Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Хімія, хімічна технологія та екологія

Постійне посилання на розділhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/79792

У збірнику публікуються статті, які створені за результатами нових наукових та практичних розробок у сфері хімії, хімічної технології, екології та ресурсозбереження.

Рік заснування: 1961. Періодичність: 2 рази на рік. ISSN 2079-0821(Print), ISSN 2708-5252 (Online)

Переглянути

Зараз показуємо 1 - 20 з 25

Особливості отримання бензинової фракції термічним піролізом поліолефінової сировини
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Шевченко, Кирило Володимирович; Григоров, Андрій Борисович
В статті розглянуто особливості проведення процесу термічного піролізу вторинної полімерної сировини, спрямованого на отримання бензинової фракції – бази для отримання сумішевого або синтетичного автомобільного бензину. Спираючись на світовий досвід переробки полімерів, для дослідження було обрано поліолефіни, представлені поліетиленом високої густини (HDLP) та поліпропілен (РР). Термічний піроліз проводили при атмосферному тиску (0,10-0,12 МПа) на лабораторній установці реакторного типу з подальшим видаленням бензинової фракції (30-210 °С) із рідких продуктів піролізу за методом ASTM D 86. Встановлено, що температурний інтервал, в якому необхідно проводити піроліз поліолефінової сировини, складає для HDLP – 400-430°С (максимальний вихід бензинової фракції при 420°С); для РР - 350-370 °С (максимальний вихід бензинової фракції при 365 °С). Керуючи тривалість термічного піролізу можна збільшити вихід бензинової фракції у середньому на 15-17 %, що необхідно враховувати при промисловому впровадженні та подальшій експлуатації установок піролізу полімерної сировини. Збільшення температури кінця кипіння бензинової фракції з 150 °С до 210 °С дозволяє збільшити її вихід на 9 % (для HDLP) і на 12 % (для РР). Але відповідно спостерігається і збільшення вмісту у ній олефінів (на 13-14 %), що є позитивним моментом з точки зору стійкості до детонації бензинової фракції і негативним – з огляду на низьку її хімічну стабільність. Проведені дослідження показали, що вторинну поліолефінову сировину необхідно розглядати як альтернативну до класичної сировини (нафти та газового конденсату), а процес піролізу як основний технологічний процес отримання бензинової фракції – бази для отримання товарного автомобільного бензину. Перспективними місцями реалізації даної технології є як виробничі майданчики нафтопереробних заводів, так і майданчики, розташовані у безпосередньої близькості до місць накопичення сировини – портів, міських сміттєзвалищ, спеціальних полігонів.
Дослідження впливу в'язкості фрит на плавкісні характеристики глазурей для керамічної плитки одноразового випалу
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Саввова, Оксана Вікторівна; Покроєва, Яна Олександрівна
Проаналізована необхідність розширення асортименту керамічної плитки та керамограніту шляхом модифікації структури та текстури склопокриттів зі пеціальними властивостями за технологією одноразового випалу з урахуванням аспектів ресурсо та енергозбереження та екологічності оздоблювальних матеріалів широкого вжитку. Визначено необхідність створення нових видів керамічної плитки та керамограніту на вітчизняному виробництві з урахуванням потреб паливнонергетичного комплексу та вітчизняної сировинної бази в умовах надзвичайних ситуацій. Сформульовано мету та завдання роботи, які визначають необхідність дослідження плавкісних характеристик глазурей та їх в’язкості для керамічної плитки одноразового випалу. Проаналізовано особливості складів фрит та встановлено вимоги до властивостей поверхні для забезпечення бездефектного глазурного покриття для одностадійного випалу керамічної плитки. Розроблено висококальцієві цинкалюмосилікатні фрити з коротким інтервалом формування склокристалічного покриття при одинарному випалі з різною текстурою на ПрАТ «ХПЗ». Проаналізовано зміну особливості зміни в’язкості та плавкості фрит при формуванні склокристалічних покриттів в залежності від хімічного складу та фазових перетворень при термічній обробці. Визначено, що забезпечення кристалізаційної в’язкості η = 10⁸˒¹⁻⁸˒⁵ Па·с в області температур зародкоутворення 1050–1150 °С для дослідних фрит свідчить про інтенсивне формування та ріст кристалічних фаз, що є визначальним для забезпечення їх плавкості у області температур 1100–1200 °С. Встановлено, що швидке наростання в'язкості фрит визначає стрімку зміну характеристичних кривих плавкості у вузькому інтервалі температур при забезпеченні послідовних стадій розм’якшення, формування сфери, напівсфери та плавлення, що є показником можливості застосування розроблених фрит за технологією одинарного випалу. Застосування розроблених фрит за технологією одинарного випалу дозволить суттєво підвищити конкурентоздатність вітчизняної керамічної плитки та сприяти стабілізації ринку в умовах сталого розвитку держави.
До питання про співіснування нікелової і кобальтової шпинелі
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Христич, Олена Валеріївна; Корогодська, Алла Миколаївна; Шабанова, Галина Миколаївна; Логвінков, Сергій Михайлович
Для розробки композиційних матеріалів на основі глиноземистих та високоглиноземистих цементів за ресурсоощадною технологію при заміні вихідних сировинних матеріалів на некондиційну сировину та відходи хімічних виробництв, виникає необхідність фізико-хімічного обґрунтування співіснування новоутворюваних фаз у складі в’яжучого матеріалу, це зумовило необхідність дослідження субсолідусної будови системи. У роботі наведено результати розрахунків, що характеризують елементи субсолідусної будови системи СоО - NiO - Al₂О₃. За результатами досліджень встановлено переважність преребігу твердофазних реакцій обміну та визначено будову системи СоО - NiO - Al₂О₃ у субсолідусній області. Встановлено, що субсолідусна будова системи проста і складається з трьох елементарних трикутників. Аналіз площі елементарних трикутників і невисокий ступінь асиметрії вказують на відсутність істотних ризиків відхилення від заданого фазового складу синтезованих матеріалів через підготовчі технологічні стадії, а під час синтезу матеріалів не потрібні спеціальні заходи щодо точності дозування вихідних інгредієнтів. За результатами розрахунків визначено найбільш термодинамічно стабільну сполуку в досліджуваній системі (алюмокобальтову шпінель), а також визначено максимальну ймовірність її існування. Алюмонікелева шпінель має меншу ймовірність існування, тому що не співіснує з СоО і не представлена в елементарному трикутнику з максимальною площею. Алюмонікелева шпінель має меншу ймовірність існування, а найменш вірогідною є ідентифікація Al₂O₃ у складі гетерофазних комбінацій. За результатами досліджень проаналізовано геометро-топологічні та статистичні характеристики субсолідусної будови системи, які мають значення для точності прогнозування комбінацій фаз при синтезі нових гетерогенних композиційних матеріалів.
Дослідження температурного коефіцієнту лінійного розширення біосумісних склокристалічних матеріалів на основі системи Li₂O-СaO-ZrO₂-TiO₂-MgO-ZnO-Al₂O₃-B₂O₃-P₂O₅-SiO₂
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Бабіч, Олена Вікторівна; Саввова, Оксана Вікторівна; Фесенко, Олексій Ігорович; Гопко, Андрій Олексійович
Встановлена перспективність застосування біосумісних скаффолдів із архітектонікою кісткової тканини для заміщення значних ділянок кісткової тканини. Встановлена необхідність створення зміцнених пористих біоактивних склокристалічних матеріалів, які експлуатуються в умовах змінних навантажень та характеризуються високими остеокондуктивними та остеоіндуктивними властивостями. Визначено основні критерії формування зміцненої ієрархічної пористої структури біоактивних склокристалічних матеріалів в умовах термічної обробки. Обґрунтовано вибір системи Li₂O-СaO-ZrO₂-TiO₂-MgO-ZnO-Al₂O₃-B₂O₃-P₂O₅-SiO₂, в межах якої обрані склади стекол серії ОС з вмістом основних компонентів та модифікуючих добавок, у мас. %: CaF₂ 0,5-2,5; CeO₂ 0,01-0,05; SrO 0,01-0,05; Nb₂O₃ 0,01-0,1; SrO 0,01-0,1 та зі співвідношенням Са:P = 1,67 та SiO₂:Li₂O = 4,0 та розроблено склокристалічні матеріали, які характеризуються вмістом кристалічних фаз гідроксиапатиту та дисилікату літію для формування біоактивної зміцненої структури. Проаналізовано вплив хімічного та фазового складу модельних стекол на кристалізаційну здатність та термічні властивості склокристалічних матеріалів на їх основі. Визначено, що показник ТКЛР для дослідних скломатеріалів в температурному інтервалі 25-600°С складає 78-130,2·10⁻⁷°С⁻¹ і визнається видом та вмістом кристалічних фаз та складом склофази. Встановлено, що формування ситалізованої взаємозв’язаної структури з наявністю 50 об. % гідроксиапатиту та 10 об. % літію дисилікату з ТКЛР близько 100·10⁻⁷°С⁻¹, визначає можливість одержання якісних міцних та бездефектних пористимих біосумісних матеріалів та покриттів по сплавівам титану на основі кальційсилікофосфатних склокристалічних матеріалів для створення єдиної конструкції ендопротезу. Створення зміцнених наноструктурованих склокристалічних матеріалів з ієрархічною пористою структурою, здатністю до витримки термічного навантаження та формування міцного сполучення зі сплавами з титану дозволить вирішити нагальні проблеми заміщення значних ділянок кісткової тканини.
Методика та особливості досліджень фільтраційних властивостей ущільнених глибокозалягаючих гірських порід
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Зімін, Олег Леонідович; Зезекало, Іван Гаврилович
У результаті вичерпання традиційних запасів вуглеводнів постає необхідність розвідки покладів на великих глибинах та при складних геологічних умовах. Це передбачає удосконалення технологій вивчення гірських порід і флюїдів за допомогою систем комп’ютерного моделювання та лабораторного обладнання. Моделювання у лабораторних умовах процесів які відбуваються у гірських породах при бурінні, розробці, інтенсифікації чи різноманітних хімічних впливах відіграють значну роль при сучасному видобуванні вуглеводнів, оскільки дозволяє зменшити кількість помилок на стадії проектування розробки родовищ чи методів впливу на продуктивні пласти. В світі існує низка відомих виробників лабораторного обладнання, що моделюють фільтраційні процеси в гірських породах, проте будь яка система має як свої переваги так і недоліки. Для реалізації задач із вивчення фільтраційних процесів у гірських породах, технологій розробки ущільнених та традиційних колекторів, методів інтенсифікації та фізико-хімічного впливу при видобуванні вуглеводнів розроблено фільтраційне обладнання, яке дозволяє проводити стандартні та спеціальні дослідження кернового матеріалу гірських порід. Перша установка низького тиску дозволяє проводити швидкі та точні виміри пористості та проникності при тисках до 10 МПа та температурах до 120℃. Крім фільтраційних процесів обладнання дозволяє проводити оціночні дослідження впливу різноманітних хімічних розчинів, бурових та інших технологічних рідин на природні та штучні керни у наукових та промислових дослідженнях. Для досліджень гірських порід та флюїдів у пластових умовах розроблено фільтраційну систему, що дозволяє проводити всі вищевказані дослідження при тисках до 100 МПа та температурах до 200℃. Особливістю розробленого обладнання є висока точність вимірювань, автоматизація процесів моніторингу, корозійностійке виконання основних вузлів та агрегатів, що дозволяє проводити дослідження у будь якому агресивному середовищі. Лабораторні дослідження дозволяють уникати помилок при проектуванні розробки нових площ, зменшити аварійність буріння та підбирати ефективні технології впливу на гірські породи.
Особливості фазових діаграм двочастотного маятника в Ян-Теллерівському потенціалі та теплоємність води
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Малафаєв, Микола Тимофійович; Гапонова, Олена Олександрівна; Рябова, Ірина Борисівна
Проведено моделювання обертальних коливань молекули води із допомогою моделі двочастотного маятника у простому Ян-Теллерівському потенціалі (ЯТП), що має мінімум потенціалу при певному куті відхилення маятника від осі (куту вигину міжмолекулярного водневого зв'язку молекули води). Встановлено, що за малих початкових швидкостей в даном потенціалі спостерігається новий тип коливань – поперечні коливання маятника у круговому жолобі ЯТП, при середніх швидкостях – двочастотні незалежні коливання (НК) по двох осях і за великих – еліпсоподібні коливання (ЕПК) на однієї частоті. У роботі розглянуті фазові діаграми (ФД) та змішані ФД (ЗФД) за двома координатами для цих двовимірних коливань. Показано значну відмінність даних діаграм у ЯТП від стандартних ФД. Виявлено появу додаткових еліпсів, петель та хвиль на ФД внаслідок появи поперечних коливань у жолобі ЯТП. Для отримання еліпсів на фазових діаграмах від усіх поперечних коливань маятника запропоновано для аналізу коливань побудову ФД від радіусу (ФДР). Показано, що еліпси на ФДР для поперечних коливань маятника добре спостерігаються за малих початкових швидкостей, а для середніх і великих швидкостей поперечні коливання не виділяються незалежно з загальної швидкості. Наявність стійких поперечних коливань у жолобі ЯТП для обертальних коливань атомів водню молекул води навколо осей міжмолекулярних зв'язків можна розглядати як нові ступені свободи для її нових колективізованих поперечних коливань у цьому потенціалі. Їх існування може вести до пояснення наявності вкладу цих нових мод коливань у величину аномально великої теплоємності води в рідкій фазі. Однак, для наявності таких нових ступенів свободи для поперечних коливань молекул води необхідно, щоб їх коливання завжди проходили в області «малих» швидкостей – у жолобі ЯТП. Для цього необхідно збільшення цієї області коливань, щоб величина максимуму потенціалу на міжмолекулярної осі зв'язку була велика. Це має забезпечити наявність поперечних обертальних коливань у жолобі ЯТП для молекул води у рідкій фазі для всієї області її температур існування.
Вплив природних факторів підтримування пластового тиску на пізній стадії розробки газоконденсатних родовищ
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Фик, Ілля Михайлович; Римчук, Данило Васильович
Об’єктом дослідження є природні фактори, які можуть впливати як на підтримування пластового тиску в процесі розробки газоконденсатних родовищ, а також на відновлення запасів виснажених покладів. До таких факторів слід віднести: обводнення покладів, просідання поверхні, пружність породи, води і газу, початкові градієнти пластового тиску в покладах, капілярні сили. При вивченні відновлення запасів на виснажених газоконденсатних родовищах, найперше треба врахувати вплив вищенаведених факторів на підтримування пластового тиску, щоб виявити саме об’єми газу, які перетікають з глибоких горизонтів (сторонні джерела). В роботі показана динаміка обсягів обводнення та середні пластові тиски по рокам. Акцентовано, що обводнення суттєво не впливає на підтримування пластового тиску. Наведено кореляційні залежності об’ємів обводнення в часі, та залежність об’ємів обводнення від пластового тиску. Запропонована оригінальна система розрахунку об’єму водонапірної системи з метою прогнозу подальшого обводнення покладів. Враховано впливи всіх наведених вище факторів на процес підтримування пластового тиску. Показано, що для Шебелинського ГКР всі ці фактори суттєво не впливають на відновлення запасів. Вивчено вплив капілярних сил та випаровування води в покладах на процеси розробки з точкизору підтримування пластового тиску на пізній стадії експлуатації ГКР.
Peculiarities of ecologically oriented recreational complexes of Europe
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Levytska, Olena Hryhoriivna
The demand for safe recreation conditions is growing every day. Therefore, hotels, lodges which acquire ecological characteristics, improving the interiors of the premises, the exterior of the territories, causing green areas and growing organic products, supporting the ideas of resource conservation and remediation of territories. The purpose of this article is to evaluate the most successful tourism eco-projects in Europe, to identify environmental criteria that attract vacationers and improve the quality of the environment, to evaluate the service, natural attraction and creativity of holiday destinations, to make a comparative description of hotels and resorts located in different natural areas. Service, proximity to nature and the satisfaction of visitors with interaction of nature, design of the exterior and interior, the availability of exclusive decor items, and non-standard leisure activities are the three important criteria for choosing a hotel or resort today. These three criteria were studied by the method of manual analysis of visitor reviews. Most often vacationers mention natural beauty, somewhat less often – service, and quite rarely – creativity in the design and organization of recreation. For the first time, the most successfully functioning ecological resorts in Europe are divided into groups by location and natural resources. The requirements for resorts that are popular among the visitors have been formed. The criteria of service, natural advantages and creativity in different groups are compared.
Masstransfer features in the apparatuses with a moving nozzle in a three-phase foam layer
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Manoilo, Evgenia V.; Manoilo, Yuriy O.; Repko, Kalif Y.; Zhuha, Oleg O.; Davydov, Denis V.; Arslanaliiev, Tymur M.
The improvement of heat and mass exchange equipment for sorption processes in the countercurrent contact of gas and liquid in combined block elements with a weighted spherical nozzle, as well as a more in-depth study of this process, is an urgent task of chemical technology. A fundamentally new type of ball-shaped three-dimensional mesh fluidized nozzle was developed and researched, the bodies of which are made of polymer layers with holes, and a freely coiled metal or polymer mesh is located inside. The nozzle has a high specific surface area, developed free volume and low bulk density. The study of mass transfer in the liquid and gas phases was carried out and the corresponding calculation equations were obtained. Dependencies for the calculation of the mass transfer coefficients and the efficiency of the combined block element on the mode and design parameters are established. The results of calculations based on the obtained dependencies show a sufficient correlation with the experimental data. The proposed model of the desorption process of carbon dioxide from water, which allows predicting the values of the efficiency indicators of the decarbonization process. It was established that the use of a combined block element with a ball-shaped nozzle allows to increase the mass transfer coefficients compared to the failure plate. The industrial implementation of absorption processes in the foam layer and the use of the gas-liquid layer stabilization method significantly expands the scope of application of foam apparatuses and opens up new opportunities for intensifying technological processes. Previously expressed assumption about the perspective of using mesh materials for the manufacture of nozzle bodies was confirmed by experiments, but the peculiarity of the operation of devices with similar nozzles should be emphasized.
Аналіз перспектив застосування методів виявлення витоків природного газу для підвищення ефективності моніторингу атмосферного повітря на об'єктах ГТС
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Палєєва, Катерина Миколаївна
Діяльність підприємств нафтогазової галузі, зокрема об’єктів газотранспортних систем (ГТС), супроводжується суттєвим антропогенним впливом на довкілля. Значного впливу зазнає саме атмосферне повітря, оскільки багато технологічних процесів супроводжується викидами природного газу (організованими, неорганізованими та аварійними) і, як наслідок, потраплянням в атмосферу суттєвої кількості летючих речовин, багато з яких є небезпечними та шкідливими. Для виявлення витоків газу з елементів газотранспортних систем існує широкий діапазон методів. Способи класифікації методів напряму залежать від ознак, що покладені в основу їх розподілу. Однак недостатня визначеність класифікаційних ознак, їх "однобічність" не дозволяють в повному обсязі оцінити недоліки та переваги тих чи і нших методів та засобів, а , отже, і можливість їх застосування для підвищення ефективності моніторингу атмосферного повітря на об’єктах ГТС з метою забезпечення екологічної безпеки. Основними завданнями, що вирішуються в даній статті, є формулювання оптимальної з точки зору застосовності в системах екологічного моніторингу атмосферного повітря класифікації існуючих методів контролю наявності витоків газу; аналіз їх переваг та недоліків; обґрунтування доцільності та перспективності застосування даних засобів та методів для забезпечення постійного моніторингу за станом атмосферного повітря на об’єктах ГТС. Запропоновано класифікацію методів та засобів контролю основану на рівні застосування технічних засобів, згідно якій усі методи поділені на органолептичні, апаратні та обчислювальні (програмно-математичні). За результатами аналізу даних груп визначено, що з точки зору перспектив застосування в системах моніторингу якості атмосферного повітря на об’єктах ГТС найбільше переваг мають апаратні засоби, а саме газоаналізатори.
Підвищення змащувальних властивостей водноглинистих бурових розчинів під час похило-скерованого та горизонтального буріння
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Дмитренко, Вікторія Іванівна; Дяченко, Юлія Григорівна
У роботі представлені результати експериментальних досліджень антифракційних властивостей природних рослинних олій: рицинової, конопляної, рапсової, соєвої, гірчичної, соняшникової та кукурудзяної. Наведено результати дослідів, що дозволяють оцінити вплив досліджуваних природних олій на параметри прісного, мінералізованого та соленасиченого водоглинистого бурового розчинів, таких як густина, реологічні та структурно-механічні властивості, рівень рН, показник фільтрації, товщина та липкість глинистої кірки, коефіцієнт змащування. Експеримент було проведено з використанням методики Американського нафтового інституту (за стандартами API). Встановлено, що у прісному розчині найбільш ефективно виявили змащувальні властивості рапсова олія в концентраціях 1 і 3 % та соняшникова олії в концентрації 1 %, у мінералізованому розчині – соняшникова олія концентрацією 0,5 % та рапсова олія концентрацією 3 %, в соленасиченому розчині – рапсова олія концентрацією 1 %. Добавки соняшникової олії показали задовільні результати тестувань лише для прісного і мінералізованого водоглинистих розчинів. Порівняно з соняшниковою олією рапсова олія виявила себе при додаванні до всіх досліджуваних зразків розчинів. Можна зробити висновок, що введення рапсової олії забезпечує задовільні антифракційні та технологічні показники для всіх типів розчинів, тому як основу змащувальної добавки обрано рапсову олію. Технологічно доцільні концентрації олій знаходяться в діапазоні від 1 до 3 %. За цих концентрацій олії меншою мірою виявляють негативний побічний ефект, зокрема на спінювання розчину, розчини характеризуються стабільною в часі консистенцією та покращуються їх змащувальні властивості. Розроблено склад змащувальної добавки на основі рапсової олії для обробки різних типів водоглинистих бурових розчинів на водній основі.
Визначення похибок двопараметрових вимірювань електричних та температурних параметрів зразків стічних вод виробництва фруктових соків
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Нечипоренко, Дмитро Ігорович; Новожилова, Тетяна Борисівна; Себко, Кіріл Вадимович; Здоренко, Олексій Валерійович
Сьогодні у всьому світі дуже гостро стоїть питання промислових викидів в навколишнє середовище. Для використання будь якої технології та апаратурного оформлення очистки стічних вод необхідно точно знати її фізико-хімічні властивості. Тому останнім часом знайшла подальший розвиток загальна теорія оцінювання похибок сумісних електромагнітних вимірювань фізико-хімічних параметрів слабких електролітичних рідин (стічних вод виробництва фруктових соків), за рахунок аналізу співвідношень, які описують характеристики точності електромагнітного перетворювача (ЕП). Тому в статті наведено дослідження методики обробки даних при сумісних двопараметрових вимірюваннях електричних і температурних параметрів зразків стічних вод харчових підприємств. Запропоновано методику оцінювання температурної похибки зразка γt, яка безпосередньо впливає на амплітудні, фазові та частотні компоненти сигналів ЕП. Знайдено вирази для визначення похибок сумісних вимірювань електричних та температурних параметрів зразків кислих за своїм походженням стічних вод. Today, the issue of industrial emissions into the environment is very acute all over the world. To use any technology and equipment for wastewater treatment, it is necessary to know its physical and chemical properties. Therefore, the general theory of error estimation of compatible electromagnetic measurements of physicochemical parameters of weak electrolytic liquids (wastewater from fruit juice production) has recently been further developed, due to the analysis of ratios that describe the characteristics of the accuracy of the electromagnetic transducer (ET). Therefore, the article presents a study of data processing techniques for compatible two-parameter measurements of electrical and temperature parameters of wastewater samples of food enterprises. A method of estimating the temperature error of the sample γt is proposed, which directly affects the amplitude, phase and frequency components of ET signals.
Перспективні напрямки розробки біоактивних скловолокон медичного застосування
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Саввова, Оксана Вікторівна; Бабіч, Олена Вікторівна; Фесенко, Олексій Ігорович; Тимощук, Максим Ігорович; Фірсов, Сергій Сергійович
Визначено нагальність розробки та застосування скловолокон для створення мікроволокнистих пов’язок для лікування хронічних ран в умовах бойових дій. Особливо важливе значення має доступність таких матеріалів в умовах ведення бойових дій, для яких характерною є необхідність швидкої реанімації поранених та надання невідкладної допомоги на полі бою. Застосування таких матеріалів дозволить зберегти життя, скоротити період реабілітації та пришвидшити одужання військового та цивільного населення. Проведено аналіз науково-технічної літератури щодо складів та властивостей біоактивних скловолокон медичного застосування. Проаналізовано склади та властивості скловолокон різного призначення та встановлено їх можливість застосування при розробці біоактивних скловолокон медичного застосування. Обґрунтовано вибір складів біоактивних скловолокон з пролонгованою біоцидною дією для швидкого загоєння ран та відновлення кісткової тканини. Проаналізовано механізм дії біоцидних компонентів та іонів бору у складі біостекол на здатність до інгібування негативної дії патогенних мікроорганізмів. Використання бороалюмофосфатних скловолокон для виготовлення ефективних пов’язок для лікування ран в кризових ситуаціях в умовах бойових дій дозволить підвищити відсоток виживання та знизити термін лікування за рахунок безпосередньої дії катіонів та аніонів матеріалів in vivo. Визначено основні теоретичні засади створення біоактивних бороалюмофосфатних скловолокон, модифікованих катіонами металів II групи які будуть характеризуватися наявністю зміцненого поверхневого шару, та характеризуватися одночасно високою біосумісністю, біоцидністю з пролонгованою дією та нетоксичністю. The urgency of the development and use of glass fibers for the creation of microfiber dressings for the treatment of chronic wounds in combat conditions has been determined. The availability of such materials is especially important in the conditions of hostilities, which are characterized by the need for quick resuscitation of the wounded and the provision of emergency aid on the battlefield. The use of such materials will save life, shorten the rehabilitation period, and speed up the recovery of the military and civilian population. An analysis of the scientific and technical literature on the composition and properties of bioactive glass fibers for medical use was carried out. The compositions and properties of glass fibers for various purposes were analyzed and their possibility of use in the development of bioactive glass fibers for medical use was established. The selection of the compositions of bioactive glass fibers with a prolonged biocidal effect for the rapid healing of wounds and the restoration of bone tissue is substantiated. The mechanism of action of biocidal components and boron ions in the composition of bioglasses on the ability to inhibit the negative effects of pathogenic microorganisms was analyzed. The use of boroaluminophosphate glass fibers for the manufacture of effective dressings for the treatment of wounds in crisis situations in combat conditions will increase the percentage of survival and reduce the duration of treatment due to the direct action of cations and anions of the materials in vivo. The main theoretical principles of the creation of bioactive boroaluminophosphate glass fibers, modified with group II metal cations, which will be characterized by the presence of a strengthened surface layer, and characterized at the same time by high biocompatibility, biocide with prolonged action and non-toxicity, have been determined.
Екологізація і модернізація обладнання для переробки будівельного брухту у вторинний щебінь
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Піддубний, Микита Володимирович; Сухорутченко, Микола Олександрович; Загладкина, Ганна Олексіївна; Кривільова, Світлана Павлівна
У статті розглянуто актуальну проблему переробки залізобетонних конструкцій, що утворилися в результаті руйнування будівель в Україні. Залізобетонний брухт, який накопичується у значних обсягах, має великий потенціал для подальшого використання, але потребує ефективної переробки. Основна увага приділена екологізації і модернізації щокових дробарок для забезпечення їх здатності ефективно подрібнювати цей вид відходів, що є важливим завданням у контексті сталого розвитку та впровадження екологічно безпечних технологій у будівельній галузі. У процесі дослідження проаналізовано існуючі конструкції щокових дробарок, їх технічні характеристики та можливості модернізації. Було проведено детальний аналіз параметрів роботи дробарок, таких як кут захвату, хід щоки, частота обертання ексцентрикового валу, міцність та жорсткість основних елементів. За результатами досліджень, показано, що оптимізація кута захвату та регулювання параметрів обертання ексцентрикового валу дозволяє значно підвищити продуктивність дробарки, що підтверджує ефективність запропонованих змін. Для досягнення поставлених цілей у дослідженні також було приділено увагу питанням зносостійкості робочих елементів щокової дробарки, зокрема щік та ексцентрикового валу. Проведено аналіз основних факторів, що впливають на знос цих елементів під час подрібнення залізобетонного брухту, та запропоновано заходи щодо їх підвищення. Зокрема, було розглянуто можливість використання нових матеріалів з підвищеною зносостійкістю для виготовлення щік, а також оптимізацію теплового режиму роботи дробарки для зниження зношування ексцентрикового валу. The article addresses the pressing issue of processing reinforced concrete structures that have resulted from the destruction of buildings in Ukraine. Accumulating in significant volumes, reinforced concrete debris holds substantial potential for further use but requires efficient processing methods. The main focus is on the greening of equipment and modernization of jaw crushers to ensure their capability to effectively crush this type of waste, which is a critical task in the context of sustainable development and the implementation of environmentally safe technologies in the construction industry. The study analyzes existing jaw crusher designs, their technical characteristics, and possibilities for modernization. A detailed examination of crusher operation parameters, such as the angle of capture, jaw stroke, eccentric shaft rotation frequency, and the strength and rigidity of the main components, was conducted. The research findings demonstrate that optimizing the angle of capture and adjusting the rotation parameters of the eccentric shaft can significantly enhance the crusher's performance, thereby confirming the effectiveness of the proposed modifications. To achieve the set objectives, the study also focused on the wear resistance of the jaw crusher's working elements, particularly the jaws and the eccentric shaft. An analysis of the main factors affecting the wear of these elements during the crushing of reinforced concrete debris was conducted, and measures to improve their durability were proposed. Specifically, the potential use of new, more wear-resistant materials for manufacturing the jaws was explored, as well as the optimization of the crusher's thermal regime to reduce the wear of the eccentric shaft.
Some physical-chemical features the solid phases hydraulicity
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Nahornyi, M. A.; Nagorniy, A. O.
The most widely used in composite materials industry are concrete installations bonded with different binders. Higher energy consumption and several ecological problems make their manufacture to become more and more expensive. The growing market of construction works and constant extension of real estate property increases the demand for cheap and new materials with desired features. As a result of many years intensive scientific researches there is now a practical possibility to offer an alternative and unique products technology of manufacture based on binding suspension (bricks, wall, heat insulating and refractory materials and other) – all of them of desired size and shape. The experience of the composite materials technology development shows that in comparison with traditional the microhardness of materials with an ultradispersive structure increases several times and the specific surface increases by an order contributing to a decrease in the sintering temperature. The longevity of similar material is essentially increasing provided structure is forming under conditions of the service site. Thus, building industry will obtain improved service life and performance from binding suspensions as field installations will continue to move toward adopting and utilizing practices based on technology described herein, rather than on cement technology. Індустрія композиційних матеріалів найбільш широко використовує бетонні конструкції на різноманітних в’яжучих матеріалах. Високе енергоспоживання та деякі екологічні проблеми роблять їх виробництво все дорожчим. Зростаючий ринок будівельних робіт і постійне розширення об’єктів нерухомості збільшує попит на дешеві та нові матеріали з бажаними характеристиками. В результаті багаторічних інтенсивних наукових досліджень з’явилася практична можливість запропонувати альтернативну і унікальну технологію виробництва продуктів на основі в’яжучих суспензій (цегла, стінові, теплоізоляційні та вогнетривкі матеріали тощо) – усі вони бажаного розміру та форми. Досвід розвитку технології композиційних матеріалів свідчить про те, що у порівнянні з традиційними, у матеріалів з ультрадисперсною структурою у декілька разів збільшується мікротвердість, а питома поверхня на порядок, що сприяє зниженню температури спікання порошків. Довговічність такого матеріалу суттєво зростає, якщо його структура формується в умовах експлуатації. Запропонована технологія виробництва матеріалів широкого призначення відкриває один з перспективних напрямків у розвитку нанотехнологій – створення надтвердих і надміцних матеріалів для індустрії композитів.
Характеристика субсолідусної будови системи CaO - Al2O3 – CoO – NiO
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Христич, Олена Валеріївна; Корогодська, Алла Миколаївна; Шабанова, Галина Миколаївна; Логвінков, Сергій Михайлович; Ворожбіян, Роман Михайлович
У работі наведено результати розрахунків, що характеризують елементи субсолідусної будови системи CaO – Al2O3 – CoO – NiO, перспективною для отримання модифікованих глиноземистих цементів та гетерофазних матеріалів з комплексом унікальних властивостей. Недостатньо відомостей про будову чотирикомпонентної діаграми стану визначеної багатокомпонентної системи, ускладнює одержання таких матеріалів. Для прогнозування фазового складу матеріалів проведено теоретичні дослідження будови системи. Виконано аналіз особливостей співіснування гетерофазних комбінацій з урахуванням геометротопологічних та статистичних характеристик. Визначено технологічні ризики прогнозування фазового складу матеріалів, що виникають у певних концентраційних областях досліджуваної системи. Розрахунки проводилися у всьому температурному інтервалі, як до температури плавлення потрійного оксидного з'єднання Ca3CoAl4O10 при 1439 К, так і більш високотемпературної області. За відомими методиками розраховані характеристики евтектик у деяких перерізах досліджуваної системи, що становить інтерес для технологічного проектування матеріалів. Результати розрахунків характеристик евтектик показують, що серед аналізованих тетраедрів мінімальна температура евтектики (1367 К) відзначається між оксидами кобальту, нікелю, кальційкобальтовим алюмінатом та моноалюмінатом кальцію, що може бути реалізовано для синтезу гетерофазних матеріалів з високим вмістом Ca3CoAl4O10. The paper presents the results of calculations characterizing the elements of the subsolidus structure of the CaO– Al2O3 – CoO – NiO system, which is promising for the production of modified aluminous cements and heterophase materials with a complex of unique properties. Insufficient information about the structure of the four-component phase diagram of a certain multicomponent system makes it difficult to obtain such materials. To predict the phase composition of materials, theoretical studies of the structure of the system were carried out. An analysis of the features of the coexistence of heterophase combinations was carried out, taking into account geometric-topological and statistical characteristics. The technological risks of predicting the phase composition of materials that arise in certain concentration regions of the system under study are shown. Calculations were carried out over the entire temperature range, both up to the melting point of the ternary oxide compound Ca3CoAl4O10 at 1439 K, and in a higher temperature region. Using known methods, the characteristics of eutectics in some sections of the system under study, which is of interest for the technological design of materials, were calculated. The results of calculations of the characteristics of eutectics show that among the analyzed tetrahedra, the minimum eutectic temperature (1367 K) is observed between the oxides of cobalt, nickel, calcium-cobalt aluminate and calcium monoaluminate, which can be realized for the synthesis of heterophase materials with a high content of Ca3CoAl4O10.
Про механізм плавлення льоду
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Малафаєв, Микола Тимофійович; Гапонова, Олена Олександрівна; Школьнікова, Тетяна Василівна
На основі теорії ефекту Яна – Теллера (ЕЯТ) запропоновано модель можливого механізму плавлення льоду. Зростання теплоємності льоду поблизу 0 ⁰С у півтора рази, порівняно із законом Дюлонга та Пті, дозволяє припустити, що в ньому відбувається початкове збудження обертальних коливальних мод молекул води. Спочатку відбувається збудження обертальної низькочастотної моди, потім – збудження проміжної обертальної моди. Ефект зв’язаності мод та нестійкості обертальних мод коливань молекули на проміжній обертальній частоті пов’язаний з наявністю зв’язку між усіма низькочастотними та високочастотними обертальними модами молекули через рівняння Ейлера. Тому збудження проміжної частоти у льоду призводить до можливості збудження всіх обертальних коливальних мод, що відбувається в ньому при температурі 0 ⁰С після отримання ним теплоти плавлення. Збудження обертальних коливальних мод веде до появи можливостей складання коливальних мод та їх синхронізації. Зростання амплітуди обертальних коливань, зближення при цьому частот цих двох мод коливань та їх подальша синхронізація призводить до появи обертань атомів водню молекули води навколо осей міжмолекулярних зв’язків, до стійкого вигину водневих зв’язків та їх подальшого ослаблення у воді. Внаслідок цього ослаблення сил зв’язків маємо зниження обертальних частот коливань для молекул води та їх локальних зарядів. Внаслідок цього зниження частот, коливання локальних зарядів молекул води стають менш випромінюючими та менш загасаючими. Тому в рідкій фазі води ці обертальні коливальні моди стають новими незатухаючими та незалежними модами коливань її молекул. Based on the theory of the Jahn-Teller effect (JTE), a model of a possible mechanism of ice melting is proposed. The increase in the heat capacity of ice near 0 ⁰C by 1.5 times, compared with the Dulong and Petit law, suggests that the initial excitation of rotational vibrational modes of water molecules occurs in it. First, the excitation of the rotational low-frequency mode occurs, then the excitation of the intermediate mode. The effect of mode coupling and instability of rotational modes of molecule vibrations at an intermediate rotational frequency is associated with the presence of a connection between all low-frequency and high-frequency rotational modes of the molecule through the Euler equations. Therefore, excitation of the intermediate frequency in ice leads to the possibility of excitation of all rotational vibrational modes, which occurs in it at a temperature of 0 ⁰C after it receives the heat of fusion. Excitation of rotational vibrational modes leads to the emergence of possibilities for the addition of vibrational modes and their synchronization. The increase in the amplitude of rotational oscillations, the convergence of the frequencies of their oscillation modes and their subsequent synchronization leads to the appearance of rotations of hydrogen atoms of a water molecule around their axes of intermolecular bonds, to a stable bending of hydrogen bonds and their subsequent weakening in water. As a result of this weakening of the bond forces, we have a decrease in the rotational frequencies of oscillations for water molecules and their local charges. As a result of this decrease in frequencies, oscillations of local charges of water molecules become less radiating and less damped. Therefore, in the liquid phase of water, these rotational oscillation modes become new undamped independent oscillation modes of its molecules.
Analysis of pollutants emissions in the conditions of combustion of alternative and traditional solid fuels
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Levytska, O. H.; Tsarenko, V. V.
The problem of pollutant emissions and the correlation of emission values with climate change is an extremely urgent task today. Climate change is causing glaciers to melt, which is causing water levels in reservoirs to rise. The issues of environmental pollution by the products of combustion of solid fuels are becoming more and more relevant. Among the pollutants that enter the air after the combustion of fuel in the furnaces of boiler units, there are also greenhouse gases that stimulate the greenhouse effect, causing climate change. The work determines emission indicators and emissions of pollutants into the atmospheric air. The task of the work is to identify and recommend the use of modern and effective methods for reducing emissions of pollutants into the atmosphere. The work uses analytical articles and sites that raise the problem of climate change. The work also shows the results of calculating pollutant emissions from combined heat and power boilers, carried out according to the recommendations of national guidelines. A high value of dust emission is typical for straw and flax fescue. In terms of nitrogen oxide emissions, wood waste has the highest values. Slightly lower values for the emission of carbon dioxide, methane, NMVOC are determined for wood waste. It is important to note that when gaseous fuels are burned, there will be no emissions of suspended particulate matter. It should also be noted that natural gas and wood waste do not contain sulfurcontaining compounds, which ensures the absence of sulfur dioxide in flue gases when fuels are burned. However, when gases are burned, mercury compounds can be released in trace amounts. One of the options for solving the problem is the transition to alternative energy sources. Проблема викидів забруднюючих речовин та кореляція значень викидів зі зміною клімату є надзвичайно актуальним завданням сьогодення. Зміна клімату спричиняє танення льодовиків, що веде до підвищення рівня води у водоймах. Питання забруднення навколишнього середовища продуктами згоряння твердого палива стають все більш актуальними. Серед забруднюючих речовин, які потрапляють в повітря після згоряння палива в топках котельних агрегатів, є і парникові гази, що стимулюють парниковий ефект та можуть бути причиною зміни клімату. В роботі визначаються показники емісії та викиди забруднюючих речовин в атмосферне повітря. Завданням роботи є виявлення та рекомендація до використання сучасних та ефективних методів зменшення викидів забруднюючих речовин в атмосферу. У роботі використані аналітичні статті та сайти, які порушують проблему зміни клімату. У роботі також наведено результати розрахунку викидів забруднюючих речовин від комбінованих теплоенергетичних котлів, виконаних відповідно до рекомендацій національних методик. Високе значення викиду пилу характерно для костриці солом'яної і льняної. За рівнем викидів оксидів азоту деревні відходи мають найвищі значення. Дещо нижчі значення викиду вуглекислого газу, метану, НМЛОС визначаються саме для деревних відходів. Важливо відзначити, що при спалюванні газоподібного палива не буде викидів зважених твердих частинок. Також слід зазначити, що природний газ і деревні відходи не містять сірковмісних сполук, що забезпечує відсутність діоксиду сірки в димових газах при спалюванні палива. Однак при спалюванні газів сполуки ртуті можуть виділятися в незначних кількостях. Одним з варіантів вирішення проблеми є перехід на альтернативні джерела енергії.
Сучасні тенденції у виробництві кераміки: створення алюмосилікатних виробів за допомогою 3D-друку та вплив інноваційних підходів на галузь
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Кривобок, Руслан Вікторович; Рябінін, Олександр Сергійович; Рищенко, Олександр Сергійович; Лебедєв, Володимир Володимирович; Воронкін, Андрій Анатолійович
У статті розглянуто сучасні тенденції у виробництві кераміки при створенні алюмосилікатних керамічних виробів за допомогою 3D-друку або аддитивного виробництва. Кераміка є матеріалом з високою продуктивністю, оскільки вона має тверді, механічно-міцні властивості, відмінну стійкість до зношування, а також високий температурний і корозійний опір. Також розглянуто традиційні методи виробництва кераміки, які складаються з трьох етапів: підготовки матеріалу, формування (може бути виконане за допомогою різних методів, таких як ізостатичне пресування, пресування під тиском, лиття під тиском, стрічкове лиття, гелеве лиття, відливання суспензії та ін.) та спікання. Технологія 3D-друку – це ефективний та перспективний метод виробництва, який продовжує розвиватися і знаходити нові застосування в різних галузях: медична, хімічна, біохімічна, екологічна, технічна, радіотехнічна промисловості та ін. Нові дослідження і розробки дозволяють вдосконалювати якість і точність друку, а також розширювати можливості використання керамічних матеріалів. Особливе значення надано перевагам використання 3D-друку для виготовлення керамічних виробів, зокрема можливості створювати індивідуальний дизайн продукції та досягати потрібної форми, складу, мікроструктури і властивостей. Використання технології 3D-друку також допомагає зменшити відходи та знизити витрати на матеріали, що робить виробничий процес більш екологічним та економічно вигідним. The article discusses modern trends in the production of ceramics in the creation of aluminosilicate ceramic products using 3D printing or additive manufacturing. Ceramic is a high-performance material because it has hard, mechanically strong properties, excellent wear resistance, and high temperature and corrosion resistance. Traditional methods of ceramic production are also considered, which consist of three stages: material preparation, molding (can be performed using various methods, such as isostatic pressing, pressure pressing, pressure casting, tape casting, gel casting, suspension casting, etc.) and sintering. 3D printing technology is an effective and promising production method that continues to develop and find new applications in various fields: medical, chemical, biochemical, environmental, technical, radio engineering, etc. New research and development allow to improve the quality and accuracy of printing, as well as to expand the possibilities of using ceramic materials. Special importance is given to the advantages of using 3D printing for the manufacture of ceramic products, in particular, the ability to create an individual product design and achieve the desired shape, composition, microstructure and properties. The use of 3D printing technology also helps to reduce waste and lower material costs, making the production process more environmentally friendly and cost-effective.
Особливості розкриття циклу в гем-дигалогенциклопропілпохідних тіоанізолу в системі CuSO4/DMSO/H2O
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Міхедькіна, Олена Йосипівна; Циганков, Олександр Валерійович; Ларіна, Ганна Іванівна
Наведено результати досліджень розкриття циклопропанового кільця в 2,2-дихлор(дибром)циклопропілметил(феніл)сульфідах під дією Купрум сульфату в водному диметилформаміді. Показано, що за цих умов при нагріванні за температури 100-105 °С протягом 10-11 годин утворюються суміші трьох ізомерних хлоро(бромо)-алілових спиртів. Співвідношення цих спиртів визначені співставленням інтегральних інтенсивностей сигналів протонів в спектрах ЯМР 1 Н та інтегральних інтенсивностей хроматограм і приблизно складає 3,54:3,15: 1 для дихлоро- та 5,1:3,9:1 для дибромоциклопропілпохідних. Будову ізомерних спиртів доведено за результатами аналізу спектрів ЯМР 1 Н та фрагментації в мас-спектрах. При дії ioну Cu(II)+ за тих же умов на продукти окиснення сульфідів 2,2-дихлоро- та 2,2-дибромоциклопропілметилфенілсульфонів розкриття циклу за даними тонкошарової хроматографії не спостерігали. При досягненні температури вище 150 °С відбувається осмолення відповідних сульфонів. Проаналізовано вплив природи галогену на регіоселективність реакції. Вірогідний механізм реакції, який передбачає утворення алільного катіону як ключового проміжного продукту. Отримані результати розширюють уявлення про реакційну здатність гемдигалогенциклопропанів та відкривають нові перспективи для синтезу функціоналізованих органічних сполук, зокрема, потенційних біологічно активних. The results of studies on the cleavage of the cyclopropane ring in 2,2-dichloro- and 2,2-dibromocyclopropylmethyl(phenyl)sulfides under the action of copper sulfate in aqueous dimethylformamide are presented. It is shown that under these conditions, when heated at 100-105 °C for 10-11 hours, mixtures of three isomeric chloro(bromo)-allyl alcohols are formed. The ratios of these alcohols were determined by comparing the integral intensities of the proton signals in the 1H NMR spectra and the integral intensities of the chromatograms and are approximately 3.54:3.15:1 for dichloro- and 5.1:3.9:1 for dibromocyclopropyl derivatives. The structure of the isomeric alcohols was proved by the results of NMR 1 H analysis and fragmentation in the mass spectra. Under the same conditions, the action of Cu(II)+ ion on the oxidation products of 2,2-dichloro- and 2,2-dibromocyclopropylmethylphenylsulfonyl sulfides did not show ring cleavage according to thin layer chromatography. When the temperature reaches above 150 °C, the corresponding sulfones are charred. The influence of the nature of the halogen on the regioselectivity of the reaction was analyzed. A likely reaction mechanism involves the formation of an allylic cation as a key intermediate. The obtained results expand the understanding of the reactivity of heme-dihalogencyclopropanes and open new perspectives for the synthesis of functionalized organic compounds, in particular, potential biologically active ones.