УДК 621.35
,
к. т.н., доцент кафедри химии
Харьковского национального автомобильно – дорожного университета, г. Харьков
Сыромятникова М. С.,
студент, Харьковского национального автомобильно - дорожного университета, г. Харьков,
Каталитическая активность палладийсодержащих покрытий при нейтрализации выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания
Неуклонное потребление топлива, как в самой энергетике, так и различных отраслях промышленности и на транспорте приводит к росту объема поступающих в атмосферу вредных веществ. Уровень загрязнения городов значительно превышает допустимые нормативные пределы за счет вредных веществ, поступающих в атмосферу с выхлопными газами автомобильного автотранспорта.
Процесс очистки газовых выбросов может быть основан на адсорбционном, абсорбционном и каталитическом методах. Наиболее эффективным инструментом обезвреживания загрязняющих веществ до уровня предельно допустимых концентраций являются каталитические реакции, с использованием высокоактивных катализаторов.
Нанесенные металлические катализаторы составляют одну из важнейших групп гетерогенных катализаторов. По числу проводимых на них процессов, разнообразных конвертируемых субстратов, важности и совокупной стоимости конечных продуктов внутри этой группы выделяют катализаторы, содержащие благородные металлы. Однако, учитываю высокую себестоимость и дефицитность металлов платиновой группы, усилия исследователей направлены на снижение или полную замену содержания благородный металлов в катализаторах.
Каталитическую активность палладийсодержащих покрытий в реакции нейтрализации выхлопных газов проводили на специализированном стенде, имитирующем работу двигателя внутреннего сгорания. Как свидетельствует приведенные в таблице 1 результаты, высокой эффективностью обладают покрытия палладием и сплавом палладий-никель с содержанием никеля до 20%. С повышением толщины покрытия время работы покрытий, отождествляемое с их ресурсом, возрастает, однако степень очистки выхлопных газов остается неизменной.
Таблица 1 - Результаты испытаний каталитической активности покрытий палладием и сплавом палладий – никель в очистке газовых выбросов
Состав покрытия (ω(Ni) в сплаве, %) | Толщина покрытия, м | Степень очистки, % | |
CO | NOx | ||
Pd | 1∙10-6 | 95-97 | 52-57 |
Pd-Ni (10) | 1∙10-6 | 95-96 | 51-55 |
Pd-Ni (20) | 1∙10-6 | 95-96 | 50-54 |
Pd-Ni (30) | 1∙10-6 | 92-93 | 45-50 |
Pd-Ni (45) | 1∙10-6 | 88-89 | 40-44 |
При повторных испытаниях покрытия Pd-Ni сохраняют свои каталитические свойства на 98...99 %.
Сплав палладий-никель является твердым раствором бесконечной растворимости, а его характеристики линейно меняются от более каталитически активного компонента (Pd) к менее активному (Ni), то есть проявляется аддитивность свойств. Результаты тестирования каталитической активности палладийсодержащих покрытий в газофазных реакциях подтверждают возможность использования в каталитических системах сплава палладий-никель с содержанием никеля ≤ 20% без значительного снижения функциональных способностей.
Снижение содержания благородных металлов в разработанных каталитических материалах, как это следует из позитивных результатов, испытаний, позволяют существенно снизить затраты на материалы при производстве нейтрализаторов газовых выбросов.
УДК: 504.05
,
аспирантка
НИУ «Украинский научно-исследовательский институт экологических проблем»,г. Харьков
ГРАДАЦИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ПРИРОДНОЙ ВОДЫ ПО УРОВНЮ СЛОЖНОСТИ
Одной из самых острых проблем развитых стран мира является загрязнение природной воды. Ухудшение экологического состояния водных объектов (ВО) ведет не только к их деградации, но и к проблемам их водохозяйственного использования. Происходит это на фоне сокращенной сети наблюдений в системе экологического мониторинга и ослабления контроля влияния на ВО антропогенных и техногенных факторов.
Необходимость улучшения состояния ВО диктуется такими правовыми актами как Водный кодекс Украины, Закон об охране окружающей среды, Правила охраны поверхностных вод и др. При этом ВО – это сложная экосистема, и его состояние определяется состоянием различных составляющих данной системы – собственно воды, донными отложениями, высшей водной растительностью, водной фауной и т. д. Качество воды при этом является доминирующим фактором в общей оценке состояния ВО.
Оценка состояния ВО является одной из главных подзадач в системе управления природопользованием. Данная оценка основывается на показателях качества, характеризующих физические, химические и бактериологические свойства воды. От научной обоснованности показателей в конечном счете зависит эффективность решения водоохранных задач. Показатели качества воды могут быть различной степени сложности. Наиболее простыми являются показатели, по которым судят о какой-либо определенной характеристике воды. При исследовании химического состава воды это концентрации нормированных веществ.
К более сложным показателям качества относятся интегральные показатели, такие, как, например, биологическое потребление кислорода (БПК) и химическое потребление кислорода (ХПК), которые характеризуют содержание в воде различных примесей, идентично влияющих на ее свойства. ЬПК – это количество растворенного кислорода, потраченного на биохимическое окисления веществ, которые содержатся в воде, в течении определенного промежутка времени и при определенных условиях. ХПК – это количество растворенного кислорода, потраченного на химическое окисления органических и неорганических веществ, которые содержатся в воде, под действием сильного окислителя. Количество растворенной в воде органики является интегральным показателем состояния воды и водных экосистем в целом, так как складывается из органических веществ, возникших в процессе жизнедеятельности организмов на всех трофических уровнях, а также внесенных с бассейна водосбора в результате природных и антропогенных процессов. При характеристике качества воды показатели ХПК и БПК – наиболее важные, поскольку они дают специфическую экологическую информацию о необходимых затратах кислорода на утилизацию загрязняющих веществ, поступающих в природную водную среду ВО. Чем больше показатели этих затрат (потреблений кислорода, поглощений кислорода), тем выше загрязнённость воды. То есть, чем больше загрязнённость, тем больше потребуется кислорода для её ликвидации.
Другим примером сложных показателей качества являются комплексные и интегральные показатели. (Последние – в пространственном понимании слова «интегральный» в отличие от интегральных показателей БПК и ХПК.)
Комплексные показатели учитывают одновременное присутствие в воде различных загрязняющих веществ. Одним из примеров является показатель химического загрязнения ПХЗ–10, рассчитываемый по формуле:
, (1)
где
Р – показатель ПХЗ–10;
Сi – концентрация в воде i-го вещества;
ПДКі – предельно допустимая концентрация в воде i-го вещества.
При расчете ПХЗ–10 учитываются десять веществ, среди которых БПК, взвешенные вещества, вещества азотной группы, а также наиболее характерные для рассматриваемого водного объекта вещества.
Похожий комплексный показатель качества воды используется в задачах нормирования водоотведения. В этом случае учитываются лимитирующие признаки вредности (ЛПВ) веществ – наиболее вероятное их неблагоприятное воздействие. Все загрязняющие вещества разбиваются на группы в соответствии с ЛПВ, и для каждой группы рассчитывается сумма приведенных к ПДК концентраций. При этом должно соблюдаться условие:
, (2)
Одним из примеров интегральных показателей является коэффициент загрязненности (КЗ), который разработан во ВНИИВО в 1982 году, и который рассчитывается по формулам:
, (3)
, (4)
где
К – количество показателей загрязнения;
i, j, v – индексы соответственно вещества, пункта контроля и измерения;
J – количество пунктов контроля;
Vi – количество измерений i–го параметра;
Сijv – замеренная концентрация вещества;
Проблема использования интегральных показателей состоит в отсутствии ранжирования пунктов контроля (ПК) по степени значимости, так как требования к качеству воды не могут быть едиными на всем протяжении ВО и должны зависеть от характера водопользования.
С учетом градации ПК интегральный показатель может быть записан следующим образом:
, (5)
где
wj – весовой коэффициент j–го ПК;
uj –показатель качества воды в j–м ПК;
J – количество пунктов контроля.
Действующее на сегодняшний день водоохранное законодательство не предусматривает ранжирования ПК по степени их важности. Поэтому для установления весовых коэффициентов можно воспользоваться экспертным заключением. Результатом экспертизы должны стать весовые коэффициенты, характеризующие важность каждого ПК. Для этого назначается группа специалистов–экспертов, в задачу которых входит назначение количественных показателей (весовых коэффициентов) значимости каждого ПК.
Результат экспертизы может считаться достаточно надежным только при условии хорошей согласованности суждений отдельных специалистов–экспертов. Согласованность экспертных суждений может быть оценена статистическим методом с заданным уровнем надежности. В случае, если суждение экспертов оказывается несогласованным, задача назначения весовых коэффициентов повторно ставится перед экспертами.
Таким образом, является актуальным более широкое использование сложных показателей качества воды ВО, в частности, в задачах нормирования водоотведения.
