WWW.ДЕНЬСИЛЫ.РФ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Медицина

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |

Интегрированные процессы очистки воды от углеродсодержащих примесей и создание модулей с использованием металлических мембран

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Юнусов Худайназар Бекназарович

Интегрированные процессы очистки воды от углеродсодержащих примесей и создание модулей с использованием металлических мембран

Специальность 03.02.08 – Экология (в химии и нефтехимии)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва – 2012

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный областной университет».

Научный консультант:

Доктор технических наук, Захаров Станислав Леонидович

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Дорохов Игорь Николаевич

Доктор технических наук, профессор Булатов Михаил Анатольевич

Доктор технических наук, профессор Павлов Юрий Александрович

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет»

Защита состоится «15» марта 2012 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.145.03 при Московском государственном университете инженерной экологии (ФГБОУ ВПО «МГУИЭ») по адресу: 105066, г. Москва, ул. Старая Басманная, 21/4, в ауд. им. Л.А. Костандова (Л-207)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета инженерной экологии.

Автореферат разослан «14» февраля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Е.С. Гриднева

Общая характеристика работы.

Актуальность исследования. Общая экологическая ситуация в России как и во всем мире с каждым годом продолжает усложняться. Происходит истощение наземно-почвенной, атмосферной и водной сред.

В государственной программе «Чистая вода» сказано, что доступность и качество питьевой воды определяют здоровье нации и качество жизни. Отсутствие чистой воды и канализации является основной причиной распространения кишечных инфекций, гепатита и болезней желудочно-кишечного тракта, увеличивается степень риска возникновения «воднозависимых патологий» и усиливается воздействие на организм человека канцерогенных и мутагенных факторов.

По оценкам Организации Объединенных Наций 1,1 млрд. населения Земли не обеспечены в должной мере чистой питьевой водой, к тому же 2,6 млрд. людей не имеют достаточного обеспечения водой для средств гигиены. Прогнозируется, что к 2020 году использование воды увеличится на 40%, и к 2025 году два человека из трех будут испытывать нехватку воды.

В число основных задач государственной программы «Чистая вода» включены: -стимулирование производства инновационного отечественного оборудования, технологий и материалов; -совершенствование технологий очистки и обеззараживания воды; -методы экологического оперативного контроля воды по интегральным и технологическим показателям, а также разработка локальных систем водоподготовки для водоснабжения и водоотведения отдаленных населенных пунктов (шахты, вахтовые бригады, геологоразведочные экспедиции и др.).

Водные технологические среды (ВТС) включают в себя целый спектр водных сред, которые подвергаются технологическому воздействию с целью очистки, обеззараживания и контроля состава. Например, загрязненная вода поверхностных источников, которая подвергается многоступенчатому технологическому воздействию с целью доведения ее физико-химических и бактериологических параметров до уровня питьевой воды. Также состав сточных вод различных производств должен соответствовать перед сбросом в коллектор требованиям, которые регламентируются нормативными документами. В целях достижения выше поставленных задач необходимо создание универсальных процессов и аппаратов для различных методов обработки воды, особенно интеграция их в единые технологические схемы.

Целью работы является разработка процессов для очистки и обеззараживания воды от углеродсодержащих загрязнений в условиях идентификации различных подходов (создание и использование тонких полупроницаемых материалов в разнонапорных мембранных технологиях и электрохимических методах и др.), для обеспечения стабильной работы аппаратов и устройств в течение длительного времени.

Разработка и совершенствование модулей для различных технологий очистки, обеззараживания и контроля состава водных технологических сред, содержащих загрязнения химического и нефтехимического происхождения.

Создание технологических схем разделения компонентов на основе интегрирования баромембранных и электрохимических методов очистки водных технологических сред.

Исследование физико-химических процессов (поляризация, сорбция, окисление и др.) на мембранах-электродах при различных условиях для установления рациональных параметров работы приборов и устройств.

Научная новизна работы заключается в идентификации научно-методологических разработок технологических процессов на базе экологического мониторинга для очистки и обработки воды от нефтехимических загрязнений.

Интегрированы процессы бароэлектрохимических (БЭХ) модулей (аппаратов) для различных технологий очистки, обеззараживания и контроля состава водных технологических сред.



Разработан и предложен механизм совместного использования баромембранных и электрохимических технологий обработки воды в едином модульном аппарате корпусного типа.

В целях повышения эффективности электроосмофильтрации исследовано поведение тока поляризации на мембране-электроде в слабокислом водном растворе для удаления органических примесей и показаны количественные характеристики величины тока поляризации в области малых и больших перенапряжений.

Доказано влияние процесса поляризации на коррозионные и структурные характеристики тонких пленок катализаторов, исследована кинетика образования оксидных слоев с учетом влияния морфологии подложки при малых концентрациях загрязняющих веществ органического происхождения.

Осуществлен эколого–технологический баромембранный процесс, с применением уникальных стабильно работающих мембран – пористых боросиликатных капилляров – единственно возможных, для идентификационного моделирования процесса стабилизации и сопоставительных характеристик разделения мембран в бароэлектрохимических процессах.

Показана эффективность использования полосы C8-C12 для обнаружения нефтехимических загрязняющих компонентов водной технологической среды и возможность проведения экспресс-тестов с применением газовой хроматографии.

Разработана новая программа получения и использования эффективного окислителя - гипохлорита натрия в «ГИПОФЛО» для локальных систем обеззараживания вод отдаленных населенных пунктов.

Процессы, протекающие на поверхности мембран, изучались при истощении толщины сформированного слоя в слабокислых водных растворах и показана эффективная толщина наносимого слоя для стабильной и длительной работы БЭХ установок.

Изучено влияние состава жидкой системы на устойчивость мембраны-электрода, а также на разрушение органических примесей в слабокислых водных растворах.

Практическая значимость. Практически использованы стабильные характеристики процессов разделения в интегрированных бароэлектрохимических (БЭХ) процессах и аппаратах, которые могут быть применены в различных областях народного хозяйства (нефтехимия, химия и текстильная отрасль), в частности:

-разработан БЭХ процесс и технологическая схема аппарата на базе модельных баромембранных и электрохимических процессов совместного использования, для очистки воды от органических примесей;

- созданы электроды-мембраны из платины на титановой подложке, изучены структура и свойства для очистки и обеззараживания в различных водных средах бароэлектрохимическими методами;

-разработаны процессы на основе стабильных характеристик пористых боросиликатных стекол;

-разработаны процессы и создана система очистки вод для отдаленных населенных пунктов;

-разработана и внедрена новая программа работы генератора гипохлорита натрия «ГИПОФЛО», для обеззараживания вод малых населенных пунктов;

-на основе прикладных материалов диссертационной работы разработан и читается учебно-семестровый спецкурс «Современные технологии и материалы».

Достоверность полученных в работе результатов обеспечивается экспериментальными данными, полученными с использованием апробированных методик, современного оборудования и средств измерения, а также результатами практической апробации и реализации предложенных методов и устройств.

На защиту выносятся следующие положения:

- новая технологическая схема БЭХ процессов в едином модульном аппарате корпусного типа для очистки воды от органических примесей;

- результаты экспериментальной работы, по изучению влияния тока поляризации в слабокислых водных средах с содержанием органических примесей, на процесс разделения компонентов жидких систем при подводе внешнего электрического тока к мембране-электроду в БЭХ процессах;

- результаты изучения сопутствующих БЭХ процессам – адсорбции на тонкопленочных поверхностях органических и неорганических веществ, по классам устойчивости, на мембране-электроде из металлов группы платины в процессе очистки и обеззараживания воды от нефтепродуктов;

- новая методика программируемого БЭХ процесса в части его составляющей электрохимического потенциала на мембране-электроде, как модели полупроницаемой поверхности в датчике определения содержания различных веществ, в объеме воды;

- результаты изучения влияния состава жидкой системы на устойчивость мембраны-электрода в слабокислых водных растворах.

- результаты комплекса проведенных экспериментальных исследований мембран-электродов методами циклической резистометрии и вольтамперометрии, рентгено-электронной и ИК-спектроскопии, растровой электронной микроскопии (РЭМ), атомно-абсорбционной спектрофотометрии;

- результаты изучения физико-химических процессов в электрохимических устройствах при окислении органических примесей, а также для генерирования эффективных окислителей на месте их потребления;

Апробация результатов работы. Основные результаты работы представлены и доложены на тридцати Всероссийских и Международных научных конференциях, совещаниях, коллоквиумах, форумах, симпозиумах и конгрессах, среди которых: Постоянная конференция «Химический контроль в энергетике» (Россия, Тула, 2001); X Международный форум «Медико-экологическая безопасность и социальная защита населения» (Турция. 2001); IV Международная научно-практическая конференция «Хозяйственно-питьевая и сточные воды: проблемы очистки и использования» (Россия, Пенза, 2002); ХIV Научно-техническая конференция «Датчик-2002» (Россия, Судак, 2002); Международная конференция «Электрокатализ в электрохимической энергетике» (Москва, ИЭЛАН, 2003); XIII Международный симпозиум «Международный год воды» (Австрия. 2003); 4 Научно-практическая конференция «Московская наука - проблемы и перспективы» (МКНТ, Москва, 2003); Всероссийская научно-практическая конференция «Современное развитие естествознания» (Москва, 2005); Всероссийская научно-практическая конференция химиков-педагогов с международным участием, апрель (Санкт-Петербург, 2005-2010); Всероссийская научно-техническая конференция (Нижний Новгород, 2007); Всероссийская научно-практическая конференция «Социально-экологические проблемы малого города» (Саратов, 2008); Международный конгресс молодых ученых по химии и химической технологии “UCChT-2007 и МКХТ-2008”(Москва, 2007-2008); Научно-практическая конференция в честь 175 – летия Д.И. Менделеева (Москва, 2009); Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы развития современного общества» (Саратов, 2010); Международная заочная научно-практическая конференция «Влияние энтропии на разделение компонентов при очистке воды от углеродсодержащих загрязнителей» (Тамбов, 2011).





Диссертация обсуждена на расширенном научном семинаре Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева, Московского государственного университета инженерной экологии и на заседание кафедры основ экологии Московского государственного областного университета.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 45 работ, в том числе 4 монографии, 17 научных статей в журналах, рецензируемых ВАК РФ, 1 авторское свидетельство СССР, 30 докладов и тезисов на Международных и Всероссийских конференциях, симпозиумах и конгрессах.

Объем и структура диссертации. Работа изложена на 327 страницах, содержит 85 рисунков, 40 таблиц и состоит из введения, семи глав, выводов, заключения и списка литературы, включающего 250 источника.

Содержание работы

Во введении сформулировано научное направление - решение важной проблемы разработки бароэлектрохимических процессов и аппаратов. Обоснован выбор темы и ее актуальность, определены цели и задачи исследования, изложены положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена теоретическим и практическим вопросам исследования БЭХ процессов экологической безопасности водной среды.

Анализированы различные методы очистки воды и подробно рассмотрены баромембранные технологии с учетом их совместного использования с электрохимическими методами.

На основе изучения литературных данных по электрохимическим технологиям выявлена необходимость исследования слабоминерализованных водных технологических сред.

Анализ баромембранных и электрохимических технологий показал на необходимость развития БЭХ процессов и разработки совместных интегрированных методов очистки и обеззараживания воды.

Во второй главе анализированы условия создания капиллярно-пористых мембран и электродов-мембран для БЭХ процессов, а также сформулированы требования к ним. Изучено образование оксидных слоев на поверхности мембран-электродов и растворение металла при этом. Исследованы коррозионные процессы мембран из металлов группы платины и золота в водной среде, содержащей различные примеси.

При анодно-катодной поляризации золото и металлы Pt – группы растворяются в разбавленной серной кислоте, причем скорость растворения зависит от конечного анодного потенциала циклирования и природы металла. Растворимость золота возрастает в присутствии даже небольших (~10-5М) количеств ионов хлора. Учитывая это, анодное поведение тонкопленочных Au – электродов-мембран изучалось резистометрическим, потенциодинамическим и потенциостатическим методами в растворе 510-1M H2SO4+10-3M KCl при температуре 20 ±2С.

На рис. 1 представлены типичные J, Er (кривая а - прерывистая) – и R, Er (кривая б - прерывистая) – кривые мембран-электродов из золота в растворе фона. Потенциодинамическая кривая идентична приведенным в литературе аналогичным кривым для ТПП с поликристаллической массивной основой на примере электрода.

В серной кислоте с добавлением хлорида калия в концентрации не менее 10-5М на потенциодинамической J, Er – кривой (рис. 1, кривая а) наблюдается максимум тока, связанный с адсорбцией Cl- и растворением золота. Резистометрическая кривая (рис. 1, кривая б), снятая одновременно с потенциодинамической кривой, позволяет однозначно разделить процессы адсорбции Cl- и растворения золотых мембран.

Рис. 1. Потенциодинамические (V = 7 мВ/с) J, Er (а, пунктир) и R, Er (б, пунктир) кривые Au мембран в 0,5М H2SO4 (а, б) и в 0,5М H2SO4+10-3M KCl (прерывистые линии); Rucx=7,6 Ом

 Изменение проводимости во времени Au – мембран при различных-0

Рис. 2. Изменение проводимости во времени Au мембран при различных потенциалах Er B: 1-1,7; 2-1,20; 3-1,22; 4-1,25


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 


Похожие работы:







 
2013 www.деньсилы.рф - «МЕДИЦИНА-ЛЕЧЕНИЕ-ОЗДОРОВЛЕНИЕ»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.