Научные публикации

Ceramics International (Q1), 2024

Реляционная модель составов эмалевых покрытий и температуры спекания на основе алгоритма нейронной сети обратного распространения ошибки

Hao Hong, Wensheng Li, Cuixia Li, Xiaohan Qi, Yatsenko Elena

Снижение температуры спекания эмалевых покрытий традиционно происходит за счет снижения содержания сеткообразователей (таких как SiO2) и увеличения содержания флюсов (например, оксидов щелочных металлов), что приведет к снижению плотности [-Si-O -] сетчатая структура и отрицательно влияют на коррозионную стойкость эмалевых покрытий. Для обеспечения максимально низкой температуры спекания эмалевых покрытий при высоком содержании SiO2 необходима разработка новых рецептур эмалевых покрытий. Однако обильные составы эмалевых покрытий вызывают огромные проверочные нагрузки. Для решения этой проблемы в данной статье создана реляционная модель составов эмалевых покрытий и температуры спекания с использованием алгоритма нейронной сети обратного распространения (BP) и предложена формула, которая удовлетворяет требованию более низкой температуры спекания при высоком содержании SiO2. Когда содержание SiO2 составляет 55 %, температуру спекания можно снизить примерно до 400 °C. Кроме того, в этой статье с использованием алгоритма чувствительности идентифицируется влияние обычных компонентов эмали на температуру спекания. Полученный общий закон формул состоит в том, что значение общего веса формулы при низких температурах спекания должно быть около -0,3. Данная статья может дать ценное теоретическое руководство для последующих исследований и расширить диапазон применения эмалевых покрытий.

Читать статью полностью

Gels (Q1) 2024, 10(1), 19

Исследование по отверждению и вспениванию модифицированных поверхностно-активными веществами геополимерных гелей на основе золошлаковых отходов сжигания угля

Е.А. Яценко, С.В. Трофимов, Б.М. Гольцман, Веньшень Ли, В.А. Смолий, А.В. Рябова, Л.В. Климова, А.И. Изварин

В работе изучено влияние температурно-временных условий, поверхностно-активных веществ и различного состава отходов на отверждение геополимерных гелей, пенообразование и свойства пористых геополимеров. Результаты показывают, что 6-часовой период отверждения приводит к плотности 435 кг/м3 и прочности 0,66 МПа с заметным улучшением через 12 часов. При сравнении 12- и 24-часового периода отверждения различия находятся в пределах 5 %, что выделяет 12-часовой период как более энергоэффективный. Образцы на основе стеарата натрия демонстрируют превосходные свойства, значительно повышая прочность при сохранении остальных свойств. Микроволновое отверждение обеспечивает самую низкую плотность (291 кг/м3) и соответствует свойствам образцов, отверждаемых традиционным способом в течение 12 часов. Однако применение микроволнового излучения приводит к полному разрушению гелей за счет реакции Дюма, модифицированных стеаратом натрия, что делает его непригодным при температуре выше 200°С. Оптимальные свойства достигаются у составов с использованием стеарата натрия и отверждения в сушильном шкафу, достигая плотности 334 кг/м3 и прочности 1,08 МПа (Северодвинская ТЭЦ-1) и 373 кг/м3 и 1,17 МПа (Новочеркасская ГРЭС). Хотя микроволновое отверждение обеспечивает высокую энергоэффективность, его высокие температуры требуют тщательного выбора материала. Это исследование дает представление об улучшении свойств геополимеров, подчеркивая при этом важность индивидуальных методов отверждения для разработки устойчивых материалов.

Читать статью полностью

Journal of Thermal Analysis and Calorimetry

Влияние температурного поля на формирование термически вспененных силикатных материалов на основе промышленных отходов

Е.А. Яценко, Б.М. Гольцман, А.И. Изварин, В.М. Курдашов, С. Чаудхари, В.А. Смолий, А.В. Рябова, Л.В. Климова, Н.А. Вильбицкая

В статье исследовано влияние температурного поля на образование вспененных силикатных материалов на основе различных отходов, таких как стеклобой и золошлаковые отходы. Проведены расчеты состава шихты для производства вспененных материалов. Были синтезированы образцы и изучены их физические свойства. Обнаружено, что процессы при термообработке пористых силикатных материалов можно разделить на две качественно разные стадии: низкотемпературный нагрев до спекания и высокотемпературный нагрев от спекания до плавления. Описано влияние распределения температурного поля на динамику формирования пористой структуры. Изучена зависимость вязкости от температуры для различных видов отходов. Определены температуры, при которых формируется пористая структура. Обсуждается влияние пенообразователя на интенсивность пенообразования. Сделаны практические выводы по корректировке температуры и состава сырья для получения однородной пористой структуры.

Читать статью полностью

International Journal of Molecular Sciences (Q1) 2023, 24(23), 17023

Механизм иммобилизации Cs в каркасе содалита: роль щелочных катионов и соотношение Si/Al

А.С. Каспржицкий, Я.М. Ермолов, В.Б. Мищиненко, А.А. Васильченко, Е.А. Яценко, В.А. Смолий

Кондиционирование радиоактивных отходов, образующихся в результате работы медицинских учреждений, установок ядерного цикла и ядерных установок, имеет важное значение для безопасности окружающей среды. Одним из наиболее опасных радионуклидов является радиоактивный цезий. Необходимы более эффективные решения для сдерживания радионуклидов, особенно цезия (Cs+). Геополимеры являются перспективными неорганическими материалами, способными обеспечить большую площадь активной поверхности с регулируемой пористостью и связующей способностью. Существование наноразмерных цеолитоподобных структур в алюмосиликатных гелях было показано ранее. Эти структуры являются кандидатами на иммобилизацию радиоактивного цезия (Cs)...

Читать статью полностью

Sustainability (Q1) 2023, 15(23), 16296

Утилизация отходов сжигания угля путем производства вспененных геополимеров повышенной прочности

Е.А. Яценко, Б.М. Гольцман, Ю.В. Новиков, С.В. Трофимов, А.В. Рябова, В.А. Смолий, Л.В. Климова

Переработка промышленных отходов в полезные материалы является важнейшей задачей для достижения устойчивого развития материаловедения. Использование отходов производства при изготовлении строительных материалов способствует улучшению экологической обстановки и снижению себестоимости конечного продукта. В данной статье рассматриваются вопросы утилизации отходов сжигания угля, перерабатываемых во вспененные геополимеры, и способы повышения их прочностных свойств за счет введения упрочняющих добавок. …

Читать статью полностью

Applied Surface Science (Q1) (опубликована 26.09.2023) Vol. 642, 158565

Структура слоя связанной воды на поверхности монтмориллонита: роль транс- и цис -вакантных мест

А. Каспржицкий, А. Кругликов, Я. Ермолов, В. Явна, М.Плешко, Г. Лазоренко

Связанная вода на поверхности глинистых минералов определяет природу широкого класса явлений — от диффузии межслоевых катионов до синтеза пребиотических макромолекул на ранней Земле. Однако природа формирования пространственной структуры и свойств слоя связанной воды до конца не изучена.

Читать статью полностью

Data in Brief (Q2) Volume 51, December 2023, 109668

Структурные и электронные характеристики воды на основе поверхностной цис- и транс-вакантной разновидности монтмориллонита

А. Каспржицкий, А. Кругликов, Я. Ермолов, Г. Лазоренко

Данные, приведенные в статье, были получены с помощью CASTEP на основе теории функционала плотности (DFT) с применением базиса плоских волн и обменно-корреляционного функционала PBE. Взаимодействия Ван-дер-Ваальса учитывались с помощью полуэмпирической поправки Гримме-D2.

Читать статью полностью

Energies (Q1) 2023, 16(22), 7535

Переработка золошлаковых отходов тепловых электростанций для получения вспененных геополимеров

Е.А. Яценко, Б.М. Гольцман, А.И. Изварин, В.М. Курдашов, В.А. Смолий, А.В. Рябова, Л.В. Климова

Золошлаковые отходы (ЗШО) от сжигания угля создают серьезные экологические и экономические проблемы. Перспективным методом переработки ЗШО является щелочная активация с образованием геополимерного материала. В настоящей работе изучено влияние компонентов активирующего раствора (гидроксида и силиката натрия) на образование пористых геополимеров с использованием ЗШО различного происхождения.

Читать статью полностью

Journal of Cleaner Production Volume 426, 10 November 2023, 138994

Динамика формирования структуры пеностекла с использованием стекольных отходов и жидкой вспенивающей смеси

Гольцман Б.М., Яценко Е.А.

Пеностекло, экологичный изоляционный материал, повышает энергоэффективность здания и переработку стеклянных отходов. Жидкие пенообразователи позволяют добиться равномерного распределения пор и снизить энергозатраты на производство. В данной работе изучались жидкие смеси «жидкое стекло-глицерин» в синтезе пеностекла, изучалась динамика пенообразования при комнатной температуре и 600 °C. Он показывает, что жидкое стекло препятствует испарению глицерина, в то время как глицерин подавляет вспенивание жидкого стекла. Исследовано взаимодействие пенообразующей смеси со стеклянным порошком. Установлено, что разложение глицерина происходит независимо от атмосферы, но может быть усилено кислородом. Процесс вспенивания включает в себя образование ядер пор (640–770 °C), рост пор (700–840 °C) и коалесценцию пор (840–900 °C). Разработана комплексная модель вспенивания «стеклянный порошок-жидкость-глицерин», описывающая процессы в жидкой смеси (испарение воды, структурные изменения в жидком стекле, переход и разложение глицерина из жидкости в газ) и тепловые изменения в стекле (спекание, плавление, вспенивание и разрушение пены). Были представлены идеи по оптимизации промышленного пеностекла с акцентом на использование побочных продуктов глицерина и жидкого стекла и снижение содержания глицерина для повышения устойчивости и эффективности.

Читать статью полностью

CIS Iron and Steel Review, 2023, 25, pp. 97–101

Проблемы защиты и теплоизоляции стальных резервуаров, используемых в водородной энергетике

Яценко Е.А., Гольцман Б.М., Изварин А.И., Новиков Ю.В.

Приведены тенденции развития водородной энергетики, как альтернативного экологически безопасного источника энергии. Рассмотрены проблемы хранения водорода в стальных сферических резервуарах связанные главным образом с теплоизоляцией емкости. Рассмотрено строение стальных сферических резервуаров для хранения жидкого водорода при низких температурах, составляющих, как правило, 21 К – температура конденсации водорода. Приведены характеристики аустенитной нержавеющей стали AISI 316L, разработанной на основе марки стали AISI 304, улучшенной 2,5 % добавкой молибдена, что повышает ее коррозионную устойчивость и позволяет использовать сталь AISI 316L в агрессивных средах, и поэтому нашедшей наиболее широкое применение в конструировании сферических водородных резервуаров. Приведен химический состав аустенитной нержавеющей стали AISI 316L. Рассмотрен ряд теплоизоляционных материалов для хранения водорода в стальных сферических резервуарах. Приведены характеристики используемого для этой цели в настоящее время вспученного перлита, обладающего рядом недостатков, таких как слеживание материала, высокие затраты при его производстве, потеря теплоизоляционных свойств после определенного цикла оттаивания – заморозки. Приведены характеристики альтернативных теплоизоляционных материалов, таких как аэрогели, пенополистирол, пеностекло. Установлено, что аэрогели, несмотря на все свои преимущества не обладают устойчивостью в кислородной среде и являются весьма дорогостоящим материалом; пенополистирол являясь органическим веществом, подвержен воспламеняемости, в связи с чем не пригоден для использования в водородной энергетике. Определен наиболее перспективный теплоизоляционный материал – пеностекло, обладающий рядом преимуществ перед другими материалами. Разработаны составы шихт для получения пеностекла, проведен синтез серии образцов пеноматериала. Выбран оптимальный состав пеностекла, наиболее пригодный для хранения водорода в стальных сферических резервуарах.

Читать статью полностью

Materials (Q1). – (опубликована 27.12.2022) – Т. 16. – С. 264.

Влияние различных отходов угольной энергетики и пенообразователей на синтез вспененных геополимерных материалов

Е.А. Яценко, Б.М. Гольцман, С.В. Трофимов, Ю.В. Новиков, В.А. Смолий, А.В. Рябова, Л.В. Климова

Рассмотрены закономерности получения вспененных щелочно-активированных геополимерных материалов на основе различных отходов угольной энергетики (летучая зола, топливный (котельный) шлак, зола, шлаковая смесь). Фазовый состав исследуемых отходов показал наличие значительного количества аморфной фазы, а также кристаллической фазы, в основном в виде высокого кварца. Микроструктура исследуемых отходов показала, что летучая зола состояла из монодисперсных полых алюмосиликатных микросфер, топливный шлак был представлен полидисперсными нерегулярными частицами, а золошлаковая смесь включала оба этих материала в разных соотношениях. Вспенивающие агенты, такие как алюминиевый порошок, перекись водорода и гипохлорит натрия, были выбраны для достижения пористой структуры геополимерных материалов. Проведены расчеты составов предшественников геополимера. Были синтезированы образцы и проанализированы их физико-механические свойства, такие как плотность, прочность, пористость и теплопроводность. Изучена микро- и макроструктура образцов, а также распределение пор, полученных геополимеров. Сделаны выводы о выборе наиболее оптимального пенообразователя и оптимального отхода сжигания угля, пригодных для синтеза геополимерных материалов.

Читать статью полностью

Journal of Cleaner Production (Q1), 375, 134083. DOI: 10.1016/j.jclepro.2022.134083.

Пластиковые отходы из полиэтилентерефталата (ПЭТФ) как замена природного заполнителя в производстве геополимерных растворов (2022 г.)

Лазоренко Г., Каспржицкий А., Фини Э.Х.

В этой работе исследуется потенциал вторичной переработки полиэтилентерефталата (ПЭТФ) - бутылочные отходы в качестве природного заменителя песка в геополимерных (ГП) смесях для снижения пластиковое загрязнение и переход к экономике замкнутого цикла. Свежий и закаленный свойства растворов ГП на основе угольной золы-уноса с заменой кварцевого песка на измельченные мелкие частицы ПЭТ размером 0,315–1,25 мм (20%, 40%, 60%, 80% и 100%). Установлено, что увеличение пластического заполнителя содержание приводит к снижению прочности на сжатие и прочности на изгиб геополимерные растворы. В свою очередь, предел прочности при раскалывании несколько увеличился, когда до 40% объема песка заменено пластичным заполнителем. На это уровень замещения свежие геополимерные смеси имели удобоукладываемость, близкую к обычный миномет. Хлопьевидные частицы ПЭТ способствовали снижению растрескивание образцов и более вязкие режимы разрушения. Кроме того, ГП растворы, содержащие переработанные отходы ПЭТ-бутылок на уровне полной замены натуральный заполнитель показал преимущества в легкости (до 15%), водопоглощении (до 26%) и теплоизоляционными свойствами (до 59%), позволяющими производить устойчивые строительные материалы с экологическими и экономическими преимуществами.

Читать статью полностью

Ceramics International (Q1), 48 (24), pp. 37464 - 37469. DOI: 10.1016/j.ceramint.2022.08.114.

Грандиозное каноническое моделирование методом Монте-Карло влияния кристалличности и структурного беспорядка на сорбцию воды в геополимерах (2022 г.)

Лазоренко Г., Каспржицкий А.

Сравнительное исследование сорбции воды различными компонентами вяжущего фазу, образующуюся при геополимеризации, проводили с помощью Гранд Канонического Метод моделирования Монте-Карло (GCMC). Изотермы сорбции воды кристаллическими, дефектные и аморфные модельные структуры с обменными катионами Na+ при были получены температуры 298 К. Изостерические теплоты адсорбции воды в каждой структура была рассчитана. Кроме того, картина распределения H2O молекул в исследованных каркасах и предпочтительных центрах сорбции также были расследовано. Результаты GCMC показали, что структурные изменения в хозяине каркас существенно влияет на водосорбционные свойства, приводя к изменению водосорбционная способность и характер взаимодействия с молекулами гостевой воды. Результаты моделирования GCMC предоставили полезную информацию о поведении вода, заключенная в фазе геополимерного связующего, которую трудно наблюдать экспериментально, способствуя лучшему пониманию механизма водного адсорбция в геополимерно-цеолитных гибридных материалах.

Читать статью полностью

International Journal of Hydrogen Energy (Q1), Volume 47, Issue 97, 2022, Pages 41046-41054.

Обзор современных способов изоляции резервуаров для хранения жидкого водорода

E.А. Яценко, Б.М. Гольцман, Ю.В. Новиков, А.И. Изварин, И.В. Русакевич

Налажены современные пути развития водородной энергетики как альтернативного источника энергии. Дано описание способов хранения водорода в различных системах: в баллонах под давлением; в адсорбированном состоянии с использованием углеродных нанотрубок в качестве адсорбента; в виде гидридов; в химически связанном состоянии в виде метана и аммиака; в резервуарах при низких температурах. Последний способ хранения водорода выбран как наиболее оптимальный. Исследована конструкция резервуаров для хранения водорода при низких температурах. Использование сферических резервуаров с теплоизоляционным слоем позволяет хранить большие запасы водорода. Рассмотрены основные технологии изоляции для хранения жидкого водорода: активная теплоизоляция и пассивная теплоизоляция. Приведены возможные теплоизоляционные материалы и эксплуатационные требования к ним. Наиболее перспективными теплоизоляционными материалами для криогенных резервуаров являются пористые неорганические наполнители. Установлена ​​целесообразность использования пеностекла в качестве теплоизоляционного материала для хранения водорода. Пеностекло имеет ряд преимуществ перед аналогичными теплоизоляционными материалами, таких как водо- и паронепроницаемость, морозостойкость, химическая и термическая стойкость, высокие механические свойства. Представлены способы получения сверхлегких пеностекол плотностью не более 150 кг/м3. Для этого целесообразно использовать отходы стекольного производства, отходы угольной генерации, стеклянный бой различного производственного и бытового назначения, так как производство пеностекла на основе специально полученного стекла значительно удорожает этот теплоизоляционный материал. Рассмотрены механизмы вспенивания стекломассы при использовании твердых и жидких пенообразователей.

Читать статью полностью