Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Хiмiя, хiмiчнi технологiї та екологiя

ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ПАРАМЕТРІВ ПЛАЗМО-ЕЛЕКТРОЛІТНОГО ОКСИДУВАННЯ НА ФУНКЦІОНАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ ГЕТЕРООКСИДНИХ ПОКРИВІВ

Ірина Ігорівна Степанова — 2024-04-27

Наведено результати досліджень впливу параметрів плазмо-електролітного оксидування в розчинах дифосфатного електроліту металевих платформ зі сплавів титану, як основи для формування гетерооксидних покривів з фотокаталітичною активністю, на рівень їх функціональних властивостей. Встановлено, що отримані в режимах ПЕО на платформах зі сплавів титану гетерооксидні покриви, до складу яких було інкорпоровано в ролі допантів сполуки цинку та вольфраму, демонструють фотокаталітичну активність в процесах деградації азобарвника під дією УФ опромінення. Підвищення концентрації оксигенвмісних сполук допантів в розчинах електролітів позитивно впливає на їх інкорпорацію до складу монооксидної матриці композиту та морфологію і каталітичні властивості отриманих покривів. За результатами визначення морфологічних особливостей структури покривів доведено, що порівняно з монооксидом титану, як матеріалу фотокаталітичної платформи, гетерооксидні покриви мають більш розвинену глобулярну мікроструктуру поверхні, що позитивно впливає на рівень їх функціональних показників. Доведено симбатну залежність між вмістом інкорпорованих допантів і питомою площею поверхні покривів та їх фотокаталітичною активністю. Зазначено, що зміна фазової структури поверхневих шарів в процесі плазмо-електролітного формування покриву ТіО/ZnO-WO₃ на поверхні металу-носія обумовлює і підвищення механічних характеристик отриманих покривів, зокрема мікротвердості майже вдвічі. Отримані результати можуть стати підґрунтям створення функціональних матеріалів для каталітичного знешкодження природних, синтетичних і техногенних токсикантів, що призведе до вирішення низки екологічних проблем як під час воєнної кризи, так і у період поствоєнного відновлення країни.

ТЕРМОДИНАМІКА КОНВЕРСІЇ ІОННИХ ПАР У СПИРТОВИХ РОЗЧИНАХ ГІДРОГЕНГАЛОГЕНІВ

Віктор Іванович Булавін — 2024-04-27

Проведено розрахунок термодинамічних характеристик дисоціації контактних і розділених розчинником іонних пар на іони, конверсії контактних іонних пар у розділені розчинником іонні пари іоногенів HCl, HBr і НІ у н-спиртах від метилового до н-октилового за методикою, викладеною нами раніше для систем HCl – н-спирт у тих самих розчинниках при тих же температурах. У роботі встановлено такі закономірності: а) позитивні значення зміни енергії Гіббса дисоціації (Δ_дисG° ) контактних і розділених розчинником іонних пар зростають у разі збільшення температури, числа атомів карбону в молекулі н-спирту, зменшення радіуса галогенід-іону, а їхній знак і величина визначаються ентропійною складовою (–ТΔ_дисS°). При цьому значення Δ_дисG° контактних іонних пар перевищують ті самі величини для розділених розчинником іонних пар; б) значення зміни енергії Гіббса конверсії (Δ_конвG°) для вивчених іоногенів HCl , HBr і НІ також позитивні, за винятком величин Δ_конвG° іоногенів у метанолі і розчинів HBr в етанолі. У цих випадках величини Δ_дисG° для розділених розчинником іонних пар перевищують ті ж самі значення для контактних іонних пар, а значення Δ_конвG° – негативні. Зі зростанням температури та радіусу галогенід-іону Δ_конвG° стають більш від’ємними, а зі зростанням вуглеводневого радикалу – навпаки; в) концентрація контактних іонних пар зростає в ряді метанол – н-октанол для всіх іоногенів, незначно зменшується зі збільшенням температури й радіуса аніона та змінюється в межах від ~30 % (метанол) до ~95 % (н-октанол). У метанолі переважають розділені розчинником іонні пари, у спиртах від н-пропілового до н-октилового переважають контактні іонні пари, тобто відбувається деконверсія іонних пар.

ХІМІЧНЕ МОДИФІКУВАННЯ ДОРОЖНІХ НАФТОВИХ БІТУМІВ МАЛЕЇНОВИМ АНГІДРИДОМ І ПОЛІЕТИЛЕНГЛІКОЛЯМИ

Володимир Мирославович Гунька — 2024-04-27

При виробництві і застосуванні дорожніх бітумів виникає ряд проблем. Одна з них – це незадовільні експлуатаційні характеристики, в основному теплостійкість, еластичність та адгезія між в’яжучим та заповнювачем. При збільшенні інтенсивності дорожнього руху, зростанні обсягів великовантажних перевезень, маси автомобілів, разом із впливом на конструкцію погодно-кліматичних факторів це призводить до руйнування дорожнього покриття. У роботі описано результати з вивчення процесу хімічного модифікування дорожніх нафтових бітумів малеїновим ангідридом і поліетиленгліколями (ПЕГ) з одержанням бітум-полімерних сумішей, які окрім хорошої теплостійкості також володіють високою еластичністю. При модифікуванні дорожнього бітуму малеїновим ангідридом, останній виступає певною звужуючою ланкою, яка містить з одного боку подвійний зв'язок, що взаємодіє із бітумом, а з іншого боку ангідридну групу, яка може взаємодіяти із різними полімерами, що містять функційні групи (гідроксильну, епоксидну та інші). Далі, додаючи до малеїнізованого бітуму (бітуму, модифікованого малеїновим ангідридом) полімер, одержаним бітум-полімерним сумішам можна надавати різних властивостей (теплостійкості, еластичності, адгезійності та інших). Дешевими полімерами, який здатний по гідроксильній групі взаємодіяти з ангідридною групою малеїнового ангідриду в бітумі є поліетиленгліколі. Встановлено, що характер впливу малеїнового ангідриду і малеїнового ангідриду разом з ПЕГ на теплостійкі характеристики бітуму є однаковий незалежно від умов модифікування. Отримані БПС, порівняно з вихідним бітумом, характеризуються вищою температурою розм’якшення, нижчою пенетрацією і дуктильністю. Температура крихкості не стрімко, але зростає. Вплив використовуваних модифікаторів на еластичність бітуму є суттєвим і залежить від умов модифікування. Встановлено, що оптимальним ПЕГ для модифікування малеїнізованого бітуму, з позиції забезпечення хорошої еластичності бітуму, є ПЕГ 2000.

АСФАЛЬТОБЕТОННІ СУМІШІ ТА АСФАЛЬТОБЕТОНИ ІЗ ВИКОРИСТАННЯМ НАФТОВИХ ЗАЛИШКІВ І БІТУМІВ, МОДИФІКОВАНИХ МАЛЕЇНОВИМ АНГІДРИДОМ ТА ПОЛІЕТИЛЕНГЛІКОЛЯМИ

Володимир Мирославович Гунька — 2024-04-27

Під час виробництва та застосування нафтових дорожніх бітумів виникає ряд проблем. Наприклад, незадовільні експлуатаційні характеристики, в основному теплостійкість, пластичність, еластичність та адгезія між в’яжучим та поверхнею мінерального матеріалу. При збільшенні інтенсивності дорожнього руху, зростанні обсягів великовантажних перевезень, маси автомобілів, разом із впливом на конструкцію погодно-кліматичних факторів, це призводить до руйнування дорожнього покриття. Одним з найперспективніших напрямків в підвищенні якості в’яжучих для одержання дорожніх покриттів з покращеними експлуатаційними характеристиками є їх модифікування полімерними матеріалами. Однак, використання модифікаторів обмежується внаслідок значної їх вартості. Тому важливим є пошук недорогих речовин, які б покращували експлуатаційні характеристики бітумів. Робота присвячена абсолютно новому в’яжучому для асфальтобетонних сумішей, зокрема і щебенево-мастикових. Як в’яжучий матеріал використовували сировину для виробництва бітумів – гудрони, що модифіковані малеїновим ангідридом та поліетиленгліколем. Проведено проектування щебенево-мастикових асфальтобетонних сумішей із використанням одержаних в’яжучих матеріалів та формування із них зразків щебенево-мастикових асфальтобетонів та їх випробування. Встановлено, що при одержанні в’яжучих матеріалів із гудрону, внаслідок модифікування його послідовно малеїновим ангідридом та поліетиленгліколем, одержано щебенево-мастикові суміші із нижчими показниками міцності у порівнянні із в’яжучими матеріалами отриманими модифікуванням окисненого бітуму. Порівняння щебенево-мастикових сумішей одержаних із використанням бітумів, модифікованих SBS та досліджуваних в’яжучих показало, що досліджувані в’яжучі матеріали (окиснений бітум, модифікований малеїновим ангідридом та малеїнізований окиснений бітум, модифікований поліетиленгіколем) характеризуються меншим водонасиченням та міцністю у порівнянні із використанням окисненого бітуму, модифікованого SBS.

ОБГОВОРЕННЯ МЕХАНІЗМУ ЕЛЕКТРОПРОВІДНОСТІ ЧИСТОЇ ВОДИ В РАМКАХ МОДЕЛІ Б'ЄРРУМУ

Микола Тимофійович Малафаєв — 2024-04-27

Розглянуто альтернативний механізм електропровідності та іонізації молекул у чистій воді. Розрахунок температурної залежності енергії активації іонізації молекул води проведено за даними величини його іонного добутку. Розраховані енергії активації для процесів іонізації та течії показують наявність між ними певної пропорційності. Це дозволяє припустити, що іонізація води викликана міжмолекулярними силами, а не внутрішньомолекулярними. Відповідно, електропровідність води пов'язана з появою та переміщенням у ній L і D дефектів водневих зв'язків між молекулами води, які мають значні електричні псевдозаряди та розглянуті у моделі Б'єррума для льоду. У цій роботі запропоновано нову інтерпретацію механізму іонізації (псевдоіонізації) молекул та генерації L і D дефектів у воді. Розглядається обертання не для однієї, а для двох її молекул у протилежних напрямах з частковою компенсацією їх моментів імпульсів, і розривом не трьох зв'язків однієї молекули, а чотирьох зв'язків із сусідами для двох молекул. При цьому в число цих чотирьох сусідів не включаються молекули з водних кластерів, які мають сильніші зв'язки, оскільки для процесу активації обертання можна знайти сусідні молекули з більш слабкими зв'язками. Відповідно, в енергії активації іонізації відсутній або малий експоненційний внесок, який надають молекули з водних кластерів. Цим енергія активації для течії, що відбувається у всьому об’ємі рідини та автоматично включає й молекули з кластерів, відрізняється від енергії активації електропровідності, яка відбувається для окремих молекул у ланцюжках зв'язків, вздовж яких рухаються псевдозаряди. Наявність максимуму іонного добутку води поблизу 250 ⁰С можна пояснити наслідком швидкого зменшення часу життя L і D дефектів з нагріванням, що перешкоджає застосуванню стандартного рівняння для точного розрахунку енергії активації іонізації вище 100…200 ⁰С. Водночас наявність цього максимуму також суперечить загальноприйнятій моделі перескоків протонів між сусідніми молекулами гідроксонію та води в механізмі її електропровідності.

МЕТРОЛОГІЧНЕ ВИВЧЕННЯ ВПЛИВУ ТЕМПЕРАТУРИ НА ДИСОЦІАЦІЮ ОЦТОВОЇ КИСЛОТИ

Руслан Павлович Мигущенко — 2024-04-27

Дана стаття присвячена дослідженню реакції дисоціації оцтової кислоти при зміні температури в діапазоні від кімнатної (20 °С) до 75 °С. У ході досліджень було розглянуто методи, виконано класифікацію розглянутих методів та сформульовано методику реалізації експериментів. Вибрана методика відображає експрес-вимірювання водневого показника рН за допомогою портативного рН-метра. Досліди здійснювались в лабораторних умовах – Лінкольн Парк, Чикаго, США. За основу була обрана оцтова кислота концентрації 6 моль/л. Шляхом додавання дистильованої води отримано базову концентрацію 1 моль/л. Для проведення вимірювань було відібрано вузлові температурні точки (чотири точки в діапазоні температур 20 °С – 75 °С); було сформовано п’ять дослідних зразків оцтової кислоти (1 моль/л); проведено аналіз результатів вимірювання у вузлових точках на предмет кучності результатів вимірювання п’ятьох дослідних зразків оцтової кислоти з використанням статистичних моментів першого та другого порядку (математичне очікування та дисперсія); оцінено точнісні характеристики експериментальних даних (інструментальні та методичні похибки). Виведення на вузлові точки зразків дослідження (зразків оцтової кислоти) здійснювались з додатним градієнтом по температурі за допомогою парової бані. Оцінка похибки вимірювань визначалась класом точності приладу і становила 0.1 %. Отримані значення рН, перетворені на кількість катіонів водню, з подальшим визначенням ступеня дисоціації та константи дисоціації. Дані визначення здійснювались із умови забезпечення хімічної рівноваги. Характер поведінки ступеня та константи дисоціації при зміні температури дослідних зразків має явно нелінійний характер. У ході досліджень встановлені основні похибки вимірювань, основним з яких є похибка нелінійності перетворення. Кількісні значення похибок нелінійності визначалися методом вимірювань із багаторазовими спостереженнями з використанням поправного коефіцієнта Стьюдента. У статті наведено висновки за результатами досліджень та подано перспективи температурної корекції рН-метрів для усунення температурної складової похибки роботи рН-метрів.

ПІДТРИМАННЯ ГАЗОВІДДАЧІ У СЛАБОПРОНИКНИХ ПЛАСТАХ

Михайло Валерійович Лубков — 2024-04-27

Мета даної роботи була спрямована на забезпечення ефективного видобутку газу в слабопроникних і неоднорідних пластах було проведено чисельне моделювання розподілу падіння пластового тиску навколо видобувних та нагнітальних свердловин. Для дослідження цієї мети було використане моделювання, яке базувалося на комбінованому скінчено-елементно-різницевому методі для нестаціонарних задач п'єзопровідності Лейбензона. Метод оснований на поєднанні елементів уже відомих методів кінцевих різниць та кінцевих елементів для нестаціонарної задачі п’єзопровідності.

В ході дослідження виявлено, що існує багато факторів, які впливають на процес підтримання газовіддачі в слабопроникних ділянках газоносного пласта. Серед них, перш за все, після збільшення проникнення відповідної ділянки пласта, де видобуток створюється. Також важливим фактором для підтримки газовіддачі є можливість природної або штучної підтримки інфільтрації газової фази в межах відбитої ділянки пласта. Цей аспект особливо важливий для забезпечення стабільної газовіддачі протягом тривалого періоду експлуатації.

Під час інтенсивної та тривалої експлуатації робочої ділянки газоносного пласта, щоб уникнути його виснаження, було встановлено додаткові нагнітальні свердловини в комплексі добувних свердловин. Важливо зауважити, що забезпечується при високому рівні проникнення газової фази на початку експлуатації родовища, інші фактори виробничого процесу, такі як додаткові видобувні свердловини та інфільтрація в межах робочої ділянки, мають менший вплив на загальний розподіл тиску в цій ділянці.

Отже, дослідження показано, що з плинним часом і тривалою експлуатацією робочої ділянки пласта зменшується вплив її проникнення, але збільшується важливість введених речовин в експлуатацію нагнітальних свердловин та інфільтрації газової фази в межах цієї ділянки пласта.

ВПЛИВ УМОВ ЕЛЕКТРОЛІЗУ НА СКЛАД ЕЛЕКТРОЛІТИЧНИХ КОМПОЗИЦІЙНИХ ПОКРИТТІВ НА ОСНОВІ КОБАЛЬТУ

Тетяна Олександрівна Ненастіна — 2024-04-27

Електроосадження композитів та покриттів тугоплавкими металами з кобальтом дозволяє отримувати покриття з унікальним поєднанням фізико-хімічних властивостей, недосяжних при використанні інших методів нанесення. Однією з причин обмеженого використання електролітичного способу нанесення покриттів такими композитами є складність керування процесом. Властивості композитів і сплавів металів підгрупи заліза з тугоплавкими металами залежать не тільки від хімічного складу, тобто вмісту тугоплавкого компонента, але і умов осадження. Варіюванням складу електроліту в гальваностатичному режимі не вдається отримати якісні композиційні покриття с високим вмістом тугоплавких компонентів та виходом за струмом. Як альтернативу запропоновано використання імпульсного режиму електролізу, що дозволяє вдосконалити технологічний процес отримання композиційних покриттів та осаджувати покриття різного складу, а відповідно, і різних функціональних властивостей. Досліджено процес формування композиційних електролітичних покриттів на основі кобальту Co-W-ZrO₂ в імпульсному режимі з дифосфатно-цитратного електроліту. Вивчено вплив густини струму, тривалості імпульсу та частоти на склад, морфологію поверхні та вихід за струмом композитів. Підвищення робочих густин струму приводить до зменшення вмісту тугоплавких металів в композиційних електролітичних покриттях та збільшення вмісту кисню. Отримані покриття вирізняються рівномірно розвиненою поверхнею без тріщин, що забезпечує високу адгезію. Встановлено, що розміри глобул на поверхні сплаву зменшуються зі збільшенням густини струму до 10 А/дм². Управління складом гальванічних сплавів Co-W-ZrO₂ в широкому діапазоні концентрацій сплавотвірних компонентів досягається варіюванням параметрів імпульсного електролізу, що дозволяє адаптувати технологію нанесення до потреб сучасного ринку.

ВИЗНАЧЕННЯ ПЕРСПЕКТИВНИХ НАПРЯМКІВ ВДОСКОНАЛЕННЯ МАТЕРІАЛІВ ДЛЯ ІНДИВІДУАЛЬНОГО БРОНЕЗАХИСТУ

Святослав Олександрович Рябінін — 2024-04-27

Проведено аналіз світового досвіду у напрямку сучасних розробок високоміцних алюмосилікатних склокристалічних матеріалів, зокрема, при створенні полегшеної броні. Визначені тенденції та сучасний стан ринку склокераміки з 2019 до 2023 роки та встановлено збільшення попиту на склокристалічні матеріали технічного призначення. Визначено, що спрямованість світового ринку склокераміки до фрагментації дозволить вітчизняним виробникам зменшити імпортозалежність та підвищити конкурентоспроможнісь вітчизняних склокерамічних матеріалів на світовому ринку. Встановлено перспективність використання високоміцних алюмосилікатних склокристалічних матеріалів як основи при одержані елементів бронезахисту. Обрано критерії синтезу високоміцних бронеситалів. Обґрунтовано вибір оксидних систем для одержання захисних склокристалічних матеріалів, синтезовано модельні стекла та визначено технологічні параметри одержання ударостійких ситалів, які включають варку, формування, відпал та термічну обробку. Синтезовано модельні стекла та досліджено їх структуру в умовах термічної обробки у взаємозв’язку з фізико-хімічними властивостями матеріалів на їх основі. Встановлено, що розроблені склокристалічні матеріали на основі дисилікату літію характеризуються високими експлуатаційними властивостями і можуть бути використані при створенні сучасної броні. Встановлено, що розроблені високоміцні сподуменові склокристалічні матеріали в умовах низькотемпературної двостадійної термічної обробки характеризуються високими експлуатаційними властивостями та можуть бути використані як основа при розробці композиційного елементу індивідуального бронезахисту. Порівняльна оцінка експлуатаційних властивостей та техніко-економічних показників відомих керамічних та склокерамічних матеріалів для бронезахисту дозволила встановити конкурентоспроможність розроблених вітчизняних сподуменвмісних матеріалів як елементів індивідуального захисту.

ПЕРСПЕКТИВНІ ЛІТІЙАЛЮМОСИЛІКАТНІ СКЛОКРИСТАЛІЧНІ МАТЕРІАЛИ ДЛЯ ІМПУЛЬСНОЇ ДАЛЬНОМЕТРІЇ

Оксана Вікторівна Саввова — 2024-04-27

Встановлена актуальність створення імпульсних наносекундних лазерних приладів поліфункціонального призначення з довжиною хвилі генерації, що лежить в умовно безпечній для зору області спектру 1,5÷1,6 мкм. Визначено перспективність використання режиму пасивної модуляції добротності при отриманні потужних наносекундних лазерних імпульсів з розбіжністю випромінювання, близькою до дифракційної. Проаналізовано матеріали для затворів, які функціонують у режимі пасивної модуляції добротності: твердотільні нелінійно-оптичні матеріали на основі монокристалів ітрієво-алюмінієвого гранату легованого катіонами неодиму, хрому, ванадію та інших Nd- або Yb-легованих кристалів в діапазоні довжин хвилі 0,8 – 1,2 мкм. Підтверджена перспективність використання оксидних монокристалів, що активовані іонами Со²⁺ у чотирьох координованих киснем позиціях для MgAl₂O₄, LiGa₅O₈, LaMgAl₁₁O₁₉. Визначена доцільність розробки прозорої склокераміки на основі алюмомагнієвої та літієвогалієвої шпінелі для імпульсної дальнометрії, зважаючи на її комерційну доступність, простоту технології виробництва, а також однорідність розподілу активатора у об’ємі. Визначена доцільність створення нового типу нелінійно-оптичних матеріалів на основі наноструктурованої термостійкої літійалюмосилікатної склокераміки з нанокристалами шпінелі, які активовані іонами Со²⁺ в умовах низькотемпературної термічної обробки. Сформульовано мету та завдання роботи, які полягають у обґрунтуванні вибору системи та складів стекол для одержання склокристалічних матеріалів як пасивного лазерного затвору для потужних лазерів, які функціонують на довжині хвилі 1,54 мкм та відрізняються високою термостійкістю. Обґрунтовано вибір літійалюмосилікатної системи R₂O – RO – RO₂ – P₂O₅ – R₂O₃ – SiO₂ на основі фазоутворюючих SiO₂, Al₂O₃, Li₂O, модифікуючих K₂O; RO – MgO, ZnO, CaO, SrO, BaO компонентів та комплексного каталізатору кристалізації P₂O₅, CeO₂, TiO₂, SnO₂, ZrO₂ та ZnO, сформульовано структурні критерії до скломатриці. Спроектовано склади модельних стекол з урахуванням розрахованих показників f_Si > 0,22, К_кр ≥ 3,5, К_пр ≥ 2,1 та встановлена вірогідність одержання на їх основі прозорих склокристалічних матеріалів із ситалізованою структурою для імпульсної дальнометрії.