Тезисы Одесский национальный университет имени И. И. Мечникова

Вид материала

Тезисы

Содержание СВЯЗЬ ЭНЕРГИИ ФЕРМИ Ni, Cr, Mn С ЭЛЕКТРОКАТАЛИТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТЬЮ ТРОЙНЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ЭТИХ МЕТАЛЛОВ Исследование возможности природного сорбента – трепела по очистке водных сред от техногенных и антропогенных загрязнений ООО «Обнинский центр науки и технологий» г. Обнинск, Россия Электрохимическая энергетика: типы устройств, современное состояние, проблемы и перспективы Киевский национальный университет технологий и дизайна Первичные литиевые ХИТ Кислородные (воздушные) электроды (КЭ) на основе недорогих катализаторов. Об эффективности режимов диспергирования Влияние интенсивности межчастичных взаимодействий в системе металл – продукты коррозии на параметры процесса химической обработк Черновицкий национальный университет Керамічні паливні комірки: український досвід Статистический аппарат для углубленного анализа данных биологического контроля с применением бактериальной тест-системы Национальный университет имени И. И. Мечникова Электрохимическое исследование воздушных электродов на основе металлопорфиринов Исследование миграции свинца в водах зоны северной тайги Таблица 1 Степень поглощения ионов свинца (15 мкг) Создание высокоэффективных защитных Одесса, Украина Влияние растворенных газов на энергетические Перспективы развития энергосистем ... Полное содержание

Подобный материал:

• Научный, 8.03kb.
• Учебное пособие одесский национальный университет имени И. И. Мечникова 2010 ббк 83., 3007.67kb.
• Украины Одесский Национальный политехнический университет Кафедра «Информационные системы, 334.62kb.
• С задачами и упражнениями, 4649.95kb.
• Одесский Национальный Политехнический Университет Программное обеспечение автоматизированных, 41.53kb.
• Одесский Национальный Политехнический Университет курсовая, 457.95kb.
• Национальный Университет Узбекистана имени Мирзо Улугбека Номер паспорта: 30 Полное, 152.58kb.
• Одесский Национальный Политехнический Университет курсовая, 433.89kb.
• Положение о премировании работников ргкп «Евразийский национальный университет имени, 60.28kb.
• Конференция пит-2010 проведена на базе Самарского государственного аэрокосмического, 176.83kb.

УДК 541.138

СВЯЗЬ ЭНЕРГИИ ФЕРМИ Ni, Cr, Mn С ЭЛЕКТРОКАТАЛИТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТЬЮ ТРОЙНЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ЭТИХ МЕТАЛЛОВ


Андреянов А.Д., Кузнецова И.А., Короленко Л.И.

Одесская национальная академия пищевых технологий,

г. Одесса, Украина

Одной из важных проблем улучшения технико-экономических показателей работы топливных элементов является разработка недорогих и эффективных катализаторов, ускоряющих электрохимические процессы на его электродах.

Целью данной работы было установление взаимосвязи между электрокаталити­ческими активностями тройных дисперсных сплавов Ni-Cr-Mn в реакции электро­восстановления кислорода и энергиями Ферми металлов, образующих эти сплавы.

Никель и хром, также как никель и марганец образуют твердые растворы, но при этом Ni имеет гранецентрированную кубическую (ГЦК) кристаллическую решетку, марганец – кубическую,а хром – объёмноцентрированную кубическую (ОЦК). Вследствие этого марганец и хром в сплавах с никелем искажают кристаллическую структуру никеля, увеличивают адсорбционную способность поверхности сплавов, что должно благоприятствовать росту их каталитической активности. Было интересно изучить на примере марганца воздействие третьего компонента в сплаве на его каталитическую активность. Содержание марганца в сплавах варьировали от 5 до 80 масс. %.

Сплавы никель-хром-марганец, используемые в качестве катализаторов электро­восстанов­ления кислорода, были исследованы методом суспен­зионного кислород­ного полуэлемента. Это позволило выявить влияние содержания марганца на электрокатали­тическую активность тройных сплавов и определить его оптимальное содержание.

Сплав с содержанием марганца, с его массовой долей, равной

10 %, имеет наибольшую электрокатали­тическую активность.

Как известно, электроны, находящиеся на поверхности Ферми, оп­ределяют большинство свойств металлов. Электроны, расположенные на поверхности Ферми, обладают энергией, равной . Для расчета и скорости электронов () на поверхности Ферми различных металлов использовалась модель Зоммерфельда, в которой рас­пределение электронов по скорости описывается статистикой Ферми-Дирака

Согласно полученным расчетам, никель и марганец обладают близкими значениями энергии Ферми и скорости Ферми в отличие от хрома. Зато марганец и хром отличаются от никеля по ряду физических характеристик: тип кристаллической решетки, параметр кристаллической решетки “a”, энергия ионизации, атомный радиус, электроотрицательность, энергия кристаллической решетки, ра­бота выхода электрона.

Такое различие марганца и никеля объясняет, почему при введении марганца в кристалл никеля постепенно меняется его структура, возникают в ней искажения. Этому также способствует присутствие хрома в сплаве. Поверхности Ферми марганца и хрома отли­чаются от поверхности Ферми никеля. Поэтому наличие марганца и хрома в тройной системе благоприятствует увеличению доли более медленных электронов на по­верхности Ферми. Это положительно сказывается на электрокаталитической активности сплавов. Но большое увеличение содержания марганца при этом деформирует структуру тройной системы. Поэтому должен наблюдаться максимум элек­трокаталитической активности сплавов Ni-Cr-Mn при невысокой концентрации марганца, что хо­рошо согласуется с экспериментальными данными.


УДК 621.311.22:628.1


ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИРОДНОГО СОРБЕНТА – ТРЕПЕЛА ПО ОЧИСТКЕ ВОДНЫХ СРЕД ОТ ТЕХНОГЕННЫХ И АНТРОПОГЕННЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ


Анисимов В.С., Мартынов П.Н., Мерков С.М., Петров К.В.,

Подзорова Е.А., Чабань А.Ю., Шилина А.С.

ООО «Обнинский центр науки и технологий» г. Обнинск, Россия


Цель работы – исследование возможности природного сорбента по очистке водных сред от загрязняющих примесей.

Проведены комплексные исследования по оценке эффективности очистки сорбентом воды, загрязненной наиболее распространенными загрязнениями [кальций, магний, железо, медь, алюминий; свинец, фтор, аммиак и другие катионы и анионы, а также фенол, нефтепродукты (НП) и поверхностно-активные вещества (ПАВ)].

На модельных растворах и реальных природных водах в статических и динамических условиях изучена эффективность поглощения таких загрязнений трепелом.

Определена сорбционная емкость трепела в водных растворах этих загрязнений.

Результаты исследований сорбции НП, фенола и ПАВ сорбентом позволяют сделать заключение о высокой эффективности трепела по отношению к этим загрязнениям.

Для выяснения возможности применения сорбентов для очистки реальных дренажных вод полигона ТБО были проведены эксперименты с различными приемами очистки.

Наилучший результат очистки воды ТБО достигается при пропускании воды через колонку с трепелом фракции 80 мкм (М-80).

Комплексные исследования по оценке эффективности очистки воды, загрязненной наиболее распространенными загрязнениями, позволяют сделать вывод о том, что трепел может быть использован в качестве противомиграционного барьера, препятствующего распространению загрязнений за пределы емкостей хранения.


УДК 541.136


ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ЭНЕРГЕТИКА: ТИПЫ УСТРОЙСТВ, СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ, ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ


Барсуков В.З., Хоменко В.Г., Лихницкий К.В., Яцюк Л.А.,

Антоненко П.А

Киевский национальный университет технологий и дизайна,

г. Киев, Украина,

УГХТИ, г. Днепропетровск, Украина


Анализируются современное состояние, проблемы и перспективы использования различных типов устройств электрохимической энергетики (аккумуляторов, первичных элементов, суперконденсаторов, электродов топливных элементов), в том числе на основе новых недорогих материалов, разработанных на кафедре Электрохимической энергетики и химии КНУТД в содружестве с рядом организаций в Украине и за рубежом.

Аккумуляторы. Несомненным лидером среди обратимых химических источников тока (ХИТ) в последние десятилетия стали литий-ионные аккумуляторы (ЛИА), которые совмещают рекордную для обратимых систем удельную энергию (W>130-140 Вт·ч/кг) с высоким сроком службы (N~1000 циклов). Широко распространившись в мобильной связи, переносных компьютерах, цифровой фотографии, видеокамерах и другой бытовой радиоэлектронике, ЛИА постепенно увеличивают свои габариты и готовятся «захватить» другие области практического применения (батареи для электромобилей и электробусов, морского, железнодорожного и воздушного транспорта). Одна из основных проблем существующих ЛИА - относительно высокая стоимость, главный вклад в которую вносят положительные электроды на основе литированного оксида кобальта. КНУТД, совместно с немецкими партнерами, разработаны макеты ЛИА повышенной энергоемкости (W~180 Вт·ч/кг) с положительным электродом на основе литированного фосфата железа, себестоимость которых значительно ниже.

Первичные литиевые ХИТ системы «литий – полифторуглерод». ХИТ такой электрохимической системы объективно должны иметь более высокую удельную энергию на единицу массы, чем, скажем ХИТ с традиционным катодом на основе диоксида марганца, благодаря использованию более легкого полимерного электрода. Однако ранее считалось, что ХИТ такой системы имеет невысокую мощность и способен к разрядам только малыми токами. Проведенные совместно с американскими партнерами исследования новых типов полифторуглерода в сочетании с использованием новейших углеродных материалов показали, что на основе указанных материалов удается создать ХИТ с очень высокой удельной энергией (W~500 Вт·ч/кг), который одновременно способен разряжаться высокими токами (в том числе – в импульсных режимах).

Суперконденсаторы. КНУТД разработаны гибридные суперконденсаторы (ГСК), сочетающие очень высокую удельную мощность (Р~120 кВт/кг) с достаточно высокой для СК удельной энергией (W~14 Вт·ч/кг). В имеющихся аналогах эти характеристики обычно значительно ниже.

Кислородные (воздушные) электроды (КЭ) на основе недорогих катализаторов. На основе композитов проводящих полимеров, новейших углеродных материалов и смешанных оксидов переходных металлов разработаны каталитически активные материалы, которые могут найти применение для топливных элементов и воздушно-металлических батарей (систем воздух-цинк, воздух-магний).


УДК 621.354


ОБ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕЖИМОВ ДИСПЕРГИРОВАНИЯ

СПЛОШНОЙ СРЕДЫ


Бойко Ю.И., Копыт Н.Х., Семенов К.И.

Одесский национальный университет имени И. И. Мечникова,

м. Одеса, Україна


Около 10 % от всей производимой мировой экономикой энергии идет на диспергирование (измельчение) потребляемых материальных ресурсов, приведение их в состояние дисперсных систем – порошков, гидро- и аэровзвесей. Обусловлено это тем обстоятельством, что большинство нужных превращений исходных материалов, в том числе и при производстве обычных видов той же энергии, реализуется гетерогенными физико-химическими реакциями, а диспергирование есть технологический способ увеличения потребной для этого поверхности используемого вещества.

Однако, традиционные технологии диспергирования, как дробления конденсированных (сплошных) материальных сред на частицы, обычно дают широкий спектр их размеров, что существенно затрудняет организацию эффективных режимов последующих превращений на их поверхности, да и использование получаемых дисперсных систем в решении других задач.

Современные достижения, как в теоретических представлениях о процессе диспергирования сплошной среды, так и в их экспериментальных реализациях, позволяют достигать не только интегральных результатов такого воздействия, но и детально управлять им с высоким пространственно-временным разрешением. В частности, оказывается возможным осуществление схемы «одно воздействие – одна частица». В теоретико-методологическом плане детального управления процессом диспергирования (дробления) это прорывный шаг, связанный с введением в рассмотрение фундаментального понятия солитона. Таким способом с расчетной стороны удачно формализуется существенная нелинейность исследуемого явления, с экспериментальной – усилия сосредотачиваются на подборе режимов механического диспергирования с минимальной долей сопутствующих тепловых процессов. Здесь именно привлечение современного физического образа – солитона, становится опорой разработки оптимальных энергозатрат процесса диспергирования, поскольку в расчетно-наблюдательном аспекте определяющим это признаком есть характерные для солитона слабые разрывы конфигурации пространственной области развития явления. В частности, для задачи диспергирования струи жидкости, когда режим «одно воздействие – одна частица» дает наивысшую производительность при выполнении требования сохранения монодисперсности распыла, такая область, с учетом реализуемости через солитонную стадию, аппроксимируется псевдосферой. Соответственно, слабым разрывом для нее будет ребро возврата, а в физико-математической модели – и переходящие в острия полюса указанной математической аппроксимации. Что же касается минимизации не нужных тепловых затрат, например, при получении монодисперсных капель металлического расплава, то в уравнениях, дающих солитонные решения, это косвенно отражается обратимостью составляемого баланса, когда в представлении поверхности, охватывающей область, нелинейные члены уравниваются членами, описывающими дисперсию.


УДК 621.794.42


Влияние интенсивности межчастичных взаимодействий в системе металл – продукты коррозии на параметры процесса химической обработки поверхности стали


Борук С.Д, Водянка В.Р.

Черновицкий национальный университет

имени Юрия Федьковича г. Черновцы, Украина


Широкое распространение в машиностроительной промышленности получили процессы химической обработки поверхности металлических изделий перед нанесением на них защитных и декоративных покрытий. Указанные технологические операции, сопровождающихся образованием значительных количеств загрязняющих веществ. Повышение экологической безопасности проведения указанных операций возможно путем уменьшения скорости растворения металла изделий при проведении химической обработки их поверхности.

Нами исследованное влияние рекомендуемых веществ (сульфосалициловая кислота, ацетилмочевина, тиосемикарбазид) и их комбинации на агрегативную устойчивость водных суспензий оксидов железа и продуктов коррозии, значения электрокинетического потенциала частиц. Также исследовано влияние указанных веществ на интенсивность взаимодействия частиц продуктов коррозии с металлической поверхностью (железо, сталь).

Как показали проведенные исследования, при введении в дисперсную систему индивидуальных веществ и их комбинаций увеличивается их седиментационная устойчивость, что свидетельствует о дезагрегации частиц дисперсной фазы. Во всех случаях полученные зависимости выходят на плато. Эффективнее всего диспергируются оксиды железа, меньше – продукты коррозии.

Отметим, что при комбинированном действии веществ наблюдается снижение интенсивности диспергирующего действия. В то же время, именно совместное действие указанных веществ позволяет максимально замедлить скорость растворения металла и сократить образование загрязняющих веществ. Очевидно, при определенном соотношении компонентов добавок достигается оптимальный режим проведения обработки поверхности металла, при котором ингибиторы защищают металл и в достаточной мере способны диспергировать продукты коррозии.

Проведенные исследования показали, что сохранение эффективности раствора химической обработки поверхности стали достигается за счет диспергирующего действия рекомендуемых добавок на продукты коррозии. Это приводит к увеличению площади контакта между частицами оксидов и рабочим раствором и, как следствие, к увеличению скорости их растворения в кислой среде. Определены механизм действия ингибиторов растворения металлов в растворах их химической обработки, оптимальные концентрации веществ, при которых наблюдается существенное сокращение скорости растворения металла.

Таким образом, применение рекомендуемых веществ, в растворах химической обработки поверхности металлов, предотвращает непродуктивное растворение металла, образование дополнительных количеств оксидов азота и сточных вод. То есть значительно повышается экологическая безопасность и технологические показатели проведения процесса.


УДК 541.135


Керамічні паливні комірки: український досвід


*Васильєв О. Д., **Баклан В. Ю., **Макордей Ф. В.

*ІПМ імені І. М. Францевича, м. Київ, Україна

**ОНУ імені І. І. Мечникова, м. Одеса, Україна


Керамічні (твердо-окисні) паливні комірки є чи не найперспективнішими енергетичними пристроями найближчого майбутнього, перш за все, через їхню невибагливість до палива, використання окису вуглецю і, через це, найвищу енергетичну ефективність, та можливість бути виготовленими з поширених і порівняно недорогих матеріалів. Особливо привабливим для України є цирконієво-керамічний їхній тип, оскільки наша країна володіє найбільшим у північній півкулі Землі родовищем піску-циркону, яке є до того ж третім за розмірами у світі. Україна має і непересічний досвід у виробництві порошків двоокису цирконію, який є визначальною речовиною паливних комірок.

Цирконієво-керамічні паливні комірки стали логічним продовженням справи великого Оганеса Карапетовича Давтяна, яку він започаткував у Одеському Національному університеті ім. І.І. Мечникова.

Серцем паливних комірок є електроліт. Йому на даному етапі розвитку паливно-комірчаних технологій і приділяється зараз основна увага через потребу зниження робочої температури принаймні до 600 ^оС. Перспективним тут є двоокис цирконію, стабілізований 10-мол. % окису скандію та 1-мол. % окису церію (10Sc1CeSZ), який має не тільки високу провідність, а й стабільність у часі. Було розроблено і досліджено порошки цього складу і виготовлено плівкові паливні комірки, застосовуючи електронно-променеве осадження електролітної плівки на поруватий NiO-ZrO₂ анод.

При порівняльному дослідженні розроблених авторами і комерційних (DKKK, Японія, та Praxair, США) порошків встановлено, що природа порошків двоокису цирконію визначає властивості електроліту, його електричну провідність та механічну поведінку. Найкращим серед вивчених за названим комплексом властивостей порошків можна вважати розроблений авторами і виготовлений на Вільногірському гірничо-металургійному комбінаті, як через високу йонну провідність (яка майже на порядок є більшою) та механічну поведінку його електроліту, так і несхильність його до швидкої рекристалізації, яка приводить до деградації властивостей. Найкращу провідність забезпечує і розроблена авторами електролітна "електронно-променева" плівка, яка забезпечує майже на півпорядка кращу провідність у порівнянні з традиційною, осадженою трафаретним друком. Втім, будова паливних комірок ще потребує структурної оптимізації; вони потребують власних, спеціально для них розроблених, порошків, які б забезпечували стабільність властивостей при тривалому використанні.

Наводяться дані щодо будови і властивостей порошків та електролітів з них, масивних та плівкових. Демонструється портативна батарея паливних комірок, яка забезпечує 10 Вт потужності електричного струму при роботі від побутового газу пропан-бутан [1].


Література

1. Баклан В.Ю., Васильєв О.Д. Твердооксидні електрохімічні обладнання для перетворення енергії: потенційні можливості. Матеріали конференції „Поводження з промисловими та побутовими відходами. Проблеми і рішення”, 2009-07-01, Одеса, НВБ „Біоексор”, С. 53-56.


УДК 51-76: 57.042


СТАТИСТИЧЕСКИЙ АППАРАТ ДЛЯ УГЛУБЛЕННОГО АНАЛИЗА ДАННЫХ БИОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ БАКТЕРИАЛЬНОЙ ТЕСТ-СИСТЕМЫ Salmonella tiphymurium TA 100


Васильева Н. Ю.

Национальный университет имени И. И. Мечникова,

г. Одесса, Украина


Основной задачей исследования был подбор адекватного алгоритма обработки данных биологического контроля с применением большинства статистических методов моделирования. Алгоритм строился по принципу усложнения методов анализа.

В работе использовали данные биотестирования почв степной зоны юга Одесской области.

Согласно данным химического анализа, незначительные различия в концентрациях наблюдаемых металлов (меди, кобальта, цинка и железа), свидетельствуют о фоновом, а не о локальном загрязнении полигона, на протяжении всего времени наблюдения, что позволяет говорить о предположительно равномерной «химической нагрузке» на всю территорию. Исходя из полученных данных химического анализа, логично предположить, что регистрируемые биологические показатели будут примерно одинаковы.

Однако, согласно полученным данным, почвы исследованной территории индуцировали разнообразные генотоксические показатели в бактериальной тест-системе Salmonella tiphymurium TA 100. Максимальные показатели токсичности, сопровождаемой мутагенным эффектом превышающим контроль более чем в два раза, наблюдались вблизи ферм, складов удобрений и химикатов, гаражей. Кроме того, все почвенные образцы, находившиеся в непосредственной близости от автомобильных дорог, обладали генотоксическим потенциалом.

Таким образом, проведенные исследования показали, что генотоксические показатели почв не зависят от рельефа, а формируются в зависимости от антропогенного фактора.

Так, формирование выборок для анализа строили, основываясь на однофакторном дисперсионном анализе, которые в дальнейшем анализировали независимо друг от друга.

Для выяснения степени влияния на генотоксичность почв факторов загрязнения и выявления ключевых факторов загрязнения, использовали многофакторный дисперсионный анализ, в результате которого стало очевидно, что на формирование генотоксического потенциала почвы наиболее значительное влияние оказывали комплексы «кобальт-железо», и «кобальт-медь». При этом было показано, что на мутагенный пул влияют отдельные металлы, а их комплексы более значимы для формирования токсического потенциала. Это наблюдение можно отнести к «скрытым факторам», поскольку пронаблюдать механизм действия «чистого комплекса» или отдельного металла в природных условиях невозможно.

Значимость именно этих комплексов ионов металлов было также подтверждено методом ранговых корреляций.

Основанные на статистическом моделировании предположения об усиления токсичности при суммарном действии токсикантов на микробиоту подтвердились при проведении лабораторных исследований.

Применение кластерного анализа позволило наглядно продемонстрировать, что почвенные образцы, попавшие в один кластер по количеству содержащихся в них металлов, оказывали различное действие на клетки сальмонеллы, т.е. зависимость «доза-эффект» не наблюдается.

Таким образом, выделив из имеющегося у нас набора данных ключевые факторы, мы приступили к моделированию изменения биологических параметров в зависимости от токсической нагрузки. В наших исследованиях мы не выходили за рамки внутреннего контура принципиальной блок-схемы экологического нормирования и использовали принцип статистического моделирования, имеющего вид системы, состоящей из двух уравнений.

Важным моментом при построении прогностической было соблюдение принципа нелинейности модели. Полученные суммарные прогностические модели показали, что в целом система реагирует по типу тригерра и переход из состояния «хорошо» в состояние «плохо» происходит быстро и в узком диапазоне концентраций токсикантов.

Таким образом, был отработан оптимальный алгоритм математического анализа данных биологического контроля, который позволил выявить, что в почвенных образцах южных черноземов формирование генотоксического потенциала происходит в условиях когда количественное содержание токсикантов не превышает установленные ПДК, а зависимость доза-эффект не наблюдается. Также показана целесообразность последовательного использования различных методов статистического анализа по отработанному алгоритму, на основании измерения биологических показателей, при оценке раздельного и комбинированного влияния физических и химических факторов на систему. Пошаговое использование подобного алгоритма позволило выявить скрытые механизмы формирования генотоксичности природных почв и вод, проследить изменение микробных показателей в зависимости от рельефа и фактора сельскохозяйственного использования земель и оценить синергичное действие тяжелых металлов.


УДК 541.138


ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДУШНЫХ ЭЛЕКТРОДОВ НА ОСНОВЕ МЕТАЛЛОПОРФИРИНОВ


Джамбек А. А., Джамбек О. И., Макордей Ф. В., Ишков Ю. В.

ОНУ имени И. И. Мечникова, г. Одесса, Украина


Для широкого применения разных источников энергии необходимо расширение спектра электрокатализаторов, которые не содержат дорогие и дефицитные материалы. Исследования показали, что одним из перспективных направлений является использование в качестве электрокатализаторов металлоорганических комплексов, в том числе и металлопорфиринов [1, 2]. Возможность применения органических комплексов металлов на основе порфирина и его аналогов обусловлена тремя основными факторами: высокой активностью в различных гетерогенных окислительно-восстановительных реакциях, наличием полупроводниковых свойств, высокой химической и термической устойчивостью. На примере кислородной реакции нами изучены физико-химические и электрокаталитические свойства порфиринов и их комплексов с Co (II) для определения возможности их применения в качестве катодных материалов для химических источников тока разного назначения.

Методом циклических вольтамперограмм изучены электрокаталитические свойства 5,10,15,20-тетра-(4-метоксифенил)-порфирина (ТМФП), мезо-тетра-(3,5-ди-третбутилфенил)-порфирина (ТТБ) и их комплексов с Co (II) (CoТМФП и CoТТБ, соответственно) в составе кислородного газодиффузионного электрода. Циклические I-E-кривые снимали в 7 М растворе КОН при температуре 30^°С на воздухе, а интервале потенциалов –0,4 ÷ 0,7 В (электрод сравнения Hg/HgO) и скорости сканирования 20 мВ/с. Образцы катализатора получали методом адсорбции из диметилформамидных растворов лигандов и их комплексов на поверхность электропроводного носителя (гидрофобная ацетиленовая сажа) в соотношении 1: 9. Воздушные электроды были изготовлены прессованием гидрофобизированных (15%, мас. фторопласта) активного и гидрозапорного слоев с токовым коллектором. Термообработку электродов проводили в токе инертного газа (азот) при температуре 350^°С. Электрохимическую активность электродов на основе образцов активных масс в реакциях электровосстановления и электроокисления кислорода оценивали по величине генерируемого тока в процессе испытаний при потенциалах –0,4 и 0,7 В соответственно.

Электрохимические исследования показали, что наиболее высокая электрокаталитическая активность в реакции восстановления кислорода в щелочной среде (180 мА/см²) получена для электрода с активным слоем на основе CoТМФП. По данным ресурсных испытаний скорость поляризации электродов при воздействии циклической нагрузки зависит от количества образующегося в щелочной среде при катодной поляризации пероксид-иона.


Литература

1. Самолетов О.В., Базанов М.И., Евсеев А.А., Петров А.В. и др. Электрохимические и электрокаталитические свойства β-октабром-мезо-тетрафенилпорфирина и его μ-оксодимерного комплекса с железом // Изв. Вузов. Химия и хим. технология. – 2004. – Т. 47, вып. 10. – С. 21-23.
   
2. Джамбек О.А., Джамбек О.І., Макордей Ф.В., Ішков Ю.В. Особливості поведінки повітряних електродів на основі металопорфіринів в лужному розчині //Науковий вісник Чернівецького університету. – 2008. – Вип. 401.: Хімія. – С. 38-40.
   

УДК 556.014


ИССЛЕДОВАНИЕ МИГРАЦИИ СВИНЦА В ВОДАХ ЗОНЫ СЕВЕРНОЙ ТАЙГИ


Дину М.И.,

ИВП РАН, г. Москва, Россия


Природные воды являются многокомпонентными системами, поэтому определение отдельных форм элементов, связанных как с неорганическими, так и с органическими лигандами, представляют собой сложную аналитическую задачу. Гумусовые вещества (ГВ) являются определяющими в миграции ионов тяжелых металлов (ТМ). Связывая ионы в прочные и малотоксичные комплексы, высокомолекулярные природные органические вещества в значительной степени снижают токсическое действие поллютантов [2, 5]. Можно говорить о природном и техногенном источниках поступления тяжелых металлов в окружающую среду. Главным природным источником ТМ являются породы (магматические, осадочные). Техногенное рассеивание осуществляется разнообразными путями: за счет выбросов от черной и цветной металлургии, с/х деятельности. При описании опасных для окружающей среды металлов необходимо учитывать их деление на S-, р-, d- и f- элементы. Важной особенностью р–элементов является тот факт, что ни один из них не зарегистрирован в качестве природного элемента, имеющего глобальное экологическое значение, - большинство определяют региональное или локальное состояние различных экологических сред [1,3,4].

Целью работы являлось рассмотрение форм нахождения саинца в водах зоны северной тайги. Эксперимент состоял из следующих этапов:

1. Выделение фракций гумусовых веществ (ГВ) с помощью щелочной вытяжки по методике Орлова Д.С.
   
2. Создание водных растворов ГВ со степенью ПО 2, 5, 6, 8 мгО/л, соответственно.
   
3. Исследование фракций с помощью ИК-спектрометра.
   
4. Исследование реакции комплексообразования данных фракций с ионами свинца,
   

такими методами, как вольтамперометрические, титрометрические, фотоэлектрометрические. Результаты эксперимента показали различное поглощение с гумусовым веществом исследуемой зоны. Основные данные представлены в таблице 1.


Таблица 1 Степень поглощения ионов свинца (15 мкг) ГВ, %

ПО мгО/л	Проба зоны тайги
2	47
4	55
6	70
8	80

Литература

1. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия.- М.: Высшая школа,1988
   
2. Веницианов Е.В., Кочарян А.Г. Тяжелые металлы в природных водах. – М.: ИВП РАН, 1994. – С. 299-326.
   
3. Гранина Л.З., Каллендер Е. Элементы круговорота железа и марганца в Байкале// Геохимия. №9. 2007. с. 999-1007
   
4. Ершова Е.Ю., Веницианов Е.В., Кочарян А.Г., Вульфсон Е.К. Тяжелые металлы в донных отложениях Куйбышевского водохранилища//Водные ресурсы. 1996. том 23. №1.
   
5. Жилин Д.М. Исследование реакционной способности и детоксических свойств ГК по отношению к соединениям ртути МГУ.- М. 1998
   

УДК 541.182.45


СОЗДАНИЕ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ ЗАЩИТНЫХ

ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ПЕН


Копыт Н. Н., Статина Л. А., Копыт Н. Х, Бондаренко Л. Р.

Одесский национальный университет имени И. И. Мечникова,

г. Одесса, Украина


Задачи высокоэффективного использования энергоресурсов и тепла, в частности, является одной из главных задач промышленности народного хозяйства. Сейчас в эпоху глобального энергетического и финансового кризисов особо остро стоит вопрос энергосбережения. Одним из способов снижения расхода тепла является создание защитных покрытий на основе высокократных сотовых структур. Высокократные сотовые структуры, или другими словами пены – представляют собой дисперсную систему, состоящую из газа и твердой или жидкой среды, они являются хорошим теплоизолирующим материалом. Например, слой пенополиуритана толщиной 0,025 метра по теплоизоляционным свойствам эквивалентен слою кирпича толщиной 0,52 метра.

Нами разработаны и исследованы высокократные сотовые структуры различных форм и конфигураций, способных значительно изменять тепло – и электрофизические свойства различных объектов, и показали хорошую работоспособность в широком интервале температур (от -50⁰С до 500⁰С). В состав пен входят те или иные поверхностно-активные вещества, отвердители, вода и т.д. Начало и время отверждения регулируется количеством взятого отвердителя. За время затвердения дисперсность пены не изменяется. Воздушные пузырьки в такой пене размером —метра изолированы друг от друга перегородками толщиной—метра. Плотность затвердевшей пены 40 – 60 .

Разработанные сотовые структуры имеют высокую стабильность, стойки не только к широкому диапазону изменения температур, но и неблагоприятным метеоусловиям, и защищены рядом патентов Украины [1-3]. Отвержденная пена обладает высокой степенью адгезии, как к металлическим, так и к другого рода поверхностям. В случае необходимости легко удаляется с поверхности, не вызывает коррозию металлических частей и не загрязняет окружающую среду т.к. продукты ее разложения являются удобрениями. В случае необходимости сотовые структуры могут быть окрашены в заданный цвет и могут быть их электрофизические свойства.

С целью определения эффективности теплозащиты, экономного расхода материалов и уменьшения энергозатрат рассмотрен перенос энергии в теплопроводной и излучающей среде пенного слоя между бесконечными параллельными пластинами. В результате решения системы уравнений, учитывающих перенос энергии в пенном слое, получено аналитическое выражение для расчета достаточной толщины пенного покрытия в зависимости от конкретных условий поставленной задачи.


Литература:

1. Бондаренко Л.Р., Статина Л.А, Копыт Н.Х. и др. //Декларационный патент №13 от 05.04.2006 года.

2. Бондаренко Л.Р., Статина Л.А, Копыт Н.Х. и др. // Декларационный патент №21 от 20.08.2007 года.

3. Бондаренко Л.Р., Статина Л.А, Копыт Н.Х. и др. // Декларационный патент №22 от 21.08.2007 года.


УДК 631.15:504.064.594.1


Мониторинг зАгрязнения

Мониторинг зАгрязнения городской средЫ выбросАМИ соединений свинца автотранспортом


Копыт Н. Х., Стручаев А. И., *Савенко Г. И.

Одесский национальный университет имени И.И. Мечникова,
г. Одесса, Украина

Одесский государственный медицинский университет,

Одесса, Украина


В крупных городах мощным источником загрязнения воздушного бассейна является автомобильный транспорт, выбрасывающий в биосферу высокотоксичные соединения свинца. Если учесть, что для улучшения качества бензина в него добавляют антидетонаторы – тетраэтилсвинец (CH₃CH₂)₄Pb или тетраметилсвинец (CH₃)₄Рb, с выхлопными газами бензиновых двигателей в атмосферу ежегодно выбрасывается различных соединений свинца порядка 1% от массы всего сожженного бензина, а их концентрация в составе выхлопных газов карбюраторных двигателей часто превышает предельнодопустимые нормы в несколько раз.

Присутствие в атмосфере соединений свинца в аэрозольном виде кроме всего способствует образованию фотохимического смога, выступающегот в роли гетерогенного катализатора для реакций продуктов сгорания или несгоревших углеводородов из карбюраторных и дизельных двигателей, плохо протекающих в газовой фазе в обычных условиях даже при интенсивном перемешиваниии их в транспортных потоках. Аэрозольные частицы свинца под действием солнечного света активизируют реакции с образованием большого числа вредных и опасных продуктов, с присутствующими в бензинах и, особенно в дизельном топливе, соединениями серы: сульфидами (R₂–S), сульфоксидами (R₂S=O), сульфонами R₂–SO₂), сульфеновыми (R₂–SOH), сульфиновыми (R–SO₂H) и сульфоновыми кислотами (R–SO₃H).

В связи с опасностью накопления свинца, как в природных объектах, так и в организме человека, для мониторинга поступлений рассеянного свинца в окружающую среду требуются точные и оперативные методы измерения. Этим требованиям, особенно при серийных определениях микроколичеств свинца и его токсичных соединений, отвечает сорбционно(спектро)-фотометрический метод.

В работе на примере одного из наиболее токсичных тяжелых металлов - свинца (II) - представлены результаты использования метода его сорбционного выделения из проб аэрозольных выбросов двигателей внутреннего сгорания с последующим фотометриче­ским определением с 1-(2-пиридилазо)- резорцином (ПАР). Определение соединений свинца (II) в выхлопных газах проводили по методике [1] с использованием активированных силикагелей СГ 100/250, СГ 40/100 и СГ 5/40. Наиболее высокая сорбция наблюдалась при рН 8,0 (продолжительность контакта – 60 мин, навеска сорбента 0,15 г, температура 20 ⁰С, ионная сила раствора 0,1). Нижний предел определения концентрации свинца составлял 0,005 мкг/л, при ПДК соединений свинца (II) в воздухе примерно 0,01 мг/м³, что позволяло использовать метод для репрезентативного анализа небольших объемы выхлопных газов.

Предлагаемая методика определения свинца в воздухе, содержащем выхлопные газы бензинового двигателя, отличается простотой, экспрессностью и высокой чувствительностью, что позволяет применять ее не только в стационарных, но и в мобильных лабораториях, контролирующих качество окружающей среды.


Литература:

1. Malakhova N., G. Savenko, A. Stroutchayev. Determination and measurement Pb(II) in the aerosol pollution by spectrophotometer technique / N. Malakhova, G. Savenko, A. Stroutchayev // Analytical Russian-Germane-Ukraine Symposium (ARGUS’99), Odessa, Sept. 12 - Odessa, Astroprint. - P. 64.
   

УДК 541.182.45


ВЛИЯНИЕ РАСТВОРЕННЫХ ГАЗОВ НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ

ХАРАКТЕРИСТИКИ ТИТАНА


Копыт Н.Х., Садлий Т.П., Калинчак В.В., Милова Л.Г., Копыт Н.Н.

Одесский национальный университет имени И.И. Мечникова,
г. Одесса, Украина


Исследование горения гетерогенных систем, состоящих из металлических частиц и окислителя, имеет большое значение для науки и многих отраслей современной техники. Правильная организация основных рабочих процессов при сжигании диспергированных металлов позволяет экономить природные энергетические ресурсы и получать энергию в таком виде, в каком она наиболее удобна для тех или иных целей.

В настоящее время при изучении горения аэровзвеси учитывают влияние процессов происходящих при высокой температуре на поверхности частиц. Однако, многие металлы, используемые в металлургии, пиротехнике и ракетной технике, растворяют в себе в ощутимых количествах различные газы, которые изменяют физико-химические свойства, как самих металлов, так и их поверхностей. Среди таких металлов титан заслуживает особое внимание – он широко используется в промышленности, а диспергированный титан стал одним из важных компонентов твердых топлив.

Нами были проведены качественные оценки скоростей горения и окисления частиц титана, как при относительно низких температурах (до 800К), так и при высоких (выше 920К). Для оценки влияния растворенных газов (водорода и азота) на предпламенные процессы, необходимо знать величину скорости диффузии в процессе растворения указанных газов в титане.

Было проведено исследование кинетики растворения водорода в титане при различных парциальных давлениях водорода – (6,6; 13,2; 19,7; 26,4)·10³Па при температуре 673К. Исследована кинетика растворения водорода в титане при различных температурах 523, 573, 623К, парциальное давление P=26,4· 10³Па. Определены коэффициенты диффузии при растворении водорода и азота в дисперсном титане. Экспериментально изучено влияние различных весовых концентраций водорода и азота на предпламенные процессы, температуру воспламенения и период индукции дисперсного титана.

Для низкотемпературного окисления титана получена следующая закономерность:

∆m_i/m_{i =} aτ^b,

где τ - время окисления, - изменение массы титана за счет насыщения газом.

С увеличением весового количества растворенного газа, как для водорода, так и для азота, показатель степени b уменьшается по сравнению с чистым титаном, что указывает на влияние растворенных газов на кинетику низкотемпературного окисления.

При исследовании влияния растворенных азота и водорода на температуру воспламенения дисперсного титана установлено, что температура воспламенения при наличии газов увеличивается. Например, с водородом увеличение температуры может достигать 200^о, а с азотом до 70^о.

При проведении экспериментальных исследований установлено, что происходит увеличение периода индукции частиц титана, за счет растворенных газов при воспламенении в окислительной среде.


УДК 621


ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭНЕРГОСИСТЕМ

НА ТВЕРДООКСИДНЫХ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ


Липилин А.С.

Институт электрофизики УрО РАН,

г. Екатеринбург, РФ,


Все шире и шире твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ) входят в жизнь человечества. Аналитики предсказывают, что в 2010 году на международном рынке будет продано энергосистем на ТОТЭ на сумму около 443 млн. $US.

Безусловно, энергетика является одним из приоритетных направлений развития Общества, развития Государства. Созданная в прошлом веке централизованная система электрообеспечения исправно отслужила свой срок и в настоящее время уже не отвечает современным требованиям как ни по эффективности преобразования топлива, как ни по эффективности передачи электроэнергии, так и по экологии этого процесса.

В этой ситуации наиболее разумной и целесообразной является планомерная замена централизованной системы системой распределенной энергетики. При этом использование в качестве генераторов электроэнергии электрохимических генераторов тока на твердооксидных топливных элементах (ТОТЭ) позволяет существенно повысить энергосбережение и экономию топлива. ТОТЭ имеют высокий КПД прямого преобразования химической энергии топлива в электричество. Их КПД достигает 70%, а с учетом использования высокопотенциальной тепловой энергии – 90%.

Разработку ТОТЭ в настоящее время нельзя представить без использования нанокомпонентов и нанотехнологий. В Институте электрофизики были разработаны технологии получения уникальных слабо агрегированных нанопорошков твердого электролита YSZ, используя лазерную абляцию, и оксидов никеля и меди для анодов и катодов, используя метод электровзрыва проволоки. Совершенно естественно, используя компоненты ТОТЭ в наноразмерном состоянии, мы ни только понижаем технологические энергозатраты, снижая температуру синтеза, припекания исключая технологию помола порошков, но и улучшаем основные потребительские свойства ТОТЭ.

Разработка энергонапряженных энергосистем на ТОТЭ открывает новые сферы их применения. Заявлено о достижении удельной мощности 15 кВт/л. Проведенные испытания подтверждают целесообразность использования таких энергосистем в диапазоне мощностей от единиц ватт до десятков мегаватт стационарного и мобильного применения. Энергосистемы на ТОТЭ хорошо вписываются для транспортного применения: воздушного, наземного, водного, подводного. Фирма Боинг разрабатывает вспомогательную энергосистему на ТОТЭ для «Боинг 7Е7», которая позволит экономить 70 % керосина в наземном состоянии и 40 % во время полета, что естественно приведет как к снижению шумности, так и к энергосбережению, и к улучшению экологии.

УДК 668.474:547.576

СТВОРЕННЯ ЕкологичНО чистоЇ промислової технологіі Виробництва препаратів комплексної дії для різних галузей сільсЬкого господарства

 

Мазуренко Е. А., Трунова Е. К., Роговцов А. А.

Інститут загальної і неорганічної хімії імені В. І. Вернадського

НАН України, м. Київ, Україна


Підвищення врожаю сільськогосподарських культур, профілактика функціональних захворювань тварин, підвищення ступеню їх життєстійкості,
збільшення виробництва продуктів харчування є актуальними світовими проблемами. На даний час ця проблема є також надзвичайно актуальною для України.

На відміну від мікродобрив та кормових домішок, що традиційно застосовуються в сільському господарстві, діючим компонентом яких є тільки іон біологічно активного мікроелемента (залізо, цинк, мангум, мідь), а органічна частина сполук відіграє тільки транспорту роль, розроблені нами препарати містять в своєму складі як біологічно активний комплексон так і біологічно активні мікроелементи (залізо, мідь, кобальт, марганець, цинк та ін.).

Застосований комплексон, що має в своєму складі природні фрагменти дікарбонових кислот (наприклад, янтарну, аспарагинову), при фотолізі в зеленому листі чи при метаболізмі в живому організмі розпадається на сім “незамінних” амінокислот.

Все це обумовлює екологічну чистоту та нешкідливість препаратів.

Вони нетоксичні (ЛД₅₀ @ 6000 - 7000 мг/кг), не викликають побічних ускладнень, добре разчиняються в воді, підтримують необхідний елементний баланс в організмі.

Вони повністью засвоюються живими організмами, не накопичуються в грунті та в організмі, не забруднюють оточуюче середовище.

Виробництво препаратів економічно вигідне, тому що для їх синтезу застосовуються продукти багатотонажного промислового виробництва України.

Випробування препаратів в сільскому господарстві показали їх високу ефективність:

- в рослинництві [злаки (пшениця, ячмінь, жито, овес, кукурудза та інш.), технічні (бавовник, соняшник, льон, конопель та інш.), кормові (люцерна, ріпак, бобові та інш.), городні культури (томати, перець, баклажани, полуниця та інш.), фрукти (яблуки, персики, сливи, цитрусові та інш.), квіти та ін.] при замочувані насіння (витрати - 8- 10 кг на тону насіння), оприскуванні (витрати - 10 - 15 кг на гектар) чи внесенні в грунт (витрати - 30 - 50 кг на гектар) підвищується врожайність на 30-70%; крім того лікується хлороз рослин.

В зв”язку зі збільшенням життєздатності рослин значно зменшується необхідність застосування гербіцидів (2 -3 раза);

- в тваринництві (птахівництво, велика рогата худоба, свинарство, вівчарство, пушне звірівництво та ін.) застосування препаратів шляхом додатку їх в їжу в вигляді водних розчинів (25 - 75 мг/кг живої ваги) виліковує анемію, попереджує різні функціональні порушення, значно підвищує імунітет і поліпшує якість хутра та вовни.

По ефективності дії, екологічній чистоті та низькій вартості запропоновані препарати значно перевершують відомі хелатомісткі препарати “ВУКСАЛ” (Германія), “СЕКВЕСТРЕН” (Швейцарія), “Антіхлоразін” та антианемічний препарат “Антіанімін” (Росія).

Впровадження в практику сільського господарства України запропонованих препаратів, в значній мірі, дозволить виришити нагальну проблему підвищення врожайності та збільшення виробництва продуктів харчування оперативно, без суттєвих капітальних вкладень, в екологічно чистому варіанті. Препарати були перевірені в різних кліматичних зонах України.


УДК 669.295: 669.712


ЗАЩИТА ИЗДЕЛИЙ ИЗ СТАЛИ, ТИТАНА И ЦВЕТНЫХ СПЛАВОВ ОТ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ОКИСЛЕНИЯ И ОБЕЗУГЛЕРОЖИВАНИЯ (ПОТЕРИ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ) ПРИ ИХ ТЕРМООБРАБОТКЕ.


Мазуренко Е.А., Герасимчук А.И., Медведев А.М.

Институт общей и неорганической химии имени В. И.Вернадского НАН Украины


Термическая обработка изделий из железоуглеродистых, титана и цветных сплавов является основным методом улучшения их физических и механических свойств и широко применяется в промышленности.

Однако главным недостатком существующих технологий термической обработки является высокотемпературное окисление цветных и железоуглеродистых сплавов, образование окалины и обезуглероживание поверхности, что заставляет применять дорогостоящие методы защиты поверхности при термообработке, такие как нанесение защитных эмалей, создание при нагреве инертной атмосферы или вакуума и вызывает необходимость применения последующих трудоемких и экологически вредных очистных операций.

Предлагается новый метод защиты железоуглеродистых и цветных сплавов непосредственно в процессе термической обработки от окалинообразования, окисления, обезуглероживания и потери легирующих компонентов сплавов путем создания на их поверхности барьерного защитного неконструкционного слоя, формируемого в газовой фазе, который резко замедляет диффузию кислорода к поверхности термообрабатываемых деталей.

Сущность процесса. Комплекс помещается в печь в виде порошка и при температуре 180-200⁰С, возгоняется, переходя в газовую фазу заполняет объем печи. При 350-450⁰С происходит термодеструкция (разложение) комплекса с образованием твердой фазы оксид/карбида металла, паров воды и углекислого газа.

Твердая фаза в виде технологического (неконструкционного) покрытия садится на нагретую поверхность деталей, осущнствляя их защиту от высокотемпературной коррозии, обезуглероживания и потери легирующих элементов.

Защитное покрытие формируют в печах резистивного нагрева шахтного или камерного типа с воздушной атмосферой непосредственно во время термической обработки без изменения принятых режимов термообработки.

Особенно эффективным предлагаемый метод является в случае защиты от окисления и обезуглероживания любых пружин, резьб, внутренних полостей пресс-форм, трущихся поверхностей, валов, шпинделей, проволоки и т.д.

Обработанная поверхность готова для нанесения гальванических и химических покрытий, а также для горячего оцинкования и алитирования без дополнительной подготовки.

При закалке в масле на поверхности обработанных деталей образуется оксидная черная пленка (аналогично защитным покрытиям при химическом оксидировании) с повышенной коррозионной стойкостью в воздушной атмосфере.

Предлагаемый метод не может быть использован в проходных, туннельных и факельных печах открытого типа. Возможно применение в печах указанного типа при загрузке деталей в герметичных коробах.

Разработанный процесс обеспечивает:

- предотвращение образования окалины;

- резкое снижение глубины окисленного приповерхностного слоя;

- резкое снижение толщины обезуглероженного слоя;

- снижение потери легирующих компонентов;

- сохранение геометрии и размерной точности изделия.

Процесс позволяет устранить:

- очистные операции после термообработки (дробеструйная и абразивная обработка, голтовка, травление);

- применение безокислительного нагрева (вакуум, инертная атмосфера, соляные ванны);

- брак изделий, вызванный недостаточной чистотой поверхности в труднодоступных внутренних полостях, карманах.

Процесс является экологически чистым.

Процесс не требует применения дополнительного технологического и вентиляционного оборудования.

Процесс является дешевым. Расход реактивной композиции, загружаемой в печь при термообработке, находится в пределах 10 - 15 грамм на 1 м³ пространства печи.

Разработанная технология успешно испытана в авиакосмической промышленности, станко- и машиностроении (Ташкентский завод, КИАПО, КМЗ им.О.Антонова, КБ Ильюшина, КБ "МИГ", Мелитопольский моторный завод, Курганский и Харцизский арматурные заводы, Киевский станкозавод, Одесский завод радиально-сверлильных станков, комбинаты Запорожсталь, Днепроспецсталь, Ижсталь и др.).


УДК 541.135


ЕЛЕКТРОЛІТ ТА КАТАЛІЗАТОРИ ТВЕРДООКИДНОГО ПАЛИВНОГО ЕЛЕМЕНТУ


*Макордей Ф.В., *Баклан В.Ю., *Колесникова І.П., *Щадних Н.М., **Михайленко В.Г., **Васильєв О.Д.

* Одеський национальный університет, м. Одеса, Украина;

** ХДУХТ, м. Харків, Україна;

**ІПМ імені І. Францевича НАН України, м. Київ, Україна


Твердооксидні паливні елементи (ТOПЕ) по міжнародній термінології – SOFC (Solid Oxide Fuel Cells), ефективні тим, що в якості палива придатний не тільки водень, але й продукти риформінгу газових та рідинних вуглеводневих палив, а саме - проблема використання ТОПЕ для виробництва енергії базується на можливості використання дешевих вуглеводів. Робоча tº, що забезпечує необхідну швидкість електрохімічних реакцій та високу провідність твердого електроліту, складає 750-1000⁰С. До каталізаторів електрохімічних процесів при таких tº пред^’являються вимоги хімічної та корозійної стабільності при наявності високої електрохімічної активності.

Самим стійким твердим електролітом в цих елементах є двооксид цирконію, легований 5-10 ат. % оксидами ітрію чи скандію або на основі трійних оксидів з рідкоземельними металами – церієм, гадолінієм, танталом. Двооксид цирконію одержували із збагаченої руди Вільногірського гірно-металургійного комбінату методом хімічного осадження. Для досліджених в лабораторії твердих електролітів ZrO₂-Y₂O₃ (10YSZ), ZrO₂-Sc₂O₃ (10ScSZ) та ZrO₂-Sc₂O₃-CeO₂ (10Sc1CeSZ) використовували катод - La_0,5Sr_0,5MnO₃ та анод – NiO-ZrO₂. У якості катодних каталізаторів досліджені срібло, оксиди заліза, складні оксиди типу перовскитів. Срібло, платина та паладій, які є високоактивними каталізаторами реакції іонізації кисню, мають недостатню стабільність по причині випаровування цих металів при високих температурах. Синтез проводиться при високих температурах (800-1000^о С), що забезпечує достатньо високу активність та стабільність при роботі елементу. До сполук, які широко використовуються в ТОПЕ, відносяться La_0,5Sr_0,5MnO₃.

Синтез цього перовскиту проводився з суміші розчинів нітратів лантану, стронцію та марганцю, взятих у визначеному співвідношенні. В суміш розчинів додавали яблучну кислоту у молярному співвідношенні 3:2 ( для утворення комплексних сполук у вигляді гомогенної фази). Суміш висушується при перемішуванні та витримується при 300 ^oС для розкладу органічної складової. Отриманий матеріал подрібнюють та витримують при 800^o С (6 год) та 900^o С (6 год) для формування перовскитної фази та для виявлення стабільності фази при 1200 ^oС (1 год).

Анод NiO-ZrO₂ виготовлявся трьома способами: Ni₂O₃ + TOE; Ni(NO₃)₂ + TOE; Ni(COOH)₂ + TOE, де ТОЕ – оксид цирконію, легований оксидом ітрію або скандію в співвідношенні із сполуками нікелю 1:1 з послідуючим спіканням при 1000^оС.

Важливою проблемою ТОПЕ є розробка технологій нанесення катодних та анодних каталізаторів на твердий електроліт, який має високу щільність та повну відсутність поруватості. Для отримання достатньо високих струмових характеристик необхідно створити щільний контакт у системі електроліт-каталізатор, максимально продовжену межу трьох фаз (O-катод-електроліт та H-анод-електроліт), оптимальну пористість каталітично активного шару, стабільність структури у часі, а також високопровідний струмовідвод.