Основы безопасности жизнедеятельности. БЕЗОПАСНОСТЬ-ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ_наука-образование-практика_матери. Сборник научных статей Редакционная коллегия О. А. Фёдоров, В. В. Моисеев Составители
 Скачать 5.86 Mb.
|
|
Список литературы. Приказ росрыболовства об утверждении нормативов качества воды водных объектов от 18 января 2010 года. чайко, а. а. агропромышленный комплекс города южно-сахалинска и его влияние на качественный состав воды в реке сусуя / а. а. чайко // современные наукоемкие технологии. – Мс. 97–100. 3.чайко, а. а. влияние стоков городских коммуникаций и сельскохозяйственных предприятий на качество воды в реках юга сахалина (на примере загрязнения вод реки сусуи органическими веществами в 2007–2008 гг.) / чайко, а. а. // ученые записки сахалинского государственного университета сборник научных статей / гл. ред. а. а. василевский. – вып. VIII. – южно-сахалинск: сахгу, 2009. – 180 с. – с. 24–31. 4 чайко, а. а. изменение содержания некоторых органических загрязнителей вводах р. сусуи в весенне–летний период юг сахалина) / а. а. чайко // успехи современного естествознания. – Мс. чайко, а. а. изменение фоновых концентраций азота аммонийного вводах реки сусуи в период с весны 2007 по осень 2010 гг. / а. а. чайко // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – Мс. чайко, а. а. Мониторинговые ис- 0,97 2,05 2,07 2,89 2,15 3,48 4,2 2,56 4,66 8,58 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Весна Весна Весна Весна Весна Створ № Створ № Весна Весна Весна Весна Весна Створ № Створ № Рис. 2. Кривые изменения фоновых концентраций аммонийного азота в весенний период 2012–2016 гг. (в ПДК) Рис. 1. Кривые изменения фоновых концентраций аммонийного азота в весенний период 2007–2011 гг. (в ПДК 186 следования изменения содержания азота аммонийного вводах реки сусуя в 2007–2008 гг. / а. а. чайко // вестник воронежского государственного университета. сер. география. геоэкология. – воронеж : изд-во вгу, 2009. – № 2 – с. 117–118. 7. чайко, а. а. некоторые особенности загрязнения реки сусуя: результаты мониторинга за весенний период 2015 га. а. чайко // Международный научно- исследовательский журнал. – № 6 (48). – ч. 5. – 2016 гс. 163–165. Чеснокова АН, Максименко С. Д, Коноваленко А. А. г. Иркутск, Россия РАЗРАБОТКА МЕМБРАННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ЭКОЛОГИчЕСКИ чИСТЫХ ИСТОчНИКОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ОСНОВЕ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Разработаны мембранные материалы на основе тетраэтоксисилана и гетероароматических производных сульфоновых кислот. Методами элементного анализа и ИК спектроскопии охарактеризован состав полученных мембран. Исследована температурная зависимость протонной проводимости синтезированных мембран в сравнении с промышленно производимыми мембранами, определена энергия активации протонного переноса. Ключевые слова альтернативная энергетика, топливные элементы, ионообменные мембраны. российский энергетический сектор – один из основных источников загрязнения окружающей среды на его долю приходится более 50 % выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и более 20 % сброса загрязненных сточных вод в поверхностные водоемы, а также более 70 % суммарной эмиссии парниковых газов в рФ стратегической целью государственной экологической политики в энергетике является обеспечение экологической безопасности и устойчивого развития при функционировании энергетического сектора россии, минимизация негативного влияния добычи, транспортировки и потребления энергоресурсов на окружающую среду, климат и здоровье людей в связи с этим проблема разработки альтернативных экологически безопасных источников электроэнергии становится в последнее время особенно актуальной. одним из перспективных направлений является создание топливных элементов (тЭ), осуществляющих прямое превращение энергии топлива в электрическую и тепловую энергию (минуя малоэффективные процессы горения. коэффициент полезного действия таких устройств существенно выше, чем, например, у двигателей внутреннего сгорания и может достигать 75–80 %. тЭ обладают также и другими преимуществами перед традиционными источниками энергии, такими как небольшие размеры, компактность, малый вес. они бесшумны в работе, экономичны сточки зрения потребления топлива, а главное абсолютно экологически чистые, поскольку при их работе не происходит выделения вредных веществ в атмосферу (побочным продуктом является вода) [4, 6, 19]. тЭ находят применение в различных областях, таких как стационарные электростанции, автономные источники тепло- и электроснабжения зданий, двигатели транспортных средств, источники питания ноутбуков и мобильных телефонов в настоящее время наиболее существенные успехи достигнуты в создании твердополимерных тЭ (тПтЭ) на основе электролитов в виде тонких мембран. развитие данного направления обусловлено широким применением тПтЭ, в качестве малогабаритных источников тока Полимерные ионпроводящие мембраны являются ключевыми наиболее дорогостоящим элементом конструкции твердополимерных тЭ. их функция заключается в обеспечении транспорта ионов водорода и разделении газовых или топливных потоков на аноде и катоде. химическая стабильность, совместимость со структурой катализатора и газодиффу- зионных слоев таких мембран определяет меньшие потери на стыке границ и не приводит к отравлению катализаторов в диапазоне рабочих температур и влажности. наиболее известны перфторированные сульфокислотные мембраны типа Nafi on (российский аналог – МФ- 4ск), широко применяемые для электрохимического синтеза и производства тЭ. несмотря на целый ряд достоинств мембраны имеют и определенные недостатки, например ограниченный интервал температур, в котором они могут работать, и необходимость поддержания высокой влажности для обеспечения хороших транспортных свойств [5, 11]. высокая стоимость перфторированных мембран (порядка 900 амер. долларов за кв. м) сдерживает крупномасштабное применение их в промышленности. рядом преимуществ, по сравнению с коммерческими перфторированными мембранами Nafi on, обладают композитные мембраны [12, 17, 18], полученные методом золь-гель синтеза. данные материалы обладают свойствами как орга- но-полимерных (гибкость, пластичность и перерабатываемость), таки неорганических (термостойкость, сохранение механических свойств при высокой температуре, низкий коэффициент теплового расширения) материалов [1, 10, 12, 16]. использование в процессе синтеза различных по химической природе органических соединений, содержащих ионогенные группы, обусловливает ионообменные свойства мембран [2, 7, 14]. Целью работы являлось исследование и разработка протонпроводящих мембран на основе азотсодержащих гетероароматических производных сульфоновых кислот 3-пиридинсульфокислоты (Пск) и 2-фенил-5-бензимидазолсульфокислоты (Фбиск) с участием тетраэтоксисилана (тЭос). золь-гель синтез композитных мембран проводили согласно методике, описанной в [15]. Элементный анализ мембран проводили на газоанализаторе «Thermo Finnigan». ик спектры регистрировали на спектрофотометре. дифференциальную сканирующую калориметрию (дск) проводили на приборе ионную проводимость исследуемых мембран определяли при температурах 30, 40, 60, 80 си относительной влажности методом импедансной спектроскопии, используя прибор «Z-500PX» («Элинс», россия), двухэлектродным методом. измерения проводили в частотном диапазоне 500000–5000 гц. Получены гелевые мембраны, состоящие из полимерной матрицы поливи- нилбутираля, в которой равномерно распределены частицы диоксида кремния, в трехмерную структуру которого, механически встроены молекулы гетероароматических производных сульфокислот, допированные ортофосфорной кислотой. состав мембран охарактеризован методами элементного анализа и ик спектроскопии. данные элементного анализа мембрана на основе Фбиск (m-Фбиск): SiO 2 -12,97 %, S-6,41%, P-0,42 %; мембрана на основе Пск (m-Пск): SiO 2 - 24,49 %, S-12,67 %, P-0,54 Поданным дифференциальной сканирующей калориметрии мембраны m-Фбиск и m-Пск термически устойчивы до температур 180–190 с, что позволяет эксплуатировать их в составе твер- дополимерных топливных элементов. исследована зависимость ионной проводимости мембран на основе Пск и Фбиск от температуры. в качестве сравнительных образцов использовали промышленно производимые мембраны Nafi on 212 («DuPont», сша) и МФ-4ск (оао «Пластполимер», россия). на основании полученных данных построены графики зависимости протонной проводимости исследуемых мембран от температуры (рис. 1), по которым определена энергия активации процесса переноса протона через мембрану согласно уравнению аррениуса: где σ – ионная проводимость, см см а – предэкспоненциальный множитель E a – энергия активации для ионной проводимости, кдж/моль; R – газовая постоянная дж/моль·к); т – температура, к. Рис. 1. – Графики зависимости протонной проводимости исследуемых мембран от температуры 188 анализ результатов исследования протонной проводимости мембран на основе Пск и Фбиск показал, что в интервале температур от 30 до 80 с наблюдается линейное увеличение их протонной проводимости. Энергия активации мембран на основе Пск и Фбиск составляет 24,93 и 21,73 кдж/моль, соответственно. Полученные результаты исследуемых мембран сравнимы с коммерческими мембранам нафион и МФ-4ск, энергия активация которых составляет 17,04 и 29,92 кдж/моль. таким образом, синтезированные композитные мембранные материалы на основе азотсодержащих гетероароматических производных сульфоновых кислот и тетраэтоксисилана могут рассматриваться в качестве перспективных материалов для использования в твердополимерных топливных элементах. их преимуществами являются более низкая себестоимость, а также сравнительно простая технология изготовления по сравнению с аналогами. Список литературы. бочкарева, с. C. Получение гибридных композитов на основе азотсодержащих гетероциклических соединений и метилтрихлорсилана / с. C. бочкарева, в. в. еропов // Материалы трудов XXI всероссийской научно-технической конференции. в сборнике Энергетика эффективность, надежность, безопасность в 2 томах. – 2015. – с. 41–43. 2. бочкарева, с. с. кремнийорганические полимеры с ионообменными, каталитическими и биоцидными свойствами / с. с. бочкарева, ив. лаврентьев // в сборнике теоретические и практические вопросы интеграции химической науки, технологии и образования Материалы конференции научный редактор б. б. танганов. – 2016. – с. 26–34. 3. бродач, ММ. использование топливных элементов для энергоснабжения зданий / ММ. бродач, н. в. шилкин // авок. – № 2. – 2004. 4. добровольский, ю. а. новые про- тонпроводящие мембраны для топливных элементов и газовых сенсоров / ю. а. добровольский, а. в. Писарева, л. с. леонова, аи. карелин // альтернативная энергетика и экология. – 2004. – т. 20. – № 12. – с. 36–41. 5. иванчев, с. с. Фторированные про- тонопроводящие мембраны типа нафи- он – прошлое и настоящее // журнал прикладной химии. – 2008. – т. 81. – № 4. – с. 529–546. 6. иванчев, с. с. Полимерные мембраны для топливных элементов получение, структура, модифицирование, свойства / с. с. иванчев, св. Мякин // успехи химии. – 2010. – т. 79. – № 2. – с. 117–134. 7. Пожидаев, юн. Формирование органо-неорганических композитов на основе кремнийорганических мономеров и акриловых кислот / юн. Пожи- даев, о. в. лебедева, с. с. бочкарева, е. Ф. воропаева // вестник иркутского государственного технического университета с. 151–156. 8. Энергетика россии: взгляд в будущее (обосновывающие материалы к Энергетической стратегии россии за период до 2030 года. – М. : издательский дом Энергия. – 2010. – 616 с. 9. Энергетическая стратегия россии на период до 2035 года (проект. Министерство энергетики российской Федерации М, 2014. 10. ярославцев, а. б. композиционные материалы с ионной проводимостью – от неорганических композитов до гибридных мембрана. б. ярославцев // успехи химии. – 2009. – т. 78. – № 11. – с. 1094–1112. 11. ярославцев, а. б. Перфторированные ионообменные мембраны / а. б. ярославцев // высокомолекулярные соединения. ат с. 1367–1392. 12. Aparicio M., Lecoq E., Castro Y., Duran A. Proton conducting organic/ inorganic sol-gel mem-branes produced from phenyltriethoxysilane and 3-methacr yloxypropyltriethoxysilane // J. Sol-Gel Sci. and Technol. – 2005. – V. 34. – № 3. – P. 233–239. 13. Hickner M. A., Ghassemi H., Kim Yu S., Einsla B. R., McGrath J. E. Alternative polymer systems for proton exchange membranes (PEMs) // Chem. Rev. – 2004. V. 104. – р. 4587-4612. 14. Innocenzi P., Zub Y. L., Kessler V. G. Sol-gel methods for Materials Processing: Focusing on Materials for Pollution Control: Water Purification, and Soil Remediation. 2008. New York : Springer. – 508 p. 15. Lebedeva O. V., Chesnokova A. N., Badlueva T. V., Sipkina E. I., Rzhechitskii A. E., and Pozhidaev Yu. N. Hybrid Ion-Exchange Membranes Based on Heteroaromatic Sulfonic Acid Derivatives / Petroleum Chemistry. – 2015. – Vol. 55. – No. – 5. – р. 333–338. 16. Lebedeva O. V., Pozhidaev Y. N., Bochkareva S. S. Hybrid composites based on organosilicon monomers and acrylic acid // Russian Journal of Applied Chemistry. 2011. – T. 84. – № 8. р. 1418-1421. 17. Onizuka H., Kato M., Shimura T., Sakamoto W., Yogo T. Synthesis of proton conductive inor-ganic-organic hybrid membranes through copolymerization of dimethy- lethoxyvinylsilane with vinylphosphonic acid // J. Sol-Gel Sci. and Technol. – 2008. – V. 46. – № 1. – P. 107–115. 18. Tadanaga K., Yoshida H., Matsuda A., Minami T., Tatsumisago M. Medium temperature operation of fuel cells using inorganic-organic hybrid films from 3-gly cidoxypropyltrimethoxysilane and orthop- hosphoric acid // Electrochim. – Acta. – 2004. – V. 50. – № 2-3. – P. 705-708. 19. Zhao T. S. Advances in Fuel Cells / Zhao T.S., Kreuer K.-D., Nguyen T. Elsevier, 2007. – 499 с. Шакуров Р. Ф. г. Казань, Россия АНАЛИЗ СПОСОБОВ ПЕРЕРАБОТКИ ИЗНОШЕННЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ШИН Отходы резинотехнических изделий подвергаются естественному разложению только через 50–100 лета используемые при производстве органические соединения, обладающие токсичными свойствами, представляют большую экологическую опасность. В статье представлен анализ применяемых способов утилизации отходов резинотехнических изделий, в частности изношенных автомобильных шин. Обосновано преимущество их использования в качестве альтернативного топлива. Ключевые слова утилизация, резинотехнические изделия, автомобильные шины, пульсирующий режим горения. уменьшение, а то и исключение вредных выбросов в атмосферу является важной проблемой в области защиты окружающей среды и экологии в целом. Проблемы в энергоснабжении предполагают более рационального использования основных видов топлива также привлечения вторичных энергоносителей, в частности, промышленных и бытовых отходов. запасы природного углеводородного сырья ограничены. все более остро встает вопрос о необходимости использования вторичных ресурсов с максимальной эффективностью. использование вышедших из эксплуатации изношенных шин в качестве альтернативного топлива представляется очень перспективным. По количеству выделяемого тепла при горении резина приближается к такому коммерческому топливу как мазут. вышедшие из эксплуатации изношенные шины, складированные открыто, выброшенные на свалку или закопанные в землю подвергаются естественному разложению только через сотни лета используемые при производстве органические соединения, обладающие токсичными свойствами, представляют большую экологическую опасность. Поэтому, используемая технология утилизации отходов, в том числе и резинотехнических изделий, должна быть экологически чистой и экономически выгодной. в настоящее время резиновая крошка используется в строительстве дорог с целью снижения шума колес автомобильного транспорта, есть возможность получения из них порошков, коротких волокон, крошки различной степени дисперсности и применения их в качестве добавок (или основы) при изготовлении новых изделий. однако, существующим физическим методам переработки шин в резиновую крошку характерны сложная технология переработки, большие энергетические затраты. например, процесс механического измельчения шин, особенно с металлическим кордом (ас 2310511, 30.05.2006 г, требуют больших энергетических затрата бародеструкционная технология переработки покрышек, несмотря на кажущуюся простоту, очень сложная. недостатками низкотемпературной обработки изношенных шин являются сложность доставки, хранения и высокая стоимость жидкого азота, также сложность и высокие энергозатраты производства в целом (ас 2283759, 17.10.20010 г. химические методы переработки изношенных автомобильных шин, в частности при высоких температурах, заключается в термическом разложении (деструкции) полимеров в той или иной среде и получения продуктов переработки различного назначения. жидкие и газообразные продукты пиролиза можно использовать не только как топливо. они могут быть использованы в качестве смягчителей для регенерации резин. Пек пиролизной смолы является хорошим смягчителем, который может использоваться самостоятельно или в смеси с другими компонентами. тяжелая фракция пиролизата как добавка к битуму, использующемуся в дорожном строительстве, может повысить его эластичность, устойчивость к холоду и влаге. однако, переработка изношенных автомобильных шин при высоких температурах очень сложный и энергоемкий процесс. ас 95107474, 06.10.1996 г.). использование неустойчивого, а именно пульсирующего режима горения – одно из перспективных направлений решения проблемы утилизации отходов рти. в камерах пульсирующего горения происходит достаточно полное уничтожение токсичных соединений, что в условиях обычного горения невозможно. Пульсирующее горение – физико-хи- мический процесс превращения топлива, интенсифицированный акустическим воздействием. колебания, возникающие в сплошных средах, могут интенсифицировать ряд процессов, происходящих в тепловых установках. известно, что в колеблющихся потоках происходит существенное ускорение различных тепло- массообменнных процессов (смесеобразования, испарения, теплопередачи от газа к стенкам, теплообмена при взаимодействии потока с нагретыми телами и др, улучшается агломерация частиц и коагуляция аэрозолей. При пульсирующем горении, кроме того, происходит увеличение телонапряженности топочного объема, улучшение полноты сгорания топлива по сравнению с равномерным режимом горения. в установках, снабженных механическими или аэродинамическими клапанами, колебания приводят к дополнительному поступлению воздуха в камеру сгорания. Эти преимущества могут быть использованы в энергетических установках с умеренной форсировкой процесса горения, в которых амплитуда колебаний будет не такой большой, чтобы привести к каким – то серьезным последствиям. очевидны перспективы применения пульсирующего горения для сжигания твердых, жидких, газообразных топлив (в том числе и альтернативных). рядом авторов установлено [1-4], что при пульсирующем горении достигается высокая полнота сгорания топлива. Это достигается при весьма малых избытках воздуха. как известно, скорость горения конденсированного топлива, твердого или жидкого, лимитирована скоростью процессов массопереноса кислорода к горящей поверхности и оттока продуктов горения от нее. Эта задача успешно решается в пульсирующей системе, где более тяжелые частицы топлив не успевают следовать за колебаниями среды, вследствие чего область вокруг частицы освобождается от продуктов сгорания, ив нее периодически попадает кислород. воздействие акустических колебаний резко меняет характер горения диффузионного факела. во-первых, сильно сокращается длина холодного ядра, характерного для обычного горения, и зона воспламенения приближается к горелке во-вторых, резко возрастает градиент температур в зоне горения в-третьих, до четырех раз увеличивается глубина выгорания. изменение характера горения объясняется возникновением турбулентных вихрей в связи с сильным затуханием и рассеиванием акустических колебаний на границе раздела сред. для эффективного воздействия акустических колебаний на процесс горения необходимо подбирать частоту и интенсивность акустических колебаний анализ результатов экспериментальных исследований подтверждает, что в устройствах, где реализовано пульсаци- онное горение, содержание вредных соединений в газовом выбросе ниже предельно допустимых норм. в частности, содержание оксида азота NO x и диоксида серы SO 2 ниже предельно допустимых концентраций Список литературы. бабкин, юл. камеры пульсирующего горения как топочное устройство / юл. бабкин – теплоэнергетика, 1965. – № 9. 2. Подымов, в. н. Прикладные исследования вибрационного горения / в. н. Подымов и др. – казань: изд-во кгу, 1978. 3. северянин, в. со перспективах использования пульсирующего горения в. с. северянин, б. М. дерещук. – изв. вузов ссср. Энергетика. – 197. – № 4. – с. 138–143. 4. шакуров р. Ф. исследование механизма горения твердых горючих веществ в трубе рийке: автореф. дис. на соискание ученой степени к. т. н. / р. Ф. шаку- ров. – казань, 2001. – 36 с. |