Сорбционные свойства и кинетика адсорбции ионов Cd²⁺ на оксиде кремния, полученном из рисовой шелухи
В данном исследовании сравнительно проанализирована эффективность адсорбции и структурные особенности сорбентов диоксида кремния (SiO₂), полученных из рисовой шелухи, при удалении ионов Cd²⁺. В работе использованы два типа сорбентов: образец SiO₂ (650), полученный термическим методом, и очищенный образец SiO₂ чистый (650), синтезированный с применением щелочно-осадительной технологии. По результатам элементного анализа образец, полученный термическим методом, содержал 85,7% SiO₂, а при очистке методом щелочного осаждения – 100% SiO₂. Экспериментальные результаты показали, что сорбционная емкость SiO₂ (650) составляет 7,38 мг/г, тогда как у SiO₂ чистый (650) данный показатель достигает 7,46 мг/г. Оба сорбента достигали равновесия в течение 10-30 мин, при этом степень удаления кадмия составила соответственно 96,7% и 97,7%. Кинетический анализ установил, что процесс адсорбции Cd²⁺ полностью соответствует модели псевдо-второго порядка (R² > 0,999), что подтверждает преобладание хемосорбционного механизма. Полученные данные демонстрируют, что высокая эффективность SiO₂ чистый (650) связана с большим количеством активных центров. В целом сорбенты на основе рисовой шелухи являются экологически безопасными, доступными и экономически эффективными материалами для очистки сточных вод от тяжёлых металлов. Результаты исследования могут служить основой для дальнейшего совершенствования структуры сорбентов и расширения их промышленного применения.
Copyright (c) 2025 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0
Исследование технологии получения углепластиковых корпусов малогабаритных твердотопливных ракетных двигателей
Статья посвящена исследованию технологии изготовления углепластиковых корпусов малогабаритных твердотопливных ракетных двигателей. Основное внимание уделено подбору оптимального эпоксидного связующего и технологических параметров, обеспечивающих высокие механические характеристики композиционного материала. Рассмотрены три эпоксидные системы ─ «Epikote LR 285 + Epikure LH287», «Kumho KER-828 + ZT 143», ЭД-20 + Этал Инжект. Проведен подбор оптимальных соотношений смола/отвердитель на основе механических испытаний образцов на растяжение, изгиб. Наилучшие прочностные показатели как для чистого связующего (94 МПа), так и для армированного углепластика (1230 МПа на растяжение) показала система ЭД-20/Этал Инжект при соотношении 100/20. Отработана технологическая схема изготовления корпуса методом намотки углеродного ровинга, пропитанного эпоксидной смолой. Намотка произведена с чередованием углов укладки (0°, 45°, 90°) углеродного волокна для обеспечения изотропии механических свойств. Изучено влияние угла намотки и процентного массового содержания углеродного волокна в композите (50-70%) на прочность. Оптимальный результат достигнут при содержании 70% волокна: 660 МПа на осевое растяжение и 645 МПа на кольцевое растяжение. Изготовлены и испытаны образцы углепластиковых корпусов с толщиной стенки 3 мм. Проведены гидростатические и огневые испытания корпуса. При рабочем давлении двигателя 33 бар корпус показал устойчивую работу без разрушения. Результаты подтверждают высокую прочность, герметичность углепластиковой конструкции, что делает данную технологию перспективной для использования в малогабаритных ракетных системах.
Огневые испытания материалов сопла ракетного двигателя
В данной статье представлены результаты исследований материалов, используемых в сопловой части ракетного двигателя. В ходе исследования проанализированы свойства высокопрочных металлических сплавов, жаропрочных и теплоизоляционных материалов. Проведен обзор материалов, рассматриваемых для применения в конструкциях сопел. Для экспериментальных исследований были выбраны три различных материала: конструкционная сталь 30ХГСА, текстолит (марки А) и прессованный графит. Для оценки термостойкости и эрозионной стойкости указанных материалов были проведены огневые испытания на стенде двигателя калибра 70 мм. В результате испытаний определен уровень эрозионного износа в различных зонах сопла: конфузорном, критическом и диффузорном сечениях. Для этого контролировалось изменение геометрических размеров (диаметра и углов) деталей сопла. Наибольшую термостойкость и эрозионную стойкость в критической зоне показал графитовый материал. В то время как стальные материалы эффективны с точки зрения механической прочности, текстолит пригоден для использования в качестве теплоизолятора, однако установлено, что он подвержен значительному износу под воздействием высоких температур. В целом, результаты проведенных исследований могут рассматриваться как научно-практическая основа для проектирования и выбора материалов для сопловых блоков ракетных двигателей. В работе сформулированы рекомендации по оптимальному выбору материалов для твердотопливных ракетных двигателей малого и среднего калибра.
Синергетическое влияние гибридных электролитов Li+–Zn2+ на подавление коррозии и электрохимические характеристики водных аккумуляторов ZnǁLiFePO4
Водные цинк-ионные аккумуляторы (AZIB) являются перспективными для безопасного и устойчивого хранения энергии. Однако нестабильность цинкового анода ─ образование дендритов, выделение водорода и коррозия ─ ограничивает долгосрочную производительность. В этом исследовании изучаются гибридные электролиты с различным соотношением Zn2+ и Li+. Электролит 1 M ZnSO4 + 1 M Li2SO4 продемонстрировал самую низкую плотность тока коррозии (0,00026 мА·см-2), сниженное сопротивление переносу заряда (Rct = 8,91 Ом) и стабильную производительность циклирования (135-158 мАч/г за 50 циклов). Электрохимический и морфологический анализы подтвердили равномерное осаждение Zn без дендритов. Эти результаты подчеркивают синергетический эффект гибридных электролитов Li+–Zn2+ в повышении производительности AZIB.
Флокуляционная очистка воды промышленными флокулянтами
Проблема очистки воды является одной из актуальных проблем современности. В этой связи исследована возможность флокуляционной очистки суспензии каолина с высоким содержанием ионов тяжелых металлов с помощью промышленных флокулянтов “Kemira Superfloc A-120”, “Русфлок 506” и коагулянта “Kemira Ferix-3”. Показано, что наиболее высокая степень осветления суспензии достигается при концентрации агрегирующих агентов 0,16 г/л. Повышение их концентрации до 0,24 г/л приводит к стабилизации системы за счет перезарядки поверхности частиц глины. Электрокинетический потенциал частиц каолина составляет -21,8 мВ, который изменяется до -30,4 мВ в случае анионного флокулянта “Superfloc A-120”; в присутствии катионного флокулянта “Русфлок 506” и коагулянта “Kemira Ferix-3” наступает инверсия заряда, значения ζ-потенциала возрастают до +6,5 мВ и +5,5 мВ, соответственно. Флокуляционная очистка суспензии каолина сопровождается снижением концентрации ионов металлов.
Адсорбционные исследования химически активированных углей на основе лигноцеллюлозного сырья для элиминации провоспалительных цитокинов
В работе исследованы адсорбционные характеристики углеродных материалов, синтезированных из рисовой шелухи, на предмет их элиминационой способности по отношению к провоспалительным цитокинам: фактор некроза опухоли (TNF-α), интерлейкины IL-6 и IL-8. Сорбенты были получены путем химической активации рисовой шелухи, пропитанной фосфорной кислотой в соотношении 2:1 в течение 1 ч при температуре 400-500 °С. Текстурные характеристики образцов были исследованы с использованием низкотемпературной адсорбции-десорбции азота, ртутной порометрии и сканирующей электронной микроскопии. Исследованные образцы угля из карбонизированной рисовой шелухи (КРШ–Р–400А/В, КРШ–Р–500А/В) показали высокие результаты адсорбции воспалительных цитокинов в сравнении с коммерческим мезопористым сферическим углеродом TE7.
Разработка технологии очистки ионитов от кремниевых примесей в условиях переработки продуктивных урансодержащих растворов
Целью настоящей работы является изучение возможности удаления кремния с ионитов, бывших в производственном цикле, определение оптимальной концентрации щелочных растворов для обескремнивания и последующий анализ деградации ионитов (смол), используемых в сернокислотных схемах извлечения урана. Актуальность работы обусловлена тем, что в Казахстане селективная сорбция ионов урана ионообменной смолой широко применяется в качестве основного метода его извлечения. При выщелачивании урановых руд серной кислотой в раствор попадает кремниевая кислота, которая оказывает негативное влияние на процессы. Переход кремниевой кислоты в раствор и вовлечение ее в сорбционный процесс ведет к постепенному накоплению кремния в анионитах, предельное содержание которого достигает 12-17%. Данные получены в результате мониторинга ионообменных смол с технологического процесса. Поскольку при дальнейшей переработке анионита кремний из смолы не вымывается, его накопление приводит к снижению емкости смолы по урану и потере механической прочности. Частота регенерации ионитов (ионообменных смол) в промышленных условиях зависит от нескольких факторов ─ типа ионита, состава исходного раствора, режима эксплуатации и требований к качеству получаемого продукта. В связи с этим проблема эффективного способа снижения негативного влияния кремния в процессах переработки продуктивных растворов представляется важной и необходимой для изучения.
Получение технического углерода пиролитической переработкой углеродсодержащих отходов
Данное исследование направлено на изучение возможности получения технического углерода с низким содержанием золы и высокой удельной поверхностью путем переработки углеродсодержащих отходов, в частности, нефтяных остатков и отработанных горюче-смазочных материалов методом пиролиза. В статье изучены режимы процесса пиролиза и характеристики полученного технического углерода. Морфологические, элементные и структурные свойства полученных твердых продуктов (технического углерода) были проанализированы современными физико-химическими методами. По результатам элементного анализа установлено, что технический углерод (ТК-1), полученный из ОГСМ, содержит преимущественно углерод (78%), тогда как в образце (ТК-2), полученном из нефтяных отходов, наблюдается повышенное содержание неорганических элементов (Si, Al, Fe и др.). Микрофотографии, полученные методом SEM, показали, что образец ТК-1 имеет рыхлую, высокопористую структуру, в то время как образец ТК-2 характеризуется минерализованной, крупнозернистой морфологией. Рентгенофазовый дифракционный анализ (XRD) подтвердил, что оба образца имеют аморфно-графитоподобную структуру. Удельная поверхность, определенная по методу БЭТ, составила 150 м²/г для ТК-1 и 90 м²/г для ТК-2. Результаты исследования показали, что технический углерод ТК-1, полученный из ОГСМ, благодаря высокому содержанию углерода и развитой поверхности является перспективным материалом для применения в качестве адсорбента, катализатора и компонента композитных материалов. Установлено, что образец ТК-2, полученный из нефтяных отходов, требует дополнительных стадий модификации и очистки из-за большого количества неорганических примесей.
Углекислотная конверсия этанола на основе медного катализатора
В данной статье исследована каталитическая активность оксида меди, нанесенного на носители 5А, HZSM- 5, Al2O3, SiO2 в реакции углекислотной конверсии этанола. По результатам исследования показано, что образование газов Н2, СО, С2Н4 и СН4 в продуктах реакции зависит от температуры реакции и каталитической активности катализатора. 3%CuO/Al2O3 катализатор проявил активность для получения синтез газа при Т = 800 °С, для получения этилена при Т = 550 °С 5%CuO/SiO2 катализатор проявил активность. 20,6 об.% H2 и 37,5 об.% CO образуется на катализаторе 3%CuO/Al2O3. С целью повышения концентрации этилена было изучено влияние концентрации меди, нанесенной на носитель SiO2 в процессе УКЭ. Согласно полученным данным, на катализаторе 5%CuO/SiO2 концентрация этилена увеличилась до 35 об.%. Каталитическая активность подтверждается пиками на ТПВ-профиле, согласно которым восстановление CuO до Cu⁰ в катализаторе 5%CuO/SiO2 происходит легче и при более низких температурах по сравнению с другими катализаторами. Восстановление оксидов до металлов при низких температурах на поверхности катализатора позволяет повысить каталитическую активность катализатора.
Утилизация пластиковых отходов экологически безопасным способом – применение их в дорожном строительстве
Полное соблюдение технологии укладки дорожных покрытий не всегда обеспечивает их высокую надежность. Низкая долговечность автомобильных дорог обусловлена невысоким качеством используемого битума. В связи с этим переход на использование полимер-битумных вяжущих, обладающих улучшенными эксплуатационными характеристиками, является актуальной тенденцией развития дорожной отрасли. Наиболее часто для модификации битумов используют термоэластопласты типа стирол-бутадиен-стирол, характеризующиеся сравнительно высокой стоимостью. В данной работе экспериментально показано влияние совместного использования пластиковых отходов и готовых полимерных модификаторов на реологические свойства и химическую связь битумного вяжущего с целью снижения себестоимости полимер-битумных вяжущих. В исследовании использовались пластиковые отходы (вторичные полиэтилены различного давления (LDPE и HDPE)) в количестве от 1 до 2% совместно с готовыми полимерными модификаторами (СБС и Elvaloy). Физико-механические свойства полученных битумных вяжущих определялись стандартными методиками по СТ РК. Результаты исследования показали, что с увеличением пластикового отхода повышается интервал пластичности битума в присутствии модификаторов. Это свидетельствует о положительном влиянии применяемых полимеров на улучшение физико-механических свойств модифицированного битума. Получены новые данные о влиянии пластиковых отходов на качество полимерно-битумного вяжущего. Установлено, что выбранные пластиковые отходы совместимы с готовыми полимерными модификаторами.
Исследование параметров высокотемпературного синтеза титано-никелевых суперупругих сплавов с памятью формы мини-обзор
В настоящее время технология синтеза пористых сплавов на основе Ti-Ni с эффектом памяти формы активно изучается и вызывает значительный интерес в различных областях применения. Благодаря своим уникальным функциональным свойствам такие материалы широко используются в медицине, прецизионном приборостроении, а также в аэрокосмических и авиационных технологиях. Однако многие традиционные методы производства требуют дорогостоящего сырья и сложного, энергоемкого оборудования, что ограничивает их промышленную эффективность. Для решения этих проблем в качестве альтернативной технологии предлагается метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Возможность достижения высоких температур за счет внутреннего тепла, выделяемого экзотермическими реакциями, повышает энергоэффективность данного метода синтеза и снижает потребность во внешних источниках тепла. В результате получаемый продукт обладает структурной однородностью, а общие производственные затраты минимизируются. Данный научный обзор всесторонне рассматривает потенциал получения нитинола методом СВС, а также структурные и функциональные свойства полученного материала и влияние параметров синтеза на его качество.
Электрохимическое извлечение железа из растворов сернокислого выщелачивания золошлака
Золошлак является одним из основных промышленных отходов и содержит значительные количества железа, однако его извлечение затруднено из-за инертной алюмосиликатной матрицы. В данной работе предложен двухстадийный подход для селективного извлечения и электрохимического восстановления железа. Золошлак подвергали обработке концентрированной серной кислотой при повышенной температуре, в результате чего получали раствор, обогащенный ионами Fe2+. Электролиз проводили при различных условиях для оценки влияния концентрации Fe2+, плотности тока и времени на степень извлечения железа, выход по току и удельный расход энергии. Оптимальные параметры (0,30 моль/л Fe2+, 2500 А/м2, 4 ч) обеспечили 89% извлечения железа при выходе по току 65% и низком энергопотреблении (1.8 Вт·ч/л).
Исследование эффективности антибактериальных свойств компонентов карбонизированного материала для применения в бронетехнических системах
Загрязнение атмосферного воздуха – одна из наиболее актуальных экологических и социальных проблем современности. Научная новизна исследования заключается в разработке стандартизированных таблетированных форм углеродно-кремниевого материала с контролируемыми физико-химическими характеристиками и выраженным антимикробным действием. Метод сканирующей электронной микроскопии показал переход от неупорядоченной структуры исходного сырья к пористой аморфной поверхности после карбонизации при 850 °C. Рентгенофазовый анализ выявил наличие аморфного углерода со средним размером кристаллитов 0,5 нм, а ИК-спектроскопия подтвердила формирование Si-C связей, обусловленных повышением антибактериальной активности. Биологические испытания против Bacillus paramycoides и Pseudomonas koreensis выявили зоны подавления роста до 38 и 44 мм, соответственно, при этом индекс антагонистической активности достигал 77,4. Наиболее выраженный эффект проявился в отношении Pseudomonas koreensis, что подтверждает селективный характер антимикробного действия сорбента. Полученные результаты свидетельствуют о потенциале разработанных сорбентов как функциональных фильтрующих материалов для систем жизнеобеспечения, в том числе в замкнутых пространствах, где необходима комплексная защита от аэрозольных и биологических угроз.
Синтез и свойства гуминовых кислот, полученных из бурого угля Кузнецкого и Кумускудукского месторождений
В данной статье представлены результаты синтеза и сравнительной характеристики гуминовых кислот, выделенных из бурого угля Кузнецкого и Кумускудукского месторождений в Казахстане. Для исследования физико-химических и структурных свойств гуминовых кислот, полученных из этих двух геологических источников, были использованы современные аналитические методы, включая инфракрасную (ИК) спектроскопию, элементный анализ и термогравиметрический/дифференциальный термический анализ (ТГА/ДСК). Результаты показали существенные расхождения в элементном составе, особенно по содержанию углерода, кислорода и водорода, что напрямую связано с геологическими и природными условиями формирования углей. Были выявлены различия в концентрации карбоксильных и гидроксильных функциональных групп, влияющие на сорбционные свойства, кислотность и способность к комплексообразованию гуминовых кислот. Термальный анализ продемонстрировал различную термическую стабильность и характер разложения, отражающие структурную неоднородность образцов. Проведенное исследование подчеркивает важность геологического происхождения при определении функционального потенциала гуминовых веществ и подтверждает возможность их применения в области экологической ремедиации, сельского хозяйства и очистки воды.
Анодные материалы для твердооксидных топливных элементов: краткий обзор
Обзор посвящен структуре, свойствам и развитию анодных материалов для твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ). В обзоре, наряду с традиционными анодами на основе композита Ni-YSZ, рассматриваются также прогрессивные альтернативы, такие как перовскитные и двойные перовскитные структуры, хромиты, а также керамические материалы на основе титана и ванадия. Отмечается, что различные методы синтеза – золь-гель, твердофазная реакция, инфильтрация, магнетронное распыление – играют важную роль в разработке новых анодных материалов. Кроме того, показано, что легирование структуры анода переходными металлами (например, Mo, Ni, Co, Pd) значительно повышает электрическую проводимость и каталитическую активность материала. В статье также представлены выводы о повышении электрохимической активности за счет микроструктурных характеристик анодных слоев и расширения области тройной фазной границы (TPB). Рассматриваются подходы к увеличению активности поверхности анода и предотвращению осаждения углерода путем модификации наночастицами и покрытиями из тонких слоев SDC или GDC. Обобщенные научные данные и сравнительный анализ служат основой для проектирования и разработки высокоэффективных и стабильных анодных материалов, способных работать в различных температурных и топливных условиях. Эти исследования вносят значительный вклад в широкомасштабное применение технологий ТОТЭ в будущем и повышение их надежности.
Механохимическая обработка природного сырья и техногенных отходов для получения теплоизоляционных материалов
Разработка энергоэффективных и экологически безопасных строительных материалов на основе природного и техногенного сырья представляет собой актуальную задачу современных материаловедческих исследований. В данной работе представлены составы теплоизоляционных материалов на основе диатомита и золошлака, активированных методом механохимической обработки. Исследовано влияние содержания графита (10%, 20 %) на теплопроводность, прочность и водопоглощение композитов. Наилучшие характеристики зафиксированы для золошлака с добавлением 10% графита: теплопроводность – 0,1136 Вт/(м·К), прочность – 19,86 МПа. Минимальное значение теплопроводности для диатомита составило 0,157 Вт/(м·К), при этом наблюдалось ухудшение прочностных характеристик. Полученные материалы обладают сбалансированными эксплуатационными свойствами и могут быть применены в строительстве с целью повышения энергоэффективности и рационального использования минеральных ресурсов.
Copyright (c) 2025 А.Е. Матен, Б.С. Садыков, А.Б. Артықбаева, А.С. Әділхан, А.О. Жапекова, А.Е. Баққара https://creativecommons.org/licenses/by/4.0
Математическая модель теплопередачи и массообмена при нейтрализации пороховых газов в боевом отделении бронетехники
В работе проведено математическое моделирование нейтрализации пороховых газов в боевом отделении бронетехники с использованием пиротехнического состава, включающего нитрат натрия, порошковое железо и активированный уголь. Анализируются основные факторы эффективности нейтрализации – кинетика разложения окислителя, окисление металлов и термическое разложение углерода. Для оценки кинетики применена модель Беляжа-Зельдовича, на основе которой рассчитана скорость реакции и построена зависимость активационной энергии от температуры, что подтвердило соответствие уравнению Аррениуса. Разработана четырехмерная математическая модель, учитывающая теплопередачу, массообмен, температурные градиенты, плотность и скорость газа, а также энерговыделение. Численные расчеты выполнены с использованием программы MATLAB, что обеспечило точное описание процессов горения и нейтрализации газов. Особое внимание уделено адсорбционным процессам на поверхности активированного угля и железа, которые способствуют поглощению токсичных компонентов – CO2 и оксидов азота, снижая их концентрацию и улучшая санитарно-гигиенические условия в замкнутом пространстве боевого отделения. Предложенная модель служит основой для оптимизации пиротехнических составов и систем нейтрализации, направленных на повышение безопасности эксплуатации бронетехники.
Сравнительное исследование выщелачивания скандия из золы угля минеральными и органическими кислотами
Скандий (Sc) является стратегически важным элементом, востребованным в производстве высокопрочных сплавов и энергетических технологий, однако его извлечение из вторичных источников, таких как золошлаки, остается затруднительным из-за низких концентраций и прочной связи с упорными алюмосиликатами. В данной работе исследовано поведение скандия при выщелачивании из золошлака с использованием минеральных (HCl, H2SO4) и органических (лимонная, яблочная, щавелевая, винная) кислот в идентичных условиях (80 °C, 0,5 M, твердое:жидкое = 1:20). Минеральные кислоты обеспечили наивысшие степени извлечения (82-90%), но показали низкую селективность из-за интенсивного сопутствующего растворения Fe и Al. Среди органических кислот наилучший баланс между эффективностью и селективностью показала лимонная кислота, достигнув до 68% извлечения Sc при растворении Fe и Al менее 26%. Полный факторный эксперимент с варьированием концентрации лимонной кислоты (0,1-1,0 M) и плотности пульпы (25-100 г/л) выявил возможность регулирования как эффективности, так и селективности; в оптимальных условиях (0,5 M, 25 г/л) достигнуто 64% извлечения Sc при коэффициентах селективности Sc/Fe = 6,40 и Sc/Al = 3,76.
Специализированная установка ультразвукового спрей-пиролиза для масштабируемого синтеза катодных материалов LiFePO4
Литий-железо-фосфат (LiFePO4) является перспективным катодным материалом для литий-ионных аккумуляторов благодаря своей безопасности, длительному сроку службы и экологической совместимости, однако его эксплуатационные характеристики в значительной степени зависят от метода синтеза. В данной статье представлена специально разработанная установка ультразвукового спрей-пиролиза, оснащенная шестизонной программируемой печью и подогреваемым электростатическим осадителем, предназначенная для масштабируемого и контролируемого синтеза LiFePO4/С. В отличие от традиционных установок УСП с однозонными печами, данное оборудование обеспечивает поэтапное преобразование «капля-частица», подавляет образование полых морфологий и повышает однородность прекурсоров. Полученные в диапазоне 400-600 °C порошки LiFePO4/С обладали слабо кристаллической или частично аморфной структурой в исходном (as-sprayed) состоянии, которая преобразовывалась в фазочистый оливиновый LiFePO4 после отжига при 600 °C в течение 3 ч в атмосфере аргона. По данным СЭМ установлено, что непосредственно методом УСП формируются сферические субмикронные прекурсорные частицы (~200 нм-1 мкм) с гладкой поверхностью, тогда как после отжига морфология сохраняется, но появляются более грубые текстуры и пористость поверхности. Такая микроструктурная эволюция обеспечивает баланс между насыпной плотностью и путями транспорта Li+, что соответствует данным предыдущих исследований УСП-производных LiFePO4/С. Сравнительный анализ с системами на основе двухфазного сопла и пламенного спрей-пиролиза показывает, что сочетание градиентного термического контроля и электростатического осаждения в нашей установке способствует повышению качества получаемых порошков и обеспечивает перспективное сочетание лабораторной точности и потенциальной масштабируемости. Полученные результаты демонстрируют, что разработанный подход УСП является эффективной и гибкой платформой для получения высококачественных катодных порошков LiFePO4/С с контролируемой морфологией и кристалличностью.
Разработка и исследование композиций, содержащих полимеры и твердые углеродистые материалы
Применение бытовых полимерных отходов в модифицировании битумов является одним из перспективных направлений, позволяющих обеспечить дорожному покрытию высокую устойчивость к усталостным разрушениям, колебаниям температур суточных и сезонных циклов, способствующих решению экологических проблем. Кроме того, использование полимерных отходов в качестве модификатора способствует решению проблемы повышенной стоимости битума, модифицированного полимерами. В данной работе изучены составы и физико-химические характеристики битумов, полимерно-битумных вяжущих и угольного кокса. Химический состав каменноугольного кокса исследован методами ИК-спектроскопии и термогравиметрического анализа. Добавление микродиспергированного кокса при модификации битумов улучшает характеристики получаемого продукта, сопоставимые с полимерно-битумными вяжущими. Полимерно-битумное вяжущее с добавлением полимерного отхода и модификатора Elvaloy по основным показателям соответствует требованиям СТ РК 2534-2014 для марки БМП 50/70. В процессе модифицирования битумов полимерными отходами полимерные частицы физически взаимодействуют с высокомолекулярными компонентами (асфальтены, смолы и полиароматические соединения), что приводит к увеличению температуры размягчения, уменьшению значений пенетрации и растяжимости. Добавка микродиспергированного гранулированного порошка кокса при модифицировании дорожного битума обеспечивает соответствие требованиям ПБВ 40 по ГОСТ Р 52056-2003.
Способы синтеза MXenes из MAX-фаз: сравнительный обзор методов травления и их применения
MXene ─ это класс двумерных (2D) материалов, представляющих собой карбиды, нитриды и карбонитриды переходных металлов. Благодаря высокой электрической проводимости, гидрофильности и возможности тонкой настройки поверхностного химического состава эти материалы привлекают широкое внимание. Обычно MXene получают из слоистых тройных прекурсоров, известных как MAX-фазы, с общей формулой Mn+1AXn, где: M ─ ранний переходный металл; A ─ элемент 13-й или 14-й группы; X ─ углерод и/или азот. Переход от MAX к MXene осуществляется посредством селективного удаления A-слоя. Выбор целесообразной стратегии синтеза и травления играет ключевую роль в определении структуры и функциональных свойств получаемого материала. В данном обзоре представлен всесторонний анализ последних достижений в области синтеза MAX-фаз и производства MXene-материалов. Особое внимание уделено методам травления ─ таким как обработка фтористоводородной кислотой (HF), in situ HF (LiF + HCl), плавлеными солями и электрохимическим подходам ─ и их влиянию на морфологию, поверхностные функциональные группы и свойства MXene. В результате сравнительного анализа выявлены преимущества и ограничения каждого метода с точки зрения безопасности, масштабируемости и качества конечного продукта. В обзоре также обозначены актуальные проблемы, включая необходимость разработки фторсвободных и экологически безопасных методов травления, а также важность управления поверхностными окончаниями. В заключение даны рекомендации по направлению будущих исследований с целью адаптации методов синтеза MXene для применения в системах хранения энергии нового поколения, катализе, очистке окружающей среды и электронике.
In situ покрытие катода твердым полимерным электролитом для литий-серных аккумуляторов
Переход от жидких к твердофазным электролитам рассматривается как ключевая стратегия для повышения безопасности и энергоэффективности литий-серных (Li-S) аккумуляторов. Однако плохой межфазный контакт и высокое сопротивление на границе электрод-электролит остаются критическими препятствиями для коммерциализации. В данной работе представлен метод in situ покрытия, при котором сшиваемый на свету твердый полимерный электролит на основе политетрагидрофурана (aPTHF-SPE) формируется непосредственно на поверхности катодов C@S методом УФ-отверждения. Анализы SEM и EDS подтвердили образование равномерного полимерного слоя толщиной 35-46 мкм, обеспечивающего плотный межфазный контакт и уменьшение образования пустот. Электрохимические испытания показали, что катоды с in situ покрытием демонстрируют начальную разрядную емкость около 250 мА·ч·г-1, при этом последующие циклы характеризуются улучшенной стабильностью благодаря усиленному ионному транспорту и активации электрода. Несмотря на постепенное снижение емкости при длительном циклировании, предложенная стратегия значительно улучшает интерфейс электрод-электролит по сравнению с непокрытыми катодами. Полученные результаты подчеркивают, что in situ покрытие полимерным электролитом является перспективным и масштабируемым методом для решения межфазных проблем в твердотельных Li-S аккумуляторах, открывая путь к более безопасным и высокоэффективным системам накопления энергии.
Фотокатализаторы на основе нанолистов TiO2 с кислородными вакансиями для повышения активности в реакции выделения водорода: синтез и DFT-вычисления
В данной работе предложен эффективный метод синтеза нанолистов TiO2 на поверхности титановой фольги посредством плазменно-электролитического оксидирования (ПЭО) с последующим гидротермальным ростом наноструктур. Проведенные DFT-расчеты направлены на оптимизацию электронных свойств материала для повышения его активности в фотокаталитической реакции выделения водорода при легировании Мо. Метод ПЭО обеспечивает формирование пористого затравочного слоя TiO2 с высокой адгезией к подложке. На его основе в многостадийном процессе происходит in situ зародышеобразование нанолистовых структур титаната натрия и их дальнейшая трансформация в нанолисты TiO2 с развитой удельной поверхностью. Кислородные вакансии, формирующиеся в фазе анатаза, играют ключевую роль в адсорбции кислородсодержащих ионов и активации фотокаталитических процессов. Кроме того, моделирование методом теории функционала плотности (DFT) подтвердило, что легирование и модификация поверхности Мо приводит к уменьшению ширины запрещенной зоны (с 2,67 до 2,4 эВ), что способствует повышению фотокаталитической активности и стабильности системы. Предложенный подход представляет собой перспективную стратегию объемного синтеза монолитных наноструктурированных фотокатализаторов TiO2 с прочной адгезией к титановой подложке.
плазменно-электролитическое оксидирование (ПЭО)
Технологии хранения водорода: достижения, проблемы и перспективы развития
Водород рассматривается как один из наиболее перспективных энергоресурсов XXI века благодаря экологической чистоте и потенциалу интеграции в устойчивую энергетику. Основным препятствием на пути его широкого внедрения остается отсутствие эффективных и безопасных технологий хранения. В данной работе представлен обзор современных методов хранения: в виде сжатого газа, жидкого водорода, в металлогидридах и наноструктурированных материалах. Рассмотрены преимущества и ограничения традиционных технологий, показана перспективность нанопористого углерода, включая материалы из биомассы, обладающего высокой удельной поверхностью и возможностью функциональной модификации. Приведены экспериментальные данные, демонстрирующие достижение емкости свыше 10 мас.% при оптимальных условиях. Обоснована необходимость комплексного подхода к развитию водородной энергетики, включающего совершенствование существующих систем и применение устойчивых технологий на основе возобновляемого сырья.
Модифицирование поверхности арамидных пленок в плазме кислорода и аргона
Были изучены процессы плазменной модификации поверхности и разрушение арамидных пленок. Пленки обрабатывали в положительном столбе тлеющего разряда постоянного тока в аргоне и кислороде при давлении газа 30 и 150 Па и токе разряда 20 и 50 мА. Обработка в кислородной плазме показало, что это эффективный способ увеличения смачиваемости поверхности. Эти эффекты незначительны после обработки в аргоновой плазме.
Copyright (c) 2014 К.А. Джбааи, В.А. Титов, Т.Г. Шикова https://creativecommons.org/licenses/by/4.0
Углеродные катализаторы модифицированные родием для получения экологически чистых компонентов моторных топлив
Разработана методика синтеза углеродных носителей и методы нанесения модифицирующих активных компонентов. Синтезированы родий углеродные катализаторы, нанесенные на глину и карбонизованные абрикосовые косточки. Определено влияние содержания родия в реакциях гидрирования бензола. Определены оптимальные условия проведения реакции гидрирования ароматических углеводородов на родиевых катализаторах нанесенный на разные носители. Исследованы физико-химические характеристики синтезированных модифицированных углеродных материалов.
Copyright (c) 2014 С.К. Танирбергенова, Н.К. Жылыбаева, А. Темiрхан, Г.М. Наурзбаева, Г.М. Молдажанова, З.А. Мансуров https://creativecommons.org/licenses/by/4.0
Исследование графена, образующегося в атмосфере паров ароматических углеводородов, методом ЭПР спектроскопии
В статье приведена методика получения графена и углеродных нанотрубок входящих в состав углеродных пленок, образующихся при простейшим, экологическим чистом, реактивном магнетрон-ном распылении графита в атмосфере возгоняемых паров ароматических углеводородов, включая нафталин. Углеродная сетка молекулярной структуры ароматических углеводородов совпадет с графеновой углеродной сеткой. Полученные пленочные структуры исследовались методом атомно–силовой микроскопии и обнаружены ленты графена и углеродные нанотрубки. При изучении спектра ЭПР углеродной пленки на подложке из стекла было установлено, что пленка состоит из одной довольно интенсивной линии, характерным для графена. Кроме того имеется вклад ЭПР линии от нанотрубок. Приводятся результаты исследований полученных образцов по этой методике и их обсуждения.
Copyright (c) 2014 Ю.А. Рябикин, Б.А. Байтимбетова, Б.М. Верменичев https://creativecommons.org/licenses/by/4.0
Исследование электропроводности углеродных нанотрубок, полученных при магнетронном распылении графита с помощью ароматических углеводородов
В статье анализируется зависимость проводимости углеродных нанотрубок от их радиуса полученных при простейшим, экологическим чистом, реактивном магнетронном распылении графита в атмосфере возгоняемых паров ароматических углеводородов. На основании анализа проводимость углеродных нанотрубок растет с увеличением ее радиуса. Особое внимание уделено, что при увеличении радиуса углеродных нанотрубок растет число атомов в плоскости, которая образует нанотрубку, соответственно площадь для протекания тока становится больше и проводимость увеличивается.
Copyright (c) 2014 А.А. Аскарова, Б.А. Байтимбетова, В.Э. Никулин https://creativecommons.org/licenses/by/4.0
Исследование скользящего вращающегося разряда атмосферного давления
В статье рассматривается возможность увеличения долговечности плазменного генератора на основе вращающегося скользящего разряда. Исследовано влияние геометрических и динамических параметров системы с вращающимся скользящим разрядом на характер разряда. Скольжение и вращение разряда вызвано поперечным к электрическому полю вихревым потоком воздуха.
Copyright (c) 2014 Д.Л. Чернолуцкий, В.В. Колган, В.Я. Черняк, О.А. Недыбалюк, В.В. Юхименко, В.А. Шаповал, Е.В. Соломенко, М.О. Якимов https://creativecommons.org/licenses/by/4.0
Получение расплава базальта в плазменном электромагнитном реакторе
В данной работе показаны преимущества применения базальтового волокна и изделий из них в стройиндустрии и теплоэнергетике. Приведены результаты расчетов процесса плавления Казахстанских базальтов. Расчеты показали, что в газообразных и конденсированных продуктах процесса вредные вещества отсутствуют. Показаны преимущества электроплавки минеральных пород, включая базальт, по сравнению с руднотермическими печами. Приведены результаты экспериментальных плавок базальта в реакторе с электромагнитным перемешиванием расплава. Показана перспективность плавки базальта и получения минерального волокна на малогабаритных модульных установках, созданных на основе электромагнитного реактора (ЭМР). Найдено, что удельные энергозатраты на получение гомогенного расплава базальта не превышает 1,1 кВт·ч/кг, что выгодно отличает ЭМР от традиционных плавильных устройств (вагранки, руднотермические и газовые печи, электропечи), в которых этот показатель в несколько раз выше.
Copyright (c) 2014 В.Г. Лукьященко, В.Е. Мессерле, А.Б. Устименко, К.А. Умбеткалиев, В.Н. Шевченко, З.А. Мансуров, С.Х. Акназаров https://creativecommons.org/licenses/by/4.0