14.740.11.0376-5

АННОТАЦИЯ ПО ПРОЕКТУ
Государственный контракт № ГК 14.740.11.0376 от 20 сентября 2010 г.
Тема: «Научные основы электродных процессов синтеза и анализа органических и неорганических веществ на симметричном и асимметричном переменном токе»
Исполнитель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет»
Ключевые слова: АЛЬТАКС, ОКСИД НИКЕЛЯ, ОКСИД ЖЕЛЕЗА, ОПЫТНОПРОМЫШЛЕННАЯ УСТАНОВКА, ТЕМПЕРАТУРНО-ЁМКОСТНЫЙ МЕТОД,
РАСТВОРЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ
1.
Цель проекта
1. Задачей проекта являлась разработка:
– процессов электрохимического получения альтакса на асимметричном переменном токе, и ультрамикродисперсного порошка смеси оксидов никеля и железа на переменном симметричном и асимметричном токе с замкнутым циклом использования реагентов и воды;
– кондуктометрического температурно-ёмкостного метода анализа состава растворов электролитов по резонансной частоте колебаний гидратированных ионов.
2. Цель работы:
– создание научных основ электродных процессов получения ультрамикродисперсного порошка смеси оксидов никеля и железа на переменном симметричном и асимметричном токе;
– создание научных основ электродных процессов синтеза альтакса на симметричном и асимметричном переменном токе, электродиализной очистки промывных вод;
– создание научных основ кондуктометрического температурно-ёмкостного метода анализа состава растворов органических и неорганических веществ по резонансной
частоте колебаний гидратированных ионов.
2.
Основные результаты проекта
1) Краткое описание основных полученных результатов (основные теоретические и экспериментальные результаты, фактические данные, обнаруженные взаимосвязи и закономерности);
Разработаны и смонтированы исследовательские установки для изучения: влияния
частоты симметричного и асимметричного переменного тока на анодное поведение никеля и железа в концентрированных растворах гидроксидов щелочных металлов при различных температурах в диапазоне частот 20…100 ± 1 Гц, температур 323…343 ± 1 К и
соотношения плотностей тока от 1 : 1 до 1 : 10 при достигаемом максимальном значении тока 10 А; влияния частоты симметричного и асимметричного переменного тока на
кинетику анодного процесса получения ди-(2-бензтиазолил)дисульфида в диапазоне частот 20…100 ± 1 Гц, температур 323…343 ± 1 К при достигаемом максимальном значении тока 10 А; зависимости импеданса электродной системы от температуры для разработки метода анализа состава и концентрации растворов электролитов по температурно-емкостной зависимости импеданса, погрешность определения концентрации раствора электролита не хуже ± 5 %; режимов электродиализной очистки промывных вод с
погрешностью определения степени очистки не хуже ± 5…10 %.
2) Указание основных характеристик созданной научной продукции;
Установлены эффективные режимы проведения процесса электрохимического
синтеза альтакса на асимметричном синусоидальном переменном токе с электродиализ-
ной очисткой и замкнутым циклом использования воды: частота симметричного синусоидального переменного тока 110 Гц; частота асимметричного синусоидального переменного тока 50 Гц, соотношение плотностей тока в катодный и анодный полупериоды 0,9;
плотность тока 1 А/см2; напряжение на электролизёре 8 В; температура реакционной
массы в зоне электродов 338…343 К; непрерывное перемешивание с помощью двухъярусной мешалки; вывод суспензии продукта из электролизёра; корректировка концентрации
каптакса в реакционной массе; направление откорректированной реакционной массы в
рецикл; направление промывных вод на электродиализ и возврат воды на стадию промывки, а сконцентрированных растворов кислоты и щелочи на соответствующие стадии процесса; целевой продукт – альтакс имеет температуру плавления 442…443 К.
Разработана унифицированная технологическая схема электрохимического получения ультрамикродисперсных (нанодисперсных) порошков оксидов металлов и их смесей
на примере оксидов никеля и железа с использованием симметричного и асимметричного
переменного тока с частотой 20 Гц при температуре 343 К в 17 М растворе гидроксида
натрия.
Полученные нами данные исследования импеданса кондуктометрической ячейки, заполненной смесями электролитов (органические и неорганические соли, кислоты и гидроксиды), показали наличие трёх минимумов зависимости импеданса от частоты переменного напряжения, отвечающих резонансным частотам колебаний соответствующих
гидратированных ионов (гидроксония, гидроксида, ацетата, оксалата, сульфата,
натрия, калия, кобальта, магния и т.д.).
Выведены уравнения, описывающее влияние температуры и концентрации на величину резонансной частоты взаимосвязанных колебаний гидратированных ионов..
Обобщены полученные результаты исследований процессов синтеза альтакса, ультрамикродисперсных порошков смеси оксидов никеля и железа, а также разработки
кондуктометрического температурно-ёмкостного метода анализа состава растворов
электролитов.
Результаты проведённых научно-исследовательских работ, были положены в основу разработанных рекомендаций для создания опытно-промышленных установок синтеза
альтакса и ультрамикродисперсных порошков смеси оксидов никеля и железа, а также
рекомендаций для электродиализной очистки сточных вод указанных процессов и программы внедрения результатов НИР в учебный процесс.
3) Описание новизны научных решений;
Синтез альтакса с применением переменного тока на резонансной частоте (около
110 Гц), отвечающей разряду ион-дипольного ассоциата, состоящего из двух ионов 2меркаптобензтиазолата и пяти молекул воды. Корректировка концентрации каптакса в
реакционной зоне электролизера с помощью установленной специальной ёмкости, содержащей пасту натриевой соли каптакса. Применённое решение позволяет получать
альтакс высшего сорта при снижении количество промывной воды.
Впервые установлена возможность определять не только концентрацию, но и состав растворов электролитов кондуктометрическим темперватурно-ёмкостным методом..
4) Сопоставление с результатами аналогичных работ, определяющими мировой уровень.
В отечественной и иностранной литературе отсутствуют сведения о получении
альтакса на асимметричном переменном токе, смесей ультрамикродисперсных порошков
оксидов никеля и железа на симметричном и асимметричном переменном токе, а также
о кондуктометрическом температурно-ёмкостном методе определения состава растворов электролитов.
3.
Назначение и область применения результатов проекта
1) Описание областей применения полученных результатов (области науки и техники; отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут или уже используются полученные результаты или созданная на их основе инновационная продукция);
Полученные результаты могут быть использованы при разработке опытнопромышленного производства альтакса и нанодисперсных порошков оксидов металлов и
их смесей для нужд технологий резинотехнической промышленности и нанодисперсных
материалов.
2) Описание направлений практического внедрения полученных результатов или
перспектив их использования;
Направлением практического внедрения технологии синтеза ультрамикродисперсных порошков оксидов металлов и их смесей является создание опытно-промышленного
производства в ОАО «НаноТехцентр» г. Тамбов.
3) Оценка или прогноз влияния полученных результатов на развитие научнотехнических и технологических направлений; разработка новых технических решений; на
изменение структуры производства и потребления товаров и услуг в соответствующих
секторах рынка и социальной сферы.
Полученные результаты будут способствовать развитию ресурсосберегающих
электрохимических технологий синтеза органических и неорганических веществ на переменном токе, улучшению структуры производства и решению экологических проблем.
4) Описание ожидаемых социально-экономических эффектов от использования
товаров и услуг, созданных на основе полученных результатов
Экономическая эффективность работы определяется: возможностью создания
процессов синтеза альтакса и ультрамикродисперсных порошков оксидов никеля, железа
и их смесей с замкнутым циклом использования воды и реагентов; без применения сильно
агрессивных веществ и алифатических спиртов при приготовлении реакционного раствора, снижением расходных коэффициентов производства, затрат электроэнергии на
стадии синтеза целевого продукта и исключения выбросов полютантов, а также отказа
от операций платинирования электродов кондуктометрической ячейки и определения ее
постоянной в кондуктометрическом температурно-ёмкостном методе определения
концентрации и вида растворенного электролита.
5) Описание существующих или возможных форм коммерциализации полученных результатов: «Коммерциализация проектом не предусмотрена».
6) Описание видов новой и усовершенствованной продукции, которые могут быть созданы
или уже созданы на основе полученных результатов интеллектуальной деятельности (РИД)
На основе полученных РИД может быть создано опытно-промышленное производство
альтакса и ультрамикродисперсных порошков оксидов никеля и железа, а также их смесей с заданной производительностью.
Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечены применением поверенных приборов, математических методов обработки экспериментальных данных; при построении графиков изучаемых зависимостей усреднение данных проводили с
помощью линий тренда, соответствующих представлениям о характере протекающих
на электродах процессов, ясной физической трактовкой и согласованностью выводов с
общепринятыми положениями теоретической и прикладной электрохимии.
4.
Достижения молодых исследователей – участников Проекта
В проекте принимала участие молодой исследователь Никифорова Елена Юрьевна,
кандидат технических наук, ст. научный сотрудник. При её непосредственном участии
получить следующие результаты: установлены закономерности влияния частоты тока,
температуры и концентрации раствора гидроксида натрия на скорость образования
ультрамикродисперсного порошка оксидов никеля и железа; показано, что с максимальной скоростью никелевые и железные электроды разрушаются в 17 М NaOH при 70 °С и
частоте переменного синусоидального тока 20 Гц; выявлена закономерность влияния
соотношения плотностей токов в анодный и катодный полупериоды на скорость разрушения никелевых электродов и степень окисления образующихся оксидов; показано, что
максимальная скорость образования ультрамикродисперсного порошка оксида никеля и
железа в 17 М растворе NaOH наблюдается при соотношении анодной плотности тока
к катодной равной 2,5; найдено, что ультразвуковое воздействие с частотой 20…100
кГц приводит к интенсификации разрушения никелевого и железного электродов при
наложении переменного синусоидального тока в 2 раза; впервые установлена зависимость химического состава образующихся оксидов и размеров частиц ультрамикродисперсного порошка от частоты переменного синусоидального тока, соответствующие
мировому уровню в области электрохимической технологии синтеза ультрамикродисперсных порошков оксидов никеля и железа на переменном токе, что позволит использовать полученные результаты в технологии синтеза наноуглеродных материалов и продолжить исследования в направлении создания научных основ процессов синтеза нанодисперсных порошков оксидов металлов и их смесей для нужд производства композиционных и иных наноматериалов».
В проекте принимал участие молодой исследователь Бакунин Евгений Сергеевич,
аспирант. При его непосредственном участии удалось получить следующие результаты:
установление механизма анодного процесса: в синтезе альтакса участвует иондипольный ассоциат, состоящий из двух 2-меркаптобензтиазольных ионов и пяти молекул воды; разработка лабораторного регламента синтеза альтакса, позволяющего получать целевой продукт высшего сорта; разработка новой конструкции электролизёра,
позволяющей синтезировать альтакс с примесью каптакса менее одного процента; разработка опытно-промышленной схемы синтеза альтакса с замкнутым циклом использования реагентов и воды, соответствующие мировому уровню в области электрохимической технологии синтеза альтакса на переменном токе, что позволит использовать полученные результаты в технологии синтеза резинотехнических изделий и продолжить
исследования в направлении создания научных основ процессов синтеза органических дисульфидов для нужд производства резинотехнических материалов.
В проекте принимала участие молодой исследователь Слобина Елена Семёновна,
аспирант. При её непосредственном участии удалось получить следующие результаты:
установление зависимости резонансных частот колебаний гидратированных ионов ряда
органических и неорганических солей и кислот от концентрации и температуры; – разработка кондуктометрического температурно-ёмкостного метода определения вида
растворённого электролита и его концентрацию. соответствующие мировому уровню в
области теории колебательных процессов в двойном электрическом слое в отсутствие
стадии разряда-ионизации и электрохимических методов анализа состава растворов
электролитов, что позволит использовать полученные результаты в аналитической
практике и продолжить исследования в направлении создания научных основ импедансных кондуктометрических методов для нужд определения состава растворов электролитов и их концентрации в различных производствах.
5.
Опыт закрепления молодых исследователей – участников Проекта
(этапа проекта) в области науки, образования и высоких технологий
Приняты на работу в НИС ФГБОУ ВПО «ТГТУ»:
1. Острожкова* (Никифорова) Елена Юрьевна – ст. научный сотрудник;
2. Ярмоленко Владислав Владимирович – мл. научный сотрудник;
3. Ивлиев Александр Анатольевич – мл. научный сотрудник;
4. Николаева Елена Андреевна – мл. научный сотрудник;
5. Новоторцева (Васильева) Анастасия Юрьевна –мл. научный сотрудник;
6. Блудова Дарья Осиповна – мл. научный сотрудник;
7. Ульев Игорь Александрович – мл. научный сотрудник;
8. Домнышев Виталий Андреевич – мл. научный сотрудник.
Приняты в аспирантуру:
1. Острожкова (Никифорова) Елена Юрьевна;
2. Слобина Елена Семеновна;
3. Бакунин Евгений Сергеевич;
4. Котельникова Ирина Владимировна;
5. Ворожейкин Юрий Александрович
*Примечание: аспирант Острожкова (Никифорова) после успешного окончания
аспирантуры в ноябре 2010 года была принята на работу в НИС ФГБОУ ВПО «ТГТУ».
Приняты в докторантуру:
1. Ковалев Сергей Владимирович;
2. Головашин Владислав Львович.
Проблем в ходе выполнения проекта при закреплении молодых исследователей не
было.
6.
Перспективы развития исследований
1) Информация о том, насколько участие в ФЦП способствовало формированию
новых исследовательских партнерств.
Установлено партнёрство с ООО «НаноТехЦентр» (г. Тамбов), состоящее в совместных испытаниях получаемых нами ультрамикродисперсных порошков оксидов металлов электролизом на переменном синусоидальном токе в технологии производства
углеродных наноматериалов. Результатом партнерства было принятие электрохимической технологии синтеза ультрамикродисперсных порошков к внедрению в ООО «НаноТехЦентр» (г. Тамбов).
Участвует ли НОЦ в проектах по 7-й рамочной Программе Евросоюза – нет.
2) Краткая информация о проектах НОЦ по аналогичной тематике.
Других проектов НОЦ по аналогичной тематике не выполнялось.
3) Сотрудничество с ИОХ РАН (г. Москва); РХТУ имени Д. И. Менделеева (г.
Москва), ИФХЭ РАН (г. Москва) может способствовать наибольшей отдаче для развития в России технологий в области исследования, а также для выхода российской продукции на региональные и глобальные рынки.
7. Сведения в табличном формате:
Сведения о результатах интеллектуальной
деятельности, полученных в ходе исполнения Государственного контракта
Сведения о публикациях, выпущенных в ходе
исполнения Государственного контракта
Сведения о диссертациях, подготовленных
в ходе исполнения Государственного контракта
Сведения о выступлениях на конференциях,
проведенных в ходе исполнения Государственного контракта
Сведения о внедрении результатов проекта
в образовательный процесс, полученных в
ходе исполнения Государственного контракта
Сведения об исполнителях Государственного контракта
Приложение 1 к аннотации
Приложение 2 к аннотации
Приложение 3 к аннотации
Приложение 4 к аннотации
Приложение 5 к аннотации
Приложение 6 к аннотации
Руководитель работ по проекту
Заведующий кафедрой химии _________________ А.Б. Килимник
Руководитель организации-исполнителя:
Ректор ФГБОУ ВПО «ТГТУ»_________________ С.В. Мищенко
15 октября 2012 г.
М.П.