снарядов осуществляется только при нарушении целостности заряда непосредственно силовым воздействием на него. Силовое воздействие на заряд осуществляется основными следующими способами: -механическим воздействием различного режущего или дробящего инструмента; -струей воды высокого давления; -струей воды или воздушной струей с твердым абразивным материалом. Методы механического извлечения неплавких энергоемких взрывчатых материалов из корпусов боеприпасов характеризуются типом используемого инструмента: выкрашивание, высверловка, вытачивание, выдавливание, выпрессовка и т.д. В качестве инструмента используются сверла, ножи и другие приспособления, которые вдавливаются в заряд, а при повороте инструмента удаляют фрагменты заряда из корпуса снаряда. Применение механических методов не исключают искрообразование при касании инструмента о корпус снаряда. Искрообразование и высокая чувствительность энергонасыщенных материалов к механическим воздействиям требуют особого решения при определении безопасных режимов ведения технологического процесса расснаряжения. В настоящее время наиболее применяемыми являются методы под общим названием – гидровымывание. Разрушение заряда боеприпаса осуществляется струей воды высокого давления. Анализ технических характеристик установок и методов гидровымывания показывает, что при рабочем давлении 50 МПа для осуществления технологического процесса требуются значительные объемы воды – до 400 литров и более на расснаряжение одного снаряда среднего калибра. Очистка большого объема воды в системе замкнутого

Перспективные направления развития экологии и химической технологии водооборота требует значительных затрат на создание соответствующих очистных объектов [2]. При повышении рабочего давления до 200 МПа расход воды резко снижается, повышается производительность, но при этом снижается безопасность технологического процесса. Негативной особенностью гидровымывания при высоких давлениях является повышение температуры суспензии. Увеличение уровня силового воздействия на частицы алюминиевого порошка, входящего в состав высокоэнергетических веществ заряда, может привести к разрушению оксидной пленки, вследствие чего, взаимодействие алюминия с водой при повышенной температуре обеспечивает выделение водорода. Механические методы не исключают искрообразование при работе режущего инструмента внутри каморы снаряда. При повышенной чувствительности к механическим воздействиям высокоэнергетического материала заряда, искрообразование обеспечивает опасный режим ведения работ. Расснаряжение физически и морально устаревших боеприпасов, снаряженных высокоэнергетическими материалами, на сегодняшний день, являются актуальной задачей. Для расснаряжения боеприпасов, снаряженных взрывчатыми веществами, используются методы воздействия на заряд струей воды или воздуха с твердым абразивным материалом. Негативной особенностью этих методов являются загрязнение взрывчатых веществ материалом абразива и отсутствие возможности их вторичного использования в производствах. Одним из принципиально новых способов извлечения взрывчатых материалов из корпусов устаревших снарядов, повышения безопасности процесса и производительности разработана модификация метода гидровымывания. Суть указанного метода заключается в воздействии на заряд взрывчатого вещества направленного потока воздуха с гранулами «сухого льда». Воздушный поток с гранулами подается на поверхность заряда боеприпаса со скоростью 300 м/с. Гранулы «сухого льда» имеют температуру -790С. Поверхность взрывчатого вещества заряда боеприпаса имеет более высокую температуру. Резкое снижение температуры при воздействии ледяных гранул на поверхностный слой заряда вызывает эффект «термического шока», при котором поверхностный слой взрывчатого вещества охлаждается до хрупкого состояния и отслаивается.

Перспективные направления развития экологии и химической технологии В результате теплообмена твердые гранулы «сухого льда» переходят в газообразное состояние, стремясь расшириться в сотни раз. Образовавшийся газ, частично проникая в заряд боеприпаса, образует так называемый «газовый клин», откалывающий под давлением частицы взрывчатого вещества от заряда. Этот процесс обеспечивается за счет кинетической энергии гранул «сухого льда». Воздействие гранул на заряд носит инертный характер, т.е. не приводит к изменению химической формулы взрывчатого вещества и физических свойств его [3]. ВЫВОДЫ. Метод расснаряжения направленным потоком гранул «сухого льда», реализуемый на основе ледяной технологии для извлечения взрывчатого вещества любого компонентного состава и степени физического износа корпусов боеприпасов, обеспечивает гарантированную безопасность проводимых работ, является актуальным и перспективным. Перечень ссылок 1.Щукин, Ю.Г. Промышленные взрывчатые вещества на основе утилизированных боеприпасов: учеб. пособие / Ю.Г.Щукин [и др.]. – М.: Недра, 1998. – 319 с. 2. Мацеевич, Б.В. Технология и оборудование для извлечения ВВ из боеприпасов повышенного могущества струей воды повышенного давления / Б.В.Мацеевич [и др.] // Комплексная утилизация обычных видов боеприпасов: сб. док. II Всерос. науч.–техн. конф. «Утилизация - 96» / Красноармейский НИИ механизации. – М.: ЦНИИНТИ КПК, 1997. – С.49–55. 3.Изучение возможности расснаряжения боеприпасов струйно-абразивной обработкой поверхности разрывного заряда гранулами углекислоты. Отчет от НИР// СамГТУ, Руководитель В.В.Калашников. 1992.42с.

Перспективные направления развития экологии и химической технологии УДК 66.094.3-926-217

ОКИСЛИТЕЛЬНАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ПРОИЗВОДНЫХ 4-(3',4'-ДИГИДРОКСИФЕНИЛ)ТИАЗОЛА В ВОДНОЙ СРЕДЕ Одарюк В.В.1, Одарюк И.Д.2 1 ГУ Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко 2 ГОУ ВПО «Донецкий национальный университет» г. Донецк, ДНР Аннотация. Изучен процесс окисления 4-(3,4дигидроксифенил)тиазолов молекулярным кислородом в воднощелочной среде. Окислению подвергается орто-дигидроксифенильная группа. Заместитель во втором положении тиазольного цикла не оказывает существенное влияние на кинетические параметры окисления. Annotation. It has been studied the oxidation of the 4-(3,4dihydroxyphenyl)thiazoles by molecular oxygen in aqueous-alkaline medium. The 1,2-dihydroxyphenyl moiety of 4-(3,4dihydroxyphenyl)thiazoles has been oxidized. The substituents at the 2-position of the thiazole skeleton have not shown a significant effect on the kinetic parameters of the oxidation. Ключевые слова: окисление, антиоксидант, тиазол, фенол, константа скорости, порядок реакции. Keywords: oxidation, antioxidant, thiazole, phenol, rate constant, reaction order. Окисление соединений фенольного ряда в органических средах является хорошо изученным процессом. В водных средах на взаимодействие фенол-кислород существенное влияние оказывают кислотно-основные равновесия, реакции одноэлектронного переноса, присутствие следовых количеств металлов переменной валентности в качестве инициаторов и т.п. При использовании фенолов как антиоксидантных добавок их собственное окисление является нежелательным процессом, так как приводит к непродуктивному расходованию антиоксиданта или даже может обуславливать переключение антиоксидантного действия на прооксидантное, что связано с образованием в процессе окисления фенолов высокоактивных интермедиатов. Таким образом, для практического применения антиоксидантов фенольного ряда требуется детальное

Перспективные направления развития экологии и химической технологии изучение процессов их взаимодействия с молекулярным кислородом в водных средах. Цель работы заключалась в исследовании процессов окисления молекулярным кислородом производных 4-(3',4'дигидроксифенил)тиазола (ДФТ), показавших себя ранее в качестве эффективных ингибиторов процессов окисления органических соединений в водной среде [1]. Экспериментальная часть. Синтез ДФТ (табл. 1) по методу Ганча подробно описан в [1]. Кинетические измерения проводили при 308 K, атмосферном давлении в интервале рН 9,2-10,8 в смеси ДМСОкарбонатный буферный раствор в соотношении 0,3 к 0,7 (по объему). Скорость поглощения кислорода в ходе окисления измеряли с помощью газоволюмометрической установки, оснащенной микробюреткой при постоянном давлении. Стационарная концентрация растворенного кислорода в системе составляла 2,1·10-4 М [2]. Кинетику накопления продуктов изучали методом отбора проб в реакторе барботажного типа. В качестве стоп-реагента использовали раствор HCl. Суммарное количество перекиси водорода и хинона определяли путем обратного йодометрического титрования. Для селективного определения Н2О2 использовали каталазу (Sigma). Активность фермента в пробе составляла 147 U. При концентрации H2O2 порядка 10-4 М погрешность измерений не превышала 7 %. Кинетика автоокисления ДФТ. 4-(3',4'дигидроксифенил)тиазолы и их структурный аналог – пирокатехин подвергаются автоокислению в водно-щелочной среде (рис. 1). Продуктами автоокисления пирокатехина является 3 орто-бензохинон и пероксид водорода [ ]. При окислении пирокатехина и ДФТ I накопление H2O2 и поглощение кислорода на начальном этапе происходит симбатно (рис. 1). Анализ спектров поглощения реакционной смеси свидетельствует в пользу того, что первичными продуктами окисления ДФТ являются соответствующие хиноны. Количество кислорода, поглощенного реакционной смесью в ходе автоокисления, превышает начальную концентрацию субстрата. Это указывает на дальнейшую окислительную трансформацию первичных продуктов окисления. Так, в водной среде орто-бензохинон способен к дальнейшим превращениям, например, с раскрытием бензольного кольца и образованием производных гидроксомуконовой кислоты [4].

2.0

[O2 ], мМ

6 5

1.6

1.2

[H2 O2 ] ([хинон]), мM

Перспективные направления развития экологии и химической технологии

2 0.8 2 0.4

0.0 0

120

t, мин

Рис. 1. Кинетические кривые поглощения кислорода и накопления продуктов при автоокислении пирокатехина (1,2,5) и ДФТ I (3,4,6). С0=5,0 мМ, pH=9,2. Изменение концентрации ортобензохинона (1), H2O2 (2) и поглощение кислорода (5). Изменение концентрации хинона ДФТ I (3), H2O2 (4) и поглощение кислорода (6). Линейная зависимость между начальной скоростью окисления ДФТ (V(O2)) и концентрацией изученных соединений свидетельствует о первом порядке реакции окисления по субстрату (n), что дополнительно было подтверждено с помощью метода Вант-Гоффа. Таким образом, начальная скорость окисления определяется уравнением (1): ,

(1)

которое с учетом постоянной концентрации кислорода в системе сводится к (2): , где . (2) Полагая, что порядок реакции по кислороду равен единице [2], были определены значения kox (табл. 1.). Вычисленные значения kox являются эффективными величинами, т.к. окисление двухатомных фенолов представляет сложный процесс [3]. Однако в начальный момент реакции, когда влияние промежуточных продуктов минимально, данная константа является кинетической

Перспективные направления развития экологии и химической технологии характеристикой реакции. Как видно из табл. 1 кинетические закономерности окисления ДФТ практически не зависят от природы заместителя во втором положении тиазольного кольца и в пределах погрешности совпадают с кинетическими закономерностями, наблюдаемыми при автоокислении пирокатехина. Исключение составляет только ДФТ VI, содержащий индольный заместитель. Таблица 1 Кинетические параметры автоокисления дигидроксифенилтиазолов HO S HO N

n R

kox, М·c-1

Шифр

S HO N

kox, М·c-1

1,2±0,2

1,7±0,9

1,0±0,1

2,6±0,2

0,8±0,5

1,1±0,4

1,0±0,2

1,3±0,2

R= OCH3

1,1±0,4 1,3±0,3

CH3

OCH3

1,0±0,4 1,1±0,2 VI

N N

1,1±0,5 1,0±0,2 VII

III I V

Пирокатехин

0,9±0,2 0,7±0,2

Начальная скорость окисления ДФТ I, повышается с рН реакционной системы (табл. 2). Очевидно, это связано с увеличением доли соответствующих фенолят-анионов, проявляющих большую реакционную способность по отношению к O 2, чем недиссоциированные формы [5]. Такая тенденция, вероятнее всего, будет наблюдаться и для других тиазолов. Таблица 2 Значения начальных скоростей поглощения кислорода при автоокислении ДФТ I рН 9,2 10,0 10,8 6 –1 V0·10 , М·с 1,44±0,05 2,36±0,04 3,4±0,1 Анализ полученных кинетических закономерностей и литературных данных [2, 5] позволяет предположить, что реакция взаимодействия моноанионной формы ДФТ с кислородом будет ведущей в инициировании реакции окисления.

Перспективные направления развития экологии и химической технологии Таким образом, в водных средах окислительной трансформации подвергается орто-дигидроксфенильная группа ДФТ, а кинетические закономерности окисления близки к кинетическим закономерностям пирокатехина. При одинаковой реакционной способности по отношению к кислороду антиоксидантные свойства ДФТ выше, чем у пирокатехина [1], что делает их перспективными для практического использования в качестве антиоксидантных добавок в водных средах. Выводы. В водно-щелочной среде производные 4-(3',4'дигидроксифенил)тиазола подвергаются окислению по ортодигидроксифенильной группе. Окисление вероятнее всего осуществляется в ходе прямого взаимодействия соответствующего моноаниона ДФТ с кислородом. Кинетические параметры при автоокислении ДФТ во многом совпадают с закономерностями, наблюдаемые при окислении пирокатехина. Перечень ссылок 1. Синтез и изучение антиоксидатной активности 3,4–дигидроксифенилтиазолов / А.Н. Шендрик, В.В. Одарюк, Н.И. Бураков и др. // Журнал органической и фармацевтической химии. – 2011. – Т.9, вып. 4 (36). – С. 61-64. 2. Radical formation during phenol oxidation in aqueous media / A.N. Shendrik, I.D. Odaryuk, L.V. Kanibolotska et al. – Int. J. Chem. Kinet. – 2012. – V. 44. – P. 414422. 3. Balla, J. Copper(II)-catalyzed oxidation of catechol by molecular oxygen in aqueous solution / J.Balla, T.Kiss, R.Jameson //Inorg. Chem. – 1992. – V.31, No 1. – P. 58-62. 4. Сурджа, Н.Р. Сравнительное изучение реакции окисления пирокатехина и 3,5ди- трет-бутилпирокатехина пероксидом водорода, катализируемой чистыми и инкапсулированными в цеолите комплексами меди с орто-фенилендиамином / Н.Р. Сурджа, Н. Сридевич, К. Мохаммедюсуф //Кинетика и катализ. – 2004. – Т. 45, № 3. – С .363-370. 5. Song, Y. Thermodynamic and kinetic considerations for the reaction of semiquinone radicals to form superoxide and hydrogen peroxide / Y. Song, G. R. Buettner // Free Radical Biology and Medicine. – 2010. – Vol. 49, No 6. – P. 919-962.

Перспективные направления развития экологии и химической технологии УДК 621.565:614.256

ОБ АКТУАЛЬНОСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОТКАЗНОЙ И БЕЗОПАСНОЙ РАБОТЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК ЗА СЧЕТ УЧЕТА ТЕХНОГЕННЫХ РИСКОВ А.Н. Бирюков ГО ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭКОНОМИКИ И ТОРГОВЛИ ИМЕНИ МИХАИЛА ТУГАНБАРАНОВСКОГО», г. Донецк, ДНР Аннотация. Обеспечение безопасных и надежных условий труда на предприятиях всегда является приоритетной задачей руководства. Однако на текучий момент в Республике не в полной мере развита и внедрена методика учета рисков. Слабо изучен вопрос факторов влияющих на их формирование, развитие и впоследствии устранение. Annotation. Ensuring safe and reliable working conditions at enterprises is always a top priority for management. However, at the current moment, the risk accounting methodology has not been fully developed and implemented in the Republic. Poorly studied the issue of factors affecting their formation, development and subsequent elimination. Ключевые слова: Безопасность, техногенные риски, холодильный агент, холодильная установка. Keywords: Safety, technological risk, refrigerant, refrigeration system. Одной из основных задач, при эксплуатации любого вида оборудования является обеспечение их «безотказной работы» и «безопасной работы». Под «безотказной работой» подразумевается отсутствие вероятности отказа объекта в пределах заданной наработки или заданном интервале, а «безопасная работа» в сою очередь представляет собой систему технологических мероприятий и средств для безопасного производства. Повышение уровня данных параметров снизит риск возникновения аварийной работы технологического оборудования и повысит уровень технической безопасности персонала предприятия. В основу исследований принято решение взять бытовой и промышленный холод. Согласно Мировой статистике более 30% потребляемого энергоресурса приходится на выработку и получения холода. На сегодняшний день в Донецкой Народной Республике нет четких

Перспективные направления развития экологии и химической технологии требований, регламентирующих максимально допустимые объемы использования потенциально опасных холодильных агентов и иных химических соединений для получения холода, как на предприятиях пищевой отрасли, так и в металлургии [1]. Следует отметить, что крупные холодильные установки и системы кондиционирования используются повсеместно, например: - торгово-развлекательные центры Республики; - крупные супермаркеты; - предприятия пищевой отрасли; - промышленные предприятия; - агропромышленный комплекс; - металлургические предприятия. К опасным веществам или газам, используемым в большей степени на предприятиях Донецкой Народной Республики можно отнести: 1. Азот. 2. Кислород. 3. Углекислый газ. 4. Сельскохозяйственные химикаты (пестициды, гербициды, ветеринарные препараты). 5. Средства для дезинфекции и очистки рабочей зоны цеха и заражения из внешней среды (ртуть, свинец, мышьяк). В таблице 1 приведены опасные свойства наиболее широко применяемых в настоящее время холодильных агентов [2], которые могут нанести не поправимый ущерб здоровью человека и окружающей среды. В результате анализа установлено, что основными опасными свойствами являются: - токсичность (TLV-TWA), промилле; - пределы взрываемости (LEL и UEL)/(НПВ и ВПВ), %; - группа опасности (по ASHRAE 34), программа ООН по окружающей среде (ЮНЕП); - период жизни в атмосфере, год; - озоноразрушающий потенциал (ODP)/(ОРП); - потенциал глобального потепления (GWP)/(ПГП). К одной из основных негативных характеристик влияющей на техногенные риски можно отнести влияние роста парникового эффекта. Из существующих способов определения вышеупомянутого эффекта, наиболее обоснованным является использование понятие радиационного форсинга, который определяет изменение плотности

Перспективные направления развития экологии и химической технологии лучистого теплового потока на внешней границы тропосферы за определенный период.

R404A

R22 R21 R12 R600а R600 R601а

3 5000 -

4 4,0

5 А1 А1 А3

6 >50 -

7 0,000 0,000 0,000

8 1 -

1000 1000 1000 25 1000

5,0 3,1 3,81 16,7 -

А1 А3 А3 А3 В2 А1

12,0 0,004 0,21 <0,02 13,4

0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000

23 <20 ~20 <1 1370

1000

А1

0,000

3700

1000

А1

11,9

0,040

1790

В1

1,7

0,040

151

1000

А1

100

0,820

10900

1000

1,6

А3

0,016

0,000

~20

1000

2,0

А3

0,018

0,000

~20

600

1,3

А3

0,009

0,000

~20

Потенциал глобального потепления (GWP), за 100 лет

2 CO2 – углекислый газ Не – гелий Н2 – нормальный водород N2 – азот СН4 – метан СН2= СН2 – этилен СН3СН3 – этан NH3 – аммиак СН2FCF3-1,1,1,2 – тетрафторэтан R125/143a/134/a (44,0/52,0/4,0) – HP62 и FX-70 CHClF2 дифторхлорметан CHCl2F – фтордихлорметан CCl2F2дифтордихлорметан CH(CH3)2-CH3 – изобутан CH3-СН2-СН2-СН3 – бутан (CH3)2-СН-СН2-СН3 – изопентан

Озоноразрушающий потенциал (ODP)

Экологические свойства Время жизни в атмосфере, год

Формула, название соединения, состав, торговое название

Группа опасности (по ASHRAE 34)

R728 R50 R1150 R170 R717 R134а

Свойства безопасности Нижний предел воспламенения, %

1 R744 R704 R702

Хладагент

Токсичность (TLVTWA), промилле

Номер

Таблица 1 – Опасные свойства холодильных агентов.

В связи со всеми выше перечисленными негативными факторами воздействия холодильных агентов и опасных их свойств, а так же отсутствием методик расчета факторов техногенных рисков нами была сформулирована цель исследования, которая заключается в разработке концепции, обеспечения безотказности и экологической

Перспективные направления развития экологии и химической технологии безопасности при эксплуатации и обслуживании холодильных установок в современных условиях техногенных рисков. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1. Рассмотреть современные методы обеспечения безопасной эксплуатации холодильных установок. 2. Изучить вопросы развития конструкции холодильных установок и тенденции в использовании холодильных агентов. 3. Изучить и разработать теоретические основы оценки и снижения рисков. 4. Провести оценку приоритетности возникающих техногенных рисков при эксплуатации и обслуживании холодильных установок. 5. Классифицировать причины возникновения предотказных состояний и выхода из строя холодильных установок. 6. Сформировать концепцию безотказной и экологически безопасной эксплуатации и обслуживания холодильных установок в современных условиях. 7. Разработать инновационный подход в получении безопасного холода. Перечень ссылок 1. Бирюков А.Н. Повышение надежности и безопасности бытовых холодильных приборов : моног. / А.Н. Бирюков, К.А. Ржесик, А.С. Толстых ; Гос. орг. высш. проф. образования «Донец. нац. ун-т экономики и торговли им. Михаила Туган-Барановского», Каф. холод. и торг. техники имени Осокина В.В. –Донецк : ДОННУЭТ, 2021. – 133 с. ISBN 978-620-3-20288-5 2. Рабочие тела парокомпрессорных холодильных машин: свойства, анализ, применение : моног. / В.П. Железный, Ю.В. Семенюк. – Одесса : Феникс, 2012. – 420 с. ISBN 978-966-438-612-5

Перспективные направления развития экологии и химической технологии УДК 662.74:66.094.17

ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЕ ОБЕССЕРИВАНИЕ СЕРНИСТЫХ УГЛЕЙ ДОНБАССА А.М. Осипов, С.В. Грищук ГУ «Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко», Донецк, ДНР Аннотация. Представлен краткий обзор методов обессеривания ископаемых сернистых углей. Исследованы бурый уголь Днепровского бассейна и длиннопламенный уголь Северного Донбасса в процессе каталитической гидрогенизации. Найдено, что водород стимулирует процесс глубокого обессеривания исследованных углей. Annotation. A brief review of desulfurization methods of fossil sulfur coals is presented. Lignite of the Dnieper basin and bituminous coal of the Northern Donbass were investigated in the process of catalytic hydrogenation. It was found that hydrogen stimulates the process of deep desulfurization of the studied coals. Ключевые слова: угли ископаемые сернистые, обессеривание, методы физические и химические, гидрогенизация. Keywords: sulfur fossil coals, desulfurization, physical and chemical methods, hydrogenation. При использовании ископаемых углей их оценивают прежде всего по содержанию общей серы. В низкосернистых углях оно составляет не более 1,5 мас. %, в среднесернистых  1,52,5, сернистых  2,54 и высокосернистых  более 4 мас. %. Сера различается по видам: неорганическая (дисульфиды железа и небольшое количество сульфатов металлов, иногда элементная) и органическая (как правило, химически связанная с матрицей органической массы угля  ОМУ). Обычно органическая сера преобладает в малосернистых углях. Повышенное содержание общей серы в углях ухудшает их качество для применения в процессах сжигания и коксования. При энергетическом использовании происходит значительное повышение расходов (например, на обогащение в местах добычи) и опасности загрязнения окружающей среды токсичными оксидами серы. При коксовании  ухудшение качества кокса и увеличение его расхода при выплавке чугуна [1].

Перспективные направления развития экологии и химической технологии При термообработке углей сера распределяется между твердыми, жидкими и газообразными продуктами. При газификации и сжигании углей основное количество содержащейся в них серы переходит в газообразные соединения (соответственно H2S или SO2). Полукоксование и коксование характеризуются меньшей степенью удаления серы в виде газообразных продуктов. В зависимости от используемых технологий методы обессеривания подразделяются на физические (основываются на различных свойствах угля  плотности, флотационных, электростатическом, магнитном и т. д.), химические и их сочетание. Целесообразность применения и эффективность этих методов существенно зависят от состава и характера распределения серы в угле. Наиболее простыми из физических методов являются разделение фракций по плотности в сепараторах различного вида (пневматических, с магнетитовой суспензией, противоточных, тяжелосредных и т. п.) и флотационная обработка углей. Степень обессеривания исходного угля при применении этих технологий зависит от размера частиц пирита и, соответственно, снижается с уменьшением их размера. Невысокую магнитную восприимчивость пиритных включений можно существенно увеличить при окислении и температурной обработке в результате образования новых соединений и структурных изменений. В отличие от физических методов, при воздействии которых удаляются соединения серы только из минеральной части топлива, химические методы обессеривания позволяют выделять как минеральную, так и органическую серу из исходного сырья. БОльшая часть органической серы ископаемых углей находится в составе конденсированных гетероциклических структур (например, тиофены). При использовании химических методов эти структуры разрушаются и выделяются серосодержащие молекулы в результате действия окислительных и реже восстановительных реагентов с переводом серы в газообразные или растворимые в водных средах продукты. Применение водных растворов кислот позволяет извлечь из угля практически все количество неорганических и более 70 % органических соединений серы [2]. В последние годы развиваются методы биотехнологии, в основе которых лежит использование геохимической деятельности микроорганизмов. При микробиологическом обессеривании хемоавтотропными микроорганизмами эффект удаления серы достигает 90 %. Такое обессеривание имеет много преимуществ: не требуется дорогостоящее и коррозионно-устойчивое оборудование,

Перспективные направления развития экологии и химической технологии нет необходимости применения высоких температур и давления, не изменяются существенно структура и состав угля [3]. Анализ литературных источников свидетельствует об огромной роли микроорганизмов различных таксономических групп в удалении неорганической и органической серы из углей. Показана доминирующая роль мезофильных и умеренно термофильных ацидофильных хемолитотрофных бактерий определенных родов. Тем не менее, учитывая достигнутый к настоящему времени уровень работ по биотехнологиям обессеривания ископаемых углей, трудно представить крупномасштабное потребление обессеренных таким образом углей в процессах сжигания и коксования. Наиболее естественным и доступным агентом в химическом восстановительном обессеривании углей является водород в той или иной форме. Цель нашего исследования  получение данных о возможном влиянии водорода на глубину (степень) обессеривания (с переходом серы в сероводород) ископаемых сернистых углей. Исследовались бурый уголь (БУ) Днепровского бассейна и длиннопламенный уголь (ДУ) Старобельского месторождения Северного Донбасса с характеристиками (мас. %): влажность Wa 12,8 и 3,5; зольность Ad 10,5 и 18,2; летучие Vdaf 57,2 и 39,6; общая сера Std 2,4 и 7,4; Cdaf 70,2 и 75,6; Hdaf 5,92 и 5,02 соответственно. В БУ основная масса серы представлена органической (87 % от общей), а в ДУ преобладает пиритная сера (70 % от общей). В качестве источников водорода использовались молекулярный H2 и отходы листовых полиэтилена (ПЭ) и полипропилена (ПП) (с высоким содержанием водорода  до 14 мас. %) размерами не более 3 мм [4]. Опыты по ожижению и со-ожижению проводились во вращающемся автоклаве периодического действия при 380400 С в течение 0,51 ч при рабочем давлении 1216 МПа; пастообразователь  тетралин, катализатор  отход металлургического производства. Степень конверсии угля рассчитывали по зольности сухого остатка после экстракции гидрогенизата спирто-бензолом. Количество H2S, выделившегося в газовую фазу, определяли классическим методом (по Губен-Вейлю). Элементный состав экстрагированной из гидрогенизата смесью спирт  бензол органической массы (ОМГ-С) представлен в таблице (количество ОМГ-С составляет 6080 мас. % от исходной ОМУ).

Перспективные направления развития экологии и химической технологии Таблица  Характеристики органической массы гидрогенизата Объект БУ БУ + ПЭ БУ + ПП ДУ ДУ + ПЭ ДУ + ПП

C 88,6 84,4 84,2 86,0 84,5 80,0

Элементный состав, мас. % H 8,8 10,5 9,8 9,7 11,4 10,0

S 0,9 0,6 1,2 1,1 0,5 1,0

Выводы. 1). Показано, что водород увеличивает выделение серы в виде H2S, причем ее содержание примерно одинаково в экстрагированной из гидрогенизата смесью спирт  бензол органической массе бурого и длиннопламенного углей. d Учитывая, что в исходном длиннопламенном угле содержание St выше в несколько раз по сравнению с бурым углем, можно заключить, что водород более активно реагирует с органической массой длиннопламенного угля или его пиритом. 2). Полученную органическую массу гидрогенизата с пониженным содержанием серы можно применять с большой экономической выгодой в топливно-энергетическом комплексе [5]. Перечень ссылок 1. Шпирт M.Я. Обессеривание углей [Электронный ресурс] // Горная энциклопедия.  URL: http://slovariki.org/gornaa-enciklopedia/3076. 2. Глубокая переработка бурых углей с получением жидких топлив и углеродных материалов: монография / Б.Н. Кузнецов, Т.Г. Шендрик, М.Л. Щипко, Н.В. Чесноков, В.И. Шарыпов, А.М. Осипов / отв. ред. Г.И. Грицко.  Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2012.  212 с. 3. Котельников В.И., Сарыглар Ч.А., Чысыма Р.Б. Микроорганизмы в обессеривании углей (обзор) // Прикладная биохимия и микробиология.  2020.  Т. 56, № 5.  С. 446–451. 4. Осипов А.М., Грищук С.В., Бойко З.В. Распределение серы по продуктам гидроожижения сернистых бурого и длиннопламенных углей // Материалы IV Междунар. науч. конф. «Донецкие чтения 2019: образование, наука, инновации, культура и вызовы современности», Донецк, 31 октября 2019 г. – Т. 2: Химико-биологические науки / под общ. ред. проф. С.В. Беспаловой. – Донецк: Изд-во ДонНУ, 2019. – С. 148–150. 5. Осипов А.М., Грищук С.В., Бойко З.В. Эколого-экономические аспекты глубокой переработки ископаемых углей [Электронный ресурс] // Материалы 4-й Междунар. науч.-практ. конф. «Инновационные перспективы Донбасса», Донецк, 22–25 мая 2018 г. – Т. 4: Перспективные направления развития экологии и химической технологии. – Донецк: ДонНТУ, 2018. – С. 61–65. – URL: http://ipd.donntu.org.

Перспективные направления развития экологии и химической технологии УДК 666.002.68

ВЛИЯНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ ВОЛОКОН НА СВОЙСТВА БЕТОНА Е.И. Приходченко, С.В. Горбатко ГОУ ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Донецк, ДНР Аннотация. Целью данной статьи является рассмотрение применения волокон полипропиленовой фибры при изготовлении строительных бетонов. Определить прочностные характеристики бетона. Annotation. The purpose of this article is to consider the use of polypropylene fiber fibers in the manufacture of building concrete. Determine the strength characteristics of concrete. Ключевые слова: бетон, фибра, добавки, прочность. Keywords: concrete, fiber, additives, strength. На современном этапе развития строительных технологий одним из наиболее перспективных материалов является фибробетон. Учитывая новизну и перспективность фибробетона, на сегодняшний день открываются новые возможности его применения. Фибробетон относится к новому поколению бетонов, которые появились в результате развития инновационных технологий, приходящих на смену уже существующим видам. Данный материал является разновидностью цементного мелкозернистого бетона, в котором равномерно распределены фиброволокна, выполняющие функцию армирующего компонента. Бетон обладает отличительными особенностями, характеризующими его как непрочный материал с неоднородной структурой, величина предельной деформации у него значительно ниже, чем, к примеру, у стекла, стали или полимерных композитов. С целью повышения показателей упругости бетона возникла необходимость использования волокнистых добавок, как микроарматуры для бетонных конструкций. Эта характеристика бетона нашла обширное применение в технологии строительных процессов, таких как изготовление цементных смесей, производство высокопрочных материалов и т.д. Фиброволокно — это материал в виде отрезков нитей либо нешироких полос органического или неорганического

Перспективные направления развития экологии и химической технологии происхождения. Механические свойства фиброармированного бетона зависят от числа и схемы расположения волокон в растворе. Дисперсное армирование бетона предполагает свободную и направленную ориентацию волокон. Направленная ориентация волокон предполагает применение тонких беспрерывных нитей, тканых и нетканых сеток, жгутов, а также иных аналогичных материалов. Свободная ориентация волокон возникает при использовании рулонных материалов в виде матов, холстов, вуалей. В качестве волокон используются металлические и неметаллические нити различной длины и сечения. Конструктивно максимальный эффект достигается при использовании стальных волокон, модуль деформируемости которых в 6 раз выше, чем у бетона. Типы армирующих волокон показаны на рис. 1.

1 - асбестовое волокно, 2 – базальтовое волокно, 3 – стальное волокно, 4 - стекловолокно, 5 – полипропиленовое волокно Рисунок 1 – Виды армирующих волокон Применение полипропилена снижает скорость растрескивания на 60-90% при пластической усадке бетонных смесей. Стекловолокно характеризуется низкой щелочестойкостью и обычно используется для предварительного армирования при изготовлении гипсовых изделий или стеновых конструкций из ячеистого бетона. Базальтовое волокно устойчиво к щелочному воздействию, его модуль упругости на 15-20% больше, чем у стекловолокна. Асбестовые волокна нейтральны к агрессивному воздействию цементов, они характеризуются высокой прочностью и огнестойкостью. Соответствующий подбор добавок для армирования бетона позволяет получать изделия, устойчивые к механическим нагрузкам. Введение модификаторов в виде фиброармирующих волокон значительно улучшает эксплуатационные и рабочие характеристики

Перспективные направления развития экологии и химической технологии бетона. Механические свойства композитных материалов, армированных волокнами, зависят от типа добавки, размера и габаритов элементов. Пластичность бетона увеличивается в несколько раз за счет применения полипропиленового фиброволокна, в следствии чего улучшается пластичность не только раствора, но и готовой затвердевшей конструкции из него, что позволяет ей выдерживать удары и подавлять колебания. Сооружения, построенные с использованием фиброволокна, выдерживают землетрясения и обладают значительной сопротивляемостью к взрывам. В нашей работе мы проводили исследования влияния полимерных волокон на свойства цементного бетона. Также были проведены сравнительные испытания бетонов, армированных смесью полимерной и металлической фибры. На рис. 2 представлена фотография образцов бетона, армированного полимерными волокнами.

Рисунок 2 – Образцы бетона армированного полимерным фиброволокном В результате проведенной работы можно сделать вывод, фибробетон с добавлением полипропиленового волокна обладает рядом достоинств: изделия из него хорошо сопротивляются пластической усадке и осадке; выдерживают циклы замораживание-оттаивание, то есть лучше эксплуатируются в зимний период времени. Прочность увеличивается также за счет взаимодействия с вовлеченным воздухом; увеличивается сопротивление при динамических ударах и нагрузках. Перечень ссылок 1. Мещерин, В. Предупреждение трещинообразования в бетоне с помощью фиброармирования// Бетон и железобетон. 2012. №1 (6). – 50-57 с. 2. Волков, И.В. Фибробетон состояние и перспективы применения в строительных конструкциях / И.В. Волков // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2004. № 5. С. 24-25.

Перспективные направления развития экологии и химической технологии УДК 542.06

ПОИСК АЛЬТЕРНАТИВНЫХ СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ ФЛАВОНОИДОВ ПРИРОДНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ А.В.Ищенко, И.А.Сибирцева ГО ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭКОНОМИКИ И ТОРГОВЛИ ИМЕНИ МИХАИЛА ТУГАНБАРАНОВСКОГО, г.Донецк, ДНР Аннотация: рассмотрена возможность получения биологически активных веществ – флавоноидов из растительного сырья, а именно: из листьев некоторых плодовых растений. Определено количественное содержание флавоноидов в листьях лимонника, актинидии, йошты, ирги, винограда, черной смородины и черноплодной рябины. Annotation: the possibility of obtaining biologically active substances – flavonoids from plant raw materials, namely, from the leaves of some fruit plants, is considered. The quantitative content of flavonoids in the leaves of lemongrass, actinidia, yoshta, irga, grapes, black currant and black mountain ash was determined. Ключевые слова: флавоноиды, растительное сырье, количественное определение, физиологическая активность. Keywords: flavonoids, vegetable raw materials, quantitative determination, physiological activity. ХХІ-й век ознаменовался тяжелейшей пандемией, охватившей весь мир – коронавирусом СOVID-19, в связи с чем основной задачей разноплановых научных изысканий на данный момент является защита человечества от коварной и многоликой болезни. Одним из важнейших современных направлений медицинских и фармацевтических исследований является изучение влияния флавоноидов на коронавирус, а также на иммунный и клеточный ответ организма на вторжение вируса SARS-CoV-2. В начале 2020 года в работах зарубежных ученых было доказано, что растительные флавоноиды действуют на РНК-, ДНКполимеразы и протеазы, а значит, способны угнетать репликацию коронавируса, то есть, тормозить его губительное действие на человеческий организм [1].

Перспективные направления развития экологии и химической технологии С целью выявления новых источников биоактивных веществ природного происхождения нами изучено содержание флавоноидов в нетрадиционном растительном сырье – в листьях различных плодовоягодных растений, широко известных своим богатым витаминным составом. Как известно, к флавоноидам относится большая группа веществ вторичного происхождения фенольной природы (катехины, лейкоантоцианы, флавоны, флавонолы, халконы, ауроны, антоцианы и прочие соединения), большинство из которых проявляют биоактивное и лечебное действие: имеют Р-витаминную активность, уменьшают ломкость кровеносных капилляров, усиливают действие аскорбиновой кислоты, проявляют седативное действие, имеют антиоксидантные свойства, в последнее время появились сообщения об их противоопухолевом действии [2-5]. В качестве объектов исследования нами были взяты растения как традиционные и широко распространенные на Украине, например, черная смородина, виноград, черноплодная рябина, так и нетрадиционные, которые только начинают получать свое признание у нас, такие как лимонник, актинидия, ирга и йошта. Характеристика объектов исследования : 1. Рябина черноплодная. Плоды содержат до 10% фруктового сахара, органические кислоты, дубильные, пектиновые вещества, микроэлементы, витамины С, В1, В2, А, Е, Р, РР. По содержанию йода не уступает знаменитому субтропическому растению – йодоносителю фейхоа. В плодах также есть сладкое кристаллическое вещество сорбит, который заменяет больным диабетом сахар. 2. Смородина черная. В ягодах содержится до 17% сахара, до 5% органических (лимонная, виннокаменная, яблочная, салициловая, фосфорная) кислот, до 0,5% пектиновых и дубильных веществ, содержат флавоноиды, антоцианы, красящие вещества. Значительное количество витаминов Р, В1, каротина. Превосходит многие ягодные и плодовые культуры по содержанию витамина С, содержит относительно мало ферментов, способных разрушать витамин С, поэтому долго сохраняет свою витаминную активность. Значительное содержание витамина Р, который способствует усвоению витамина С. В черной смородине в 2-3 раза больше, чем в других плодах и ягодах витамина А, по количеству витамина Е ее превосходят лишь облепиха, шиповник и арония. Этот перечень дополняют обнаруженные в ягодах черной смородины витамины В1, В2 , В3 , В6, В9, РР, К.

Перспективные направления развития экологии и химической технологии 3. Виноград. Ягоды содержат глюкозу и фруктозу, органические кислоты (винную, яблочную, лимонную, щавелевую), минеральные соли, кальций, калий, марганец, натрий, витамин В, микроэлементы и пектин.. 4. Актинидия. Плоды исключительно богаты аскорбиновой кислотой (на 100 грамм свежих ягод 1000 мг%, т.е., примерно в десять раз больше, чем в лимонах, апельсинах, черной смородине. В плодах обнаружены различные сахара, органические кислоты, минеральные соли и другие полезные соединения: клетчатка - 2,3 процента, пектиновые вещества - 0,7, крахмал - 3-7 процента, большой набор микро- и макроэлементов. 5. Лимонник китайский. Является естественным стимулятором центральной нервной системы. В плодах содержатся медь, железо, марганец, цинк, молибден и другие микроэлементы. В плодах найдены около 11% лимонной кислоты, около 8% яблочной и 0,8% винной кислоты, а также лигнаны (схизандрин, схизандрол и др). Обнаружены фенольные соединения, аскорбиновая кислота, углеводы. Мякоть плодов содержит около 1,5% сахаров, таннины и красящие вещества (0,15%). Семена содержат до 34% жирного масла, в состав которого входят глицериды линоленовой и олеиновой кислот. Эфирное масло имеется во всех органах растения: в коре 2,6—3,2%, в семенах 1,6—1,9%, в стеблях 0,2— 0,7%. 6. Ирга. Плоды имеют высокое содержание в ряда витаминов (А, В, С, Р, К), минералов, пектиновых и дубильных веществ, а также антагонистов холестерина. По содержанию каротина ирга превосходит вишню и ежевику, а по содержанию витамина С – яблоню, грушу, персик, сливу и виноград. 7. Йошта. Является гибридом смородины и крыжовника. Ягоды кисло-сладкие, размером с большую смородину, имеют приятный мускатный аромат. По содержанию витамина С ягоды йошты несколько уступают черной смородине, но в 2–4 раза превосходят крыжовник. Таким образом, как показывает анализ литературных источников, химический состав плодов вышеперечисленных растений довольно подробно изучен в отличие от литературных данных о химическом составе листьев, которые практически отсутствуют. Высоковитаминный состав плодов вышеперечисленных растений позволяет предположить значительный витаминный состав их листьев, которые могут служить сырьем для получения природных биодобавок. Высокой биологической и антиоксидантной активностью

Перспективные направления развития экологии и химической технологии обладают некоторые фракции флавоноидов, имеющих растительное происхождение. Для количественного определения флавоноидов нами были получены спиртовые экстракты предварительно высушенного и тщательно измельченного растительного сырья. Количественное определение флавоноидов проводилось фотоколориметрическим методом при помощи измерения оптической плотности окрашенных растворов, которые были получены в результате реакции флавоноидов с солями алюминия (метод Мурри). Оптическую плотность измеряли фотоэлектроколориметром «ФЭК-2» при длине волны 440 нм в кювете с толщиной слоя 10 мм. Общее содержание флавоноидов рассчитывали по калибровочному графику, который строили по стандартному образцу рутина [2]. Полученные экспериментальные данные представлены на рис. 1. С,мг/мл

6 5

5,3

5,15 5,2 4,3

4 3

2,4

2,1

2,45

1,5

1 0

Рис. 1. Содержание флавоноидов в листьях некоторых растений 1 – черная смородина; 2 - виноград «Винный»; 3 - виноград «Изабелла»; 4 - черноплодная рябина; 5 – ирга; 6 – йошта; 7 – актинидия; 8 – лимонник.

Как видно из рисунка, максимальное количество флавоноидов содержат экстракты листьев черной смородины, винограда и черноплодной рябины, то есть, растения, имеющие темноокрашенные плоды. Суммарное количество флавоноидов в них практически в 2 раза выше остальных исследованных образцов. Учитывая высокую биологическую активность флавоноидов, нами был проведен качественный анализ различных фракций этих

Перспективные направления развития экологии и химической технологии соединений, экстрагированных из листьев черной смородины, винограда и черноплодной рябины при помощи известных специфических реакций и выявлены классы флавоноидов, наиболее широко представленные в исследованном растительном сырье. В результате проведенных исследований установлено, что проанализированные экстракты растительного сырья содержат в основном следующие фракции флавоноидов: листья черной смородины - флавоны и триоксиппроизводные флавоноидов; листья винограда - флавонолы, ди- и триоксипроизводные флавоноидов, флавоны, халконы и ауроны, а также флавоноиды, имеющие значительное количество карбонильных и оксигрупп, причем содержание этих групп колеблется для различных сортов винограда; листья черноплодной рябины - ди- и триоксипроизводные флавоноидов, кверцетин, антоцианы (олигомерные процианидины). Таким образом, проведенные исследования показали достаточно высокое содержание биологически активных классов флавоноидов в листьях растений. Следовательно, исследованные растительные объекты могут рассматриваться как альтернативный вариант сырья для получения биодобавок растительного происхождения, обогащенных флавоноидами, имеющими биологическое действие. Перечень ссылок: 1. Mendonca Patricia. Flavonoids Activation of the Transcription Factor Nrf2 as a Hypothesis Approach for the Prevention and Modulation of SaRS-CoV-2 infection Severity/ Patricia Mendonca and Karam F.A. Soliman// Antioxidants, 2020. —9:659, doi 10.3390/antiox 9080659. 2. Журавлев М.С., Абу Захер Кхалед, Ковалев С. В. Изучения биологически активных веществ представителей рода щавель // Вестник фармации.— 2000.— № 4 (24).— С. 14-17. 3. Колотилова А. И., Глушанков Э. П. Витамины (химия, биохимия и физиологическая роль). — Л.: Изд. Ленингр. ун-та, 1976.— 248 с. 4. Иваненко Э. Ф. Биохимия витаминов.— К.: Высшая школа.— 1970.— 210 с. 5. Сейфулина Р. Д., Борисова И. Г. Проблемы фармакологии антиоксидантов//Фармакология и токсикология.— 1990.— Т. 53.— № 6.— С. 3-10.

Перспективные направления развития экологии и химической технологии УДК 552.573:661.183.2

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПАРОГАЗОВОЙ АКТИВАЦИИ ДОНЕЦКОГО АНТРАЦИТА Н.В. Алемасова, В.В. Кравченко, М.А. Зозуля, М.В. Савоськин Государственное учреждение «Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко» Аннотация. Проведен гидродинамический расчет лабораторной установки для активации антрацита в режиме псевдоожиженного слоя при использовании в качестве газов-активаторов перегретого водяного пара и углекислого газа. Показана возможность реализации разных режимов парогазовой активации антрацита в установке без значительного изменения ее конструкции. Annotation. Hydrodynamic calculation of laboratory installation for anthracite activation in fluidized bed mode was carried out when superheated steam and carbon dioxide are used as activating gases. The possibility of implementation of different modes of anthracite steam-gas activation in the installation without significant change of its design is shown. Ключевые слова: парогазовая активация, антрацит, гидродинамический расчет, псевдоожиженный слой, плотный слой. Keywords: steam-gas activation, anthracite, hydrodynamic calculation, fluidized bed, dense bed. Спрос на активированные угли не уменьшается вследствие их интенсивного применения для борьбы с загрязнениями окружающей среды, использованием в качестве носителей катализаторов, электродных материалов в приборах хранения или преобразования электричества, для технологической очистки газов и органических растворителей. В последние годы в России наблюдается рост объема производства активированного угля. Причем наряду с расширением сырьевой базы для производства активированного угля за счет отходов сельского хозяйства, использования осадков сточных вод, изношенных резиновых покрышек, стружки деревоперерабатывающей промышленности, каменный уголь все также остается актуальным сырьем. Донецкая область располагает достаточными запасами антрацита, поэтому привлекательным является развитие в регионе производства активированного угля разного назначения.

Перспективные направления развития экологии и химической технологии Промышленную активацию углей чаще всего осуществляют в шахтных, вращающихся реакторах или установках с кипящим слоем. В лабораторной практике обычно применяют трубчатые реакторы, часто без указания режима, который в нем реализуется. В представленной работе парогазовую активацию антрацита проводили в сконструированной лабораторной установке с вертикальным трубчатым реактором. Схема и описание установки приведены ранее [1]. Особенность конструкции такова, что потенциально возможна реализация режимов активации как в плотном, так и в псевдоожиженном слое. Исходили из предположения, что подаваемый через отверстия газораспределительной решетки перегретый пар или углекислый газ могут приводить к псевдоожижению слоя антрацита. Поэтому целью работы было проведение гидродинамического расчета лабораторной установки для выбора режима парогазовой активации антрацита. Для активации использовали антрацит для бытовых нужд населения реализуемый в г. Донецке, который предварительно измельчали (ударно-дисковая электромельница Тип 214, VEB Spezialmaschinenbau) и рассеивали по фракциям (вибрационный грохот ANALYSETTE 3 PRO, Fritsch). Использовали фракцию с размером частиц 0,63 – 1 мм. Исходные данные для проведения гидродинамического расчета приведены в табл. 1. Для расчета скоростей псевдоожижения использовали универсальные зависимости, предложенные О.М. Тодесом [4]. Расчет критерия Архимеда (Ar) проводили по формуле: , где g – ускорение свободного падения, м/с2; dа – линейный размер частицы антрацита, м; ρт – кажущаяся плотность исходного антрацита, кг/м3; ρг – плотность перегретого водяного пара или CO2 при заданных температуре и давлении, кг/м3; νг – кинематическая вязкость перегретого водяного пара или CO2 при заданных температуре и давлении, м2/с. Скорости псевдоожижения (начала ожижения uкрит, оптимальную рабочую uопт и предельную uпред, м/с) находили с учетом критерия Рейнольдса (Re): Формулы для расчета критерия Рейнольдса отличаются в зависимости от типа рассчитываемой скорости ожижения. При

Перспективные направления развития экологии и химической технологии вычислении критической начальной скорости критерий Рейнольдса определяли по выражению:

псевдоожижения

Таблица 1 – Исходные данные для расчета установки парогазовой активации антрацита Параметр Значение Диаметр реактора 0,018 м Длина реактора 0,33 м Высота слоя антрацита 0,114 м * Линейный размер частицы антрацита (d) 0,00079 м Кажущаяся плотность антрацита (ρт) 1550 кг/м3 Насыпная плотность антрацита (ρнас) 790 кг/м3 Температура активации 800°C Плотность перегретого водяного пара при 800°C и 0,2046 кг/м3 [2] давлении 0,1 МПа Кинематическая вязкость** перегретого водяного пара при 800°C и давлении 0,1 МПа Плотность углекислого газа при 800°C и давлении 0,1 МПа Кинематическая вязкость углекислого газа при 800°C и давлении 0,1 МПа

197·10-6 м2/с [2] 0,4932 кг/м3 [3] 84,1·10-6 м2/с [3]

* – для узкой фракции антрацита линейный размер частицы принимали равным среднему геометрическому из размеров отверстий соседних сит [4]; ** – кинематическую вязкость рассчитывали по значениям динамической вязкости.

Для определения оптимальной рабочей скорости потока расчет критерия Рейнольдса проводили по формуле: При определении предельной скорости критерий Рейнольдса вычисляли по выражению:

псевдоожижения

Порозность псевдоожиженного слоя (ε) и его высоту (H) при оптимальной скорости газового потока находили по формулам:

, где H0 – первоначальная высота насыпанного слоя, м.

Перспективные направления развития экологии и химической технологии Порозность неподвижного насыпного слоя ε0 рассчитывали следующим образом: Весовой расход ожижающего газа, кг/(м2·с), рассчитывали по формуле: Результаты гидродинамического расчета лабораторной установки в режиме псевдоожиженного слоя при использовании в качестве газов-активаторов перегретого водяного пара и углекислого газа приведены в табл. 2. Таблица 2 – Результаты гидродинамического расчета Значение при активации Параметр Критерий Архимеда для частицы антрацита в газовом потоке Критическая начальная скорость псевдоожижения, м/с Оптимальная рабочая скорость потока, м/с Предельная скорость псевдоожижения, м/с Порозность псевдоожиженного слоя Высота псевдоожиженного слоя, м Расход ожижающего газа для критической скорости частицы антрацита, кг/(м2·с) Расход ожижающего газа для оптимальной скорости частицы антрацита, кг/(м2·с)

перегретым водяным паром

углекислым газом

944

2154

0,15

0,14

1,32 6,42 0,63 0,157

0,88 4,95 0,59 0,142

0,031

0,069

0,270

0,435

Ранее [1] при проведении активации антрацита перегретым водяным паром установлено, что объемная скорость воды 2 мл/мин обеспечивает оптимальные сорбционные характеристики получаемого активированного антрацита и ее последующее увеличение приводит к ухудшению этих характеристик. Согласно гидродинамическому расчету этого весового расхода водяного пара (с учетом площади поперечного сечения реактора он составляет 0,033 кг/(м2·с)) достаточно для начала псевдоожижения. Дополнительно был проведен эксперимент, в котором поверх слоя антрацита помещали слой керамических бусинок (размер 5х6 мм). После проведения парогазовой активации бусины опустились на дно реактора. Подобную картину можно наблюдать при использовании кипящего

Перспективные направления развития экологии и химической технологии слоя для сухого гравитационного обогащения полезных ископаемых [4]. При такой же объемной скорости воды была проведена активация антрацита в плотном слое. Для этого термопару, погруженную в слой антрацита, снабдили зонтиком из металлической сетки и утяжелителем, которые не давали возможность слою антрацита подниматься вверх. Эффективность активации оценивали по значению степени конверсии воды. Её рассчитывали по разности объемов израсходованной на активацию воды и образующегося конденсата, выраженную в процентах. В проведенном эксперименте с активацией в плотном слое отмечается более высокая степень конверсии воды – 64%. В опыте с режимом псевдоожиженного слоя степень конверсии воды ниже и составляет 48%. Это согласуется с тем, что интенсивное перемешивание, характерное для псевдоожижения, может тормозить течение химических реакций вследствие понижения «рабочих концентраций» реагентов. Поэтому такие процессы характеризуются более низкой степенью превращения и большим необходимым объемом реагентов. При активации антрацита углекислым газом его расход составил 0,045 кг/(м2·с). Это меньше, чем требуется согласно гидродинамическому расчету для начала псевдоожижения. Для проверки расчета провели эксперимент с бусинами аналогичный активации с водяным паром. В случае применения углекислого газа для активации все бусины после процесса остались на поверхности антрацита. Таким образом, по результатам гидродинамического расчета выявлено, что в лабораторной установке для парогазовой активации антрацита можно реализовать два режима активации (плотного или псевдоожиженного слоя). Определены расходы перегретого водяного пара и углекислого газа, необходимые для проведения активации в псевдоожиженном слое. Перечень ссылок 1. Кравченко В.В., Алемасова Н.В., Зозуля М.А., Сухова С.Р., Прокофьева Л.А., Носолев И.К., Савоськин М.В. Получение активированного антрацита методом парогазовой активации в плотном слое // Вестник Донецкого национального университета. Серия А: Естественные науки. – 2021. – № 1. – С. 70-77. 2. Ривкин С.Л., Александров А.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара: Справочник. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 80 с. 3. Чиркин В.С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники. Справочник. – М.: Атомиздат, 1968. – 484 с. 4. Тодес О.М., Цитович О.Б. Аппараты с кипящим зернистым слоем: Гидравлические и тепловые основы работы. – Л.: Химия, 1981. – 296 с.

Перспективные направления развития экологии и химической технологии УДК 622:504:616–08–039.74

ЭКОЛОГИЯ И МЕДИЦИНА: ДУАЛЬНОСТЬ ВОЗДЕЙСТВИЯ Т.В. Кулемзина, Н.В. Криволап, Е.И. Моргун, С.В. Красножон, В.Е. Папков ГОО ВПО «Донецкий национальный медицинский университет имени М. Горького», г. Донецк, ДНР Аннотация. Интенсификация деятельности предприятий горной и металлургической промышленности провоцирует обострение экологической ситуации и изменение качества жизни населения в Донецком регионе. Для профилактики профессиональной патологии, укрепления здоровья и качества жизни рабочих необходимо внедрение инновационных программ восстановительного лечения. Annotation. The intensification of the activities of mining and metallurgical enterprises can lead to an aggravation of the ecological situation and a change in the quality of life of the population in the Donetsk region. To prevent occupational pathology and improve the health and quality of life of workers, it is necessary to introduce innovative rehabilitation programs. Ключевые слова: экология, горная и металлургическая промышленность, восстановительное лечение, инновационные программы. Keywords: ecology, mining and metallurgical industries, rehabilitation treatment, innovative programs. Для Донецкого региона одной из актуальных проблем является неблагоприятная экологическая ситуация, изменяющая качество жизни населения, в связи с интенсификацией деятельности предприятий горной и металлургической промышленности. Однако, предприятия горнодобывающей и металлургической отраслей промышленности относятся к базовым и в значительной степени определяют экономические показатели развития региона. Поэтому, проблема восстановления здоровья шахтеров и металлургов, превентивной реабилитации профессиональных заболеваний на большинстве предприятий остается весьма актуальной [4]. По токсикологическим характеристикам и воздействию на здоровье человека одно из ведущих мест среди загрязнителей в крупных промышленных городах занимают тяжелые металлы. Данные вещества, поступая в окружающую среду с выбросами

Перспективные направления развития экологии и химической технологии промышленных предприятий и транспорта, сточными водами, при сжигании твердого и жидкого топлива, с пестицидами и минеральными удобрениями, способствую повышенному их содержанию в организме человека. К токсичным веществам производств относят: бензол, оксиды железа, хлористый водород, свинец, марганец, пары ртути, фенол, формальдегиды, оксиды хрома и углерода и т.д. [3]. Цель исследования – продемонстрировать опыт восстановления работников предприятий горнодобывающей и металлургической отраслей промышленности и снижения риска возникновения и прогрессирования профессиональной патологии. Хроническое отравление тяжелыми металлами в промышленных условиях в начальной стадии проявляется синдромом раздражительной слабости с явлениями вегетативной лабильности (головная боль, бессонница, снижение памяти, повышенная утомляемость, неустойчивость артериального давления, учащенное сердцебиение). Для интоксикации ртутью характерны функциональные расстройства нервной и эндокринной систем, поражение слизистых оболочек полости рта [4]. Свинец, находящийся в группе тяжелых металлов на втором месте по токсичности после ртути, поступает в организм человека алиментарно (с пищей и водой) и с вдыхаемым воздухом. Несколько видоизменяясь, накапливается в мягких тканях, костях, нервных и клетках крови. Как следствие, развиваются заболевания нервной и костно-мышечной системы, органов дыхания и пищеварения, заболевания системы кровообращения. На фоне вредных условий труда (запыленность, загазованность, интоксикация тяжелыми металлами, длительное воздействие теплового фактора и др.) отмечается более высокая заболеваемость острыми респираторными заболеваниями, ангинам, пневмониям, т. е. группами заболеваний, условно отнесенными к простудным [1]. Большое значение при профессиональной патологии имеет, помимо социально-трудовой, и медицинская реабилитация, направленная на частичное или полное восстановление здоровья и функциональных резервов организма [2]. В применяемый комплекс мероприятий по восстановительному лечению входят: раннее и своевременное выявление начальных форм как профессиональных, так и непрофессиональных заболеваний; назначение медикаментозной терапии; лечебная физкультура с применением дыхательных упражнений; массаж; физиотерапевтическое сопровождение; отказ от курения; санация очагов хронической инфекции [3]. Для повышения

Перспективные направления развития экологии и химической технологии эффективности восстановительного лечения пациентов с профессиональной патологией необходимо формирование персонифицированных программ с учетом профессиональных факторов риска. На первом этапе определяется уровень здоровья при проведении профилактических осмотров, учитывается личный и семейный анамнезы, индивидуальная картина основного и сопутствующих заболеваний, ранних симптомов профессиональной патологии. Следующим этапом формирования программы восстановления пациентов является включение в общий комплекс средств и методов интегративной медицины: фитотерапии, ароматерапии, гомеотерапии и гомотоксикологии, рефлексотерапии, мануальных техник и психокоррекции. С целью нормализации иммунного статуса показано применение лекарственных препаратов растительного происхождения: 1. При факторов иммунной защиты – адаптогены (элеутерококк, женьшень), алоэ, эфирные масла (анисовое, гвоздичное, лавандовое), включение продуктов, содержащих лизоцим (лук, свекла, редька); 2. При нарушении сопротивляемости организма – фитопрепараты, содержащие кремниевые кислоты (хвощ, клевер), цинксодержащие (анис, бузина, шалфей. смородина), полифенольные комплексы (зверобой, череда, мелисса); 3. При склонности к развитию вирусной и грибковой инфекции – заманиха, родиола, щалфей, крапива, эхинацея; 4. При склонности к развитию бактериальных инфекций – череда, элеуторококк, солодка. Целесообразно применение как отдельных лекарственных растений, так и фитосборов для профилактики и лечения простудных заболеваний и патологических состояний, вызванных поступлением в организм токсических веществ. В частности, хвощ полевой может оказывать дезинтоксикационное действие, способствуя выведению свинца и других токсических веществ, адаптогены (женьшень, элеутерококк, родиола) и иммуномодуляторы (препараты эхинацеи пурпурной) повышают уровень неспецифической защиты. Мы рекомендуем прием иммуномодуляторов в октябре и марте (накануне вспышек простудных заболеваний) с профилактической целью. Адаптогены рекомендуем с этой же целью в холодное время года (декабрь, январь). Средство, индивидуально подобранное для лечения методом гомеотерапии, будет эффективным в том случае, если симптомы интоксикации этим веществом у здорового человека полностью

Перспективные направления развития экологии и химической технологии соответствуют клиническому синдрому, который наблюдается у больного. В фармакологии давно известен тот факт, что одни и те же вещества в больших и в малых дозах обладают прямо противоположным действием. Таким образом, уменьшение доз лекарств, подобранных по принципу соответствия, закономерно усиливает лечебный эффект. Например, клиническая картина интоксикации ртутью напоминает действие на организм гомеопатического препарата Меркуриуса, свинцом – Плюмбума. Дополнительно, в качестве симптоматических средств используются с дренажной целью комплексные так называемые антигомотоксические (биологические) препараты – Нукс вомика-гомаккорд и Берберисгомаккорд, Лимфомиозот (имеющиеся в наличии в аптечной сети). При этом, концепция состава биологических препаратов связана с регуляторным, дезинтоксикационным воздействием, стимулирующим защитные силы организма. При хронической интоксикации могут возникать функциональные расстройства нервной системы, проявляющиеся головной болью, раздражительностью, повышенной утомляемостью, нарушением сна, некоторыми изменениями сердечно-сосудистой, дыхательной, пищеварительной систем. Развивающиеся патологические процессы носят обратимый характер и не сопровождаются видимыми органическими изменениями и при своевременном применении интегративных методов возможно полноценное восстановление. В данных случаях современная рефлексотерапия является универсальным методом, направленным на регуляцию реакций нервной системы, приспособление организма к неблагоприятным факторам. Основу эффективного использования рефлексотерапии в решении задач восстановительной медицины составляет формирование новых функциональных систем, обеспечивающих адаптацию человека во всем многообразии ее биологических и социальных аспектов, причем регулярные воздействия на точки акупунктуры различными физическими факторами повышают уровень компенсаторно-приспособительных реакций организма. Реализация этих адаптивных механизмов лежит в основе увеличения функциональных резервов организма, формирования феноменов перекрестной устойчивости и адаптационной стабилизации структур, составляющих основу повышения резистентности организма к действию разнообразных патологических факторов. Предложенный способ лечения позволяет сократить сроки лечения (в среднем, на 7

Перспективные направления развития экологии и химической технологии дней), и получить довольно высокий процент выздоровления больных (84 %). Кроме вышеперечисленных методов, мы имеем позитивный опыт применения психокоррекции, ориентированной на клинически здоровую личность с функциональными (обратимыми) изменениями невротического характера. Под психокоррекцией подразумеваются мероприятия, нормализующие состояние пациента, регулирующие психофизическую, эмоциональную нагрузки в соответствии с индивидуальными возможностями, оптимизирующими процессы саморегуляции. Включение в программу реабилитации таких методов психической саморегуляции позволяют повысить результативность восстановительных мероприятий и эффективность профессиональной деятельности. Восстановительный процесс наглядно можно представить в следующем виде: воздействие неблагоприятного фактора → определение уровня здоровья → определение индивидуальных признаков → подбор адекватных средств и методов → формирование персонифицированной программы восстановления. Выводы 1. Для комплексного подхода к восстановительному лечению работников горнодобывающей и металлургической отраслей промышленности в условиях интенсификации производственного процесса оправдано формирование инновационных программ, включающих средства и методы интегративной медицины, оказывающие многофакторное воздействие на организм. 2. Актуальным является персонификация подходов к профилактике и полноценному восстановлению указанных категорий работников, поскольку определяющими является индивидуальные реакции на воздействие неблагоприятных факторов. 3. Своевременное и системное применение предложенных инновационных восстановительных программ позволяет повышать эффективность восстановления и качество жизни трудящихся, в конечном счете определяя экономическое развитие Донецкого региона. Перечень ссылок 1. Кулемзина, Т.В. Об инновациях в восстановительном лечении / Т.В. Кулемзина, Н.В. Криволап, С.В. Красножон, А.Н. Испанов // Архив клинической и экспериментальной медицины. – 2019. – Т.28, №3. – С. 316 – 317. 2. Физическая и реабилитационная медицина. Национальное руководство / под редакцией Г.Н. Пономаренко. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2016. – 688 с. 3. Филиппов, М.М. Психофизиология функциональных состояний: учебное пособие / М.М. Филлипов. – К.: МАУП, 2006. – 240 с. 4. Шальнова, С.А. Эпидемиологический мониторинг как инструмент планирования программ профилактики хронических неинфекционных заболеваний и их факторов риска / С.А. Шальнова, А.В. Концевая, Ю.А. Карпов [и др.] // Профилактическая медицина. – 2012. – Т.15. – № 6. – С. 64 – 68.

Перспективные направления развития экологии и химической технологии УДК 621.74:669.13

АНАЛИЗ ОПАСНЫХ И ВРЕДНЫХ ФАКТОРОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА А.С. Сергеев, С.А. Онищенко ГОУ ВПО «АКАДЕМИЯ ГРАЖДАНСКОЙ ЗАЩИТЫ» МЧС ДНР г. Донецк, ДНР Аннотация. Технологические процессы, проводимые в черной металлургии и сталелитейной промышленности, связаны с воздействием на работников большого количества опасных и вредных факторов, создают ситуации или условия, провоцирующие инциденты и травмы, вызывающие гибель людей, увечья или болезни. В работе проведен анализ источников опасных и вредных факторов в металлургии. Annotation. Technological processes carried out in the ferrous metallurgy and steel industry are associated with the exposure of workers to a large number of hazardous and harmful factors, create situations or conditions that provoke incidents and injuries that cause death, injury or illness. The paper analyzes the sources of hazardous and harmful factors in metallurgy. Ключевые слова: номенклатура опасностей, металлургическое производство, риск, негативные последствия. Keywords: nomenclature of hazards, metallurgical production, risk, negative consequences. По прогнозам специалистов металлы в ХХI в. останутся широко востребованными материалами, используемыми в различных конструкциях, так как по свойствам, экономичности потребления и производства не имеют себе равных в большинстве сфер применения. Из-за интенсификации металлургических процессов происходит усложнение связей в системе металлургический агрегат — человек, что приводит к значительному возрастанию негативного воздействия на окружающую среду, возрастанию вероятности возникновения техногенных аварий. Решения проблем экологической, а также производственной безопасности влияет на безопасность металлургического производства в целом. Металлургический комплекс Донецкой Народной Республики состоит из металлургических, коксохимических, флюсодобывающих предприятий, а также предприятий, производящих готовые металлические изделия, кроме машин и оборудования. Из

Перспективные направления развития экологии и химической технологии находящихся в сфере деятельности Министерства промышленности и торговли предприятий металлургического комплекса, производственную деятельность на конец 2020 года осуществляли 46 предприятий. Производственные показатели представлены в таблице 1. Таблица 1 – Динамика роста основных видов продукции металлургии Год 2016 2017 2018 2019

Чугун, тыс. тонн 2700 1528,4 2252,9 2572,8

Сталь, тыс. тонн 2100 1087,4 1250,2 1426,9

В Республике была «просадка» металлургической продукции в 2017 году. Одной из главных причин была позиция украинской стороны, которая ввела блокаду, из-за чего крупные промышленные гиганты оказались фактически на грани остановки своей деятельности. Огромный комплекс промышленных предприятий был оторван от прежних производственных цепочек, финансовых потоков, менеджмента. И только в 2020 году металлургическая промышленность Республики смогла приблизиться к показателям 2016 года. На нынешнем этапе научно-технического прогресса создание абсолютно безопасных условий труда на промышленных предприятиях невозможно, однако обеспечение допустимых условий труда на рабочих местах остается одним из важнейших вопросов. В металлургическом комплексе наиболее высокие уровни профзаболеваний наблюдаются на предприятиях по производству цветного металла (13,88 случаев на 10000 работающих), черного металла (10,96 случаев на 10000 работающих). Оценка возникновения риска аварийных ситуаций на предприятиях проводится в целях планирования деятельности по промышленной безопасности и охране труда, обоснования мероприятий (организационных, экономических, технических и др.) по снижению рисков до приемлемых уровней. Результаты, полученные в результате оценки рисков при производственной деятельности, используются специалистами для составления программ мероприятий по достижению целей и задач в области промышленной безопасности и охраны труда, планирования внутреннего аудита и др. Процесс металлургического производства характеризуется как непрерывностью, так и периодичностью некоторых технологических

Перспективные направления развития экологии и химической технологии и трудовых операций, работы механизмов, оборудования. В этих условиях опасные и вредные производственные факторы проявляют себя как постоянно так периодически. В результате исследования эти негативные факторы были разделены на четыре группы. Общая номенклатура опасностей для работников занятых в металлургической промышленности представлена на рисунке 1. Опасные и вредные факторы

Физические источники опасности

Химические источники опасности

Опасности от производственного оборудования и механизмов

Шум

Химические вещества на рабочем месте

Механизированный инструмент и оборудование

Вибрация

Вдыхаемые агенты

Краны и подъемники

Нагрузка от повышенной температуры и холода

Угарный газ

Падающие предметы

Ионизирующее излучение Обращение с расплавленным металлом, окалиной и шлаком Термообработка

Асбест

Опасности от внутреннего транспорта предприятий

Столкновения между транспортными средствами Грузы, падающие с транспортных средств Столкновения между транспортными средствами и персоналом Трубопроводы

Изоляционные волокнистые материалы Подготовка поверхностей Установки нанесения покрытий

Рисунок 1 – Номенклатура опасностей металлургической промышленности

Проанализировав опасности металлургического производства, можно предложить необходимый перечень мероприятий для снижения их негативного воздействия: - регулярное наблюдение за производственной средой и состоянием здоровья работников предприятий;

Перспективные направления развития экологии и химической технологии - адекватный и компетентный надзор за работой в цехах и соблюдения технологии производства; - применение и использование надлежащих мер надзора и контроля, периодический пересмотр их эффективности; - профессиональное обучение руководителей, контролирующих лиц, работников по охране труда касательно опасных факторов в металлургическом производстве; - соблюдение правил техники безопасности; - наличие тренингов по использованию и обслуживанию средств индивидуальной защиты; - отслеживание эффективности мер, предпринимаемых для обеспечения удовлетворительного уровня безопасности и здоровья; - обеспечение работников всем необходимым для оказания первой доврачебной помощи. Особое значение приобретает изучение состояния условий труда работающих, выявление неблагоприятных факторов производства, оценки возможного влияния факторов на работающих, необходимость применения специальных мер для защиты человека, разработка комплекса мер по профилактике и снижению профессиональных рисков. Сохранение здоровья и работоспособности человека в условиях воздействия неблагоприятных факторов производственной среды, остается одной из важнейших проблем в металлургии. Выводы: Металлургический комплекс, по возникновению техногенных загрязнений и аварий, отличают: большие объемы веществ и материалов используемые в процессах переделов, в том числе химически опасных; значительное тепловое излучение; использование в технологии машин и механизмов, создающих промышленные опасности; расположения предприятий вблизи крупных населенных пунктов или на их территории, а также вблизи рек и водоемов; потребность использования в технологических процессах большое количество трудовых ресурсов. Перечень ссылок 1. Тимофеева С.С., Производственная безопасность: Учебное пособие / С.С. Тимофеева, Ю.В. Шешуков. – М.: Форум, 2019. – 216 с. 2. Разработка типовых сценариев аварий и идентификация опасностей на металлургическом комбинате: Отчет о НИР / Институт черной металлургии. – Днепропетровск. – 2004 – 71с. 3. Фомичева, О.А. Оценка производственной безопасности металлургического производства: на примере литейно-прокатного комплекса ООО "ОМК-Сталь" в г. Выкса / дисс. канд. техн. наук: 05.26.01: утв. 23.09.10. М. 2002, 161 с. 4. Труды VI Международной научно-практической конференции «Пожаровзрывобезопасность и системы управления промышленной безопасностью и охраной труда в металлургии». Тезисы докладов. Череповец 2001, 446 с.

Перспективные направления развития экологии и химической технологии УДК 546.26-162

ТЕМПЛАТНЫЙ СИНТЕЗ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК И НАНОУГЛЕРОДА В CVD – ПРОЦЕССЕ: ОСОБЕННОСТИ УСТАНОВЛЕНИЯ СТРУКТУРЫ УГЛЕРОДНЫХ НАНОМАТЕРИАЛОВ А.П. Прудченко1, М.В. Савоськин1, О.Ю. Полякова1, Ю.С. Протасевич1, В.В. Бурховецкий2, Г.К. Волкова2, В.А. Глазунова2 1 ГУ «Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М.Литвиненко» Донецк, ДНР 2 ГУ «Донецкий физико-технический институт им. А.А.Галкина» Донецк, ДНР Аннотация. Наноуглерод и углеродные нанотрубки синтезированы в CVD – процессе с использованием в качестве темплатов носителей катализаторов и металлооксидных катализаторов, полученных методом полимеризованных комплексных предшественников (ПКП). Комплексным сравнительным анализом данных ПЭМ, СЭМ и РФА установлена структура и состав углеродных продуктов. Annotation. Nano-carbon and carbon nanotubes were synthesized in the CVD (chemical vapor deposition) process using catalyst supports and metal oxide catalysts obtained by method of polymerized complex precursors (PCP) as templates. A complex comparative analysis of the TEM, SEM, and XR data established the structure and composition of carbon products. Ключевые слова: катализаторы, углеродные нанотрубки, нанографит, CVD, темплат. Keywords: catalysts, carbon nanotubes, nanographite, CVD, template. Введение. Открытие Iijima в 1991 году углеродных нанотрубок (УНТ), а затем выделение и исследование графена (А. Геймом и И. Новоселовым в 2004 году), установление их экстраординарных свойств и вытекающих из этого возможных практических применений стимулировало огромное количество исследований по определению закономерностей процессов получения углеродных наноматериалов (УНМ) с заданными свойствами [1]. При этом внимание исследователей было сосредоточено на поиске оптимальных условий синтеза таких УНМ, как углеродные нанотрубки, графен, наноуглерод (НУ). Несмотря на огромный

Перспективные направления развития экологии и химической технологии прогресс в исследованиях УНТ, на мировое производство в объеме тысяч тонн, следует признать, что существующая технология не позволяет производить УНТ с четко определенными свойствами в больших количествах и по коммерчески привлекательной цене. В каком – то смысле исследования свойств УНМ опережают время, так как исследователи УНТ знают, как сделать одноэлектронные транзисторы из отдельных УНТ, но не знают, как сделать УНТ требуемой структуры. Корень этой проблемы – отсутствие должного понимания механизма роста УНТ. Трудности в установлении истинной модели роста УНТ, прежде всего, связаны с очень малыми (нанометровыми) размерами исследуемых объектов, специфическими параметрами процесса синтеза, что затрудняет или делает невозможным прямое, in situ, наблюдение. В результате о влиянии тех или иных факторов приходится судить на основании косвенных данных, а именно данных о выходе, чистоте и структуре полученных УНМ, используя методы Рамановской спектроскопии, сканирующей (СЭМ) и просвечивающей (ПЭМ) электронной микроскопии, рентгенофазового анализа (РФА). Поэтому получение таких данных на основе углубленного сравнительного анализа остается актуальной задачей. Ранее нами сообщалось о CCVD – синтезе УНТ с использованием нанесенных металлооксидных катализаторов общего состава Fe2 Co / CaCO3 (CaO), полученных методом полимеризованных комплексных предшественников (МОК – ПКП). По данным РФА углеродных продуктов было установлено, что наряду с рефлексами, однозначно относимыми к структуре УНТ в некоторых случаях отмечается наличие рефлексов, относимых многими авторами к структуре аморфного углерода (АУ). Целью настоящей работы является установление структуры УНМ, полученных методом осаждения углерода из газовой фазы, на основе комплексного анализа данных ПЭМ, СЭМ и РФА. Экспериментальная часть. Для получения катализаторов общего состава Fe2 Co / CaCO3 (CaO), МgО с мольным соотношением Fe, Co / носитель равным 0,12 : 1 использовали нитрат железа Fe(NO3)3×9H2O, ч, нитрат кобальта Со(NO3)2 × 6 H2O, ч, нитрат кальция Са(NO3)2×4H2O, ч, как предшественники металлооксидных структур. В качестве модельных («нулевых») носителей использовали СаСО3 и МgО. Как нулевые «носители», так и МОК были получены методом ПКП по описанной ранее методике [2]. CCVD – синтез УНМ проводили в трубчатом кварцевом реакторе по описанной ранее методике 3 при 800оС и величинах потоков газа

Перспективные направления развития экологии и химической технологии – носителя (Аг) и газа – прекурсора углерода (пропан – бутановая смесь) 60 см3/мин и 30 см3/мин соответственно. Время протекания процесса – 60 минут. На рис.1 представлены СЭМ и ПЭМ изображения УНМ, полученных в CVD – процессе на «нулевом» (СаСО3) носителе (рис.1, а, б) и в CCVD – процессе на МОК – ПКП (рис.1, в, г).

в г Рис.1. – СЭМ и ПЭМ – изображения УНМ, полученных в CVD – процессе на «нулевом» носителе ПКП (СаСО3 – а, б) и МОК – ПКП – в, г Углеродный продукт на «нулевом» носителе (рис.1, б) представляет собой хаотично ориентированные и наложенные друг на друга прозрачные плоскости с завернутыми краями, тогда как продукт CCVD – процесса – МУНТ диаметром 15 – 40 нм без присутствия каких либо иных морфологически отличающихся частиц (рис.1, г). В то же время на рентгеновских дифрактограммах CCVD – процесса (рис. 2, а, кривая 1) кроме рефлексов графеновых плоскостей 2θ 26,14 (002); 42,7 (100); 43,9 (101); 53,5 (004), характерных для МУНТ, также присутствуют рефлексы (002) НУ 2θ 21,4 – 22,5о. Аналогичные рефлексы наблюдаются и для продуктов некаталитического CVD – процесса на «нулевом» носителе ПКП – СаСО3 (рис.2, а, кривая 2).

Перспективные направления развития экологии и химической технологии

а б Рис.2. а – рентгеновские дифрактограммы МУНТ на МОК – ПКП общего состава Fe2Co / CaCO3 (CaO) – 1, УНМ : НУ, полученных в СVD – процессе на ПКП носителе СаСО3 – 2, ТРГ – 3 и; б – тонкая структура МУНТ Природа и структура проявляющейся фазы наноуглерода становится понятной при обнаружении почти полного совпадения дифрактограммы УНМ (ПКП – СаСО3) с дифрактограммой терморасширенного графита (ТРГ), полученного термоударом (9000С) из соединения интеркалирования природного графита марки ГТ – 1 (рис.2, а, кривая 3). В последнем случае наличие рефлексов в области 2θ 15 – 18о и 2θ 21,4 – 22,5о свидетельствует об образовании соответственно сильно дефектных (вероятно ковалентно сшитых, с нарушением гексагональной структуры) и мало дефектных (в основном за счет краевых дефектов) графитоподобных структур с увеличенным межслоевым расстоянием. С учетом этого, структуру образующегося в CVD – процессе на «нулевом» (СаСО3) носителе НУ можно представить в виде несовершенного малослойного нанографита – продукта спонтанной ассоциации наноразмерных дефектных графеновых плоскостей с тенденцией к скроллообразованию. Методом ПЭМ нами было проведено исследование тонкой структуры МУНТ, полученных в СCVD – процессе с использованием МОК – ПКП (рис. 2, б), которое очевидным образом подтверждает наличие на внешней поверхности УНТ отложений углерода (на снимке это более светлые тона), не являющихся структурно элементами стенок УНТ, причем толщина такого слоя достигает 2 нм. На основании полученных данных можно прийти к заключению, что в ходе каталитического процесса синтеза УНТ также происходит образование НУ в виде несовершенного нанографита, состоящего из дефектных графеновых плоскостей, отличающихся по своим латеральным размерам. Однако накопление НУ происходит не на поверхности носителя (СаСО3), а на поверхности растущих УНТ с образованием на основе слабых Ван-

Перспективные направления развития экологии и химической технологии дер-Ваальсовых взаимодействий супрамолекулярной структуры УНТ – НУ, что представляется вполне возможным, если учитывать их структурную подобность. Впрочем, не исключено, что образование такого супрамолекулярного комплекса происходит не в процессе нуклеации и роста углеродных нанотрубок и нанографита, а на стадии выделения углеродного продукта в результате спонтанной самоассоциации. Хотя по результатам очистки УНТ массовая доля НУ, как установлено, находится в пределах всего лишь 2 – 3 %, однако, в силу особенностей РФА нанообъектов, фаза НУ, тем не менее, может давать интенсивные рефлексы, причем интенсивность рефлексов тем выше, чем меньше диаметр УНТ. Следует признать, что установление истинной структуры УНТ, степени дефектности, наличия примесей АУ из-за ограничительных параметров отдельных методов исследования может быть сложной задачей, а иногда приводить к ложным выводам. Выводы. Таким образом, можно сделать вывод, что в CCVD – процессе наряду с МУНТ образуются УНМ, подобные по структуре углеродным продуктам, образующимся в некаталитическом CVD – процессе, которые морфологически, как отдельные частицы, не проявляются, но накапливаются в виде супрамолекулярного комплекса НУ – УНТ. Структурно такой комплекс состоит из НУ в виде несовершенного нанографита, состоящего из дефектных графеновых фрагментов, различающихся по своим латеральным размерам. Установление локализации таких отложений, их структуры или даже наличия представляется не простой задачей, решение которой возможно только на основе комплексного сравнительного анализа данных ПЭМ, СЭМ, РФА и КР. В противном случае, основываясь на данных отдельных локальных методов, можно сделать ложные заключения по поводу структуры УНМ, чистоты и степени дефектности. Перечень ссылок 1. Елисеев, А.А. Функциональные материалы / А.А. Елисеев, А.В. Лукашин // М.: Физматлит, 2010. – 456 с. 2. Темплатный синтез углеродных нанотрубок в CCVD – процессе: влияние способа нанесения катализатора на морфологию частиц и удельный выход УНТ /А.П. Прудченко [и др.] // Материалы 5-й Международной научно-практической конференции «Инновационные перспективы Донбасса», г. Донецк, 21-23 мая 2019г.–Т.4: Перспективные направления развития экологии и химической технологии. –Донецк:ДонНТУ. – 2019. – Т. 4. – С. 40–44. 3. Прудченко, А.П. Закономерности процесса темплатного синтеза пористых углеродных материалов методом CVD / А.П. Прудченко [и др] // Вестник Луганского национального университета имени Владимира Даля, 2018. – №5(11). – С. 299–303.

Перспективные направления развития экологии и химической технологии УДК 614.844.2:62-932.4:62-987

ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ЗАМЕНЫ СТАЛЬНОЙ ЕМКОСТИ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ, ЕМКОСТЬЮ С СИЛОВОЙ СТЕКЛОПЛАСТИКОВОЙ ОБОЛОЧКОЙ В РАНЦЕВОМ ОГНЕТУШИТЕЛЕ М.А.Белокобыльский, Ю.С.Прилипко ГОУ ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» г.Донецк, ДНР Аннотация. В работе обоснована целесообразность замены емкости из нержавеющей стали, разработанной конструкцией  емкости с силовой оболочкой из стеклопластика для ранцевой установки пожаротушения. Приведены расчеты параметров намотки стеклопластикового материала на тонкостенную оболочку. Показаны преимущества емкости с силовой оболочкой из стеклопластика по сравнению с емкостью из нержавеющей стали. Annotation. The paper substantiates the feasibility of replacing the stainless steel tank, developed by the design of the tank with a fiberglass power shell for a backpack fire extinguishing system. Of the parameters of winding a fiberglass material on a thin-walled shell are calculated. The advantages of a container with a power shell made of fiberglass compared to a container made of stainless steel are shown. Ключевые слова: стеклопластик; стекловолокно; композит; емкость высокого давления; баллон; намотка; лейнер; силовая оболочка. Keywords: fiberglass; fiberglass; composite; balloon; winding; liner; power jacket. В современных силовых конструкциях широко применяют волокнистые композитные (композиционные) материалы (КМ), которые состоят из полимерной матрицы, армированной высокопрочными и высокомодульными волокнами (например, стеклопластики, органопластики, базальтопластики и др.). Большинство типичных элементов силовых конструкций, такие как многослойные трубопроводы, оболочки типа кокон, антенны и др., которые должны обладать необходимым уровнем физикомеханических свойств при оптимальной материалоемкости могут быть созданы при помощи методов непрерывной намотки или

Перспективные направления развития экологии и химической технологии укладки волокнистого наполнителя со связующим и последующей полимеризации. В большинстве случаев типовая конструкция топливных баков и сосудов давления состоит из герметизирующей оболочки(лейнера), силовой оболочки из композиционного материала и присоединительной арматуры(штуцеры, фланцы и тд.). Метод намотки волокнистого композиционного материала является основным способом получения сосудов давления [3]. Такой метод позволяет изготовить изделия с высокой степенью точности и повышенными физико-механическими свойствами. Термопластичные трубы могут укрепляться и при помощи наружных бандажей. [4]. Для расчета применялась безмоментная теория для составной замкнутой оболочки и двух днищ сферической формы. (рис.1). При этом целесообразно рассмотреть отдельно цилиндр и отдельно днища, а затем выяснить возможность соединения этих оболочек, по возможности, без нарушения положений безмоментной теории [1,5].

1 – цилиндрическая часть; 2 – сферическая часть; 3 – заливная горловина; 4 – полимерный лейнер; 5 – закладной элемент Рис.1- Типовая схема композитного баллона высокого давления Необходимо выполнить расчет цилиндрической части бака и определить φ0, hφ и h90. Угол спиральной намотки φ0 выбирается исходя из условия, что при намотке днища по геодезическим линиям укладываемая лента должна касаться окружности r0 закладного фланца (рис. 2). Согласно теореме Клеро, для геодезической линии должно выполняться следующее условие [1,5]: ,

Перспективные направления развития экологии и химической технологии где r – радиус параллели, м; φ – угол укладки, отсчитываемый от меридиана, о.

r – радиус параллели; φ – угол укладки, отсчитываемый от меридиана; φ0- угол спиральной намотки; R- радиус лейнера; r0радиус фланца. Рис. 2 - Схема определения угла спиральной намотки По геометрическим параметрам днища определяли угол спиральной намотки волокнистого материала на цилиндрическую часть бака, который должен быть выполнен по условиям геодезической равновесной намотки [1,5]: φ0=arcsin (1) Учитывая только напряжения действующие вдоль направления армирования , используем одномерную модель слоя ОКМ, вычислим толщину спирального слоя hφ и слоя кольцевой подмотки h90 на цилиндрической части бака по следующим формулам [1,5]: (2) (3) Используем простое приближение (эллипсоидного вращения) для вычисления объема: (4) Длина цилиндрической части бака определяется по формуле

(5)

Перспективные направления развития экологии и химической технологии (6) (7) Относительный вылет днища lb и вылет днища lb∙R определяем по графику на рис. 3 и вычисляем rср =r0/R . Относительный радиус фланца r0 = 0,3 м , тогда, исходя из рис. 4, относительный вылет днища lb = 0,625 м. По результатам расчета получаем, что вылет днища lb = lb ∙R = 0,052 м.

Рис. 3 - Зависимость относительного радиуса фланца от относительного вылета днища для определения вылетов днищ [1,5] Толщину стенок баллона находим по формуле: (8) Учитывая, анизотропию материала, а также для удобства процесса намотки и формования принимаем толщину силовой оболочки равной . Найдем массу силовой оболочки из стеклопластика: , где части бака,

(9)

- площадь поверхности днища и цилиндрической , -плотность стеклопластика = 2000, кг/м3 [4].

Перспективные направления развития экологии и химической технологии

(10)

Найдем массу лейнера выполненного из стали АISI 304 толщиной 0,5 мм:

(11) Масса бака равна: (12) Аналогично рассчитывается и бак из стали AISI 304: (13) Разница массы стального и стеклопластикового баков: (13) Вывод. По результатам расчетов видно, что использование стеклопластиковых баллонов целесообразно, поскольку происходит снижение массы баллона на по сравнению с аналогичным баллоном из стали.

1. 2. 3. 4. 5.

Перечень ссылок Пименов, И.В. Расчет баллона высокого давления из ПВХ-лейнера и базальтопластиковой силовой оболочки/ И.В. Пименов, Г.И. Шайдурова – Пермь: Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника, 2014г. №36 – 18 с. Sokolkin Yu.V. Probabilistic model of the strength, crack resistance, and fatigue life of a unidirectionally reinforced fibrous composite // Mechanics of Composite Materials. – 1992. – Т. 28, № 2. – Р. 133–139. Буланов, И.М. Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов./ И.М. Буланов, В.В. Воробей. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1998г. – 516 с. Васильев, В.В. Композиционные материалы: Справочник/ В.В. Васильев, В.Д. Протасов, В.В. Болотин и др. – М.: Машиностроение, 1990г. - 512 с. Кузьмин М.А. Расчеты на прочность элементов многослойных композитных конструкций/ М.А. Кузьмин,– М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012г. – 145–158 с.

Перспективные направления развития экологии и химической технологии УДК 333.333

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ВОД ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ Ю.Д. Ефимова ГОУ ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Донецк, ДНР Аннотация: Статья включает сведения про метод очистки сточных вод от тяжелых металлов. Особенности методов, возможности их применения, достоинства и недостатки. Annotation: The article includes information about the method of wastewater treatment from heavy metals. Features of the methods, possibilities of their application, advantages and disadvantages. Ключевые слова: тяжелые металлы, антропогенные источники, электрокоагуляция, электрохимическая очистка воды, электродеионизация Keywords: heavy metals, anthropogenic sources, electrocoagulation, electrochemical water treatment, electrodeionization Очистка воды от тяжелых металлов, несомненно, является важным фактором для получения жидкости, готовой к употреблению, чистой и безвредной для человека. В результате деятельности по промышленному развитию технический прогресс и прибыль иногда преобладали над экологическими проблемами, что приводило к увеличению количества вредных загрязнителей, попавших в окружающую среду. Таким образом, удаление загрязняющих веществ из окружающей среды стало серьезной проблемой и решающим фактором для устойчивого развития современных промышленных процессов, которые должны соответствовать нормам, обеспечивающим чистоту окружающей среды. В настоящее время достаточно остро стоит проблема загрязнения сточных вод токсичными ионами тяжелых металлов. Тяжелые металлы включают химические элементы, которые обладают металлическими свойствами и имеют значительную атомную массу. В связи с этим необходимы передовые подходы к очистке сточных вод. Тяжелые металлы - на биологическом уровне активные металлы, оказывающие негативное воздействие на физиологические функции человека, биоты и состояние жизнеобеспечивающих естественных сред.

100

Перспективные направления развития экологии и химической технологии Тяжелые металлы образуются в естественных условиях в ходе биогеохимических процессов, их присутствие в окружающей среде в основном связано с деятельностью человека: выбросы в атмосферу угольных заводов, плавильных печей, мусоросжигательных заводов, технологические отходы от горнодобывающей промышленности, промышленные и городские стоки - все это способствует их широкому распространению. Попав в окружающую среду, эти металлы могут оставаться в течение десятилетий или столетий, поскольку они не поддаются биологическому разложению. В зависимости от пути заражения они появляются на обнаруживаемых уровнях в пищевых ресурсах, таких как овощи, зерно или фрукты, рыба или моллюски, в процессе биоаккумуляции по всей трофической цепочке, таким образом загрязняя конечного потребителя – человека. Для их характерно составление локальных филиалов загрязнения, однако с высокими концентрациями токсикантов. Поступление тяжелых металлов в окружающую среду происходит неравномерно, зачастую в виде залповых выбросов и прекращается с завершением функционирования соответствующего антропогенного объекта. Преимущественно большущими поставщиками тяжелых металлов представляются автотранспорт, ТЭЦ, котельные и другие энергетические объекты, функционирующие на сжигании топлива[1]. Основными источниками поступления тяжелых металлов в водоемы города Донецка являются:  шахтные воды;  поверхностный сток с территории города;  расположенные вблизи реки породные отвалы и свалки бытового мусора. Имеется присутствие множество методов очистки сточных вод от тяжелых металлов, одним из них является электрохимическая очистка. Электрохимический метод широко распространен во всем мире как для очистки питьевой воды и отработанных водных растворов основаны на моделировании естественных процессов - фильтрации, сорбции, ионного обмена. Однако установки, в каких реализованы указанные процессы, нуждаются в регенерации и периодической замене основного рабочего элемента: фильтров, сорбентов, ионообменных смол. Спектр удаляемых примесей огромен: соли щелочноземельных металлов, марганец, железо, тяжелые металлы, мутность, цветность,

101

Перспективные направления развития экологии и химической технологии органические комплексы, нитраты, аммиак и его соединения, нитраты, радионуклиды, локальные загрязнения отдельными веществами. Преимущественно знаменитые методы электрохимической очистки воды[2]: Электрокоагуляция - для электрохимической коагуляции (электрокоагуляции воды) применяют электролизер с растворимыми электродами. Анод производят из алюминия, магния или стали. Материал катода не имеет принципиального значения. В установках с реверсивной работой его осуществляют из такого же материала, что и анод. Суть протекающих при всем при этом процессе содержится в следующем: при протекании постоянного электрического тока через хромсодержащие растворы гальваношламов, анод подвергается электролитическому растворению с образованием ионов Fe, которые, с одной стороны, являются эффективными восстановителями для ионов хрома (VI), с другой - коагулянтами: Cr 2O72- + 6Fe 2+ 6Fe2+ + 2Cr3+ На катоде акцентируется газообразный водород, что проводит к выщелачиванию раствора и созданию, следовательно, условий для выделения гидроксидов примесных металлов, также происходит процесс электрохимического восстановления по реакциям: 2H + + 2e H2 Cr2O7 2- + 14H + 2Cr3+ + 7H2O Находящиеся в растворе ионы Fe+3, Fe2+,Cr+3 гидратируют с образованием гидроксидов Fe(OH)3,Fe(OH)2,Cr(OH)3. Образующиеся гидроксиды железа представляются превосходными коллекторами для осаждения гидроксидов примесных металлов и адсорбентами для других металлов[3]. Электрофлотационная очистка (электрофлотация) - основана на переносе взвешенных частиц из объема воды на ее поверхность пузырьками газов. H2 и O2 образуются на электродах. Вследствие высокой дисперсности пузырьки газа способны захватывать мельчайшие частицы вплоть до ионов. Загрязнения приобретают хлопьевидную форму и удаляются без особого труда. В установках водоподготовки электрокоагуляция и электрофлотация часто работают в тандеме, что повышает эффективность очистки [4]. Электромембранные методы очистки - разность потенциалов является движущей силой для очистки электромембранными методами - электродиализом и электродеионизацией. Эти технологии нацелены на обессоливание воды, или удаление ионов растворенных солей.

102

Перспективные направления развития экологии и химической технологии Электродиализ - В процессе электродиализа ионы переносятся к противоположно заряженному электроду через специальные ионоселективные мембраны. В простейшей электродиализной ячейке «работают» катод, анод, катионообменная и анионообменная мембраны. Они разделяют раствор на чистую обессоленную воду и два потока концентрата. Мембраны не пропускают молекулы воды и другие частицы с нейтральным зарядом. Электродиализ позволяет снизить солесодержание и довести его до «питьевых» нормативов. Электродеионизация - Технологическая вода для химического производства, фармацевтики, подпитки паровых котлов требует глубокого обессоливания. В конечном итоге электродеионизации удается приобрести пермеат высокой чистоты с удельным сопротивлением до 20 МОм × см. В установке электродеионизации пространство между ионоселективными мембранами заполняется смесью ионообменных смол, которые также участвуют в поглощении ионов. Процессы ионного обмена в смолах и их регенерация происходят непрерывно, но даже это считается одним из базовых превосходств метода. Электрохимические методы позволяют извлекать из сточных вод ценные продукты при относительно простой технологической схеме очистки без использования химических реагентов. Очистку сточных вод электрохимическими методами можно проводить периодически или непрерывно[5]. Вывод Загрязнение поверхностных и подземных вод тяжелыми металлами является серьезной проблемой во всем мире, поэтому необходима разработка подходящей технологии удаления тяжелых металлов из водных растворов. Большой проблемой в области обнаружения следов тяжелых металлов является разработка электрохимических методов и устройств, которые были бы удобны для пользователя, надежны, селективны, с низкими пределами обнаружения и позволяли бы быстро анализировать. Поэтому для очистки сточных вод электрохимическая инженерия была заново открыта, в течение последних четырех десятилетий во всем мире благодаря присущим ей преимуществам по сравнению с традиционными технологиями, особенно с химическими и биологическими методами. Очистка вод от содержания тяжёлых металлов стала актуальной проблемой. Большинство ионов тяжелых металлов обладают токсическими, канцерогенными, мутагенными свойствами, поэтому они могут влиять на живой организм и будущее поколение. Электрохимические устройства в основном удобны в использовании, поскольку требуют простых процедур. Они также не содержат реагентов, имеют низкую стоимость и хорошо подходят для миниатюризации и автоматической обработки на месте измерения с минимальными изменениями образца. Таким образом, значительно снижается

103

Перспективные направления развития экологии и химической технологии загрязнение реагентами или потери из-за адсорбции на контейнерах. Электрохимические системы также позволяют довольно быстро анализировать экспериментальные данные, полученные в основном в режиме реального времени или за несколько минут. Таким образом, становится возможным онлайнмониторинг проб воды, предоставляющий динамические данные, актуальные для биогеохимических исследований. Электрохимический метод основан на протекании химических процессов на электродах при пропускании через воду долговременного электрического тока. Данный метод имеет значительную эффективность очистки по сравнению с химическим методам, проводятся периодически или непрерывно, вредные примеси полностью разрушаются, позволяют извлекать из сточных вод ценные продукты, относительно простая технологическая схема, без использования химических реагентов. Основной недостаток - большой расход электроэнергии, оттого данный метод можно рекомендовать для локальных схем очистки небольших количеств сточных вод (50-80 м3/ч). А так же невысокая производительность, значительная энергоемкость, большой объем шлама, образование токсичных побочных продуктов (необязательно, но часто). Электрокоагуляция эффективна для удаления из сточных вод тонко диспергированных примесей, эмульсий, масел и нефтепродуктов, органических взвесей и так далее. Рекомендуется применять этот метод для очистки сточных вод с нейтральной или слабощелочной реакцией (pH = 6-9). А к плюсам предоставленного метода относят: степень очистки до требований ПДК, возврат очищенной воды до 95% в водооборот, вероятность утилизации тяжелых металлов, исключение ввода недостаточных реагентов, предотвращающих загрязнение воды катионными и анионными остатками кислот и щелочей. Хотя электрокоагуляция (ЭК) - это развивающаяся технология, которая в течение последних 100 лет эффективно применялась при очистке сточных вод, недостаточность научного понимания сложных химических и физических процессов, а также ограничения (с точки зрения размера и стоимости) необходимые источники питания в прошлом сдерживали крупномасштабные приложения и препятствовали прогрессу. Кроме того, влиятельные производители химикатов смогли ограничить проникновение на рынок этой эффективной, экологически чистой, не содержащей химикатов процедуры. Перечень ссылок 1) Л.В. Столярова, «Нормирование содержания вредных веществ в водных объектах и поступающих в них сточных водах», методическое пособие, РГУ, кафедра пром. безопасности, 1999 2) Е.А.Мазлова,«Технологии очистки сточных вод» РГУ, пособие, 1997 3) Мамаков А.Ш., Применение процесса электрокоагуляции в технологии очистки металлосодержащих промышленных стоков. Электронная обработка материалов / Кушнир А.И, Дронияа Р.В., Игнатова Д.Ф. - Обнинск: ИАТЭ, 1977, & 4, 25-30. 4) Колесников В.А., Ильин В.И. Электрофлотационный способ очистки сточных вод гальванических производств // ВСТ.- 1997г.-№8.- С. 10-13. 5) Халтурина Т.И., К вопросу электрохимического обезвреживания хромсодержащих сточных вод / Халтурина Т.И., Чурбакова О.В.Бобрик А.Г., //журнал Вестник ИрГТУ, № 3, 2014, с. 103-107.

104