«Вопросы реализации водной стратегии на территории Челябинской области» icon

«Вопросы реализации водной стратегии на территории Челябинской области»



Смотрите также:
1   2   3   4   5   6   7   8   9

Аннотация: Изучено воздействие деформации сдвига на гидрогели индивидуальной кремниевой кислоты и смешанные с оксигидратом иттрия.



Актуальность: индивидуальные гели кремниевой кислоты и смешанные с оксигидратом иттрия (ОГИ) являются малоисследованными полимерными неорганическими системами. Изменения свойств геля во времени носят колебательный характер, о чем свидетельствует периодичность изменения коэффициентов диффузии ионов редкоземельных элементов в геле кремниевой кислоты [1]. Полученные на кинетических кривых изменения амплитуды колебаний вязкопластических характеристик при созревании геля свидетельствуют, что процесс формообразования имеет периодический незатухающий характер, соответствующий неравновесности полимерных оксигидратных систем. При эволюции гелей формирование оксигидратной матрицы протекает по автоволновому механизму. При этом в бесструктурной коллоидной среде происходит образование спиралевидных полимерных частиц – пейсмекеров [2, 3]. На основе сравнения и анализа свойств смешанных и индивидуальных гелей можно судить об интенсивности различных эволюционных процессов в гелях [4].

На основе полученных данных предполагается предложить способ модифицирования сорбентов на основе гелей кремниевой кислоты, используемых в качестве сорбента для очистки газов, жидкостей, растворенных в воде веществ. А так же создание новых сорбентов на основе ранее не исследуемых смешанных гелей.

Методика: Свежеприготовленные индивидуальные и смешанные с оксигидратом иттрия гели кремниевой кислоты, синтезированные при концентраци исходного раствора метасиликата натрия: 0,30 моль/л и постоянном значении рН среды – 5,50, помещали в систему коаксиальных цилиндров в объеме 10 мл и подвергали механическому воздействию в ротационном вискозиметре «Rheotest – 2» при постоянной скорости деформации (γ΄=const). Снятие показаний проводили 5 раз в секунду в течение семи часов.

Результаты: одна из полученных зависимостей и результаты ее обработки, приведены на рисунках 1-6. Данные получены на образце геля индивидуальной кремниевой кислоты синтезированного при с=0,3 моль/л, рН=5,5 и скорости сдвига 13,5. Зависимости динамической вязкости гелей от времени (рис. 1–2) имеют ярко выраженный периодический характер. Если предположить, что колебания вязкости обусловлены изменением структуры, то, очевидно, что структурные превращения также происходят периодически.

Процессы полимеризации происходят дискретно, на кинетических кривых, показывающих зависимость вязкости геля от времени экспозиции, изменение вязкости происходит скачкообразно. Причину периодичного изменения вязкости в зависимости от времени при различных скоростях сдвига можно объяснить двояко. С одной стороны, явлениями полимеризации, структурирования и последующего разрушения, составляющих геля, которые развиваются в результате приложения некоторого порогового сдвигового напряжения. С другой стороны, следует учитывать, что в системе уже есть некоторая изначальная концентрационная дифференциация вещества, на фоне которой и развивается последующая полимеризация. Если считать, что формирование оксигидратной матрицы протекает по автоволновому механизму [5,6], то периодическое изменение вязкости со временем – это периодическое перестроение структуры геля от одного размера к другому.

По зависимостям динамической вязкости гелей от времени реконструированы фазовые портреты аттракторов, характерные для данной системы. Построение фазовых портретов аттракторов вели по алгоритму, описанному в работе [7, 5], имея данные зависимости динамической вязкости силикагелей от времени с шагом в 1/5 секунды, строим диаграммы An+1 = f(An) (рисунок 3–4) и (An+2 -An+1)= f(An+1 -An) (здесь А – значение вязкости в момент времени t) (рисунок 5–6).

Смена фазовой траектории отражает изменения размеров реальных структурных элементов в геле, которые для экспериментальных условий названы пейсмекерами. Полученные изменения орбит являются следствием реальных процессов: деструкции-полимеризации полимерной матрицы, перераспределения межмицеллярной и структурной воды в гелях, надмолекулярных перестроек, детали которых в данной работе не обсуждаются.

Выводы: в работе представлено исследование вязкопластических свойств индивидуальных гелей кремниевой кислоты и смешанных гелей «кремниевая кислота – оксигидрат иттрия». Данная работа частично объясняет механизм образования гелеобразных веществ, что в будущем, вероятно, позволит предсказывать свойства сорбентов и других материалов, имеющих гелеобразное строение, с целью повышения воспроизводимости их свойств. Актуальность данной работы заключается в получении новых данных по формированию и эволюции силикагеля в неравновесных условиях, необходимых для более детального исследования процессов структурообразования.


Список литературы

1. Сухарев Ю.И., Матвейчук Ю.В., Курчейко С.В. Эффект периодической диффузионной проводимости в геле кремниевой кислоты// Изв. Челяб. науч. центра УрО РАН. – 1999. – №2. – С.70-76

2. Sukharev Yu.I., Markov B.A., Antonenko I.V.. Circular autowave pacemakers in thin-layered zirconium oxyhydrate // Chemical Physics Letters, 2002. – V. 356: 1-2, – P. 55-62.

3. Сухарев Ю.И., Авдин В.В. Процессы самоорганизации оксигидрата лантана // Химическая физика и мезоскопия, 2000. – Т. 2. – № 1. – С. 74-83.

4. Марков Б.А., Сухарев Ю.И., Матвейчук Ю.В. Методология анализа процессов. Происходящих в полимерныхоксигидратных гелях // Химическая физика и мезоскопия. – 2000. – Т.2. – №1. – С.38–51.

5. Берже П., Помо И., Видаль К. Порядок в хаосе. О детерминистском подходе к турбулентности. М.: Мир, 1991. 369 с.

6. Анищенко В.С. Знакомство с нелинейной динамикой. Ижевск, 1992. 143 с

7. Sukharev Yu.I., Potemkin V.A., Markov B.A. // Colloid and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, 2001. – V. 194. – P. 75-84


^ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЯЗКОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СОРБЦИОННЫХ КОЛЛОИДНЫХ ОКСИГИДРАТНЫХ СИСТЕМ.

Анфилогов В.Н., Пролубникова Т.И., Апаликова И.Ю., Лебедева И.Ю. Сухарев Ю.И.

ГОУВПО «Челябинский государственный университет»

Аннотация: Исследование реологии оксигидратов в рамках нелинейной динамики показало, что данные системы эволюционируют во времени, что позволяет сформировать более полное представление о механизме формообразования оксигидратов тяжёлых металлов.


Оксигидраты тяжелых металлов – перспективные неорганические сорбенты, широко используемые при очистке загрязненных водных систем. Исследование реологии оксигидратов в рамках нелинейной динамики показало, что данные системы эволюционируют во времени. А сам реологический метод можно использовать как фазовый цифровой микроскоп для наблюдения структуры оксигидрата. Подобных исследовательских подходов в мировой практике коллоидных исследований нет.

Установлено, что периодическое изменение динамической вязкости оксигидратных систем d-, f- элементов является следствием наличия в геле шумовых силовых колебаний, обусловленных последовательным ростом полимерных нанофрагментов геля и их деструкцией, конформерными переходами гелевых фрагментов, структуризацией и реструктуризацией системы. Также на реологию гелей влияет скольжение дисперсной фазы и дисперсионной среды относительно друг друга и взаимодействие молекулярно-кластерных потоков со стенкой вращающегося коаксиального цилиндра.

Коллоидная гелевая система оксигидратов тяжелых металлов является динамической стохастической пульсирующей системой во времени. Такая динамическая система (ДС) будет эволюционировать по закону: , где xi – геометрическое представление состояния ДС (фазовая точка) в N-мерном пространстве. Фазовое пространство геля будет представлять собой аттрактор – притягивающее предельное множество, к которому стремятся со временем все траектории данной ДС.

Наблюдение изменения вязкостных характеристик коллоидных гелевых систем осуществлялось на оксигидрате циркония и геле кремниевой кислоты с помощью прибора Реотест-2. Это способ является принудительным наблюдением за ионно-молекулярными потоками при разрушении ДЭС макромолекулярных конформеров оксигидратных систем (точнее при их сдвиге) в процессе течения геля. Т.о. мы получили систему с квазипериодическим воздействием, иррациональным числом вращения, не зависящими от внутренних шумовых параметров системы. Для таких систем в области синхронизации собственных колебаний типичен режим так называемого странного нехаотического аттрактора (СНА).

Нами были реконструированы ДС путем восстановления модельной системы по экспериментальному одномерному временному ряду методом временной задержки с использованием теоремы Такенса. Временные задержки были выбраны экспериментально в соответствии с программой Fractan (программа для вычисления корреляционной размерности, энтропии и показателя Херста). Полученные нами отображения СНА для первого возвращения имеют вид плоскостей, то есть сами аттракторные потоки представляют собой трехмерные торы. На основе стохастических шумовых периодических колебаний мы также впервые получили фазовый цифровой молекулярно-силовой микроскоп, т.е. рассчитанные нами аттракторы представляют не что иное, как фазовое кластерное отображение наноразмерных макромолекул в полимеризующейся среде в случае оксигидрата циркония и отображения в виде “рентгеновских рефлексов“ коллодной структуры геля кремниевой кислоты. Механизм рентгеновских рефлексов объясняется тем, что на гелевой поверхности образуются ионизированные силанольные группы ≡Si-OH и поверхностные полисиликатные анионы SiO-, то есть поверхность сольватируется.

Принципиально новый метод исследования сорбционных оксигидратных систем, основанный на измерении мгновенной динамической вязкости, является очередным доказательством пульсационно-периодического характера существования этих систем и, следовательно, периодичности их сорбционных свойств. А значит, открываются новые возможности, требующие дальнейшего изучения, в использовании оксигидратов тяжелых металлов в качестве перспективных неорганических сорбентов.

Список литературы

1. Сухарев Ю.И., Матвейчук Ю.В., Курчейко С.В. Эффект периодической диффузионной проводимости в геле кремниевой кислоты// Изв. Челяб. науч. центра УрО РАН. – 1999. – №2. – С.70-76

2. Анищенко В.С. Знакомство с нелинейной динамикой. Ижевск,1992.143 с.

3. Sukharev Yu.I., Potemkin V.A., Markov B.A. // Colloid and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, 2001. – V. 194. – P. 75-84


^ НАНОКЛАСТЕРНЫЕ ПОДХОДЫ К БАКТЕРИАЛЬНОЙ ДЕЗАКТИВАЦИИ РАСТВОРОВ

Анфилогов В.Н., Апаликова И.Ю., Лебедева И.Ю., Сухарев Ю.И., Мальцева Е. А., Андреевская И.Н.

^ ГОУ ВПО «Челябинский государственный университет»


Аннотация – Антимикробная активность гелей оксигидратов циркония и железа и применения их для обеззараживания водных сред от таких групп, как кишечная палочка , синегнойная палочка , шигелла Флекснера.

Актуальность:

В технологии водоподготовки известен ряд методов обеззараживания воды, который можно классифицировать на основные группы: хлорирование, озонирование, ультрафиолет.

При выборе конкретной технологии учитываются немногие аспекты. В общем, если касаться недостатков того или иного метода, можно сказать, что:

- хлорирование недостаточно эффективно в отношении вирусов, приводит к образованию канцерогенных и мутагенных хлорорганических соединений, имеется опасность передозировки, существует зависимость от температуры, pH и химического состава воды;

- озонирование характеризуется образованием токсичных побочных продуктов (броматы, альдегиды, кетоны, фенолы и др.), опасностью передозировки, возможностью повторного роста бактерий, необходимостью удаления остаточного озона;

- применение УФ-облучения требует качественной предварительной подготовки воды, эффект обеззараживающего действия не длителен.

Можно сделать заключение, что необходима технология, которая бы отвечала бы всем современным нормам, а именно: экологически безопасная, по стоимости достаточно дешевая и которая не требует особо больших затрат на обслуживание.

На основе полученных экспериментальных и расчётных данных предусмотрено создание методики обеззараживания водных растворов (новые подходы к очистке природной воды и городских стоков от бактериальных загрязнений) от микроорганизмов с использованием тока, возникающего в условиях короткозамкнутости электродов в гелевых оксигидратных системах.

Конкретная фундаментальная задача: изучение воздействия тока самоорганизации на клетки микроорганизмов, выявление наиболее эффективных по обеззараживающему действию оксигидратных систем и условий их синтеза.

Было проведено экспериментальное и теоретическое исследование воздействия тока самоорганизации на выживаемость бактерий.

На основе полученных экспериментальных и расчётных данных предусмотрено создание методики обеззараживания водных сред с использованием тока, возникающего в условиях короткозамкнутости электродов в гелевых оксигидратных системах.

Работой предусмотрено накопление и систематизация опытного и теоретического материала по действию электрического тока, возникающего в гелевых оксигидратных системах, на рост бактериальных клеток.

Заключение:

1. Изучено воздействие тока самоорганизации, возникающего в гелевых оксигидратных системах, на рост разных культур условно-патогенных бактерий. Прослежена кинетика изменения колоний при развитии бактерий в течение определенного времени воздействия на них оксигидратных гелей.

2. Создана методика обеззараживания водных растворов и биологических материалов от патогенных микроорганизмов с использованием тока самоорганизации, возникающего в условиях короткозамкнутости электродов в гелевых оксигидратных системах.

3. Выяснен физико-химический механизм действия тока самоорганизации на бактериальные культуры.


Список литературы

1. Строение и свойства адсорбентов и катализаторов / Под ред. Б. Н. Линсена. – Пер. с англ. – М.: Мир, 1973. – 653 с.

2. Стейниер Р., Эдельберг Э., Ингрэм Дж. Биохимия. - т. 2. - М.: Стройиздат, 1979. – 167 с.

3. Ходоровская Н. И. Основы микробиологии и биотехнологии: Учебное пособие. – Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2003. – 44 с.

4. Ивашков Е. А. Инфекции и антимикробная терапия. – т. 4. – М.: Медицина, 2002. – 385 с.






страница8/9
Дата конвертации03.08.2013
Размер2,04 Mb.
ТипДокументы
1   2   3   4   5   6   7   8   9
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rud.exdat.com


База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2012
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Документы