Кашкина Л.В., Кулагин В.А. Стебелева О.П.

ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», г. Красноярск

В работе изучено влияние гидродинамической кавитации на углеродосодержащие сажи двух типов – сажи с наноразмерными частицами и сажи с характерными размерами частиц ≈100 нм. Использовались методы ЭПР, РФА, ЯМР, оптической и электронной микроскопии.

В последние годы проблема утилизации промышленных и бытовых отходов так и не нашла своего полного решения. Санкционированные свалки все дальше и дальше продвигаются в «зеленую» и пригородную зоны. Вместе с этим развиваются и методы структурного преобразования продуктов утилизации, например, в нанообъекты или близкие к ним по размерам.

Интерес к использованию нанотехнологий для переработки зольных материалов и саж вызвано уникальными свойствами нанообъектов – характерными малыми размерами, сложной внутренней организацией, способностью к плотной упаковке, сильными взаимодействиями с соседними структурами.

Известно, что многие свойства твердых тел связаны с характерным размером, ниже которого эти свойства меняются, что открывает возможность перехода к новому поколению материалов: свойства их изменяются не путем изменения химического состава компонентов, а в результате регулирования размеров и форм структуры материалов.

Наноструктуры могут быть использованы для синтеза, изготовления и сборки новых материалов или для производственных процессов в химической и смежной отраслях промышленности. В том числе уже находит применение армирование или легирование конструкционных материалов наноструктурами с целью получения новых физико-химических свойств потребительского качества и др.

Методы синтеза и изготовления наноструктур непрерывно совершенствуются и развиваются. Исследования проводятся в широкой области – от синтеза наноструктур в каллоидах до создания эпитаксиальных «квантовых точек» при послойном выращивании кристалловю разрабатываются методы получения фуллеренов, углеродных нанотрубок и других одномерных и многомерных наноструктур, а также методики изготовления нанопористых неорганических материалов, наномасштабных полимеров.

Несмотря на достижения в области создания изолированных наноструктур, изучение направления самосборки этих структур в более сложные и объемные объекты еще только начинается. Исследования проводятся на базе фундаментальных наук – физики конденсированных сред, химии твердого тела, материаловедения, электроники, биологии и др.

В процессе изучения фундаментальных свойств наноструктур возникают некоторые проблемы. Основные из них – это, во-первых, качественное изменение свойств таких структур и материалов на их основе с изменением размеров, и, во-вторых, это то, что свойства изолированных наноструктур характеризуются значительным статистическим разбросом, изменяющимся во времени.

Использование гидродинамических и теплофизических эффектов кавитации способствует механотермолизу структуры воды с появлением свободных водородных связей, диспергации и гомогенизации с образованием устойчивых эмульсий, суспензий и смесей, в конечном итоге имеющим перспективу для усовершенствования и интенсификации технологических процессов в различных отраслях производства.

Эксперимент был поставлен на следующих типах саж:

фуллереносодержащая сажа,

алмазосодержащая сажа,

древесная сажа,

фуллереносодержащая сажа полученная электродуговым методом.

Выводы:

получены стабильные во времени взвеси, содержащие углеродные частицы;

кавитационная гидродинамическая технология способствует процессам агрегации углеродных частиц в виде углеродных цепочек;

кавитация является методом получения углеродных структур подобных многослойным нанотрубкам, которые могут служить основой для фильтров или участвовать в процессе армирования конструкционных материалов и т.п.