Тамбов - 2010

Работа выполнена на кафедре «Техника и технологии производства нанопродуктов» ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет».

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Ткачев Алексей Григорьевич кандидат технических наук, доцент Таров Владимир Петрович

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор Килимник Александр Борисович кандидат технических наук Богуш Владимир Анатольевич

Ведущая организация ОАО «Корпорация «Росхимзащита»»

Защита состоится «____» декабря 2010 г. в ___ часов ___ минут на заседании диссертационного совета Д 212.260.02 при Тамбовском государственном техническом университете по адресу: г. Тамбов, ул. Ленинградская, д. 1, ауд. 60.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, ТГТУ, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.260.02.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке Тамбовского государственного технического университета и на официальном сайте ТГТУ

Автореферат разослан «____» ноября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доцент В.М. Нечаев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Федеральный закон "Об охране окружающей среды" от 10.01.2002 N 7-ФЗ и «Основы государственной политики в области обеспечения химической и биологической безопасности Российской Федерации на период до 2010 года и дальнейшую перспективу» обозначили основную проблему, являющуюся причиной постоянного повышения требований к экологической безопасности и охране здоровья человека - отсутствие современных материалов тонкой очистки, обеспечивающих требуемое эксплуатационное качество водных и газовых сред.

Приоритетное значение в вопросах тонкой очистки воздуха и газов приобрела проблема сверхтонкого обеспыливания (очистки от субмикронных аэрозольных частиц). Наиболее эффективным средством тонкой очистки газов являются материалы из ультратонких волокон, обладающие при одинаковом сопротивлении потоку максимальной эффективностью улавливания частиц. История совершенствования этих материалов связана с уменьшением размеров используемых волокон, вплоть до нанометрового диапазона.

Другой актуальной проблемой является высокоэффективная тонкая очистка водных сред. Наиболее перспективной и инновационной технологией, представленной на мировом рынке тонкой очистки жидких сред, является баромембранное разделение на полимерных полупроницаемых элементах. Сегодня существенный интерес представляют различные технологии модифицирования полимерных мембран наноматериалами, которые благодаря своим уникальным свойствам смогут удовлетворить высоким современным стандартам мембранного разделения.

Характерным представителем этого класса веществ является углеродный наноматериал (УНМ) «Таунит» (производство ООО «НаноТехЦентр», г. Тамбов), представляющий собой одномерные наномасштабные нитевидные образования поликристаллического графита цилиндрической формы с внутренним каналом - углеродные нанотрубки (УНТ).

Таким образом, проблема поиска методов повышения эффективности установок тонкой очистки газовых и водных сред путем модифицирования фильтровальных материалов углеродными нанотрубками, разработка аппаратурно- технологических схем является актуальной и приоритетной задачей.

Работа выполнялась в соответствии с приоритетным направлением развития науки, технологий и техники Российской Федерации «Индустрия наносистем и материалов», исследования поддержаны в рамках программы «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» («У.М.Н.И.К.»), ГК №П2089 от 03.11.2009 г.

Целью работы являлось повышение эффективности установок тонкой очистки газовых и водных сред путем наноуглеродного модифицирования фильтровальных материалов, разработка соответствующих технологических процессов и их аппаратурного оформления.

Достижение поставленной цели определило следующие задачи:

· проведение комплексного анализа современных тенденций совершенствования фильтровальных материалов тонкой очистки газовых и водных сред, выбор фильтровальных материалов, наиболее соответствующих современным требованиям очистки водных и газовых сред;

· теоретическое обоснование повышения качественных показателей очистки выбранных фильтровальных материалов при их поверхностном модифицировании УНМ;

· разработка эффективных технологий наноуглеродного модифицирования фильтровальных материалов, получение опытных образцов с требуемым ресурсом;

· исследование количественного изменения эксплуатационных свойств модифицированных фильтровальных материалов;

· разработка аппаратурного оформления и модернизированных конструкций для процессов наноуглеродного модифицирования фильтровальных материалов.

Научная новизна работы: установлен эффект улучшения качественных характеристик фильтровальных материалов тонкой очистки за счет направленного поверхностного наномодифицирования их структуры. При этом получены следующие научные результаты:

· впервые показана и научно обоснована возможность применения УНМ «Таунит» для улучшения качественных показателей фильтровальных материалов тонкой очистки газовых и водных сред;

· получены зависимости, описывающие влияние проницаемой оболочки из УНТ на характеристики фильтровальных волокнистых материалов;

· предложен и теоретически обоснован метод направленной организации высокопористой структуры УНТ на фильтровальных волокнистых материалах, позволяющий обеспечить заданную эффективность тонкой очистки газов для определенных условий эксплуатации;

· предложен метод поверхностного модифицирования полимерных мембран различных типов углеродным наноматериалом «Таунит», позволяющий увеличить их производительность (более чем в 1,5 раза) и степень очистки водных сред (до 8 раз).

Практическая ценность работы.

· осуществлен выбор фильтровальных материалов для дальнейшего наномодифицирования, обеспечивающих наилучшее качество тонкой очистки водных и газовых сред;

· разработаны технологии процессов наноуглеродного модифицирования фильтровальных материалов, позволяющие модернизировать установки тонкой очистки водных и газовых сред;

· предложена методика формирования систем (вода - УНМ), используемых в процессе модифицирования полимерных мембран, определены основные параметры этого процесса;

· установлено минимальное количество УНМ «Таунит», необходимое для организации высокопористой структуры УНТ на полимерной мембране (<0,01 % масс. от массы мембраны);

· получены опытные образцы наномодифицированных фильтровальных материалов, обладающие улучшенными качественными характеристиками, что обеспечивает значительный технико-экономический эффект (в частности, ЧДД от реализации 100 м2 ОПМН-П составляет 9120227 руб.; годовой экономический эффект от использования 100 м2 МФФК составляет 29673 руб.);

· разработано аппаратурное оформление процессов наноуглеродного модифицирования фильтровальных материалов тонкой очистки водных и газовых сред в объеме опытно-промышленной установки;

· опытные образцы наномодифицированных фильтровальных материалов используются при проведении совместных исследований с РНЦ «Курчатовский институт», г. Москва (тонкая очистка газовых сред от взвешенных субмикронных частиц), ЗАО НТЦ «Владипор», г. Владимир (мембранное разделение водных сред) и рядом других организаций.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на следующих конференциях, конкурсах и школах: II Международная практическая конференция «Прогрессивные технологии развития» (Тамбов, 2005 г.), II Международноая конференция «Спиртовое и ликероводочное производство. Производство топливного биоэтанола» (Тамбов, 2006 г.), Российская научная конференция «Новое поколение систем жизнеобеспечения и защиты человека в чрезвычайных ситуациях техногенного и природного характера» (Тамбов, 2006 г.), VIII Всероссийская выставка научно-технического творчества молодежи (Москва, 2008 г., золотая медаль лауреата), Международный форум Rusnanotech-2008 (Москва, 2008 г.), Всероссийская школа-семинар молодых ученых и преподавателей «Функциональные и конструкционные наноматериалы» (Белгород, 2008 г.), I Российский молодежный инновационный конвент (Москва, 2008 г.), II Всероссийский молодежный инновационный конвент (Санкт-Петербург, 2009 г.), IX Всероссийская выставка научно-технического творчества молодежи (Москва, 2009 г.), Международный форум Rusnanotech-2009 (Москва, 2009 г.), II Всероссийская школа-семинар для студентов, аспирантов, молодых ученых по направлению «Наноматериалы» (Рязань, 2009 г.), Научная конференция «Размерные эффекты в наноструктурах и проблемы нанотехнологий» (Тамбов, 2009 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 20 работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, получено 1 положительное решение о выдаче патента на ИЗ №2009123955.

Стуктура и объем работы. Диссертация изложена на 125 страницах, состоит из введения, 4 глав, заключения и списка использованных источников, включающего 112 наименований, и приложений. Работа включает 35 рисунков и 7 таблиц.

наноуглеродный фильтровальный газовый водный

Основная часть

Во введении дано обоснование актуальности решаемой проблемы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна, практическая ценность, структура и объем диссертационной работы.

В первой главе диссертации выполнен обзор научно - технической и патентной литературы, включающий анализ тенденций совершенствования материалов тонкой очистки газов от субмикронных частиц, выбор наиболее эффективного типа материала; анализ достоинств и недостатков мембранных материалов, возможные методы улучшения их качественных показателей; анализ перспектив модифицирования материалов тонкой очистки воздушных и газовых сред углеродным наноматериалом. На основе проведенного анализа литературных и патентных источников определены основные этапы проводимого исследования.

Во второй главе диссертации изложены физические механизмы, обеспечивающие возможность повышения эффективности установок сверхтонкого обеспыливания (очистки от субмикронных аэрозольных частиц) воздуха и газов путем направленной организации проницаемой структуры из УНТ на поверхности волокон фильтровального материала.

Для тонкой очистки воздуха от субмикронных аэрозольных частиц наибольшее распространение получили материалы из ультратонких волокон. Основные характеристики фильтровальных материалов - эффективность улавливания Е частиц определенного размера при заданной скорости течения газа через фильтр,

(1)

и перепад давления на фильтре

(2)

Здесь L = H/a2 общая длина волокон, =1-?f - плотность упаковки фильтра. Эффективность зависит от значений коэффициента захвата , который характеризует осаждение частиц на волокнах фильтра и зависит от параметров фильтра, условий течения газа в фильтре и размера частиц. Для R << 1 и << 1 коэффициент захвата равен:

(3)

где - число зацепления, - радиус осевшей частицы, ? 1 - проницаемость фильтра.

Очевидно, что с уменьшением толщины волокон возрастает коэффициент захвата, а, следовательно, и эффективность улавливания частиц. Кроме того, уменьшение толщины волокон фильтра значительно сказывается на критерии качества фильтра ?. Он характеризуется как отношение логарифма проскока частиц к перепаду давления:

(4)

Чем больше , тем лучше фильтр подходит для данных условий очистки воздуха. Перепад давления p равен сумме сил сопротивления потоку волокон длиной L:

(5)

Здесь F безразмерная сила сопротивления, зависящая от плотности упаковки ?: . Таким образом, применив формулу Кувабары:

(6)

получим следующие результаты (табл. 1):

Табл. 1

При малой плотности упаковки ?<0,1 зависимость силы сопротивления волокон в фильтре F от слабая, поэтому увеличение диаметра волокна на 10-50% за счет пористой оболочки практически не повлияет на F и, следовательно, на перепад давления.

В то же время оболочка на волокне весьма значительно увеличивает захват частиц. Применение ячеечной модели Хаппеля-Кувабары (рис. 1,2):

Рис. 1 Стоксово течение в гексагональной системе волокон, расположенных нормально по отношению к потоку

Рис. 2 Схема ячейки (ячеечная модель Кувабары)

показывает, что коэффициент захвата

(7)

пропорционален объему очищаемого газа, проходящего через проницаемую пористую оболочку, в которой частицы полностью осаждаются. (рис. 3):

Рис. 3 Движение запыленного газа вдоль волокна, покрытого пористой оболочкой

С целью обеспечения максимального расхода газа через пористую оболочку на волокне-носителе необходимо, чтобы сопротивление потоку внутри оболочки было минимальным. Это может быть максимальным образом достигнуто применением наноразмерных волокон, образующих пористую оболочку, тем более, что с уменьшением их диаметра возрастает влияние эффекта скольжения газа на поверхности этих наноразмерных волокон.

Для определения количества УНМ, необходимого для формирования на волокне-носителе пористой оболочки с заданными параметрами получена следующая зависимость:

(8)

Важнейшей характеристикой, лимитирующей параметры волокнистой структуры фильтра, является перепад давления p, связанный с радиусом волокна a выражением:

(9)

где (10)

Приведенные уравнения позволяют определить my для известных значений ?p и a0.

Разработана технология создания фильтровального материала, волокна которого модифицированы оболочкой из УНТ, включает следующие стадии:

· приготовление исходного раствора гетерогенной металлоксидной каталитической системы ( Ni, Co, Y, Mo, Mg, Al);

· подбор и предварительная обработка материала-носителя (механическая, химическая и т.д.);

· процесс пропитки образца волокнистого фильтрующего материала исходным раствором веществ-прекурсоров катализатора синтеза УНТ;

· процесс термической обработки пропитанного образца на воздухе при температуре 500-600?С;

· процесс газофазного химического осаждения УНТ на подготовленном таким образом образце (tпр=650 ?С).

· процесс финишной обработки полученного материала.

Данная технология была апробирована для создания опытных образцов финишных фильтров. С целью создания на волокнах-носителях пористой оболочки из УНТ был выбран кремниевый фильтровальный материал специального назначения (ФМСН), а также кремнеземные волокна SuperSil (см. табл. 2).

Таблица 2

Исследование экспериментальных образцов показало, что они представляют собой волокна - носители, однородно покрытые сплошным проницаемым слоем УНТ (средний диаметр 20-60 нм). Пористость слоя ~ 80-95%. Высота слоя порядка 1-3 мкм.

Результаты сканирующей электронной микроскопии опытных образцов материалов (рис. 4):

а) б)

Рис. 4 Кремниевые волокна фильтра, покрытые слоем УНМ «Таунит» (а - структура наномодифицированного материала; б - структура оболочки из УНТ на поверхности волокна-носителя)

В лаборатории дисперсных систем РНЦ «Курчатовский институт» получено заключение о том, что образцы могут быть использованы:

· в качестве финишных фильтров для суперочистки газов;

· для очистки сжатых газов (волокна диаметром d = 0.5-3 мкм, толщина слоя УНТ 0.1-0.2d);

· для очистки жидкостей от наночастиц;

· для регенерируемых фильтров (фильтры для очистки воздуха от пыли для двигателей внутреннего сгорания);

· для демистеров (туманоуловителей).

Третья глава диссертации посвящена исследованию процесса поверхностного наноуглеродного модифицирования баромембранных полимерных материалов различных типов. В рамках исследования осуществлен комплексный анализ различных способов модификации полимерных мембранных элементов, позволивший выбрать физический метод «намыва» слоя УНМ на образцы - формирование осажденных мембран. Предложена технология модифицирования полимерных мембран углеродным наноматериалом «Таунит»:

• предварительная подготовка наноматериала, предусматривающая химическую модификацию трубок;

• изготовление устойчивых суспензий и коллоидных растворов УНМ в водной среде с помощью ультразвукового воздействия;

• формирование пористой структуры УНМ «Таунит» из раствора на поверхности активного слоя образца мембраны.

Функциализация наноматериала кислотной обработкой обеспечивает удаление микрозагрязнений, очистку от примесей, в том числе неорганических. Кроме того, дополнительную возможность улучшения функциональных свойств УНТ дает химическое модифицирование их поверхности путем окисления, фторирования, либо формирования на поверхности композитных слоев.

Для приготовления устойчивых суспензий и коллоидных растворов УНМ в водной среде использовалось ультразвуковое воздействие (лабораторная установка ИЛ100-6/4), позволяющее получать высокодисперсные, однородные системы за счет кавитационных эффектов. Исходная дисперсность УНМ «Таунит» составила 40 - 56 мкм. Выявлено необходимое количество вносимой добавки наномодификатора, составляющее < 0,01% масс. (рис. 5):

а) б)

Рис. 5 Структура слоя УНМ «Таунит» на поверхности мембраны (а - увеличение в 300 раз; б - увеличение в 1000 раз)

Навеску УНМ распределяли в дистиллированной воде ультразвуковым воздействием в течение 1-20 минут. Дисперсность частиц определяли на лазерном анализаторе частиц Микросайзер-201С. Зависимость размера агломерата УНМ от времени диспергирования представлена на рис. 6. Как видно из рисунка, оптимальное время диспергирования - 8?12 минут, среднее значение дисперсности частиц УНМ - 5,3 мкм. Содержание фракций УНМ в пробе суспензии при диспергировании ультразвуком в течение 10 минут представлено в виде диаграммы (рис. 7): Содержание фракции дисперсностью 5 мкм в образце составляет 28%.

Рис. 6 Зависимость размера частиц УНМ от времени диспергирования.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 7 Содержание фракций в пробе

Устойчивость обработанной суспензии лимитирует время между стадиями формирования однородной суспензии УНМ и намыва суспензии на мембранный образец. Зависимость времени осаждения суспензии от времени диспергирования представлена в табл. 3:

Табл. 3

Таким образом, рекомендуемое время обработки 5-10 мин.

Для организации пористой структуры УНТ на поверхности полимерных мембран сконструирована экспериментальная лабораторная установка (рис. 8):

Рис. 8 Схема экспериментальной лабораторной установки (1 - расходная емкость, 2 - плунжерный насос, 3 - ресивер, 4 - рабочая ячейка, представляющая собой двухкамерный разделительный модуль плоскорамного типа, 5 - поплавковые ротаметры, 6 - емкости для сбора пермеата, 7 - компрессор высокого давления)

Влияние наномодифицирования на производительность установок тонкой очистки водных сред оценивали на мембранах типа МФФК, т.к. микрофильтрационные гидрофобные мембраны наиболее склонны к образованию осадка. Результаты представлены на рис. 9:

Размещено на http://www.allbest.ru/

а)

Размещено на http://www.allbest.ru/

б)

Рис. 9 Производительность стандартного и модифицированного УНМ «Таунит» образцов мембраны (а - МФФК-1, б - МФФК-4)

Таким образом, установлено повышение производительности наномодифицированной мембраны в среднем в 1, 5 раза.

Влияние наномодифицирования полимерных мембран на качество очистки водных сред оценивали на обратноосмотических мембранах МГА-95, ESPA и нанофильтрационной мембране ОПМН-П. Обратный осмос и нанофильтрация очень близки по механизму разделения сред, схеме организации процесса. Мембраны этих типов относят к условно непористым перегородкам, не склонным к образованию осадка. Для нанофильтрационных и обратноосмотических мембран важно повышение качества разделения при уменьшении энергозатрат на процесс. Результаты сравнительного анализа качества очистки водных сред с помощью стандартных и модифицированных образцов обратноосмотических мембран представлены на рис. 10 (разделяемый раствор-3%-ный раствор MgSO4 в дистиллированной воде):

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

а) б)

Рис. 10 Сравнительные диаграммы качества очистки стандартных и модифицированных образцов обратноосмотических мембран (а - МГА-95; б - ESPA).

Установлено, что содержание примесей в пермеате после модификации уменьшилось в среднем более чем в 2 раза.

Результаты сравнительного анализа качества очистки стандартных и модифицированных образцов нанофильтрационной мембраны ОПМН-П показаны на рис.11 (разделяемый раствор - 0,5% - ный раствор сульфата магния):

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 11 Сравнительная диаграмма качества очистки стандартных и модифицированных образцов мембраны ОПМН-П

Содержание примесей в пермеате после модификации уменьшилось в среднем более чем в 8 раз.

В четвертой главе разработаны принципиальные схемы аппаратурного оформления производства наномодифицированных волокнистых материалов тонкой очистки газов и полимерных мембран разделения водных сред.

Рис. 12 Структурная схема производства наномодифицированных волокнистых материалов

Исходные компоненты для приготовления раствора гетерогенной металлоксидной каталитической системы (технология золь-гель) из емкостей отделения 1 поступают в аппарат смешения 2, откуда водный раствор прекурсоров поступает в сушильный шкаф 3, где обрабатывается при температуре 800С в течении 3 часов. Затем разбавленный раствор из аппарата смешения 4 подается в пропиточную камеру 6, где происходит пропитка волокнистого материала, предварительно обработанного в отделении подготовки 5. Пропитанный образец проходит температурную обработку при 1300С в течении 1 часа в индукционной печи 7, после чего происходит отжиг при температуре 6000 С. В реакторе синтеза 8 происходит образование на поверхности волокон-носителей пористой структуры УНТ. После завершения процесса синтеза образец проходит окончательную обработку в отделение обработки модифицированного волокнистого материала 9.

Лимитирующей с точки зрения производительности стадией процесса модифицирования фильтровальных волокнистых материалов является синтез структуры УНТ. Предложена конструкция модернизированного реактора, позволяющая максимально повысить производительность процесса наномодифицирования за счет наиболее рационального использования рабочей реакционной зоны (подана заявка на предполагаемое изобретение). В ней располагается устройство, обеспечивающее возможность модифицирования 3 видов материалов: волокнистая ткань, градиентно-пористые неорганические пластины, слой пористых неорганических гранул. (рис. 13):

Рис. 13 Конструкция модернизированного реактора для углеродного наномодифицирования фильтровальных материалов

Реактор содержит корпус, состоящий из днища 10 и крышки 2, соединенных узлом герметизации 9. На крышке 2 внутри корпуса установлены нагреватели 7 и линия отбора газообразных продуктов пиролиза 11, а на днище 10 линия подачи углеводородного газа 1. Линия подачи углеводородного газа 1 и линия отбора газообразных продуктов пиролиза 11 соединены с теплообменником 12, установленным вне реактора. На днище 10 установлены соединенные на выходе патрубками 6 с линией отбора газообразных продуктов 11 камеры осаждения 8, на входе которых помещены импрегнированные раствором жидкофазных прекурсоров катализатора синтеза углеродного наноматериала подложки 5 из пористого материала. Камера осаждения 8 выполнена в виде снабженной юбкой 4 и соединенной с линией отбора газообразных продуктов пиролиза 11 емкости 3.

Рис. 14 Структурная схема производства наномодифицированных полимерных мембран

УНМ подвергается предварительной подготовке в аппаратах отделения 1, включающей стадии удаления примесей (кислотная отмывка в ультразвуковой ванне), функционализации (если необходимо), термической обработки (сушильный шкаф), после чего подается в ультразвуковую установку 2 для формирования устойчивого водного раствора (в присутствии ПАВ) для намыва на полимерный образец в мембранной установке 3, где и проводится процесс разделения целевого раствора (рис.14).

Предложенные технические решения рекомендованы для использования в составе промышленных линий производства наномодифицированных фильтровальных элементов.

В заключении главы проведен сравнительный анализ основных технико-экономических показателей полимерных мембран. Показано, что модернизация установок путем использования наномодифицированных полимерных мембран приводит к значительному увеличению прибыли от реализации конечного продукта.

Основные выводы и результаты работы

Общим результатом работы является научно обоснованное и экспериментально подтвержденное решение проблемы повышения эффективности установок тонкой очистки газовых и водных сред путем наноуглеродного модифицирования фильтровальных волокнистых материалов и полимерных мембран.

1. Разработана технология модифицирования неорганических высокотемпературных волокнистых материалов углеродными нанотрубками, позволяющая создавать фильтровальные материалы, обеспечивающие заданную эффективность тонкой очистки газов для определенных условий эксплуатации.

2. Получены опытные образцы модифицированных волокнистых материалов (кремниевый фильтровальный материал специального назначения (ФМСН), кремнеземные волокна SuperSil) с заданными эксплуатационными характеристиками (a0 = 0.5-4 мкм, ? = (0.4-0.6)*a0, ?ob ? 90%, диаметр УНТ 50-80 нм), соответствующими требованиям, предъявляемым к финишным фильтрам установок тонкой очистки газовых сред.

3. Разработана технология модифицирования полимерных мембран углеродным наноматериалом «Таунит», позволяющая повысить эффективность мембранного разделения за счет направленной организации высокопористой структуры УНТ на активной поверхности мембраны.

4. Проведены экспериментальные исследования сравнительных показателей производительности и качества очистки на стандартных и модифицированных образцах полимерных мембран. Производительность наномодифицированных мембран типа МФФК возросла в среднем в 1,5 раза. Качество очистки после модификации повысилось в среднем более чем в 2 раза для обратноосмотических мембран, в среднем более чем в 8 раз для нанофильтрационных мембран.

5. Разработаны структурные схемы производства наномодифицированных фильтровальных волокнистых материалов и полимерных мембран.

6. Модернизирована конструкция промышленного реактора синтеза УНМ для целей наноуглеродного модифицирования различных видов фильтровальных высокотемпературных материалов тонкой очистки газов.

7. Проведенная оценка технико-экономического эффекта от модернизации установок модифицированными полимерными мембранами показала, что чистый дисконтированный доход от реализации 100 м2 ОПМН-П составляет 9120227 руб.; годовой экономический эффект от использования 100 м2 МФФК составляет 29673 руб. Сроки окупаемости капитальных затрат: МФФК - 28,43 мес., ОПМН-П - 0,002 мес.

Основные обозначения

a0 радиус чистого волокна, м; a - средний радиус волокна, м; Н толщина фильтра, м; mf - масса фильтра, г; my - масса УНТ, г; N0, N концентрация частиц до и за фильтром, г/м3; rp радиус частиц, м; U скорость потока газа, м/с; u? - локальная скорость потока, м/с; плотность упаковки; ?f - пористость фильтра; ?ob - пористость оболочки из УНТ; критерий качества; коэффициент захвата; динамическая вязкость воздуха, Па•с; ? - радиус оболочки, м; ?v - плотность волокна, г/м3; ?v - плотность волокна, г/м3; ?y - плотность УНТ, г/м3.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Бураков, А.Е. Многофункциональный углеродный наномодификатор «Таунит» / А.Е. Бураков, А.Н. Блохин, И.В. Иванова, Н.Ю.Колесникова, А.Г. Ткачев // Строительные и дорожные машины. №2. 2010. - С.14-17.

2. Бураков, А.Е. Применение углеродных нанотрубок для повышения эффективности работы волокнистых фильтров сверхтонкого обеспыливания газов / А.Е. Бураков, И.В. Иванова, Е.А. Буракова, А.Г. Ткачев, В.П. Таров // Вестник ТГТУ, Том 16. № 3. 2010. -С.649-655.

3. Бураков, А.Е. Исследование активации металлоксидных катализаторов для синтеза многослойных углеродных нанотрубок» / Е.А. Буракова, А.Е. Бураков, И.В. Иванова, А.Г. Ткачев, З.А. Михалева, В.П. Таров // Вестник ТГТУ, Том 16. № 2. 2010. - С. 337-341.

4. Бураков, А.Е. Перспективы использования углеродных нанопродуктов в качестве фильтровальных материалов / А.Е. Бураков, А.Г. Ткачев, В.Л. Негров // Фундаментальные и прикладные исследования, инновационные технологии, профессиональное образование: сб. трудов ХI науч. конф. ТГТУ. в 2 Ч. / Тамб. гос. техн. ун-т. - Тамбов, 2006. Ч. 2 - С. 67-71

5. Бураков, А.Е. Анализ методов импрегнации фильтрующих элементов катализатором синтеза УНМ / А.Е. Бураков // Труды ТГТУ: сб. науч. статей молодых ученых и студентов / Тамб. гос. техн. ун-т. - Тамбов, 2007. - Вып. 20. - С. 13-17.

6. Бураков, А.Е. Влияние активации катализатора на качество углеродного наноматериала, синтезированного на фильтрующей керамике / А.Е. Бураков, Е.А. Буракова, А.Г. Ткачев // Сб. статей конф. «Размерные эффекты в наноструктурах и проблемы нанотехнологий». Тамбов. 2009. - С. 58-61.

7. Бураков, А.Е. Фильтрующие элементы, модифицированные углеродным наноматериалом «Таунит» / А.Е. Бураков, А.Г.Ткачев // Сб. тезисов межд. форума по нанотехнологиям. 2008. - С. 240-242.

8. Бураков, А.Е. Использование УНМ в фильтрующих элементах на основе твердых и гибких пористых подложек / А.Е. Бураков // Фундаментальные и прикладные исследования, инновационные технологии, профессиональное образование: сб. трудов ХII науч. конф. ТГТУ / Тамб. гос. техн. ун-т. - Тамбов, 2007. - С. 128-131.

9. Бураков, А.Е. Повышение производительности мембран серии «МФФК», модифицированных углеродным наноматериалом «Таунит» / А.Е. Бураков, А.В. Эктов, Е.С. Черемисина // Сб. статей 2-й всероссийской науч.-практ. заочн. эл. конф. «Кооперация науки и производства: новые идеи и перспективы развития в ближайшем будущем». Тамбов 2010. - С. 69-70.

10. Бураков, А.Е. Применение углеродного наноматериала для модификации полимерных мембран/ А.Е. Бураков, А.В. Эктов, Е.С. Черемисина // Сб. статей магистрантов ТГТУ Выпуск 19. Тамбов, 2010. - С. 71-73.

11. Бураков, А.Е. Полимерные мембраны, модифицированные углеродным наноматериалом «Таунит» / А.Е. Бураков, А.В. Эктов, А.С. Самородов // Сб. статей 5-ой межд. заочн. научно-практической конф. «Глобальный научный потенциал» - Тамбов, полиграф. издат., 2009. - С. 105-110.

12. Бураков А.Е. Использование УНМ для формирования ультрафильтрующих элементов на основе твердых пористых подложек / А.Е. Бураков // Всероссийская студ. олимпиада «Технология химических волокон и композиционных материалов на их основе». СПб.: изд-во «Композитный мир». 2006. -С. 23-24.

13. Бураков, А.Е. О возможности использования углеродных наноматериалов как биосовместимых модификатора медицинских имплантов. / А.Е. Бураков, Н.Ю. Колесникова // Новые технологии и инновационные разработки: мат. 1-ой межвуз. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. - Тамбов: Изд-во А.В. Чеснокова, 2008. - С.17-18.

14. Бураков, А.Е. Полимерные мембраны, модифицированные углеродным наноматериалом «Таунит» / А.Е. Бураков, А.А. Самородов, А.В. Эктов // Глобальный научный потенциал. Сб. материалов 5-ой межд. науч.-практич. конф. 2009. - Тамбов: Изд-во Тамбовпринт, 2009. - С. 81-83.

15. Бураков, А.Е. Фильтрующие элементы, модифицированные углеродным наноматериалом «Таунит» / А.Е. Бураков // VIII Всероссийская выставка науч.-техн. творчества молодежи НТТМ - 2008 . Сб. мат. Россия. М.: 2008 г. С . 136-137.

16. Бураков, А.Е. Фильтрующие элементы, модифицированные углеродным наноматериалом «Таунит» / А.Е. Бураков, А.Г. Ткачев // Сб. тезисов уч. 2-го Межд. Конкурса науч. работ молодых ученых в обл. нанотехнологий, 2009. -С. 309-311.

17. Бураков, А.Е. Фильтрующие элементы, модифицированные углеродным наноматериалом «Таунит» / А.Е. Бураков, А.Г. Ткачев // Сб. тезисов докладов участн. Межд. Конкурса научн. работ молодых ученых в области нанотехнологий, 2008. - С. 240-242.

18. Бураков А.Е. Разработка технологии получения керамических фильтрующих элементов, модифицированных углеродными нанотрубками / А.Е. Бураков, И.В. Иванова // Сб. тезисов док. участ. 1-ой междунар. конф. / молодежной школы-семинара. - Владимир: ВГУ, 2008. - С. 15 - 16.

19. Бураков А.Е. Керамические фильтрующие элементы для тонкой очистки жидкостей и газов, модифицированные углеродным наноматериалом «Таунит» / А.Е. Бураков, И.В. Иванова // Сб. тезисов док. участ. 2-ой междунар. конф. / молодежной школы-семинара. - Владимир: ВГУ, 2009. - С. 91 - 92.

20. «Способ модификации пористой структуры неорганической мембраны углеродным наноматериалом» / Ткачев А.Г., Бураков А.Е., Иванова И.В., Буракова Е.А. №2009123955. (положит. решение).

Размещено на Allbest.ur