2023 № 2 Хімія, хімічна технологія та екологія

Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/71335

Переглянути

Зараз показуємо 1 - 10 з 10

Підтримання газовіддачі у слабопроникних пластах
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Лубков, Михайло Валерійович; Мосійчук, Катерина Олександрівна
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
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Ненастіна, Тетяна Олександрівна; Сахненко, Микола Дмитрович; Дженюк, Анатолій Володимирович
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 лектролітичного 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
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Рябінін, Святослав Олександрович; Захаров, Артем Вячеславович; Майзеліс, Антоніна Олександрівна; Притиченко, Ганна Вікторівна
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 люмосилікатних 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.
Дослідження впливу параметрів плазмо-електролітного оксидування на функціональні властивості гетерооксидних покривів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Степанова, Ірина Ігорівна; Сахненко, Микола Дмитрович; Маркова, Наталя Борисівна; Корогодська, Алла Миколаївна; Каракуркчі, Ганна Володимирівна; Індиков, Сергій Миколайович
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 електролітівпозитивно 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.
Хімічне модифікування дорожніх нафтових бітумів малеїновим ангідридом і поліетиленгліколями
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Гунька, Володимир Мирославович; Братичак, Михайло Миколайович; Гринчук, Юрій Миколайови; Присяжний, Юрій Володимирович; Сідун, Юрій Володимирович; Демчук, Юрій Ярославович
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
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Гунька, Володимир Мирославович; Гринчук, Юрій Миколайович; Присяжний, Юрій Володимирович; Сідун, Юрій Володимирович; Демчук, Юрій Ярославович; Волинець, Марина Юріївна
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.
Prospective lithium aluminosilicate glass-ceramic materials for pulse rangefinders
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Savvova, O. V.; Tur, O. H.; Voronov, H. K.; Fesenko, O. I.; Babich, O. V.; Smyrnova, Yu. O.
The relevance of creating multi-functional nanosecond pulsed laser devices with a generation wavelength that lies in the conditionally eye-safe region of the spectrum of 1.5÷1.6 μm has been established. The prospects of using the mode of passive Q-switching when receiving powerful nanosecond laser pulses with a radiation divergence close to the diffraction one have been determined. Materials for shutters that function in the mode of passive Q-switching were analyzed: solid-state nonlinear optical materials based on single crystals of yttrium-aluminum garnet doped with cations of neodymium, chromium, vanadium and other Nd- or Yb-doped crystals in the wavelength range of 0.8–1.2 μm. The promising use of oxide single crystals activated by Co2+ ions in four-coordinated oxygen positions for MgAl2O4, LiGa5O8, LaMgAl11O19 has been confirmed. The feasibility of developing transparent glass-ceramics based on aluminomagnesium and lithium gallium spinel for pulsed ranging was determined, taking into account its commercial availability, the simplicity of the production technology, as well as the homogeneity of the distribution of the activator in the volume. The feasibility of creating a new type of nonlinear optical materials based on nanostructured heat-resistant lithium aluminosilicate glass ceramics with spinel nanocrystals activated by Co2+ ions under low-temperature heat treatment conditions, has been determined. The purpose and tasks of the work are formulated, which consist in justifying the choice of the system and compositions of glasses for obtaining glass-ceramic materials as a passive laser shutter for powerful lasers that operate at a wavelength of 1.54 μm and are characterized by high heat resistance. The choice of the lithium aluminosilicate system R2O – RO – RO2 – P2O5 – R2O3 – SiO2 based on phase-forming SiO2, Al2O3, Li2O, modifying K2O is substantiated; RO – MgO, ZnO, CaO, SrO, BaO components and a complex crystallization catalyst of P2O5, CeO2, TiO2, SnO2, ZrO2 and ZnO. The structural criteria for the glass matrix were formulated. Compositions of model glasses were designed taking into account the calculated parameters fSi > 0.22, Kсr ≥ 3.5, Ktr ≥ 2.1, and the probability of obtaining transparent glass-ceramic materials with a sitallized structure for pulse rangefinders was established on their basis.
Metrological study of the effect of temperature on the dissociation of acetic acid
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Mygushchenko, R. P.; Volobuyev, M. M.; Asieieva, I. V.; Kropachek, O. Yu.; Baliev, V. M.
This article is devoted to the study of the dissociation reaction of acetic acid at a temperature change in the range from room (20 °C) to 75 °C. In the course of research, the methods were considered, the classification of the considered methods was carried out, and the methodology of the experiments was formulated. The selected technique reflects the express measurement of the hydrogen pH indicator using a portable pH-meter. Experiments were carried out in laboratory conditions – Lincoln Park, Chicago, USA. Acetic acid with a concentration of 6 mol/l was chosen as the basis. By adding a distilled water, a base concentration of 1 mol/l was obtained. Nodal temperature points were selected for measurements (four points in the temperature range of 20 °C – 75 °C); five experimental samples of acetic acid (1 mol/l) were formed; the analysis of the measurement results at nodal points was carried out for the accuracy of the measurement results of five test samples of acetic acid using first- and second-order statistical moments (mathematical expectation and variance); accuracy characteristics of experimental data (instrumental and methodical errors) were estimated. Research samples (acetic acid samples) were brought to the nodal points with a positive temperature gradient using a steam bath. The measurement error estimate was determined by the accuracy class of the device and was 0.1%. The obtained pH values were converted to the number of hydrogen cations, followed by the determination of the degree of dissociation and the dissociation constant. These determinations were carried out under the condition of ensuring chemical equilibrium. The nature of the behavior of the degree and constant of dissociation when the temperature of the test samples changes is clearly non-linear. In the course of research, the main measurement errors were established, the main of which is the nonlinearity of the transformation. Quantitative values of nonlinearity errors were determined by the method of measurements with multiple observations using the Student's correction factor. The article provides conclusions based on the results of research and presents the prospects for temperature correction of pH-meters to eliminate the temperature component of the error of pH-meters.
Ion-pair conversion thermodynamics in alcohol solutions of hydrogen halides
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Bulavin, V. I.; Vyunnik, I. N.; Kramarenko, A. V.; Rusinov, A. I.
The calculation of thermodynamic characteristics of dissociation of contact and solvent-separated ion pairs into ions, conversion of contact ion pairs into solvent-separated ion pairs of ionogens HCl, HBr and HI in n-alcohols from methyl alcohol to n-octyl alcohol by the method described earlier for the systems HCl – n-alcohol in the same solvents at the same temperatures was carried out. The following regularities were established in this work: a) positive values of the change in the Gibbs energy of dissociation (ΔdisG°) of contact and solvent-separated ion pairs increase in the case of increasing temperature and the number of carbon atoms in the n-alcohol molecule and decreasing radius of the halide ion, and their sign and magnitude are determined by the entropic component (–TΔdisS°). In this case, the values of ΔdisG° of contact ion pairs exceed the same values for ion pairs separated by solvent; b) the values of the Gibbs energy change (ΔconvG°) for the studied ionogens HCl, HBr, and HI are also positive, except for the values of ΔconvG° of ionogens in methanol and HBr solutions in ethanol. In these cases, the ΔdisG° values for solvent-separated ion pairs exceed the same values for contact ion pairs, and the ΔconvG° values are negative. With increasing temperature and radius of the halide ion, ΔconvG° become more negative, and vice versa with increasing hydrocarbon radical; c) the concentration of contact ion pairs increases in the methanol – n-octanol series for all ionogens, decreases slightly with increasing temperature and radius of the anion, and varies from ~30% (methanol) to ~95% (n-octanol). In methanol, solvent-separated ion pairs predominate; in alcohols from n-propyl to n-octyl, contact ion pairs predominate, i.e., deconversion of ion pairs occurs.
Обговорення механізму електропровідності чистої води в рамках моделі Б'єрруму
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Малафаєв, Микола Тимофійович; Гапонова, Олена Олександрівна; Школьнікова, Тетяна Василівна
An alternative mechanism of electrical conductivity and ionization of molecules in pure water is considered. Calculation of the temperature dependence for the activation energy of ionization of water molecules was carried out using data on the value of its ionic product. The calculated activation energies for the ionization and flow processes show the presence of a certain proportionality between them. This suggests that the ionization of water is caused by intermolecular forces rather than intramolecular forces. Accordingly, the electrical conductivity of water is associated with the appearance and movement in it of L and D defects of hydrogen bonds between water molecules, which have significant electrical pseudo charges and are considered in the Bjerrum model for ice. This work proposes a new interpretation of the mechanism of ionization (pseudoionization) of molecules and generation of L and D defects in water. Rotation is considered not for one, but for two of its molecules in opposite directions with partial compensation of their angular momentum, and the breaking of not three bonds for one molecule, but four bonds with neighbors for two molecules. Moreover, these four neighbors do not include molecules from water clusters that have stronger bonds, since neighboring molecules with weaker bonds can be found for the process of rotation activation. Accordingly, the exponential contribution made by molecules from water clusters is absent or small in the ionization activation energy. In this way, the activation energy for the flow, which occurs throughout the entire volume of the liquid and automatically includes molecules from clusters, differs from the activation energy of electrical conductivity, which occurs for individual molecules in chains of bonds. The presence of a maximum in the ionic product of water near 250 ⁰C can be explained by the rapid decrease in the lifetime of L and D defects with heating, which prevents the use of the standard equation for accurate calculation of the ionization activation energy above 100...200 ⁰C. However, the presence of this maximum contradicts the generally accepted model of proton hopping between neighboring hydronium and water molecules in the mechanism of its electrical conductivity.