Рис.1 a)
Рис.1 a)
МОБИЛЬНАЯ СВЧ-УСТАНОВКА
МОБИЛЬНАЯ СВЧ-УСТАНОВКА ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ПРОИЗВОДСТВА ТЕРМОРАСШИРЕННОГО ГРАФИТА ПРИ ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ АВАРИЙ ТЕХНОГЕННОГО ХАРАКТЕРА
Актуальной проблемой в настоящее время является ликвидация последствий аварий техногенного характера, особенно аварий, связанных с загрязнением водоемов и почв нефтью, нефтепродуктами и другими химическими загрязнителями. При этом существенными проблемами является локализация области разлива загрязнителя, его адсорбция и утилизация.
Высокие результаты в локализации и адсорбции загрязнения нефтью и нефтепродуктами показал терморасширенный графит (ТРГ) [1]. Данный материал является легким, летучим и плохотранспортируемым, из-за этого его применение при ликвидации последствий нефтяных загрязнений затруднено.
В данной работе предлагается создание мобильной установки для непрерывного производства ТРГ на месте техногенной катастрофы. Особенность предложенной установки – ведение дополнительного поглотителя СВЧ-мощности в рабочую камеру, с помощью которого можно варьировать распределением электромагнитного поля, а следовательно, и процессом терморасширения.
Размеры предложенной установки такие, что она может быть легко погружена в кунг автомобиля ГАЗ-66 с целью быстрого транспортирования на место аварии. Предложенная установка состоит из рабочей камеры, нескольких магнетронов, электродвигателя для перемещения облучаемого объекта, автоматизированной системы ввода/вывода материала, системы питания и системы управления дополнительным поглотителем СВЧ-мощности, которая и является основным элементом НОУ-ХАО. Лабораторный вариант данной установки уже использовался для производства ТРГ высокой удельной поверхности. Были проведены экспериментальные исследования образцов ТРГ, показавшие высокую эффективность применения управляемого электромагнитного поля СВЧ. Исследования проводились на быстродействующем анализаторе сорбции газов фирмы Quantachrome Instruments NOVA серии 1200e, установленном в лаборатории №2 химического факультета Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского. Результаты исследований приведены в таблице.
Как видно из данных таблицы по основному показателю, удельной поверхности, преимущество более чем в 5 раз. Нужно также отметить, что возможно получение ТРГ и более высокой удельной поверхности.
Рис.1. Морфология поверхности образцов ТРГ, увеличение 5000 раз: а) без использования СВЧ; б) с использованием СВЧ
Также в лаборатории диагностики наноматериалов и структур Образовательно-научного института наноструктур и биосистем Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского проводились исследование морфологии образцов ТРГ с использованием сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) MIRA 2 LMU. Результаты приведены на рис.1. При сравнении рис. 1-а и 1-б можно заключить, что при использовании СВЧ-терморасширения структура образца более развита, что предположительно определяет более высокую сорбционную емкость образца.
Следует отметить, что применение электромагнитного поля СВЧ является энергетически более выгодным способом при производстве ТРГ, чем использование традиционного поверхностного нагрева. Авторами экспериментально доказано, что при изготовлении 1,5 г ТРГ в муфельной печи с потребляемой мощностью 3 кВт требуется 10 мин, а при изготовлении в СВЧ-печи мощностью 1,2 кВт – 25 с. При этом удельное энергопотребление при использовании традиционного способа обработки составляет 333,3 кВт•ч/кг, а при использовании электромагнитного поля СВЧ – 5,6 кВт•ч/кг, т.е. почти в 60 раз эффективнее с точки зрения энергопотребления.
Преимуществами предложенной установки можно считать:
• экологичность, так как используется камера резонаторного типа [2], являющаяся наиболее безопасной с точки зрения вредного воздействия СВЧ-излучения;
• низкое энергопотребление по сравнению с муфельными и другими печами, использующимися при производстве ТРГ;
• непрерывный цикл производства, так как загрузка исходного материала и извлечение готового продукта автоматизировано;
• мобильность, так как возможна быстрая доставка установки и непрерывное производство ТРГ на месте разлива нефти и других загрязнителей окружающей среды. Таким образом, можно заключить, что проведение ОКР по созданию «пилотного» варианта предложенной установки представляется оправданным.
Список использованных источников
1. Колесникова М.А. Электрохимическое получение терморасширяющихся соединений графита для использования в экологических целях: Автореф. дисс. … канд. техн. наук. Саратов, 2010. 19 с.
2. Рыбков В.С. Повышение равномерности нагрева диэлектриков в СВЧ-установках резонаторного типа с распределенными системами возбуждения: Дисс. … канд. техн. наук. Саратов, 2008. 144 с.
Актуальной проблемой в настоящее время является ликвидация последствий аварий техногенного характера, особенно аварий, связанных с загрязнением водоемов и почв нефтью, нефтепродуктами и другими химическими загрязнителями. При этом существенными проблемами является локализация области разлива загрязнителя, его адсорбция и утилизация.
Высокие результаты в локализации и адсорбции загрязнения нефтью и нефтепродуктами показал терморасширенный графит (ТРГ) [1]. Данный материал является легким, летучим и плохотранспортируемым, из-за этого его применение при ликвидации последствий нефтяных загрязнений затруднено.
В данной работе предлагается создание мобильной установки для непрерывного производства ТРГ на месте техногенной катастрофы. Особенность предложенной установки – ведение дополнительного поглотителя СВЧ-мощности в рабочую камеру, с помощью которого можно варьировать распределением электромагнитного поля, а следовательно, и процессом терморасширения.
Размеры предложенной установки такие, что она может быть легко погружена в кунг автомобиля ГАЗ-66 с целью быстрого транспортирования на место аварии. Предложенная установка состоит из рабочей камеры, нескольких магнетронов, электродвигателя для перемещения облучаемого объекта, автоматизированной системы ввода/вывода материала, системы питания и системы управления дополнительным поглотителем СВЧ-мощности, которая и является основным элементом НОУ-ХАО. Лабораторный вариант данной установки уже использовался для производства ТРГ высокой удельной поверхности. Были проведены экспериментальные исследования образцов ТРГ, показавшие высокую эффективность применения управляемого электромагнитного поля СВЧ. Исследования проводились на быстродействующем анализаторе сорбции газов фирмы Quantachrome Instruments NOVA серии 1200e, установленном в лаборатории №2 химического факультета Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского. Результаты исследований приведены в таблице.
Образец |
Удельная поверхность, м2/г |
Объем пор, см3/г |
Средний диаметр пор, нм |
Объем микропор, см3/г |
ТРГ путем обычного нагрева |
70,0 |
0,407 |
23,1 |
0,020 |
ТРГ-СВЧ |
351 |
1,587 |
15,3 |
0,165 |
Как видно из данных таблицы по основному показателю, удельной поверхности, преимущество более чем в 5 раз. Нужно также отметить, что возможно получение ТРГ и более высокой удельной поверхности.
Рис.1. Морфология поверхности образцов ТРГ, увеличение 5000 раз: а) без использования СВЧ; б) с использованием СВЧ
Также в лаборатории диагностики наноматериалов и структур Образовательно-научного института наноструктур и биосистем Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского проводились исследование морфологии образцов ТРГ с использованием сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) MIRA 2 LMU. Результаты приведены на рис.1. При сравнении рис. 1-а и 1-б можно заключить, что при использовании СВЧ-терморасширения структура образца более развита, что предположительно определяет более высокую сорбционную емкость образца.
Следует отметить, что применение электромагнитного поля СВЧ является энергетически более выгодным способом при производстве ТРГ, чем использование традиционного поверхностного нагрева. Авторами экспериментально доказано, что при изготовлении 1,5 г ТРГ в муфельной печи с потребляемой мощностью 3 кВт требуется 10 мин, а при изготовлении в СВЧ-печи мощностью 1,2 кВт – 25 с. При этом удельное энергопотребление при использовании традиционного способа обработки составляет 333,3 кВт•ч/кг, а при использовании электромагнитного поля СВЧ – 5,6 кВт•ч/кг, т.е. почти в 60 раз эффективнее с точки зрения энергопотребления.
Преимуществами предложенной установки можно считать:
• экологичность, так как используется камера резонаторного типа [2], являющаяся наиболее безопасной с точки зрения вредного воздействия СВЧ-излучения;
• низкое энергопотребление по сравнению с муфельными и другими печами, использующимися при производстве ТРГ;
• непрерывный цикл производства, так как загрузка исходного материала и извлечение готового продукта автоматизировано;
• мобильность, так как возможна быстрая доставка установки и непрерывное производство ТРГ на месте разлива нефти и других загрязнителей окружающей среды. Таким образом, можно заключить, что проведение ОКР по созданию «пилотного» варианта предложенной установки представляется оправданным.
Список использованных источников
1. Колесникова М.А. Электрохимическое получение терморасширяющихся соединений графита для использования в экологических целях: Автореф. дисс. … канд. техн. наук. Саратов, 2010. 19 с.
2. Рыбков В.С. Повышение равномерности нагрева диэлектриков в СВЧ-установках резонаторного типа с распределенными системами возбуждения: Дисс. … канд. техн. наук. Саратов, 2008. 144 с.
(8452) 67-45-94