Preview

Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Синтез нанопористых керамических материалов для фильтрации жидкостей и газов методом технологического горения

https://doi.org/10.17073/1997-308X-2020-2-55-63

Полный текст:

Аннотация

Проведены экспериментально-аналитические исследования по синтезу керамического материала на основе системы Ti-Al, обладающего наноразмерной пористой структурой. Результаты предыдущих исследований коллектива авторов показали, что пористые керамические материалы, предназначенные для фильтрации жидкостей и газов, целесообразно получать не путем послойного горения, а в режиме теплового взрыва (по всему объему образца). С применением метода самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) были получены нанопористые керамические мембраны из смеси порошков, мас.%: 40Т + 60A1 в одну стадию с образованием TiAl3. Установлено, что синтезируемый материал состоит из основной фазы TiAl3 с незначительным количеством окислившегося в Al2O3 и непрореагировавшего алюминия. Анализ микроструктуры излома образцов показал, что полученный материал обладает развитой поверхностью и высокой открытой пористостью. Эмпирически определенная ее величина составляет до 48 %, а величина пор - от 0,1 до 0,2 мкм. Эффективность полученного пористого материала для керамического СВС-фильтра на основе Ti-Al достигает 99,999 %, сопротивление газовому потоку - 100 мм вод. ст., фильтрационный показатель равен 0,062. Производительность ультрафильтрации газов составляет до 40 л/(см2•ч) при перепаде давления на фильтре 2 кПа, а воды - от 2 до 10 л/(см2•ч) при перепаде давления на фильтре 0,1 МПа. Изготовленные таким образом мембраны из керамических материалов с градиентной нанопористой структурой могут использоваться в качестве фильтрэлементов для малых установок, позволяющих производить тонкую очистку воды от бактерий, вирусов и растворенного органического углерода, а также для тонкой очистки воздуха и технологических газов от дисперсных микропримесей и радиоактивных аэрозолей. Разработанные мембранные СВС-фильтры также могут востребованы в установках, работающих в агрессивных средах и/или при высоких температурах (до 1000 °C).

Об авторах

М. И. Алымов
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения (ИСМАН) им. А.Г. Мержанова Российской академии наук
Россия

Доктор технических наук, член-корреспондент РАН, директор ИСМАН.

142432, Московская обл., Черноголовка, ул. Акад. Осипьяна, 8.



В. И. Уваров
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения (ИСМАН) им. А.Г. Мержанова Российской академии наук
Россия

Кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) ИСМАН.

142432, Московская обл., Черноголовка, ул. Акад. Осипьяна, 8.



Р. Д. Капустин
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения (ИСМАН) им. А.Г. Мержанова Российской академии наук
Россия

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории ударно-волновых процессов ИСМАН.

142432, Московская обл., Черноголовка, ул. Акад. Осипьяна, 8.



А. О. Кириллов
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения (ИСМАН) им. А.Г. Мержанова Российской академии наук
Россия

Аспирант, младший научный сотрудник лаборатории высокоэнергетических методов синтеза сверхвысокотемпературных керамических материалов ИСМАН.

142432, Московская обл., Черноголовка, ул. Акад. Осипьяна, 8.



В. Э. Лорян
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения (ИСМАН) им. А.Г. Мержанова Российской академии наук
Россия

Доктор технических наук, заведующий лабораторией СВС ИСМАН.

142432, Московская обл., Черноголовка, ул. Акад. Осипьяна, 8.



Список литературы

1. Никитина С.Ю., Рудаков О.Б. Ионообменный реактор для очистки пищевого этанола от микропримесей. Сорбционные и хроматографические процессы. 2012. Т. 12. Вып. 6. C. 1018—1024.

2. Zhigang Lei, Chengna Dai, Jiqin Zhu, Biaohua Chen. Extractive distillation with ionic liquids: A review. Journal Review. Separations: Materials, Devices and Processes. Vol. 60. Iss. 9. P. 3312—3329. DOI: 10.1002/aic.14537.

3. Фарахов М.И., Лаптев А.Г. Энергоэффективное оборудование разделения и очистки веществ в химической технологии. Вестник Казанского технол. ун-та. 2011. No. 9. С. 152—158.

4. Sagar Sharma, Earaf Momin, Shivam Singh, Nilesh Singh. Desalination of seawater by reverse osmosis (Ro) method. Int. J. Innovat. Sci. Res. Technol. 2018. Vol. 3. Iss. 4. P. 159—162. https://ru.scribd.com/document/377348802/Desalination-of-Seawater-by-Reverse-Osmosis-Ro-Method.

5. Darwish M.A., Al-Asfour F. Energy consumption in equivalent work by different desalting methods. Case Study for Kuwait, Desalination. 2002. No.152. P. 83—92.

6. Maheshwari G.P., Al-Ramadhan M., Al-Abdulhadi M. Energy requirement of water production in dual-purpose plants. Desalination. 1995. No. 101. P.133—140.

7. Дытнерский Ю.И. Баромембранные процессы: Теория и расчет. М.: Химия, 1986.

8. Боровинская И.П., Мержанов А.Г., Уваров В.И. Капиллярно-пористые СВС-материалы для фильтрации жидкостей и газов. Наука — производству. 2001. No. 10. С. 28—32.

9. Кипарисов С.С., Либенсон Г.А. Порошковая металлургия. М.: Металлургия, 1980.

10. Youchang Xiao, Tai-Shung Chung, Mei Lin Chng, Shouji Tamai, Akihiro Yamaguchi. Structure and properties relationships for aromatic polyimides and their derived carbon membranes: experimental and simulation approaches. J. Phys. Chem. 2005. Vol.109. Iss. 40. P. 18741—18748. DOI: 10.1021/jp050177l.

11. Lachman I.M., Lewis R.M. Anisotropic cordierite monolith: Pat. 3885977 (USA). 1975.

12. Кирш В.А. Фильтрация субмикронных аэрозолей волокнистыми фильтрами: Автореф. дис. ... докт. физмат. наук. М.: ИФХЭ, 2012.

13. Артюшин В.Р., Волокитин Г.Г., Лысак Г.В., Лысак И.А., Малиновская Т.Д., Чайковская О.Н. Система очистки сточных вод с использованием полипропиленового тонковолокнистого материала. Водоочистка. 2012. No. 2. C. 51—55.

14. Barboza S.D., Seeley W.P., Shucosky A.C. Gas backwash of pleated filters: Pat. 5468397 (USA). 1995.

15. Weston M.H., Peterson G.W., Browe M.A., Jones P.M., Farha O.K., Hupp J.T, Nguyen SonBinh. Removal of airborne toxic chemicals by porous organic polymers containing metal-catecholates. Chem. Commun. 2013. Iss. 29. P. 2995—2997. DOI: 10.1039/C3CC40475G.

16. Salmimiesa R, Kallasb J., Ekbergc B, Gorresd G, Andreas-sene J.-P, Becke R, Hakkinena A. The scaling and regeneration of the ceramic filter medium used in the dewatering of a magnetite concentrate. Int. J. Miner. Process. 2013. Vol. 119. P. 21—26. DOI: 10.1016/j.minpro.2012.12.006.

17. Xinyang Jiao, Xiaohong Wang, Peizhong Feng, Yanan Liu, Laiqi Zhang, Farid Akhtar. Microstructure evolution and pore formation mechanism of porous TiAl3 intermetallics via reactive sintering. Acta Metal. Sinica (Eng. Lett.). 2018. Vol. 31. Iss. 4. P. 440—448. DOI: 10.1007/s40195-017-0663-7.

18. Уваров В.И., Боровинская И.П., Мержанов А.Г. Способ получения пористого материала и материал, полученный этим способом: Пат. 2175904 (РФ). 2011.

19. Levashov E.A., Mukasyan A.S., Rogachev A.S., Shtansky D.V. Self-propagating high-temperature synthesis of advanced materials and coatings. Int. Mater. Rev. 2017. Vol. 62. No.4. P. 203—239. DOI: 10.1080/09506608.2016.1243291.

20. Quanlin Shi, Botao Qin, Peizhong Feng, Huashen Ran, Binbin Song, Jianzhong Wangc, Yuan Ge. Synthesis, microstructure and properties of Ti—Al porous intermetallic compounds prepared by a thermal explosion reaction. RSC Advances. 2015. Iss. 57. P. 46339—46347. https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/RA/2015/C5RA04047G#!div.

21. Мержанов А.Г. Процессы горения и синтез материалов. Черноголовка: ИСМАН, 1998.

22. Jiang Y., He Y.H., Xu N.P., Zou J., Huang B.Y., Liu C.T. Effects of the Al content on pore structures of porous TiAl alloys. Intermetallics. 2008. Vol. 16. Iss. 2. P. 327—332. DOI: 10.1016/j.intermet.2007.11.002.

23. Бакунов В.С., Балкевич В.Л., Гузман И.Я., Лукин Е.С. Практикум по технологии керамики и огнеупоров. М.: Стройиздат, 1972.

24. Клименко А.П. Методы и приборы для измерения концентрации пыли. М.: Химия, 1978.

25. Ван де Г. Хюлст. Рассеяние света малыми частицами. М.: Иностранная литература, 1961.

26. Уваров В.И., Боровинская И.П., Загнитько А.В., Троценко Н.М., Лукин Е.С. Фильтры для установок по получению воды для инъекционных растворов (апирогенной воды). Огнеупоры и техническая керамика. 2003. No. 5. С. 22—28.


Для цитирования:


Алымов М.И., Уваров В.И., Капустин Р.Д., Кириллов А.О., Лорян В.Э. Синтез нанопористых керамических материалов для фильтрации жидкостей и газов методом технологического горения. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2020;(2):55-63. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2020-2-55-63

For citation:


Alymov M.I., Uvarov V.I., Kapustin R.D., Kirillov A.O., Loryan V.E. Synthesis of nanoporous ceramic materials for filtration of liquids and gases by technological combustion method. Izvestiya vuzov. Poroshkovaya metallurgiya i funktsional’nye pokrytiya. 2020;(2):55-63. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1997-308X-2020-2-55-63

Просмотров: 28


ISSN 1997-308X (Print)
ISSN 2412-8767 (Online)