Влияние параметров процесса гидродинамической обработки наноструктурированных систем на свойства сорбентов
При создании технологии и оборудования для получения новой формы кремнийорганических сорбентов был использован метод дискретно-импульсного ввода энергии в гетерогенные среды. Проведен комплекс исследований по изучению влияния параметров процесса гидродинамической обработки на свойства получаемых нан...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Datum: | 2007 |
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2007
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61299 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Влияние параметров процесса гидродинамической обработки наноструктурированных систем на свойства сорбентов / Л.Н. Грабов, В.И. Мерщий, Т.Л. Грабова, А.Н. Ободович // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 6. — С. 28-32. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859487449155108864 |
|---|---|
| author | Грабов, Л.Н. Мерщий, В.И. Грабова, Т.Л. Ободович, А.Н. |
| author_facet | Грабов, Л.Н. Мерщий, В.И. Грабова, Т.Л. Ободович, А.Н. |
| citation_txt | Влияние параметров процесса гидродинамической обработки наноструктурированных систем на свойства сорбентов / Л.Н. Грабов, В.И. Мерщий, Т.Л. Грабова, А.Н. Ободович // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 6. — С. 28-32. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | При создании технологии и оборудования для получения новой формы кремнийорганических сорбентов был использован метод дискретно-импульсного ввода энергии в гетерогенные среды. Проведен комплекс исследований по изучению влияния параметров процесса гидродинамической обработки на свойства получаемых наноструктурированных сорбентов.
При створенні технології та устаткування для одержання нової форми кремнійорганічних сорбентів було використано метод дискретно-імпульсного введення енергії в гетерогенні середовища. Проведено комплекс досліджень з вивчення впливу параметрів процесу гідродинамічної обробки на властивості одержуваних наноструктурованих сорбентів.
The method of discrete-pulse input of energy in heterogeneous environments was used at creation of technology and equipment for reception of new forms of polymetylsiloxane sorbents. The influence of the parameters of the hydrodynamic processing on properties of nano-structured sorbents have been studied.
|
| first_indexed | 2025-11-24T16:13:11Z |
| format | Article |
| fulltext |
Двадцать первое столетие называют началом
третьей научно;технической революции [1] и
связывают его с переходом к нанотехнологиям и
созданием новых наноструктур, состоящих из
элементов (частиц, слоев, пленок и т.д.) разме;
ром от 0,1 нм до 100 нм.
В 1998 г. журнал «Science» прогнозировал, что
первое практическое применение нанотехноло;
гии найдут в медицине, фармации, биологии и
биофизике. Одна из научных проблем связана с
созданием комплексных методов обработки,
позволяющих получать требуемую нанострукту;
ру объекта с прогнозируемыми свойствами. Эти
обстоятельства предопределяют необходимость
проведения комплекса исследований по изуче;
нию влияния теплофизических и гидродинамиче;
ских параметров обработки на свойства гетероген;
ных наноструктурированных систем: суспензий и
эмульсий. В настоящей работе в качестве рабо;
чей гетерогенной системы рассмотрена смесь ги;
дрогеля метилкремниевой кислоты (ГГМКК) и
воды. Такая система необходима для создания
новой формы кремнийорганического сорбента –
пасты ГГМКК. ГГМКК (рис. 1а) относится к
трехмерным наноструктурам, имеющим макро;
и микрочастицы (до 2·10–2 м), которые в свою
очередь имеют тонкую объемную структуру, со;
стоящую из наночастиц – глобул (7…15 нм) и со;
единяющихся между собой в жесткий каркас
(матрицу). Количество фрагментов (СН3SiО1,5) в
глобуле ГГМКК колеблется в диапазоне от 17 до
35. Кроме того, синтезированные нанострукту;
рированные дисперсные системы, полученные
методом золь;гель технологии, в частности крем;
нийорганические сорбенты, имеют тонкопорис;
тую структуру. На поверхности глобул простран;
ственно сшитой матрицы образуется сольватная
оболочка в результате взаимодействия дисперси;
28 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 6
ТЕПЛО� И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
При створенні технології та устатку)
вання для одержання нової форми
кремнійорганічних сорбентів було вико)
ристано метод дискретно)імпульсного
введення енергії в гетерогенні середо)
вища. Проведено комплекс досліджень
з вивчення впливу параметрів процесу
гідродинамічної обробки на властивості
одержуваних наноструктурованих сор)
бентів.
При создании технологии и оборудо)
вания для получения новой формы
кремнийорганических сорбентов был
использован метод дискретно)импульс)
ного ввода энергии в гетерогенные сре)
ды. Проведен комплекс исследований
по изучению влияния параметров про)
цесса гидродинамической обработки на
свойства получаемых наноструктуриро)
ванных сорбентов.
The method of discrete)pulse input of
energy in heterogeneous environments
was used at creation of technology and
equipment for reception of new forms of
polymetylsiloxane sorbents. The influence
of the parameters of the hydrodynamic
processing on properties of nano)struc)
tured sorbents have been studied.
УДК 66.063.6:615.45
ГРАБОВ Л.Н., МЕРЩИЙ В.И.,
ГРАБОВА Т.Л., ОБОДОВИЧ А.Н.
Институт технической теплофизики НАН Украины
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА
ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ СИСТЕМ НА СВОЙСТВА
СОРБЕНТОВ
r – радиус;
S – поверхность;
V – объем.
Индексы:
s – сорбционный;
уд – удельый;
эф – эффективный.
онной среды (воды) с поверхностью матрицы: за
счет электростатических сил и за счет гидрофоб;
ного связывания с молекулами воды. Благодаря
этому на поверхности глобулы могут удерживать;
ся до четырех слоев воды толщиной 0,6 нм [2].
В качестве дисперсионной среды взята очи;
щенная вода. Схематическое представление
структуры и размеры молекулы воды представле;
но на рис. 1б. Видно, что между атомом кислорода
и атомами водорода расстояние примерно 0,1 нм,
а между атомами водорода – 0,15 нм. Причем си;
лы взаимодействия между атомами в несколько
десятков раз превышают силы межмолекулярно;
го взаимодействия.
Для исследования влияния гидродинамичес;
кой обработки на свойства наноструктурирован;
ных систем и определения оптимальных режим;
ных параметров для получения таких систем с
заданными сорбционно;текстурными свойства;
ми был разработан стенд, принципиальная схема
которого представлена на рис. 2. Диссипативный
подвод энергии к системе в процессах перемеши;
вания производится в реакторе 1, транспорти;
ровка исследуемой системы обеспечивается ро;
торным насосом 2, комплекс процессов,
основанный на использовании принципа дис;
кретно;импульсного ввода энергии (ДИВЭ)
[3,4], реализуется в роторно;пульсационном ге;
нераторе дисково;цилиндрического типа 3. На
экспериментальном стенде исследовано влияние
ряда параметров процесса обработки (концент;
рации ГГМКК в воде, продолжительности дис;
кретно;импульсного воздействия, последователь;
ности выполнения технологических операций,
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 6 29
ТЕПЛО) И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
а б
Рис. 1. Модельное представление строения составляющих кремнийорганического сорбента – пасты
ГГМКК. а – структура ГГМКК ((СН3SiО1,5 )m·nН2О)∞∞ : 1 – глобула; 2 – сольватная оболочка;
3 – поры с водой; б – структура и размеры молекулы воды ( Н2О): 1 – атом водорода; 2 – атом кислорода.
Рис. 2. Принципиальная схема
экспериментального стенда: 1 – реактор с
перемешивающим устройством; 2 – роторный
насос; 3 – ДИВЭ(генератор; 4 – конвективная
сушилка.
температурных режимов) на свойства получае;
мых систем (размеры частиц, размеры пор, сорб;
ционный объем пор, удельная поверхность). Гид;
родинамическое диспергирование системы
ГГМКК в воде проводили до получения одно;
родной пастообразной системы с размером час;
тиц дисперсной фазы не более 300 мкм, что опре;
делялось морфометрическим методом с помощью
окулярного микрометра микроскопа. Дисперси;
онный анализ осуществлялся методом БЭТ по
образцам ксерогелей (обезвоженных систем) [5].
Результаты экспериментальных исследований и
анализ структурно;сорбционных характеристик
исследуемых систем представлен в табл.1. Из
анализа следует, что все известные методы дис;
пергирования наноструктурированных систем
приводят к получению метастабильного состоя;
ния. С одной стороны, это затрудняет проведе;
ние исследований, а, с другой – позволяет со;
здать системы с новыми свойствами.
Результаты экспериментальных исследований
показали, что удельная поверхность Sуд имеет
максимальное значение Sуд = 280 м2/г для обра;
зцов исходного ГГМКК. Однако развитая удель;
ная поверхность не обеспечивает максимальной
сорбционной способности системы, так как
транспорт молекул адсорбата от внешних границ
пористого сорбента к разным участкам внутрен;
ней поверхности в исходной системе затруднен
из;за высокого содержания агрегатированных и
крупных частиц. Образцы системы с соотноше;
нием компонентов 2:3; 1:1 имеют низкие значения
Sуд при достаточно высоких значениях гранично;
го сорбционного объема пор. Это объясняется
тем, что в данных системах за счет агрегатирова;
ния частиц дисперсной фазы, которые приводят
к образованию так называемых вторичных пор,
сохраняются высокие показатели сорбционного
объема пор Vs = 1,1…1,7 cм3/г. Однако такое яв;
ление носит несистемный характер и приводит к
седиментационному расслоению. Максималь;
ный сорбционный объем пор системы
Vs = 1,1…1,9 cм3/г достигнут при соотношении
компонентов системы «ГГМКК;вода» 7:3, и об;
разцы такой системы имеют развитую удельную
поверхность Sуд = 80…210 м2/г.
30 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 6
ТЕПЛО) И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
Та б л . 1 . Структурно;сорбционные характеристики исследуемых систем
Степень доступности внутренней поверхности
сорбента зависит от распределения пор по разме;
рам, поэтому на сорбционную способность влияют
текстурные характеристики системы. Дифферен;
циальные кривые распределения сорбционного
объема пор по радиусам пор (рис. 3) позволяют
судить о характере пористости структурирован;
ных сорбентов и о влиянии гидродинамической
обработки на структурно;сорбционные показа;
тели исследуемых систем. Как видно на рис. 3, и
согласно классификации размеров пор Между;
народного союза по теоретической и прикладной
химии (IUPAC) [6], ксерогели систем «ГГМКК;
вода» относятся к мезопористым структурам
(rэф = 1…100 нм). Система с соотношением ком;
понентов 7:3 (кривая 2) имеет монопористую
структуру с преобладающим размером пор
rэф = 4,6 нм, о чем свидетельствует четкий макси;
мум на кривой 2 в области этого значения.
Ксерогели систем с соотношением компонен;
тов 1:1 и 3:2 (соответственно кривые 3 и 4) имеют
по 2 максимума, что свидетельствует о наруше;
нии монопористости структуры системы, при
этом увеличивается разброс размеров пор. Такие
системы уже содержат и макропоры (≈5%), ад;
сорбция в которых очень мала, и они играют в
основном роль транспортных пор.
Результаты исследования влияния количества
циклов (продолжительности) гидродинамичес;
кой обработки на текстурно;сорбционные свой;
ства, рассмотренные в работе [7] показали, что
исследуемые системы с соотношением компо;
нентов 7:3, прошедшие 1;2 цикла обработки име;
ют монопористую структуру с высокими сорбци;
онными показателями.
Кроме того, увеличение продолжительности
обработки приводит к скачкообразному повыше;
нию вязкости системы, что существенно пони;
жает возможность ее транспортировки.
Проведенные исследования позволили опре;
делить оптимальные параметры процесса и по;
следовательность технологических операций по;
лучения наноструктурированных паст на основе
ГГМКК с заданными свойствами. После загрузки
компонентов в реактор с мешалкой (60 об/мин)
обрабатываемая система циркулирует по контуру
реактор 1 (рис. 3) – насос 2 – реактор в течении
15 мин (в расчете на 100 кг загрузки). На этом
этапе за счет диссипативного подвода энергии
происходят процессы перемешивания и смеше;
ния субстанций по всему объему обрабатываемой
смеси. Также за счет динамического разнона;
правленного движения потоков происходит раз;
рушение слабосвязанных коагуляционных
структур, которые имеются в исходном ГГМКК.
Размер дисперсных частиц на этом этапе дости;
гает 0,5…2 мм. После подготовительного этапа
процесс обработки продолжается во 2;м контуре:
реактор 1 – насос 2 – ДИВЭ;генератор 3 – реак;
тор. На этой стадии активной гидродинамичес;
кой обработки за счет широкого спектра физиче;
ских проявлений механизма ДИВЭ, реализуемых
в ДИВЭ;генераторе, осуществляются процессы
диспергирования, гомогенизации и происходит
текстурная перестройка структуры. В ДИВЭ;ге;
нераторе создаются пульсации гидродинамичес;
ких параметров с частотой 3,5…4,0 кГц, что поз;
воляет осуществлять комплексное воздействие
на обрабатываемую систему теплофизических и
гидродинамических эффектов: гидравлического
удара, ударной волны, звуковых и ультразвуко;
вых колебаний, разряжения, сдвигового напря;
жения, турбулентности, кавитации и других па;
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 6 31
ТЕПЛО) И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
Рис. 3. Кривые распределения сорбционного объема
пор (Vs ) по значениям радиусов для ксерогелей
обрабатываемых систем “ГГМКК(вода” со
следующими соотношениями компонентов:
1 – исходный ГГМКК (Vsмах = 0,890 см3/г );
2 – 7:3 (Vsмах=1,623 см3/г ); 3 – 3:2 (Vsмах = 1,064 см3/г );
4 – 1:1 (Vsмах=1,774 см3/г ); 2(4 – системы после
гидродинамической обработки.
раметров. Оптимальный температурный диапа;
зон процесса обработки – 20…40 оС.
Выводы
1. Для получения лекарственных сорбцион;
ных паст на основании проведенных исследова;
ний разработана и изготовлена опытно;промыш;
ленная установка производительностью 100 кг/ч.
В настоящее время установка эксплуатируется на
ЗАО «Креома;Фарм», на котором выпущено бо;
лее 5 тонн пасты «Энтеросгель» с высокими
сорбционными и селективными свойствами.
Разработанная технология и конструктивное ис;
полнение установки позволили получать мезопо;
ристую с развитой удельной поверхностью
(80…210 м2/г) структуру, размеры частиц которой
60…140 мкм. Такой диапазон размеров частиц
обеспечивает седиментационную и агретивную
устойчивость получаемых паст, а также высокий
лечебный эффект.
2. Перспективными являются работы по
расширению применения наноструктурирован;
ных паст. В настоящее время ведутся работы по
разработке новых видов и форм биосорбционных
препаратов, в частности кремнийорганичеких
сорбентов модифицированных ионами металлов.
Предложенная установка может использоваться
в технологических линиях получения пористых
аппликационных сорбентов на основе ГГМКК и
его модификаций, инъекционных тонких сус;
пензий ГГМКК, а также аэрозольных форм сор;
бентов.
3. Следует отметить некоторые особенности
получения наноструктурированных препаратов в
виде ксерогелей. Паста после конвективной суш;
ки 4 (рис. 3) становится гидрофобной. Кроме то;
го, изучение зависимости изменения теплопро;
водности от температуры показали, что
теплопроводность ксерогеля меньше чем тепло;
проводность воздуха. Низкая теплопроводность
позволяет использовать ксерогели не только в ле;
чебных целях, но и для создания гидрофобных
изоляционных материалов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Алексеенко А.Г. Нанотехнология как осно;
ва новой научно;технической революции // На;
ука и технологии в промышленности. – 2004. –
№ 3–4. – С. 56–61.
2. Шевченко Ю.Н., Беляева О.А. Перспективы
создания препаратов сорбционно;детоксикаци;
онного действия на основе пористых кремний
органических матриц // Перша науково;прак;
тична конференція «Біосорбційні методи і пре;
парати в профілактичній та лікувальній прак;
тиці». – Київ, 1997. – С. 10–15.
3. Тарасевич Ю.И., Трофимчук А.К. и др.
Структурные особенности силикагеля, модифи;
цированного кремнийорганическими соедине;
ниями, по данным адсорбции паров воды и Н;
гексана // Коллоидный журнал. – 2004. – Т. 66,
№1. – С. 88–94.
4. Долинский А.А., Басок Б.И. Наномасштаб;
ные эффекты при дискретно;импульсной транс;
формации энергии // Инж.;физ.журнал. – 2005. –
Т. 78, №1. – С. 15–22.
5. Накорчевский А.И., Басок Б.И. Гидродина;
мика и тепломассоперенос в гетерогенных систе;
мах и пульсирующих потоках. – К.: Наукова дум;
ка, 2001. – 346 с.
6. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная по;
верхность, пористость. – М.: Мир, 1984. – 306 с.
7. Грабова Т.Л. Воздействие дискретно;им;
пульсного ввода энергии на свойства кремний;
органических сорбентов // Промышленная теп;
лотехника. – 2004. – Т. 26, №6. – С. 9–15.
Получено 21.03.2007 г.
32 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 6
ТЕПЛО) И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61299 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-24T16:13:11Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Грабов, Л.Н. Мерщий, В.И. Грабова, Т.Л. Ободович, А.Н. 2014-04-30T06:51:57Z 2014-04-30T06:51:57Z 2007 Влияние параметров процесса гидродинамической обработки наноструктурированных систем на свойства сорбентов / Л.Н. Грабов, В.И. Мерщий, Т.Л. Грабова, А.Н. Ободович // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 6. — С. 28-32. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61299 66.063.6:615.45 При создании технологии и оборудования для получения новой формы кремнийорганических сорбентов был использован метод дискретно-импульсного ввода энергии в гетерогенные среды. Проведен комплекс исследований по изучению влияния параметров процесса гидродинамической обработки на свойства получаемых наноструктурированных сорбентов. При створенні технології та устаткування для одержання нової форми кремнійорганічних сорбентів було використано метод дискретно-імпульсного введення енергії в гетерогенні середовища. Проведено комплекс досліджень з вивчення впливу параметрів процесу гідродинамічної обробки на властивості одержуваних наноструктурованих сорбентів. The method of discrete-pulse input of energy in heterogeneous environments was used at creation of technology and equipment for reception of new forms of polymetylsiloxane sorbents. The influence of the parameters of the hydrodynamic processing on properties of nano-structured sorbents have been studied. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Тепло- и массообменные аппараты Влияние параметров процесса гидродинамической обработки наноструктурированных систем на свойства сорбентов The influence of the parameters of the hydrodynamic processing on properties of nano-structured sorbents Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние параметров процесса гидродинамической обработки наноструктурированных систем на свойства сорбентов Грабов, Л.Н. Мерщий, В.И. Грабова, Т.Л. Ободович, А.Н. Тепло- и массообменные аппараты |
| title | Влияние параметров процесса гидродинамической обработки наноструктурированных систем на свойства сорбентов |
| title_alt | The influence of the parameters of the hydrodynamic processing on properties of nano-structured sorbents |
| title_full | Влияние параметров процесса гидродинамической обработки наноструктурированных систем на свойства сорбентов |
| title_fullStr | Влияние параметров процесса гидродинамической обработки наноструктурированных систем на свойства сорбентов |
| title_full_unstemmed | Влияние параметров процесса гидродинамической обработки наноструктурированных систем на свойства сорбентов |
| title_short | Влияние параметров процесса гидродинамической обработки наноструктурированных систем на свойства сорбентов |
| title_sort | влияние параметров процесса гидродинамической обработки наноструктурированных систем на свойства сорбентов |
| topic | Тепло- и массообменные аппараты |
| topic_facet | Тепло- и массообменные аппараты |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61299 |
| work_keys_str_mv | AT grabovln vliânieparametrovprocessagidrodinamičeskoiobrabotkinanostrukturirovannyhsistemnasvoistvasorbentov AT merŝiivi vliânieparametrovprocessagidrodinamičeskoiobrabotkinanostrukturirovannyhsistemnasvoistvasorbentov AT grabovatl vliânieparametrovprocessagidrodinamičeskoiobrabotkinanostrukturirovannyhsistemnasvoistvasorbentov AT obodovičan vliânieparametrovprocessagidrodinamičeskoiobrabotkinanostrukturirovannyhsistemnasvoistvasorbentov AT grabovln theinfluenceoftheparametersofthehydrodynamicprocessingonpropertiesofnanostructuredsorbents AT merŝiivi theinfluenceoftheparametersofthehydrodynamicprocessingonpropertiesofnanostructuredsorbents AT grabovatl theinfluenceoftheparametersofthehydrodynamicprocessingonpropertiesofnanostructuredsorbents AT obodovičan theinfluenceoftheparametersofthehydrodynamicprocessingonpropertiesofnanostructuredsorbents |