Регистрация / Вход
Прислать материал

Концентрирование малолетучих органических соединений на сорбционных материалах на основе металлорезины

Сведения об участнике
ФИО
Карсункина Алеся Сергеевна
Вуз
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева»
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Новые материалы. Производственные технологии и процессы
Раздел области наук
Нанотехнологии
Тема
Концентрирование малолетучих органических соединений на сорбционных материалах на основе металлорезины
Резюме
Металлорезина представляет собой блочный материал с варьируемой порозностью, на поверхности которого путем оксидирования формируется наноструктурный оксидный слой. В рамках работы впервые показано, что металлорезина может быть использована в качестве сорбционного материала, который отличается низким газодинамическим сопротивлением слоя и высокой эффективностью и экспрессностью концентрирования микропримесей малолетучих органических соединений из воздушных сред.
Ключевые слова
металлорезина, наноструктурный оксидный слой, концентрирование, десорбция
Цели и задачи
Целью работы являлось изучение возможности использования металлорезины в качестве сорбционного материала для концентрирования микропримесей малолетучих органических соединений.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
1 – разработать способ получения парогазовых смесей, содержащих микропримеси пластификаторов
2 – провести сравнительную оценку сорбционной способности трёх образцов металлорезины
3 – провести сравнительную оценку эффективности абсорбционного и адсорбционного концентрирования на примере определения диоктилфатала в воздухе
Введение

Металлорезина представляет собой блочный материал с варьируемой порозностью, изготовленный путем холодного прессования определенным образом уложенной и дозированной по весу металлической проволочной спирали.  Разработанный в СГАУ материал  широко используется в  качестве демпфирующего материала [1], а также как носитель для микро- и наночастиц катализаторов [2], при этом исследования сорбционных свойств материалов на основе металлорезины ранее не проводилось. Однако, следует отметить, что возможность варьирования порозности и, как следствие, газодинамического сопротивления слоя материала, а также возможность формирования оксидных нано- и микрослоев делает перспективным его применение в качестве сорбционного материала. 

Методы и материалы

В данной работе для создания блоков сорбционного материала на основе металлорезины использовалась сталь марки Х18Н10, порозность образцов составила 0,7. Для исследования были взяты 3 образца металлорезины: 1 –металлорезина без обработки, 2 – металлорезина, оксидированная при 300° С,  3 – металлорезина, обработанная соляной кислотой и оксидированная при 700°С.

Исследование сорбционных свойств металлорезины проводилось на примере концентрирования малолетучих органических соединений – пластификатора диоктилфталата (ДОФ).  Для проведения эксперимента была собрана установка, позволяющая получать  газовые потоки, содержащие микропримеси ДОФ в воздухе. Установка состоит из трех частей:

1 –  Источник ДОФ, представляющий собой  поглотитель, заполненный чистым веществом и помещенный  в термостат (температура составляла  60°С).

2 – Система концентрирования (поглотитель, заполненный изопропанолом объёмом 5 мл или  патрон, содержащий два последовательно расположенных блока  сорбционного материала на основе металлорезины)

3 – Аспиратор для создания потока воздуха через поглотитель с ДОФ  и систему концентрирования (скорость потока составляла 1 л/мин).

Десорбцию сконцентрированных микропримесей с металлорезины проводили с использованием изопропанола под действием ультразвука в течение 2 мин последовательно с первого блока и с обоих блоков металлорезины. Количественный анализ полученных концентратов проводили методом газовой хроматографии. 

Описание и обсуждение результатов

В качестве параметра сравнения трех образцов сорбционного материала использовали массу диоктилфталата, десорбированного с первого блока  сорбционного материала  и с обоих блоков.

Экспериментально установлено, что наибольшее количество диоктилфталата десорбировано с необработанной металлорезины (36,5 мкг). Данный образец практически не содержит оксидного слоя и, видимо, в данном случае выступает в роли фильтра. Поэтому необработанная металлорезина легко улавливает диоктилфталат и легко его десорбирует.

Второй и третий образцы металлорезины содержат оксидные слои, которые и выступают в роли адсорбента. Поэтому снижение по сравнению с необработанной металлорезиной количества ДОФ (до 28,4 и 19,1 соответственно)  может быть объяснено неполнотой десорбции в данных условиях. Увеличение времени воздействия ультразвука в 3 раза  и объема изопропанола в 2 раза позволило десорбировать со второго образца металлорезины сопоставимое количество ДОФ по сравнению с первым.

После проведения десорбции с третьего образца изопропанольный экстракт содержал частицы оксидного слоя: при относительно низких температурах оксидирования формируется более развитая поверхность, при более высоких – более толстый оксидных слой, который, видимо, подвергается разрушению.

Установлено, что количество диоктилфталата, десорбированое с обоих блоков металлорезины, незначительно отличается от количества диоктилфталата, десорбированного с первого блока (отклонение составляет не более 5%). Это говорит о том, что основная часть диоктилфталата улавливается на первый блок и значительного проскока не наблюдается, поэтому в целях практического удобства можно ограничится одним блоком.

Согласно стандартизованным методикам для определения ряда пластификаторов – диалкилфталатов [3], используемых при производстве линолеума, в качестве пробоподготовки используется абсорбционное улавливание компонентов с последующим упариванием экстрактов для достижения необходимой чувствительности анализа.  При сравнении  различных способов пробоподготовки установлено, что стандартизированная методика определения диоктилфталата с абсорбционным концентрированием с использованием изопропанола дает явно заниженные результаты по сравнению с адсорбционным концентрированием: определенная концентрация ДОФ в газовой фазе  в первом случаем составляла 0,13 мг/м3,, во втором – 0,64 мг/м3  Это может быть связано как с неполным улавливанием диоктилфталата из газового потока, так и погрешностями анализа за счет дополнительного упаривания концентрата.

 Полученные результаты могут быть использованы для определения микропримесей пластификаторов в воздушных средах для  обеспечения экологической безопасности производств полимерных композиционных материалов и изделий на их основе и оценки безопасности использования получаемых изделий в быту. 

Используемые источники
1 Иголкин, А.А. Применение пористого материала «металлорезина» в гидрогазовых системах энергетических установок для шумоподавления и термостабилизации [Текст] / Иголкин А.А., Изжеуров Е.А., Сафин А.И., Шахматов Е.В. // Судостроение. – 2012. – № 5. – С. 46-48.
2 Тупикова Е.Н. Платиновые металлы на металлических носителях - каталитические системы окислительных и гидрогенизационных процессов [Текст] / Диссертация …канд.хим. наук. Самара, 2003. 175 с.
3 Измерение концентраций дибутилфталата и диоктилфталата газохроматографическим методом [Текст] / Контроль воздуха на предприятиях по переработке пластмасс. Методические указания. Москва, 1985.152 с.
Information about the project
Surname Name
Karsunkina Alesya Sergeevna
Project title
The concentration of low-volatile organic compounds on sorption materials based on metalrubber
Summary of the project
Metalrubber represents block material with the varied porosity on which surface by oxygenating the nanostructural oxidic layer is created.
As part of the first to show that metalrubber can be used as a sorption material , which has a low flow resistance layer and high efficiency and rapidity trace concentration low-volatile organic compounds from air environments .
Keywords
metalrubber, nanostructural oxidic layer, concentration, desorption