Статьи журнала - Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал
Все статьи: 903
Статья
Нанотехнологии и наноиндустрия являются в настоящее время одним из наиболее перспективных направлений развития науки, технологий и промышленности. Во многих странах, в т.ч. и в России, разрабатываются новые виды продукции наноиндустрии, кото- рые уже появились или появятся на рынке в ближайшие несколько лет. Важнейшая роль в информационном обеспечении процесса создания и внедрения нанотехнологической про- дукции отводится средствам массовой информации. Поэтому по инициативе Российской инженерной академии в 2009 году был создан Интернет-журнал «Нанотехнологии в строи- тельстве». Несмотря на непростую обстановку в стране и в мире, он постепенно развива- ется и растет. По словам председателя Центрального регионального отделения РААСН, академика РААСН Е.М. Чернышова «...трудно переоценить значение журнала для ученых и инженеров строительной отрасли. Идея создания журнала оказалась весьма плодотвор- ной, появление специализированного журнала существенно инициировало работы уче- ных в области строительных нанотехнологий».
Бесплатно
Развитие нанотехнологий - стратегическая задача инновационного развития России
Ред. заметка
Созидательная деятельность инженерного корпуса страны является суще- ственным фактором для ее динамичного социально-экономического развития, повышения конкурентоспособности на мировом рынке, формирования положи- тельного имиджа России, как высокотехнологичного государства с развитой эко- номикой. В строительной отрасли необходимо участие научно-технических и ин- женерных кадров, прежде всего, в развитии нанотехнологий, инновационных строительных технологий, нацеленных на создание комфортных и экологичных строительных материалов и архитектурных форм нового поколения.
Бесплатно
Развитие нанотехнологий в строительстве - актуальнейшая задача ученых и инженеров
Статья научная
Важнейшая роль в информационном обеспечении процесса создания и внедрения нанотехнологической продукции отводится средствам массовой информации. Поэтому по инициативе Российской инженерной академии в 2009 году был создан Интернет-журнал «Нанотехнологии в строительстве». По общему мнению специалистов и экспертов идея создания журнала оказалась весьма плодотворной, появление специализированного журнала существенно инициировало работы ученых в области строительных нанотехнологий. По просьбе авторов и читателей издания редакция открыла рубрику, в которой планируется публикация основных положений кандидатских и докторских работ, с целью популяризации предметной области наноиндустрии в строительстве, повышения доверия потребителей к продукции отечественной наноиндустрии. Содержание публикуемых материалов — хорошее подспорье для аспирантов и докторантов. В этом номере приведены основные положения кандидатских диссертаций Е.Г. Чеботаревой «Нано-модифицированные композиты строительного назначения с использованием эпоксидиановой смолы» и Н.Н. Елисеевой «Пенобетоны неавтоклавного твердения на основе добавок наноразмера».
Бесплатно
Развитие нанотехнологий в строительстве - актуальнейшая задача ученых и инженеров
Статья научная
Важнейшая роль в информационном обеспечении процесса создания и внедрения нанотехнологической продукции отводится средствам массовой информации. Поэтому по инициативе Российской инженерной академии в 2009 году был создан Интернет-журнал «Нанотехнологии в строительстве». По общему мнению специалистов и экспертов идея создания журнала оказалась весьма плодотворной, появление специализированного журнала существенно инициировало работы ученых в области строительных нанотехнологий. По просьбе авторов и читателей издания редакция открыла рубрику, в которой планируется публикация основных положений кандидатских и докторских работ, с целью популяризации предметной области наноиндустрии в строительстве, повышения доверия потребителей к продукции отечественной наноиндустрии. Содержание публикуемых материалов - хорошее подспорье для аспирантов и докторантов. В этом номере приведены основные положения кандидатских диссертаций А.Б. Бухало «Теплоизоляционный неавтоклавный пеногазобетон с нанодисперсными модификаторами» и А.И. Бурнашева «Высоконаполненные поливинилхлоридные строительные материалы на основе наномодифицированной древесной муки».
Бесплатно
Развитие нанотехнологий в строительстве - актуальнейшая задача ученых и инженеров. Часть 5
Статья научная
С целью популяризации научных достижений в реферативной форме приводятся основные результаты исследований российских ученых. По направлению «Структурообразование и технология композитов общестроительного и специального назначения на основе малоиспользуемых отходов металлургии» определен строительно-технологический потенциал малоиспользуемых отходов металлургии на основе метода тестирования, диагностики и идентификации техногенных материалов по признакам структурообразующей роли в системах твердения и композитах, что послужило основой формирования территориально-промышленного комплекса региона с развитой металлургической промышленностью. Получены системы твердения оптимального состава путем совместного помола конвертерных шлаков экономически обоснованной удельной площадью поверхности 300 м 2/кг с суперпластификаторами и нанодисперсными минеральными добавками, за счет чего снизилась межзерновая пустотность частиц вяжущего, повысились реакционная способность частиц шлака и в значительной мере — прочность. Публикуемые материалы могут быть использованы специалистами в научной и практической деятельности.
Бесплатно
Развитие нанотехнологий в строительстве - актуальнейшая задача ученых и инженеров. Часть 6
Статья научная
С целью популяризации научных достижений в реферативной форме публикуются основные результаты исследований российских и зарубежных ученых. По направлению «Физико-химическое изучение нанокомпозитных материалов, получаемых темплатно, методом управляемого золь-гель синтеза, разработанные подходы по функционализации силикатной матрицы иммобилизацией комплексов включения ЦД и мицелл АПГ с солюбилизированными водонерастворимыми веществами, проводимой в мягких условиях в водных растворах без использования органических растворителей, могут найти применение для создания селективных сорбентов, люминесцентных материалов. Предложенный метод синтеза наночастиц кристаллического диоксида титана, проводимого при комнатной температуре, может служить альтернативой его высокотемпературному получению для фотокатализаторов, сенсоров и солнечных батарей. По направлению «Управляемая самоорганизация азапорфиринов в 2d- и 3d-наноструктуры в ленгмюровских слоях и пленках ленгмюра-блоджетт» показано, что с построением модели и развитием метода определения структуры наноструктурированного ленгмюровского слоя технология Ленгмюра-Блоджетт, позволяющая получать наноразмерные пленки, становится инструментом для исследования и формирования 2D- и iD-наноструктур в плавающих слоях и ЛБ-пленках и получения тонкопленочных наноматери алов на основе органических соединений с развитой п-системой, имеющих заданную структуру и свойства. Построенная модель позволяет также решать одну из основных задач нанотехнологии и науки о наноматериалах для систем пониженной размерности — задачу установления взаимосвязи размера формируемых наночастиц с условиями их формирования. Публикуемые материалы могут быть использованы специалистами в научной и практической деятельности.
Бесплатно
Развитие нанотехнологий в строительстве -актуальнейшая задача ученых и инженеров
Статья научная
Важнейшая роль в информационном обеспечении процесса создания и внедрения нанотехнологической продукции отводится средствам массовой информации. Поэтому по инициативе Российской инженерной академии в 2009 году был создан Интернет-журнал «Нанотехнологии в строительстве». По общему мнению специалистов и экспертов, идея создания журнала оказалась весьма плодотворной, появление специализированного журнала существенно инициировало работы ученых в области строительных нанотехнологий. По просьбе авторов и читателей издания редакция открыла рубрику, в которой планируется публикация основных положений кандидатских и докторских работ, с целью популяризации предметной области наноиндустрии в строительстве, повышения доверия потребителей к продукции отечественной наноиндустрии. Содержание публикуемых материалов — хорошее подспорье для аспирантов и докторантов. В этом номере приведены основные положения кандидатских диссертаций И.С. Маевой «Модификация ангидритовых композиций ультра- и нанодисперсными добавками» и Е.В. Мирошникова «Наноструктурированное перлитовое вяжущее и пенобетон на его основе».
Бесплатно
Развитие нанотехнологий в строительстве -актуальнейшая задача ученых и инженеров. Часть 4
Статья научная
С целью популяризации предметной области наноиндустрии в строительстве, повышения доверия потребителей к продукции наноиндустрии, в реферативной форме публикуются основные результаты исследований российских ученых. По направлению «Получение модифицированной фибробетонной смеси, направленное на улучшение физико-механических свойств за счет компонентов, упрочняющих структуру фибробетона на микро- и наноуровнях» экспериментально подтверждена возможность применения комплексной модифицирующей добавки, включающей углеродный наномодификатор «Таунит» при изготовлении сталефибробетона и раствора; разработаны составы сталефибробетона с комплексными модифицирующими добавками и легкого жаростойкого фибробетона. Получено два патента на изобретение РФ (№ 2361847, 2386599). Разработаны практические рекомендации по применению фибробетоннной смеси с упрочнителем из фибры «Миксарм» и нанодобавками; предложена технология изготовления сталефибробетонов с использованием комплексных модифицирующих добавок. По направлению «Разработка и оптимизация составов фасадных штукатурных растворов с повышенной долговечностью на основе простых и смешанных вяжущих с тонкодисперсными наполнителями природного и техногенного характера и исследование их структуры» доказана практическая возможность и целесообразность применения нанотехногенных наполнителей местного происхождения в фасадных штукатурных растворах, влияющих положительно на структуру и свойства композиции; разработаны составы фасадных штукатурных растворов на основе простых и смешанных вяжущих, модифицированных нанотехногенными минеральными наполнителями с высокими свойствами, обеспечивающими необходимую стойкость композиции в условиях эксплуатации (прочность сцепления, прочность на сжатие, морозостойкость). В результате планомерной оптимизации штукатурных растворов минимизирована доля продуктов строительного рынка — экономия вяжущего составила от 5 до 15 %, в ряде составов природный наполнитель полностью заменён на нанотехногенный продукт, что позволило достичь существенного экономического эффекта. Публикуемые материалы могут быть использованы специалистами в научной и практической деятельности.
Бесплатно
Статья обзорная
Формирование комплекса нанотехнологических исследований в Московском государственном строительном университете основывается на продолжительном опыте нескольких десятилетий: базовыми кафедрами проводились передовые исследования в области структурного анализа, разработки методов модификации свойств материалов облучением и химическим замещением, формирования новых форм композиционного взаимодействия и сочетания, способных обеспечить повышение эффективности строительных материалов и проводимых работ.
Бесплатно
Размерные эффекты и топологические особенности наномодифицированных композитов
Статья научная
Определение размеров и концентрационных границ содержания наномоди- фикатора - необходимая предпосылка применения нанотехнологии в материало- ведении. В статье представлены некоторые результаты теоретических исследова- ний и численного моделирования, касающиеся этих проблем.
Бесплатно
Статья научная
Опыт бурения показывает, что использование современного бурового оборудования не всегда обеспечивает высокое качество строительства скважин в разрезах, представленных глинистыми породами. Это, возможно, связано с тем, что при выборе и применении буровых растворов не учитываются различия в свойствах вскрываемых глин, а свойства буровых растворов подбираются без учета особенностей взаимодействия с горными породами. Многие осложнения и аварии при строительстве скважин в регионах Западной Сибири обусловлены наличием в геологическом разрезе, вскрываемом в одно долбление, как высококоллоидальных увлажненных глин, хорошо гидратирующихся и набухающих при контакте с буровым раствором, так и микротрещиноватых аргиллитов, склонных к осыпям и обвалам, что приводит к отклонению параметров бурового раствора от заданных значений, сальникообразованию, снижению механической скорости бурения, нарушению устойчивости ствола, снижению коммерческой скорости строительства скважин. Необходима разработка рецептуры высокоэффективного ингибирующего бурового раствора, применение которого позволит увеличить механическую скорость бурения, повысить устойчивость ствола, снизить кавернозность, повысить техникоэкономические показатели строительства скважин в сложных горно-геологических условиях, в том числе с большим отклонением от вертикали.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В современном социально-экономическом и геополитическом развитии России на первый план выходит развитие промышленности. Среди множества отраслей промышленности важнейшая роль принадлежит аммиачным станциям. Основные закономерности процесса перекачки и подготовки воды. Процесс состоит из шести стадий, в данной статье рассматривается автоматизация 1 и 2 стадий: по подготовке воды и откачке её насосами H1 и H2 из резервуара P2. Продукция в виде очищенной воды является важнейшим критерием для последующего производства на аммиачной станции, поэтому к качеству готовой продукции предъявляются повышенные требования, в том числе к качеству очистки используемой воды с помощью нанофильтров. Требуемого качества невозможно достичь без управления процессом в автоматизированном режиме. Разработка нейронной сети. Для управления значениями частот преобразователей в процессе подготовки и перекачки воды использована искусственная нейронная сеть. Ее разработка произведена в среде Matlab в пакете Neural Network Toolbox, для этого определены входные и выходные данные, произведена обработка и подготовка данных, а также выбор типа и архитектуры нейросети. Описана архитектура нейросети Layer Recurrent, процесс её построения и обучения в Matlab. Тестирование нейронных сетей. В ходе тестирования сети Layer Recurrent на предмет степени обученности наименьшая погрешность была получена для 30 нейронов в скрытом слое. Близость к заданным значениям свидетельствует о применимости сети для управления параметрами частотных преобразователей. Разработка модели нейросетевого регулятора в пакете Simulink. Выполнено моделирование системы управления в пакете Simulink с использованием нейросетевого регулятора с архитектурой Layer Recurrent. Проверка частот частотных преобразователей Ч1вых и Ч2вых в Simulink для параметров уровня в резервуарах и в баке LT1_вх, LT2_вх, LT3_вх показала, что модель объекта работает корректно, таким образом симуляция нейросети показала, что обучение прошло успешно. Заключение. В результате проведенного исследования разработана искусственная нейронная сеть для управления процессом подготовки и перекачки воды в среде Matlab и симуляция нейросети в пакете Simulink
Бесплатно
Разработка новой ПВХ-композиции с пониженной горючестью
Статья научная
Поливинилхлорид (ПВХ) является одним из полимеров, который чаще всего подвергается пластификации. Используемые при этом пластификаторы представляют собой сложные эфиры ароматических или алифатических кислот с линейными или разветвленными алифатическими спиртами с умеренной длинной цепью. Среди них фталаты (эфиры ортофталевой кислоты с жирными спиртами) имеют самый широкий спектр применения среди эфиров ароматических кислот. Они характеризуются отличной совместимостью не только с ПВХ, но и с рядом других полимеров, придают хорошие физико-механические свойства, но являются токсичными соединениями. Именно поэтому их применение постепенно вытесняется малотоксичными и нетоксичными пластификаторами. Экологически безопасными являются сложные эфиры адипиновой кислоты, которые находят широкое применение. Однако их применение в пластикатах для кабельной продукции требует внесения в рецептуру специальных добавок – антипиренов. В данной работе приведены результаты разработки рецептуры ПВХ-композиции, обладающей низкой горючестью. В качестве пластификатора был использован разработанный нами дибутоксиэтиладипинат. В качестве антипирена – промышленный ди(2-этилгексил) фенилфосфат. В первую очередь нами был получен сложный эфир адипиновой кислоты и оксиэтилированного бутанола со степенью оксиэтилирования 5. Подобраны условия его получения с максимальным выходом. Изучены физико-химические свойства синтезированного соединения. Составлены рецептуры ПВХ-композиций на основе полученного адипината с различными количествами ди(2-этилгексил) фенилфосфата. Представлены результаты испытаний ПВХ-пластикатов на горючесть. Показатели горючести образцов кабельного пластиката с применением разработанных пластификаторов соответствуют ГОСТ 5960-72 с изм. 3-9. Наилучшие результаты были достигнуты при применении фосфорсодержащей добавки в количестве 3% масс. Показано, что именно малые количества ди(2-этилгексил)фенилфосфата обеспечивают противопожарные свойства.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В настоящее время популярным становится применение в строительстве полимерных покрытий при защите металлических материалов и конструкций. Особенно важным является получение наноструктурированных полимерных изолирующих материалов, обладающих высокими антикоррозионными свойствами, с целью обеспечения срока службы оборудования топливно-энергетического комплекса. Технологическое оборудование при добыче, транспортировке, переработке нефтехимического сырья подвержено регулярному воздействию агрессивных сред. Повреждение производственного оборудования ежегодно наносит экологический ущерб на окружающую среду, и здоровье человека, и материальную нагрузку на предприятие. Введение гетероатомов в структуру молекулы полимера способствует улучшению физико-химических характеристик полимерных покрытий, в частности, повышения защитных свойств, так как природные и синтетические полимерные соединения представляют собой большой кластер образований надмолекулярного строения, находящихся в определенной последовательности. Методы и материалы. Предложена новая эффективная схема технологии получения азотсодержащих полимерных наноструктур. Синтезированные образцы показали высокую антикоррозионную активность. Рассмотрена возможность применения их в качестве наноструктурирующей добавки к смазочным покрытиям, что позволит повысить устойчивость металлоконструкций к воздействию агрессивных сред в различных областях промышленности, в том числе и в строительстве. Полученные алкенилсукцинимидсодержащие образцы испытаны согласно техническому условию на сукцинимидную присадку С-5А (ТУ 38101247-77), все образцы соответствуют нормам. Результаты и обсуждения. В ходе исследования разработана ресурсосберегающая безотходная технология получения наноструктурированной полимерной добавки, имеющей в своей структуре полиамины как наноструктурирующую основу, обеспечивающую антикоррозионный эффект. Заключение. Полученные нанополимерные соединения на основе триэтилентетрамина, тетраэтиленпентамина, алкенилянтарного ангидрида предлагается реализовывать на рынке в качестве эффективных полимерных антикоррозионных добавок при обработке металлических материалов и конструкций в строительной отрасли.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Тяжелые металлы (медь, цинк, никель, свинец, хром, кобальт, кадмий) попадают в строительные материалы с природным и техногенным сырьем. Химический и минералогический состав крупнотоннажных отходов нефтехимической отрасли прекрасно подходит для производства строительных материалов. Присутствие тяжелых металлов в составе строительных композиций обеспечивает высокую прочность и морозостойкость. В настоящее время наноструктурированные металлсодержащие комплексы применяются в производстве строительных растворов, поэтому необходимо обеспечить надежное связывание тяжелых металлов в структурно устойчивые соединения, чтобы не происходила их эмиссия и вторичное загрязнение окружающей среды. Особый интерес исследователей вызывают ежегодно увеличивающиеся объемы шламмонакопителей, содержащие высокие концентрации тяжелых металлов, таких как хром Cr (+6), медь Си (+2), свинец Pb (+2), железо Fe (+2) и Fe (+3). Квалифицированное извлечение перечисленных металлов и связывание их в качестве нанокомпонентов в составе комплексообразователя обеспечит создание наноструктурной композиции в рецептуре приготовления строительного раствора различного назначения. Методы и материалы. Основным способом выделения тяжелых металлов являются сорбционные методы. В работе предложен способ получения алкиленаминополикарбоновых кислот и изучена его способность образовывать нанометаллические комплексные соединения для извлечения тяжелых металлов. Результаты и обсуждение. Проведены исследования эффективности полученных соединений - карбоксиметильных производных гексамина в качестве наноструктурированных комплексообразрвателей для связывания наночастиц металлов в нефтешламе. Подобраны оптимальные условия синтеза и доказана структура полученных комплексообразователей методами инфракрасного и ультрафиолетового излучения, а также методом ядерно-магнитного резонанса. Заключение. Полученные наностуктурированные добавки обладают связывающими свойствами, обеспечивающими высокое сцепление тяжелого металла с органическим субстратом и компонентами строительного раствора, что позволяет обеспечить прочную композицию, сохраняющую эксплуатационные свойства, удовлетворяющие техническим требованиям.
Бесплатно
Разработка экологически безопасных поливинилхлоридных композиций
Статья научная
Введение. Поливинилхлорид (ПВХ) относится к наиболее важным в экономике полимерам. Благодаря своей универсальности этот материал сейчас встречается в самых разных продуктах, используемых в повседневной жизни. Широкий спектр физико-механических свойств ему придает использование добавок, основными из которых являются пластификаторы. Наиболее распространенными по объему потребления являются эфиры ортофталевой кислоты, в частности, дибутилфталат (ДБФ), диоктилфталат (ДОФ), диизононилфталат (ДИНФ), диизодецилфталат (ДИДФ). Фталаты хорошо совмещаются с полимерами, придают им высокие физико-механические свойства, поэтому пластикаты на их основе широко применяются в строительном секторе, технике, а также в сельском хозяйстве и в быту. Многочисленными исследованиями изделий, изготовленных из пластифицированного ПВХ, проведенными в разных странах, установлено неблагоприятное воздействие ДОФ на здоровье человека, что повлекло за собой ограничение областей его применения. Устанавливаемые законодательством запреты и растущее давление со стороны потребителей вынуждают производителей ПВХ-пластикатов искать экологически безопасную замену ДОФ. Методы и материалы. В работе исследована возможность создания более экологичных ПВХ-пластикатов с использованием смеси пластификаторов: промышленных диоктилфталата и диизононилфталата и разработанного нами дибутоксиэтилфталата (ДБОЭФ). Выбор данных пластификаторов основан на том, что ДИНФ и ДБОЭФ, в отличие от диоктилфталата, относятся к 3-му классу опасности. Результаты и обсуждение. В ходе корреляционно-регрессионного анализа получена тесная функциональная взаимосвязь между применяемыми добавками и характеристиками ПВХ, что подтверждено рассчитанным коэффициентом детерминации. Методом нелинейного программирования, примененного к построенным полиномиальным зависимостям третьего порядка, установлено, что в базовой рецептуре ПВХ-композиции перспективно заменять до 25 масс.ч. ДОФ на пластификатор ДИНФ. Совместное использование промышленных пластификаторов ДОФ и ДИНФ, а также разработанного ДБОЭФ в рецептуре ПВХ-композиций свидетельствует об увеличении пластичности и технологичности. Вероятно, это можно объяснить синергическим влиянием исследуемых пластификаторов. Исследована зависимость свойств и содержания пластификаторов ДБОЭФ и ДИНФ в виде поверхности второго порядка на основе полученных экспериментальных данных, изучены линии уровня построенной функции двух переменных, в результате чего установлено, что наибольший эффект достигается при дозировке: ДОФ - 25 масс.ч., ДИНФ - 5 масс.ч. и ДБОЭФ - 20 масс.ч. на 100 масс.ч. ПВХ. Заключение. Полученные результаты исследований показывают, что предложенная рецептура ПВХ-композиции позволяет снизить токсичность используемых пластификаторов на 50 % и улучшить физико-механические и технологические характеристики компаундов.
Бесплатно
Растворимые соединения алюминия и нанокомпозитные материалы на их основе. Часть I
Статья научная
Настоящая статья посвящена применению растворимых соединений алюминия для получения нанокомпозитных материалов. Проведен анализ состояния ионов алюминия Al3+ в водных растворах. Простые соединения алюминия являются прекурсорами по всех процессах получения нанокомпозиционных материалов на основе оксидов алюминия. Состояние ионов Al3+ в водных растворах определяет механизм и структуру получаемых нанокомпозитов. Проведен анализ фазовых превращений в системах солей алюминия, гидратированных оксидов и оксидов. На основе этих данных определены основные режимы получения конечных материалов. Сделан анализ различных методов получения коллоидных растворов гидратированных оксидов алюминия как основного прекурсора при получении нанокомпозиционных материалов на основе оксидов алюминия. В качестве таких методов изучены процессы получения алюмозоля методом осаждения–пептизации. Также для синтеза алюмозолей рассмотрены методы ионного обмена и контролируемого гидролиза соединений алюминия. Для получения смешанных оксидных материалов, в системе SiO2–Al2O3, проведен анализ процессов взаимодействия кремне- и алюмозолей. Изучена возможность применения метода «гомогенное осаждение гидратированного оксида алюминия» для получения нанокомпозитов на основе оксида алюминия.
Бесплатно
Растворимые соединения алюминия и нанокомпозитные материалы на их основе. Часть II
Статья научная
Настоящая статья посвящена применению растворимых соединений алюминия для получения нанокомпозитных материалов. Проведен анализ состояния ионов алюминия Al3+ в водных растворах. Простые соединения алюминия являются прекурсорами по всех процессах получения нанокомпозиционных материалов на основе оксидов алюминия. Состояние ионов Al3+ в водных растворах определяет механизм и структуру получаемых нанокомпозитов. Проведен анализ фазовых превращений в системах солей алюминия, гидратированных оксидов и оксидов. На основе этих данных определены основные режимы получения конечных материалов. Сделан анализ различных методов получения коллоидных растворов гидратированных оксидов алюминия как основного прекурсора при получении нанокомпозиционных материалов на основе оксидов алюминия. В качестве таких методов изучены процессы получения алюмозоля методом осаждения–пептизации. Также для синтеза алюмозолей рассмотрены методы ионного обмена и контролируемого гидролиза соединений алюминия. Для получения смешанных оксидных материалов в системе SiO2–Al2O3 проведен анализ процессов взаимодействия кремне- и алюмозолей. Изучена возможность применения метода «гомогенное осаждение гидратированного оксида алюминия» для получения нанокомпозитов на основе оксида алюминия.
Бесплатно
Растворимые соединения алюминия и нанокомпозитные материалы на их основе. Часть III
Статья научная
Настоящая статья посвящена применению растворимых соединений алюминия для получения нанокомпозитных материалов. Проведен анализ состояния ионов алюминия Al3+ в водных растворах. Простые соединения алюминия являются прекурсорами по всех процессах получения нанокомпозиционных материалов на основе оксидов алюминия. Состояние ионов Al3+ в водных растворах определяет механизм и структуру получаемых нанокомпозитов. Проведен анализ фазовых превращений в системах солей алюминия, гидратированных оксидов и оксидов. На основе этих Д.А.нных определены основные режимы получения конечных материалов. Сделан анализ различных методов получения коллоидных растворов гидратированных оксидов алюминия как основного прекурсора при получении нанокомпозиционных материалов на основе оксидов алюминия. В качестве таких методов изучены процессы получения алюмозоля методом осаждения-пептизации. Также для синтеза алюмозолей рассмотрены методы ионного обмена и контролируемого гидролиза соединений алюминия. Для получения смешанных оксидных материалов в системе SiO2-Al2O3 проведен анализ процессов взаимодействия кремне- и алюмозолей. Изучена возможность применения метоД.А. «гомогенное осаждение гидратированного окосида алюминия» для получения нанокомпозитов на основе окосида алюминия.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Наиболее простым и распространенным способом получения тонкодисперсных минеральных порошков является механическое диспергирование. В процессе измельчения материала затрачивается определенная работа (энергия), которая расходуется на образование новой поверхности. Поэтому не всегда понятно, действительно ли разрушение кристаллической решетки твердого тела приводит к активации получаемого раздробленного материала. Так, ключевыми характеристиками тонкодисперсных минеральных порошков, по которым можно судить об активационных процессах, являются величина удельной поверхности (Ssp) и удельная свободная поверхностная энергия, числено равная поверхностному натяжению (о) твердого тела. Поэтому для оценки процесса механической активации сырья был предложен ряд моделей, основанных на определении данных характеристик. Так, одним из самых корректных способов, на наш взгляд, является способ, основанный на энергетическом подходе к оценке механоактивационных процессов. В данной модели заложено определение относительного изменения свободной поверхностной энергии (ΔES/ES0) материала при получении дисперсной системы. В то же время выбор наиболее эффективного сырья для получения композиционных вяжущих может осуществляться на основе критерия активности поверхности (ks), который используется как критерий, характеризующий реакционную способность тонкодисперсных минеральных порошков после их механической дезинтеграции. Поэтому целью данной работы стал расчет относительного изменения поверхностной энергии тонкодисперсных минеральных порошков различной сырьевой природы и выявление возможной функциональной взаимосвязи между параметром ΔES/ES0 и величиной активности поверхности для исследуемых систем горных пород. Методы и материалы. В качестве материалов для проведения исследований были выбраны осадочные горные породы Архангельской области: полиминеральный песок и сапонитсодержащий материал (представитель бентонитовых глин). Перед началом экспериментов образцы горных пород доводили до постоянной массы при температуре 105оС. Химический состав образцов определяли на рентгенофлуоресцентном анализаторе «МетЭксперт». Высокодисперсные фракции горных пород получали методом сухого помола на планетарной шаровой мельнице Retsch PM100. Определение размерных характеристик проводили на анализаторе размера субмикронных частиц «DelsaNano» методом фотонно-корреляционной спектроскопии. Удельная поверхность определялась методом газопроницаемости на приборе «ПСХ-10». Для расчета поверхностного натяжения измеряли краевой угол на установке «Easy Drop». Поверхностное натяжение для высокодисперсных проб рассчитывали методом ОВРК. Результаты и обсуждение. Рассчитанные макроэнергетические характеристики исследуемых образцов показали, что энергия атомизации для полиминерального песка составила 1910,72 кДж/моль, а для сапонитсодержащего материала 1826,94 кДж/моль. При этом массовая удельная энергия атомизации для песка и ССМ равны 30,41•103 кДж/кг и 26,94•103 кДж/кг, соответственно. В процессе диспергирования было получено несколько фракций высокодисперсных порошков горных пород, которые охарактеризовали средним размером частиц и удельной поверхностью. Рассчитанное методом ОВРК поверхностное натяжение (и его составляющие) показало, что для всех исследуемых проб поляризационный эффект (σSP) преобладает над дисперсионным взаимодействием (σSD). При этом по мере возрастания Ssp численное значение отношения σSP/σSD увеличивается. Это свидетельствует об увеличении количества активных центров поверхности, связанных с перераспределением энергетического потенциала системы. Рассчитанные величины свободной поверхностной энергии (ES), активности поверхности (ks) и относительное изменение свободной поверхностной энергии показали, что ks и ΔES/ES0 возрастают по мере увеличения продолжительности диспергирования порошков. Полученные функциональные зависимости ks = f(ΔES/ES0) для исследуемых образцов полиминерального песка и сапонитсодержащего материала имеют линейный характер и подчиняются уравнению общего вида у = a•x + b. При этом коэффициент «a» характеризует динамику изменения реакционной способности материала при увеличении продолжительности механического размола, а параметр «Ь» его реакционную активность в макросостоянии. Сравнение коэффициентов «a» исследуемых дисперсных систем показало, что в отличие от полиминерального песка реакционная способность сапонитсодержащего материала возрастает в 1,5 раза бы стрее, по мере увеличения продолжительности помола. Полученная функциональная взаимосвязь между используемыми критериями оценки процесса механоактивации минерального сырья различной природы показывает корректность применяемых моделей. Заключение. Рассчитанные макроэнергетические характеристики образцов горных пород показали, что энергия атомизации для полиминерального песка и сапонитсодержащего материала имеет близкие значения.
Бесплатно
