Международная конференция посвящённая 80-летию исследований в области физики и химии аэрозолей в Карповском институте (Москва, 17 20 сентября 2012 г.)




НазваниеМеждународная конференция посвящённая 80-летию исследований в области физики и химии аэрозолей в Карповском институте (Москва, 17 20 сентября 2012 г.)
страница6/10
Дата конвертации03.12.2012
Размер1.18 Mb.
ТипДокументы
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ МАТЕРИАЛА ДЛЯ ЛЕЙКОЦИТАРНОЙ

ФИЛЬТРАЦИИ НА ОСНОВЕ ПОЛИАМИДА-6/66 МЕТОДОМ

ЭЛЕКТРОФОРМОВАНИЯ


Груздев Н.А., Филатов И.Ю., Филатов Ю.Н.

ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова», Москва, n-gruzdev@yandex.ru


На сегодняшний день в России для фильтрации крови используются технофильтры - картон для фильтрации биологических жидкостей марки КФБЖ, мембрана микропористая полиамидная марки ММПА+(ММК+), отечественного производства и лейкоцитарные фильтры фирмы Pall.

В ходе разработки отечественного лейкоцитарного фильтра в качестве волокнообразующего полимера был выбран спирторастворимый сополимер полиамид-6/66, что обусловлено возможностью его использования для производства изделий медицинского назначения (что подтверждено заключениями санитарно-химических и токсикологических испытаний), комплексом физико-механических свойств, а также наличием промышленного производства полимера в России.




Исходя из проведённого анализа литературы, основные факторы, влияющие в общем случае на эффективность лейкоцитарной фильтрации, таковы:

- ёмкость фильтра и площадь фильтрующей поверхности;

- температура крови;

- клеточный состав крови;

- скорость фильтрации;

- число лейкоцитов в дозе;

- присутствие гемоглобина S;

- время предварительного хранения крови;

- поверхностный заряд материала фильтра;

- гидрофильность материала фильтра;

- химия поверхности материала фильтра (наличие гидроксильных, карбонильных, аминогрупп, отсутствие сульфонатных).

- наилучшие показатели для фильтрации лейкоцитов имеют полиамиды и целлофан, хорошие – ПММА, ПЭТФ и ацетат целлюлозы.

В работе был исследован процесс получения волокнистых материалов на основе спирторастворимого сополимера полиамида-6/66. В качестве растворителя использовалась смесь этанол/вода (90:10).

В результате проделанной работы была показана принципиальная возможность получения материалов из полиамида-6/66, по своим структурным характеристикам (материалы со средним размером пор от 2 до 6 мкм) пригодных для лейкоцитарной фильтрации крови. В настоящее время проводится доработка технологического процесса электроформования с целью получения фильтрующего материала с оптимальным комплексом свойств.


ПРОЯВЛЕНИЕ БИМОДАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАНОЧАСТИЦ ЗОЛОТА В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ В ЗАВИСИМОСТИ

ОТ КОНЦЕНТРАЦИИ ЦИТРАТА АММОНИЯ

 

Деревянко Д.И., Шелковников В.В.

ИОХ им. Н.Н. Ворожцова СО РАН, Новосибирск

v_Lion1989@mail.ru

 

Целью данной работы является выявление возможности образования наночастиц золота по методу Туркевича [1] различных размеров в зависимости от изменения концентрации соли золота и восстановителя.

Наночастицы золота в водном растворе получены восстановлением HAuCl4 цитратом аммония при нагревании раствора до 80оС при изменении концентраций HAuCl4 в диапазоне 0,13-0,48 мМоль/л, цитрата аммония - в диапазоне 0,6-2,3 мМоль/л. Распределения наночастиц золота по размерам были определены методом измерения динамического светорассеяния в водном растворе на приборе Delsanano C. Параллельно процесс формирования наночастиц контролировался методом спектрофотометрии на приборе Avssd2000 фирмы «Avantes».

Было выявлено, что при концентрациях восстановителя цитрата аммония в водном растворе, по отношению к золотохлористоводородной кислоте 2,4:9,5 наблюдается формирование двух пиков распределения наночастиц золота по размеру. Первый пик имеет максимум распределения в диапазоне 1,1-2,5 нм и второй пик в диапазоне 29-56 нм.

Было выявлено, что при концентрации HAuCl4 0,25 мМоль/л, и цитрата аммония 0,6 мМоль/л, пик распределения малоразмерных наночастиц золота максимальный. Как увеличение, так и уменьшение концентрации тетрахлороаурата водорода и цитрата аммония приводит к уменьшению пика наночастиц малых размеров.

Было выявлено, что самый коротковолновый пик поглощения коллоидных частиц золота (λmax=535нм) образуется при концентрации золотохлористоводородной кислоты 0,25 мМоль/л, и цитрата аммония 0,6 мМоль/л. Дальнейшее увеличение/уменьшение концентрации HAuCl4 и цитрата аммония приводило к смещению спектра поглощения в длинноволновую область. Это связано с увеличением размеров наночастиц в растворе, что подтверждает дифференциальные распределения интенсивности по размерам полученных на Delsa nano C.

Таким образом, показано, что при использовании в качестве восстановителя цитрата аммония в водном растворе образуется бимодальное распределение наночастиц золота, соотношение пиков распределений наночастиц по размерам зависит от концентрации соли золота и цитрата аммония.


СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Turkevich J., Stevenson P.L., Hillier J. // Discuss. Faraday Soc. – 1951. – V. 11. – C. 55


передвижная обсерватория – инструмент

для мониторинга аэрозольных и газовых выбросов предприятий отрасли


Еланский Н.Ф.2, Будыка А.К.3 , Иорданский М.А.2,

Минашкин В.М.1 , Скороход А.И.2

1ФГУП «НИФХИ им. Л. Я. Карпова», Москва minash@cc.nifhi.ac.ru

2ИФА им. А.М. Обухова РАН, Москва; 3ГК «Росатом», Москва


Передвижная обсерватория ТРОЙКА состоит из двух специализированных железнодорожных вагонов: непосредственно вагона-обсерватории и химической лаборатории.

Вагон-обсерватория ведет прямые непрерывные измерения аэрозолей и газов. В химической лаборатории проводится анализ проб воздуха и аэрозолей, а также воды, почвы и растений на химический, элементный и биологический состав. Обсерватория оборудована высокоточной навигационной системой GPS, автоматизированной системой сбора, обработки и передачи данных измерений, видео- и аудиоинформации через спутник.





В состав химической лаборатории входит автомобиль-лаборатория для проведения специальных измерений и отбора проб на местности. Оба вагона могут работать вместе или раздельно в зависимости от научной программы.

Состав и возможности измерительного комплекса:

- непрерывные измерения концентраци и газов (O3, NO, NO2,СО, СO2, SO2, СН4, радона, торона) - газоанализаторы, газовые хромотографы;

- непрерывные измерения концентрации и микрофизических свойств аэрозолей;

- счётчики, нефелометры, аэтолометры;

- дистанционное зондирование содержания газов и аэрозолей в атмосфере;

- спектрофотометры, радиометр, поляризационный фотометр.

- отбор и анализ воздуха и аэрозолей на элементный, химический и изотопный состав;

- пробоотборники разных типов, рентгеновский спектрометр, газовые хроматографы;

- измерения солнечной радиации, термодинамических и метеорологических параметров;

- измерители интегральной и УФ радиации, измерители скоростей фотодиссоциации О3 и NO2, измеритель профиля температуры в слое высотой 0-1200 м, акустоанемометр, метеоприборы;

- регистрация данных и их передача по телекоммуникационным каналам;

- наличие GРS, телефона, сервера, персональных компьютеров;

- вспомогательное оборудование.

Характерные особенности и достоинства:

- использование сетевых приборов и международных калибровочных средств;

- широкий диапазон измерений содержания примесей от низких фоновых значений до очень высоких концентраций вблизи источников;

- автоматизация измерений и передача основных результатов в Центр данных (г. Москва) в режиме «реального времени»;

- оптимальный набор измеряемых параметров позволяет контролировать текущее фотохимическое состояние атмосферы и прогнозировать его изменения, что важно в экстремальных экологических ситуациях.

Основные задачи:

- обсерватория решает широкий круг научных задач, связанных с изучением атмосферы, состояния экосистем Земли, и даёт необходимую информацию для прогнозирования их изменений под воздействием человеческой деятельности;

- в рамках Киотского протокола, Монреальского протокола и других международных соглашений ведёт контроль исполнения принятых решений по ограничению выбросов в атмосферу парниковых, озоноразрушающих, радионуклидов и других токсичных веществ;

- ведёт калибровку национальных сетей и космических средств наблюдений атмосферы, связывая их в единую систему мониторинга в Евразии;

- проводит оценку региональных и местных загрязнений атмосферного воздуха и природной среды в интересах отдельных регионов, отраслей народного хозяйства и промышленных предприятий;

- выполняет роль арбитра в экологических спорах, в том числе, международных;

- контролирует возникновение и развитие экстремальных ситуаций природного и техногенного происхождения;

- служит научно-производственной базой для обучения студентов российских и зарубежных учебных заведений в области наук о Земле и экологии.


ОПТОДИНАМИЧЕСКИЕ И ФОТОХРОМНЫЕ ЭФФЕКТЫ В НАНОКОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛАХ НА ОСНОВЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОЛЛОИДНЫХ АГРЕГАТОВ В ИМПУЛЬСНЫХ ЛАЗЕРНЫХ ПОЛЯХ


Ершов А.Е., Сёмина П.Н., Карпов С.В.

Институт физики им. Л.В. Киренского СО РАН, Красноярск


Нанокомпозитные материалы и наноколлоиды, содержащие неупорядоченные, локально анизотропные агрегаты плазмонно-резонансных наночастиц, обнаруживают нетривиальные оптические и нелинейно-оптические свойства в импульсных лазерных полях. К ним, частности, относятся нереверсивные спектрально- и поляризационно-селективные фотохромные процессы, сопровождающиеся сильным изменением спектра плазмонного поглощения этих материалов [1].

В настоящей работе реализована модель взаимодействия импульсного лазерного излучения с многочастичным агрегатом из наночастиц серебра, а также с простейшими резонансными доменами [2,3] таких агрегатов. Модель учитывает парные межчастичные взаимодействия (упругое, ван-дер-ваальсово), диссипацию энергии за счёт вязкого и касательного межчастичного трения, нагрев и плавление полимерного адсорбционного слоя (АС), теплообмен между электронной и ионной компонентами вещества, а также с межчастичной средой. Оптические взаимодействия реализуются за счёт диполь-дипольного взаимодействия частиц, дипольный момент каждой из которых рассчитывается методом связанных диполей. Получены сведения о влиянии на резонансный домен исключительно оптических сил и показано, что тенденции во взаимодействии частиц домена и их динамические характеристики определяются отстройкой от резонанса, интенсивностью лазерного излучения и длительностью импульса. Выявлено влияние отдельных факторов на фотомодификацию резонансного домена (в частности, нагрев и плавление АС, теплообмен между электронной и ионной компонентами вещества наночастиц, увеличение константы релаксации). Реализована согласующаяся с экспериментом модель проявления фотохромных эффектов в многочастичных агрегатах наночастиц серебра при облучении их лазерным пикосекундным импульсом высокой интенсивности. Исследовано влияние фактора полидисперсности резонансного домена и агрегата наночастиц серебра на фотомодификацию.


СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


1 Карпов С.В., Слабко В.В. // Оптические и фотофизические свойства фрактально-структурированных золей металлов. – Новосибирск: Издательство СО РАН, 2003. - 265 с.

2 Gavrilyuk A.P., Karpov S.V. // Applied Physics B. - 2009. - V. 97. - С. 163 - 173

3 Gavrilyuk A.P., Karpov S.V. // Applied Physics B. - 2011. - V. 102. - С. 65 - 72


ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПО РАЗМЕРАМ

ВЫСОКОДИСПЕРСНЫХ АЭРОЗОЛЕЙ


Загайнов В.А.1, Лушников А.А.1, Бирюков Ю.Г.1, Аграновский И.Е.2

1ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова», Москва, zagaynov@cc.nifhi.ac.ru

2Griffith School of Engineering, Griffith University, Brisbane, Australia


Измерение параметров распределения по размерам и концентраций аэрозольных частиц в диапазоне 3 нм – 5 мкм обладает определёнными особенностями. К этим особенностям относятся (1) чувствительность измерительных приборов, в особенности вблизи границ измерений; (2) время измерений, в течение которого может происходить изменение дисперсного состава исследуемой системы; (3) предельные концентрации, которые могут быть определены без учёта попадания нескольких частиц одновременно в счётный объём регистрирующей системы.

Когда дело касается нанометрового диапазона размеров, то в качестве измерительных приборов обычно используются (1) измерители электрической подвижности; (2) системы, основанные на диффузионном динамическом методе. Оба этих подхода имеют как свои преимущества, так и недостатки. К преимуществам первого метода относится то, что при решении обратной задачи приходится пользоваться дифференциальными методами, что обеспечивает устойчивость задачи. Однако процесс зарядки частиц обладает неопределённостью в особенности в области наиболее мелких частиц, что приводит к неопределённости определения размеров и концентраций в этой области размеров. Кроме этого, этот метод требует использования радиоактивных источников излучения, что не всегда удобно. Второй метод лишён этих недостатков, однако при решении обратной задачи приходится решать интегральное уравнение, что приводит к неустойчивости задачи.

Для сопоставления изменений, выполненных обеими этими системами, были произведены совместные эксперименты по определению спектров размеров и концентраций частиц, созданных одним источником. В качестве генератора были использованы (1) конденсационный генератор частиц на основе роста паров металлов и их окислов; (2) искровой генератор частиц, возникающих области дугового разряда. Кроме этого, производились одновременные измерения частиц окружающего воздуха. Исследования производились в университете Парижа, в лаборатории TSI в Аахене, в институте Фраунгофера в Ганновере. Анализ полученных результатов показал, что расхождение при измерениях размеров, в общем, не превышают 10%, то же самое касается измерений концентраций.

Проведённые исследования показали надёжность результатов измерений, выполненных этими системами, основанными на различных физических принципах.


ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ АЭРОЗОЛЬНЫХ СИСТЕМ

ЧИСЛЕННЫМ МОДЕЛИРОВАНИЕМ ПРОЦЕССОВ

КОАГУЛЯЦИИ И КОНДЕНСАЦИИ


Загайнов В.А.1, Лушников А.А.1, Водяник Д.В.1, Жукова Е.В.1, Аграновский И.Е.2

1ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова», Москва, zagaynov@cc.nifhi.ac.ru

2Griffith School of Engineering, Griffith University, Brisbane, Australia


Поскольку аэродисперсная система представляет собой нестационарную систему, то все процессы в ней зависимы от времени и определяются соответствующими кинетическими уравнениями, моделирующими эти процессы. В наиболее общем виде – это уравнение коагуляции Смолуховского, которое представляет собой интегро-дифференциальное уравнение, аналитическое решение которого можно найти только для ограниченного класса ядер коагуляции. Чтобы получить информацию о поведении аэродисперсной системы в реальных ситуациях, необходимо применять численные методы. Однако ситуация осложняется тем, что (1) эта система нелинейная, а также (2) многомерная. Если попытаться записать и решить уравнение для каждой фракции в дискретном варианте, то приходится решать порядка 106 – 109 уравнений, что нереально. Можно ось размеров представить в логарифмическом масштабе, поскольку концентрация крупных частиц сравнительно мала, как это было сделано, например, в работе [1]. При этом происходит соответствующее усреднение и некоторая потеря точности. Эта потеря точности в особенности существенна для начальных стадий образования, где на частоту столкновения частиц накладывается эффективность столкновения – вероятность образования связанного состояния при столкновении. Этой потери точности можно избежать, если на начальных стадиях учесть образование молекулярных кластеров, состоящих из нескольких мономеров [2], и использовать этот подход в качестве источника для второй стадии коагуляции. При таком подходе можно учесть тонкости кинетики столкновения частиц с мономерами при образовании устойчивых частиц, а далее использовать более грубую схему расчёта, чтобы продвинуться максимально далеко по шкале размеров. Преимущество такого подхода сводится к тому, что возникает возможность учитывать химические и фотохимические реакции, которые в дальнейшем могут привести к возникновению аэрозольных частиц, то есть, учесть естественные источники образования частиц.


СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


1 Zagaynov V.A., Lushnikov A.A. // Modelling of coagulating processes in the atmosphere. - Lecture Notes Physics. - Pergamon Press, 1988. - C. 93 - 96

2 Загайнов В.А., Лушников А.А., Бахтырева М.С., Луценко А.О. // Периодические режимы в конденсирующейся системе с источником // Доклады РАН. – 2007. – Т. 414, № 1. - С. 93-96


использование керамических высокопористых блочно-ячеистых материалов для очистки газовых сред от радиоактивных изотопов цезия


Занора Ю.А.1, Степанов С.В.1, Истомин И.А.1, Гаспарян М.Д.2


1ФГУП «ПО «Маяк», Озерск, Челябинская область mayak@po-mayak.ru

2ООО НПФ «БакорСпецПром», Щербинка, Московская область


Задача улавливания цезия-137 с дальнейшим переводом в экологически безопасные для хранения и захоронения формы, является важнейшей на предприятиях атомной отрасли. Для локализации паров цезия был использован «сухой» метод его фиксации в различных силикатных матрицах, основанный на свойствах и структуре природных минералов, содержащих цезий. С этой целью ООО «НПФ «Бакор-СпецПром» совместно со специалистами ФГУП «ПО «Маяк» разработало керамические высокопористые фильтры-сорбенты на основе высокопроницаемых ячеистых материалов (ВПЯМ). По прочностным и гидравлическим свойствам ВПЯМ значительно превосходят все пористые неорганические материалы. Фильтры-сорбенты представляют собой корундовый блочно-ячеистый каркас с сорбционно-составным слоем, нанесённым методом последовательной пропитки и термообработки, в количестве до 30% от массы каркаса. Активный слой состоит из аморфных γ-Al2O3 и SiO2 в соотношении 35:65% масс. Испытания образцов фильтров на основе ВПЯМ проводили при кальцинации стабильного CsNО3 в статическом режиме при 1000оС в лабораторной муфельной печи. В алундовые стаканы устанавливали тигли с CsNO3. Для улавливания цезия на стаканы устанавливали испытуемые образцы, а на них контрольные фильтры из шамотного легковеса ШЛ-0,4 для обнаружения проскока. Данную сборку выдерживали в течение 50-90 ч. Затем фильтры взвешивали для определения степени их насыщения цезием (нижний, испытуемый фильтр-сорбент) и фиксации проскока цезия (верхний, контрольный фильтр). За 50 часов эксперимента массы верхних, контрольных фильтров не изменились, т.е. проскок паров цезия через испытуемые фильтры отсутствовал. Средняя загрузка сорбирующих объемов всех четырех испытуемых фильтров при 1000оС в течение 50 часов составила ~ 0,12 г Cs/г фильтра, в течение 90 часов ~ 0,22 г Cs/г фильтра.

Методом РФА исследованы срезы рабочих поверхностей испытуемых фильтров-сорбентов. Практически единственной новой фазой, образовавшейся в материале образца в результате хемосорбции, является поллуцит – одно из наиболее стабильных соединений цезия, при наличии следов кальсилита. Сорбционная ёмкость составила в среднем 0,2 г Cs на 1 г фильтра. При этом структура, механические и гидродинамические характеристики фильтрующих элементов не претерпели заметных изменений при работе в течение более 90 часов. Таким образом, проведенные предварительные испытания фильтров на основе ВПЯМ нового поколения для улавливания паров цезия показали их перспективность и конкурентоспособность в сравнении с другими алюмосиликатными фильтрами.


СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ

С ФУНКЦИАЛИЗИРОВАННЫМИ УГЛЕРОДНЫМИ НАНОТРУБКАМИ


Захарычев Е.А.

НИИИС им. Ю.Е. Седакова, Нижний Новгород neo--@mail.ru


В работе проведен синтез функциализированных углеродных нанотрубок (УНТ) с различным содержанием карбоксильных групп, изучено изменение структуры нанотрубок, их качественного и количественного состава в зависимости от продолжительности синтеза, исследованы физико-механические, электрофизические и радиопоглощающие свойства эпоксидных композиционных материалов с УНТ в зависимости от их содержания и доли карбоксильных групп (продолжительности синтеза).

Синтез функциализированных нанорубок проводили известным способом в смеси серной и азотной кислот, долю карбоксильных групп варьировали от 0 до 7,5 масс. % путём изменения продолжительности синтеза от 0 до 15 часов.

Взаимодействие функциализированных УНТ с полимерной матрицей (эпоксидной смолой) осуществляется по реакции:



За счёт данной реакции происходит образование прочных ковалентных связей между УНТ и полимерной матрицей, а как следствие достигается их равномерное распределение за счёт увеличения химического сродства поверхности УНТ и эпоксидной смолы.

Показано, что наиболее сильное влияние на свойства полимерных композитов (по сравнению с чистым полимером увеличение прочности в два раза, проводимости на 13 порядков, коэффициента поглощения электромагнитного излучения на три порядка) оказывают функциализированные УНТ при малой продолжительности синтеза. Это явление объясняется тем, что при обработке УНТ смесью кислот наряду с интенсивным окислением поверхности с образованием карбоксильных групп происходит одновременно разрушение поверхностных слоев с образованием аморфного углерода, а также укорачивание УНТ. Таким образом, оптимальными свойствами обладают нанотрубки, содержащие достаточное количество функциональных групп, но при этом сохранившие свою структуру и длину, т. е. при малой продолжительности синтеза (30 мин., 90°С).


АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ

ФИЛЬТРАЦИИ ВОЗДУХА ОТ ЧАСТИЦ

НАНОМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА


Иванов В.В., Ефимов А.А., Волков И.А.

Метрологический центр РОСНАНО, Москва

Viktor.Ivanov@rusnano-mc.com


Уровень развития систем очистки воздуха от дисперсных загрязнений, безусловно, определяется степенью совершенства методов улавливания и удерживания частиц различной природы и разных размеров. При этом оценка эффективности работы таких систем невозможна без измерительного оборудования для определения концентраций аэрозольных частиц разных размеров и генераторов контрольных аэрозолей. Проблемы генерации аэрозолей со стабильными параметрами и их характеризации к настоящему времени уверенно решены для частиц с размерами более 300 нм. Однако современные техногенные выбросы в атмосферу часто связываются с эмиссией наночастиц с размерами порядка десятков и единиц нанометров, например, выхлопные газы автомобильного транспорта, выбросы тепловых электростанций и металлургических производств.

В связи с высокой актуальностью детектирования наночастиц в воздухе, последние годы характеризуются появлением на рынке новых средств измерений дисперсного состава частиц в аэрозолях, позволяющих измерять размеры и концентрации частиц наноразмерного диапазона. В конструкциях таких средств измерений используются два основных принципа разделения наночастиц по размерам, основанные на зависимостях коэффициента трансляционной диффузии и электрической подвижности частиц от их размера. Приборы, основанные на диффузионном разделении наночастиц по размерам, позволяют уверенно измерять размеры и концентрации наночастиц в диапазоне размеров 3-200 нм, они могут быть откалиброваны тестовыми потоками частиц и признаны средствами измерений; представляют собой компактные и достаточно портативные приборы. Приборы, работающие на принципе разделения наночастиц по электрической подвижности, способны измерять размеры и концентрации наночастиц в более широком диапазоне размеров от 3 до 700 нм; данные системы являются многомодульными и, соответственно, менее компактными и мобильными, чем приборы первого типа

На примере измерений эффективности очистки воздуха в прототипе высокопроизводительной системы фильтрации показано, что меньшей эффективностью фильтрации (или большим коэффициентом проскока наночастиц) характеризуется как раз диапазон наночастиц с размерами менее 30-50 нм. Однако эффективность фильтрации в этом диапазоне определяется наименее точно по двум причинам. Во-первых, погрешности измерительных приборов в малых размерах больше из-за трудностей калибровки в этой области размеров. Во-вторых, отсутствуют надежные, стабильные и достаточно производительные генераторы контрольных аэрозолей с максимумом распределения частиц по размерам в диапазоне менее 50 нм. Использование в качестве генераторов хорошо известных устройств (например, генератора масляного тумана) с положением максимума распределения в области размеров 200-300 нм приводит к низким концентрациям частиц нанодиапазона и, следовательно, значительным погрешностям оценки эффективности фильтрации. Таким образом, требуют решения две актуальные проблемы: а) создание стабильных генераторов частиц наноразмерного диапазона (менее 50 нм); б) разработка методик надежных калибровок анализаторов аэрозольных частиц в этом диапазоне.


УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИОННЫЕ МЕМБРАНЫ ИЗ ПОЛИСУЛЬФОНОВ КАК НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ВОДОПОДГОТОВКИ В АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ


Калачева А.А.1, Клиншпонт Э.Р.1, Астахов Е.Ю.2, Колганов И.М.2, Царин П.Г.2


1ИАТЭ НИЯУ МИФИ, Обнинск, Калужская область

2ООО «Экспресс-Эко», Обнинск, Калужская обл.

ankalacheva@gmail.com


При реконструкции цехов химводоочистки (ХВО) на предприятиях энергетики, а также при проектировании новых электростанций в последнее время все больше проявляется интерес к внедрению мембранных технологий водоподготовки. Этот интерес обусловлен как экономическими, так и эксплуатационными преимуществами новых технологий. Следуя мировым тенденциям, некоторые электростанции перешли с разработанных в 60х-70х годах способов ХВО на системы очистки воды с применением интегрированных мембранных модулей (микрофильтрация → ультрафильтрация → обратный осмос → электродионизация). На Курской АЭС разрабатывается проект по переходу на интегрированные мембранные технологии в системе ХВО.

В России не существует промышленного производства ультрафильтрационных (УФ) мембран из полиэфирсульфона (ПЭС) и полисульфона (ПСФ) – современных мембранных полимеров, поэтому разработка данной технологии является актуальной.

Для изготовления УФ мембран авторами был использован метод фазового распада, инициированного погружением в осадитель. В качестве формовочных были использованы растворы ПЭС и ПСФ. Изменяя состав исходного раствора и условия в осадительной ванне, были получены разного рейтинга высокопористые УФ мембраны с тонким селективным слоем на поверхности и подслоем из макропустот. Варьируя концентрацию полимера в поливочном растворе от 15 до 22% и концентрацию добавки полиэтиленгликоля в растворителе от 10 до 70% были изготовлены образцы УФ мембран производительностью 130, 350 и 550 л/м2∙атм∙ч с соответствующими гидродинамическими диаметрами пор 15, 18 и 24 нм.

Были проведены модельные испытания полученных образцов мембран при фильтрации воды из реки Протва с коагулянтом и без. Оценены такие показатели как: цветность, содержание взвешенных частиц, мутность, ХПК, содержание железа, рН. Полученные показатели удовлетворяют требованиям к воде, подаваемой на вход обратноосмотических модулей.

Таким образом, полученные УФ мембраны могут быть применены в схеме водоподготовки АЭС вместо традиционных стадий коагуляции и фильтрации на механических фильтрах.


РАЗРАБОТКА КОМПОЗИЦИОННОГО МНОГОСЛОЙНОГО

АНАЛИТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ МОНИТОРИНГА

АТМОСФЕРЫ


Капустин И.А., Филатов И.Ю., Филатов Ю.Н.

ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова», Москва, kapustin@electrospinning.ru


На протяжении полувека в нашей стране мониторинг атмосферы на предмет содержания в ней радиоактивных веществ осуществлялся с помощью фильтрующего материала ФПП-15-1,5, который был разработан в НИФХИ им. Л.Я. Карпова. Полимером для производства материала был хлорированный поливинилхлорид, но 2008 года выпуск этого полимера в нашей стране прекращён.





Проведена работа по замене ФПП-15-1,5 материалом для использования в аналитическом мониторинге атмосферы. В качестве полимера для нового фильтрующего материала был выбран полистирол, в результате чего снижена температура озоления до 380ºС. Это позволяет избежать потерь радионуклидов (прежде всего, изотопов 137Cs) при подготовке зольных препаратов.

Был предложен композиционный многослойный фильтрующий материал, состоящий из трёх слоев. Это позволило увеличить эффективность улавливания атмосферного аэрозоля фильтрующим материалом и значительно повысить его пылеёмкость. В результате этого возможно увеличение ресурса аналитического фильтрующего материала в 4-5 раз.


МОДЕЛИРОВАНИЕ ОСАДКА СУБМИКРОННЫХ ЧАСТИЦ

НА ПОВЕРХНОСТИ АЭРОЗОЛЬНОГО ФИЛЬТРА


Кирш В.А.

ИФХиЭ им. А.Н. Фрумкина РАН, Москва science2003@yandex.ru


1. Развит метод расчёта перепада давления в осадке частиц на поверхности высокоэффективного фильтра. Методом броуновской динамики исследована кинетика роста осадка, образующегося в режиме диффузионного осаждения частиц. Получена связь между пористостью осадка и диффузионным числом Пекле. Показано, что осадки имеют дендритную структуру, и что средняя плотность упаковки осадка при Ре >> 1 не превышает 17%, что согласуется с экспериментами и с известными расчётами для случая баллистического осаждения. Показано, что однородный высокопористый осадок на фильтре можно аппроксимировать системой цепочек частиц. Численным решением уравнений Стокса получены зависимости сил сопротивления цепочек сферических гранул от пористости модельных осадков. На примере отдельного ряда параллельных цепочек, расположенного перпендикулярно направлению потока, было показано, что в случае малого отношения радиуса гранулы а к половине расстояния между осями цепочек h (при а/h < 0,5) гидродинамическим эквивалентом цепочки является гладкий цилиндр с радиусом, в 1,16 раз меньшим радиуса гранулы, что также согласуется с экспериментом. Приводится обзор опубликованных экспериментальных данных измерений плотности упаковки осадков субмикронных частиц на фильтре.

2. Численным решением уравнения конвективной диффузии определены диффузионные коэффициенты захвата точечных частиц гранулой в ряду параллельных цепочек в диапазоне чисел Пекле Ре = 0,01  104. Показано, что при а/h < 0,5 и при больших числах Пекле Ре >> 1 зависимости (Ре) для разных а/h в логарифмических координатах имеют вид прямых линий, причем описываются единой формулой, аналогичной формуле для волокнистых слоев ( ~ Ре2/3). При малых и промежуточных числах Пекле зависимости (Ре) для разных а/h описываются кривыми, которые при уменьшении Pe становятся более пологими и пересекаются при Ре ~ 1. При Pe << 1 они асимптотически приближаются к своему геометрическому пределу  = 4ha, при котором все частицы осаждаются в первом слое.

Работа поддержана РФФИ (грант № 10-08-01073а).


ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ФИЛЬТРА

С ОСАДКОМ ЧАСТИЦ НА ВОЛОКНАХ


Кирш В.А.

ИФХиЭ им. А.Н. Фрумкина РАН, Москва science2003@yandex.ru


Теория нестационарной фильтрации аэрозолей волокнистыми фильтрами, построенная на модели «запыляемого фильтра»  системе волокон, покрытых пористыми проницаемыми оболочками, дает возможность оценивать ресурс фильтра без предварительных экспериментальных данных о начале забивки фильтра. При этом начальное предположение о постоянстве толщины пористой оболочки вокруг волокна (наблюдаемое при диффузионном осаждении частиц) существенно упростило решение задачи о нахождении поля течения, роста перепада давления и эффективности улавливания частиц, и позволило аналитически определить основные функциональные зависимости для перепада давления и проскока частиц через фильтр с учётом распределения растущего проницаемого осадка по глубине фильтра и его обратного влияния на поле течения, и получить согласие расчётов с экспериментом.

В докладе дается сравнение сил сопротивления и диффузионных коэффициентов захвата для случая волокон с симметричными и несимметричными пористыми оболочками. Проницаемость оболочек принималась постоянной по толщине. Поле скоростей в модельном фильтре, сила сопротивления волокон и коэффициент захвата были получены совместным численным решением уравнений Стокса, Бринкмана и уравнения конвективной диффузии. Сравнение рассчитанных сил сопротивления и коэффициентов захвата за счёт диффузии точечных частиц и частиц конечного размера для волокон с симметричными и несимметричными оболочками, в случае модельных фильтров с разной пористостью, показало, что небольшое различие между ними имеется только для высокопористого осадка с очень большой приницаемостью, и только в начальный период забивки при малой толщине оболочки. С ростом толщины оболочки вклад волокна-стержня оказывается пренебрежимо малым. Следовательно, как и ожидалось, вопрос о коаксиальности оболочки на волокне не является определяющим, и волокно с равномерной по толщине проницаемой оболочкой можно считать адекватной моделью запыляемого волокна в фильтре.

Работа поддержана РФФИ (грант № 10-08-01073а).


ДИФФУЗИОННОЕ ОСАЖДЕНИЕ НАНОЧАСТИЦ

В МОДЕЛЬНЫХ ГРАНУЛЬНЫХ ФИЛЬТРАХ


Кирш В.А.

ИФХиЭ им. А.Н. Фрумкина РАН, Москва science2003@yandex.ru


1. Исследовано диффузионное осаждение точечных частиц из потока при малых числах Рейнольдса в модельных гранульных (зернистых) фильтрах  отдельных слоях соприкасающихся сферических гранул с квадратной и гексагональной укладкой. Численным решением уравнений Стокса и конвективной диффузии определены силы гидродинамического сопротивления гранул F и коэффициенты захвата частиц гранулами в зависимости от диффузионного числа Пекле Pe в диапазоне Pe = 0,02  2104. Получены аппроксимационные формулы для расчёта проскока точечных частиц через отдельные слои гранул, которые могут быть использованы в качестве диффузионных батарей при определении коэффициентов диффузии частиц. Например, проскок аэрозольных наночастиц через изолированный слой с квадратной упаковкой можно оценить по формуле:


n/n0 = 1 – 6,881·Pe-2/3 + 4,74·Pe-1 + 3,865·Pe-4/3 при 5 ≤ Pe ≤ 2·104


Рассчитанная Fкв в слое с квадратной укладкой согласуется с расчётами других авторов и равна 0,13Fгек для гранулы в слое с гексагональной укладкой.

2. Исследовано, как влияет расстояние между слоями гранул на осаждение наночастиц. Показано, что в системе соприкасающихся слоев при Ре > 10 коэффициент захвата в первом слое существенно превышает коэффициенты захвата в последующих слоях. Предложена модель гранульного фильтра, образованная из кубической упаковки, в которой чётные ряды смещены по двум перпендикулярным направлениям относительно нечётных на расстояние, равное радиусу гранулы. Модель имеет типичную плотность упаковки для однородных гранульных фильтров, равную 0,523. Перепад давления модели совпадает с перепадом давления реального фильтра, оцениваемого по закону Дарси по формуле Козени-Кармана с коэффициентами сопротивления К ≈ 4,6 (расхождение 3%). В этой модели слои не влияют друг на друга, выполняется экспоненциальная зависимость проскока от толщины слоя гранул, и перепад давления и проскок частиц описываются соответственно суммой сопротивления отдельных слоёв и произведением проскоков через отдельный слой, которые одинаковы для каждого слоя и описываются простыми формулами.

Работа поддержана РФФИ (грант № 10-08-01073а).


ИННОВАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ОЧИСТКИ ГАЗОАЭРОЗОЛЬНЫХ ОТХОДОВ В АТОМНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ НА ОСНОВЕ НОВЫХ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ СОРБЦИОННО-ФИЛЬТРУЮЩИХ

МАТЕРИАЛОВ


Корниенко В.Н.1, Филатов Ю.Н.1, Катухин Л.Ф.2, Ягодкин И.В.3,

Кадомцев Г.М.4

1ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова», Москва

2ООО «Управляющая компания ИнноИнвест»

3ФГУП ГНЦ РФ - ФЭИ им. А.И. Лейпунского, Обнинск, Калужская область

4ЗАО «Фильтр»


Важным вопросом безопасности при эксплуатации атомных электростанций (АЭС) является охрана окружающей среды от загрязнения радиоактивными веществами. Одним из факторов, по которому оценивается влияние АЭС на окружающую среду, являются радиоактивные газоаэрозольные выбросы из вентиляционных труб в атмосферу.

Для эффективной очистки воздуха от радиоактивных аэрозолей в настоящее время применяются универсальные аэрозольно-йодные фильтры, с использованием термостойких стекловолокнистых и полимерных материалов, а также современных хемо-сорбентов. Универсальные фильтры используются для целей очистки воздуха от аэрозолей и радиоиода в нештатных режимах эксплуатации АЭС, улавливания радиойода при низкой его объёмной активности, повышенной влажности.

Перспективным сорбентом для очистки от радиойода является углеволокнистый материал, который гидрофобен, термо- и химически стоек, обладает пористостью, ориентированной вдоль оси волокна фибриллярной структурой, малым диаметром волокна (3-5 мкм) и развитой удельной поверхностью.

Для очистки промышленных выбросов также используют химически активные волокнистые материалы на основе полипропиленового или ПАН-волокна с привитыми катионо- или анионообменными группами. Эти материалы могут быть использованы в виде отдельной ступени предварительной очистки в составе аэрозольно-йодного фильтра в вентиляционных системах радиохимических производства.

На последней стадии фильтрации используется слой тонковолокнистой стеклобумаги или слой нетканого волокнистого материала, полученного путём электроформования из раствора полиамида, и имеющего диаметр волокон 100-300 нм.

Новые универсальные аэрозольно-йодные фильтры ФАС-В-3000-ИС позволяют очищать вентиляционные выбросы до 99,95 % от частиц диаметром 0,3 мкм и до 99,9 % от соединений радиоактивного йода. При этом эффективность фильтрации аэрозолей за время эксплуатации увеличивается за счёт автофильтрации через уловленный осадок в отличие от ранее используемых материалов ФПП-15-1,5 в фильтрах типа Д-23, которые через 1-2 месяца эксплуатации повышают коэффициент проскока более чем в 100 раз за счёт стекания электростатического заряда с волокон.


КАЗИМИРОВСКАЯ ЩЕЛЬ С НАРУШЕННОЙ СИММЕТРИЕЙ –ИСТОЧНИК СВЕТА И ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА


Максименко В.В.

НИФХИ им. Л.Я.Карпова, Москва


Казимировская щель (две плоские металлические поверхности, разделённые промежутком толщиной порядка 50 нм и меньше), включённая в состав электрической цепи с батарейкой с ЭДС порядка нескольких вольт, является источником видимого света. Амперметр в цепи показывает микроскопический ток, скоррелированный с испусканием света, хотя цепь не замкнута.

Общепринятая причина явления - высвечивание поверхностных плазмон-поляритонов, возбуждаемых на поверхности металла при туннелировании электронов между берегами щели. Однако, вероятность туннелирования в условиях задачи ~exp(-100)! Характерно, что введение тонкой тефлоновой плёнки в щель только увеличивает выход света. Так что свечение, связанное с пробоем диэлектрика из-за присутствия шероховатостей, вряд ли возможно.

Мы предлагаем другой взгляд на причину эффекта. В его основе лежит явление сильной локализации света. Локализация - это возможность зацикливания и длительного удержания фотона в системе слабопоглощающих свет неоднородностей. Локализация возможна и в промежутке между берегами щели.

При нарушении симметрии щели (приложение разности потенциалов) возможен эффективный перенос заряда через неё (реального переноса электронов через щель не происходит), сопровождающийся вылетом пары локализованных фотонов. Причина - проявление эффектов пространственной дисперсии, а именно, - возможность трансформации продольных электромагнитных возбуждений в неоднородном электронном газе металла в поперечные и наоборот. Флуктуация электронной плотности на одном из берегов щели, при участии локализованных в щели фотонов может трансформироваться в токовую флуктуацию. Эффективное протекание тока в цепи происходит согласованно с работой источника. Энергия процесса берётся не за счёт локализованного в щели света, а за счёт работы источника. КПД цепи формально составляет 100%, т.к. цепь разомкнута. Предложенный процесс можно рассматривать как практическую реализацию теоремы Голдстоуна, утверждающей, что любое нарушение симметрии сопровождается появлением тех или иных голдстоуновских бозонов – в нашем случае, фотонов. Обсуждается специфика излучения света из щели с берегами, сделанными из разных металлов, различающихся энергией Ферми.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

Похожие:

Международная конференция посвящённая 80-летию исследований в области физики и химии аэрозолей в Карповском институте (Москва, 17 20 сентября 2012 г.) iconМеждународная конференция «Обратные и некорректные задачи математической физики», посвященная 75-летию академика М. М. Лаврентьева, 20-25 августа 2007 г., Новосибирск, Россия о влиянии начальных отклонений в геометрической форме
Посвященная 75-летию академика М. М. Лаврентьева, 20-25 августа 2007 г., Новосибирск, Россия

Международная конференция посвящённая 80-летию исследований в области физики и химии аэрозолей в Карповском институте (Москва, 17 20 сентября 2012 г.) iconПервая Всероссийская молодёжная научная конференция, посвящённая 125-летию биологических исследований в Томском государственном университете «Фундаментальные и прикладные аспекты современной биологии»
Первая Всероссийская молодёжная научная конференция, посвящённая 125-летию биологических исследований

Международная конференция посвящённая 80-летию исследований в области физики и химии аэрозолей в Карповском институте (Москва, 17 20 сентября 2012 г.) iconG16 удк 52(063) Международная мемориальная научная конференция "Современные проблемы астрономии", посвященная 100-летию со дня рождения профессора Владимира Платоновича Цесевича Одесса, 12-18 августа 2007 г
Международная мемориальная научная конференция "Современные проблемы астрономии"

Международная конференция посвящённая 80-летию исследований в области физики и химии аэрозолей в Карповском институте (Москва, 17 20 сентября 2012 г.) iconПятая международная конференция «пылегазоочистка-2012» 25-26 сентября 2012 г., Гк измайлово, г. Москва
Вход на выставку предусмотрен только для зарегистрированных участников конференции

Международная конференция посвящённая 80-летию исследований в области физики и химии аэрозолей в Карповском институте (Москва, 17 20 сентября 2012 г.) iconМеждународная научно-техническая конференция посвященная 90 летию Московского государственного текстильного
«Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (текстиль 2009)

Международная конференция посвящённая 80-летию исследований в области физики и химии аэрозолей в Карповском институте (Москва, 17 20 сентября 2012 г.) iconМеждународная Гордоновская конференция по квантовой информатике Организаторы
Международная конференция "Ренормгруппа и связанные вопросы", посвященная Д. В. Ширкову rg 2008

Международная конференция посвящённая 80-летию исследований в области физики и химии аэрозолей в Карповском институте (Москва, 17 20 сентября 2012 г.) iconТретья международная научно-практическая конференция 21-24 сентября 2012 года
Центр философской компаративистики и социально-гуманитарных исследований философского факультета спбГУ

Международная конференция посвящённая 80-летию исследований в области физики и химии аэрозолей в Карповском институте (Москва, 17 20 сентября 2012 г.) iconПрограмма V международной конференции «пылегазоочистка-2012»
Международная Межотраслевая конференция «пылегазоочистка-2012» состоится 25-26 сентября 2012 г в конференц-зале «Москва», расположенном...

Международная конференция посвящённая 80-летию исследований в области физики и химии аэрозолей в Карповском институте (Москва, 17 20 сентября 2012 г.) iconМеждународная научно-практическая конференция «хлоропреновые каучуки и латексы. Состояние и перспективы. Производство, применение, ингредиенты-2010»
Посвященная 70-летию промышленного выпуска хлоропренового каучука севанита-наирита

Международная конференция посвящённая 80-летию исследований в области физики и химии аэрозолей в Карповском институте (Москва, 17 20 сентября 2012 г.) iconЮ. А. Чиркунов Новосибирский государственный технический университет
Международная конференция “Современные проблемы прикладной математики и механики: теория, эксперимент и практика”, посвященная 90-летию...


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница