Мигрирующие ингибиторы коррозии стальной арматуры в бетоне технологической серии «ИФХАН»

Ингибированный  преобразователь ржавчины на основе таннина показал высокие результаты при временной защите топливных цистерн в межремонтный период.

По результатам  научно-исследовательской работы оформляется  заявка на получение патента  Российской Федерации.

 

Разработка способов микрокапсулирования высокоэффективных ингибиторов коррозии и их использование в полимерных противокоррозионных защитных покрытиях

В.А. Головин, А.Б. Ильин, В.Т. Кузнец, А.Р. Вартапетян

Лаборатория  защиты металлов и сплавов в сильноагрессивных средах

Разработаны и постоянно  разрабатываются новые высокоэффективные  ингибиторы коррозии. Однако традиционное применение таких ингибиторов, основанное на введении в технологическую среду,  требует их большого расхода и в случае высокой стоимости ингибиторов  делает их использование экономически неэффективным. Резкое снижение расхода ингибитора коррозии достигнуто за счет нанесения его непосредственно на поверхность металла, причем в составе  полимерного покрытия. Однако  простое введение высокоэффективных ингибиторов коррозии в грунтовки и краски не дает эффекта из-за дезактивации ингибиторов компонентами лакокрасочных материалов. В данной работе  эта проблема решена путем разработки способов микрокапсулирования ингибиторов, что позволяет  исключить их разрушение и обеспечить  длительную высоэффективную защиту. Дополнительным преимуществом является  исключение загрязнения окружающей среды.

Разработка выполнена  на конкурентном  уровне и по некоторым свойствам микрокапсул превосходит известные разработки.

В настоящее время  разрабатывается пилотная установка  для производства микрокапсулированных ингибиторов с производительностью до 20 т/год, что позволит организовать выпуск  до 2 тыс. т. высокоэффективных лакокрасочных материалов.

Результаты  научно-исследовательской работы защищены  патентом РФ № 2358036 (2007 г.).

Соисполнитель: НПО «РОКОР» (г. Москва).

 

Новые катализаторы для топливных элементов с прямым окислением этанола и мембранно-электродные блоки на их основе

28 апреля, 2011

Лаборатория электрокатализа и топливных элементов

Топливные элементы (ТЭ) с прямым окислением этанола  являются перспективными источниками  тока для транспортных средств и  портативных устройств. Использование  этанола лишено проблем с получением, хранением и подачей топлива, а также обеспечивает замкнутый  экологически чистый цикл трансформации  энергии в природном масштабе.

В лаборатории «Электрокатализ и топливные элементы» разработаны эффективные методики синтеза многокомпонентных наноразмерных катализаторов из простых солей на различных типах углеродных носителей как на основе платины (PtМ1М2/С, где М1 = Sn, Ru; М2 = Co, Ni, Mo, V и др.), так и без использования платины (Pd, Ru-МОх/С (М= V, Ni, Cr), ТМФПСо/С и др.) для катодов и анодов ТЭ. Исследование морфологии синтезируемых катализаторов проводят с использованием физико-химических методов анализа (ПЭМ, РДА, РФА и др.). Кинетику и механизм протекания токообразующих реакций на катализаторах изучают в модельных условиях в кислых и щелочных растворах с использованием комплекса электрохимических методов (ВДЭ, ВДЭК, ЦВА и др.). Определение глубины окисления этанола проводят методами газовой и жидкостной хроматографии. Показано, что в кислой среде полнота окисления этанола на многокомпонентных системах составляет 40 %, а в щелочной среде это значение достигает 60 %.

Ресурсные испытания ТЭ с кислым электролитом. U=0.5 В Анод: PtSn/С. Катод: Pt/С. 1М С₂Н₅ОН, кислород, 75⁰С.

 

Для формирования мембранно-электродных  блоков на основе предлагаемых катализаторов  разработаны методики мелкосерийного выпуска образцов площадью активной поверхности до 225 см2 с использованием методов трафаретной печати на автоматизированном оборудовании EKRA. Тестирование макетов ТЭ проводится на специализированном оборудовании мирового уровня – испытательных стендах Arbin и ElectroChem , что позволяет широко варьировать условия испытаний.

Триметаллические наноразмерные системы для катодов топливных элементов и мембранно-электродные блоки на их основе

28 апреля, 2011

Лаборатория электрокатализа и топливных элементов

 

Широкое развитие и массовое внедрение топливных элементов  требует значительного снижения расхода платины в катодных катализаторах. Один из путей такого снижения заключается  в использовании би- и триметаллических систем вместо моноплатиновых катализаторов.

Характеристики  мембранно-электродных блоков для  моноплатинового катализатора и двух триметаллических систем, демонстрирующие возможность снижения расхода платины.

Использование би- и триметаллических систем, кроме того, приводит к значительному увеличению стабильности катодных катализаторов, что может быть связано с образованием core-shell структур как в процессе химической предобработки катализаторов, так и их электрохимического циклирования.

Разрядные характеристики водородо-воздушного ТЭ с катализатором 20PdCo5Pt/С на катоде при различных загрузках металлической фазы (м.ф.). Мембрана Nafion 212, 65ºС, давление газов 1 атм, анод 20Pt/С (HiSPEC) 0.2 мг м.ф./см²

a

 

б

 

Микрофотографии катализаторов 30PtCoCr/С (а) и 20PdCo5Pt/С (б) и их гистограммы.

Катодные катализаторы, не содержащие драгоценных металлов, для топливных элементов с протонообменной мембраной и мембранно-электродные блоки на их основе

28 апреля, 2011

Лаборатория электрокатализа и топливных элементов

Высокая стоимость и дефицит платины, наиболее активного в настоящий  момент катодного катализатора низкотемпературных топливных элементов с протонообменной мембраной вызывают во всем мире постоянный поиск и разработку неплатиновых катализаторов, достаточно активных и стабильных.

Характеристики  Н2-О2 – топливного элемента площадью 5 см2. Мембрана Nafion 212. Катод: X/С 4.0 мг кат./см2. Анод: Pt/C (E-TEK) 0.2 мг Pt/см2. Увлажнение газов 95%. Испытания МЭБ проведены на стенде ElectroChem.

На  рисунке представлены результаты поиска такого катализатора, испытанного в водородно-кислородном топливном элементе. Разрядная кривая показывает, что при напряжении U=0.6 В значение тока достигает 0.4 А/см2. Зависимость удельной мощности от плотности тока показывает максимум при 350 мВт/см2.

Работы  лаборатории показали, что наиболее важным тестом для оценки качества катализатора электровосстановления кислорода является платиноподобная зависимость кинетических параметров реакции от рН раствора. Из рисунка, представленного ниже, видно, что характер зависимости Е1/2 от рН для нового катализатора (условно обозначенного здесь Х/С) идентичен данной зависимости для платины, что говорит о перспективности новой системы. При этом для углеродного материала наблюдается практически независимость Е1/2 от рН. Кроме того, РФЭ спектры на исходном катализаторе (а) и после обработки в серной кислоте в течение 50 ч (б) показывают достаточно высокую стабильность новой каталитической системы.

Зависимость потенциала полуволны реакции электровосстановления кислорода от рН раствора

РФЭ спектры N 1s, полученные для системы Х/С, (а) и на той же каталитической системе  после обработки в кислоте  в течение 50 ч (б)

Исследование коррозионных процессов в материале корпуса взрывной камеры уничтожения химических боеприпасов и оценка ресурса ее работы

26 февраля, 2011

А.И. Малкин, В.М. Занозин, В.А. Клюев, З.М. Полукарова, Д.А. Попов, Ю.П.Топоров, Ю.С. Трофимов, В.П. Глинский

Лаборатория физико-химической механики и механохимии

Обеспечение эксплуатационной безопасности и надежности взрывных камер уничтожения химических боеприпасов  связано с решением на этапе проектирования проблемы диагностики и снижения скорости коррозионных процессов в  ограждающих конструкциях камеры. Необходимым  условием безопасности является предотвращение коррозионного растрескивания стенок камеры. Этот тип деградации материала  трудно диагностируется в условиях эксплуатации и после длительного  латентного периода может приводить  к катастрофически быстрому прорастанию  сквозных трещин.

Выполненный в работе теоретический прогноз состава  внутрикамерной среды показал, что в установившемся режиме стенки камеры будут контактировать с фазовой пленкой коррозионно-активного водного раствора. Выбран ряд модельных растворов и проведено экспериментальное исследование скорости развития коррозионных трещин в нескольких перспективных материалах в условиях, имитирующих эксплуатационные по температуре, уровню и характеру механических нагрузок. В результате предложен рациональный материал (деформационно-стойкая легированная аустенитная сталь), наименее склонный к коррозионному растрескиванию и достаточно устойчивый по отношению к общей коррозии.

На основе экспериментальных  результатов предложена полуэмпирическая  математическая модель развития коррозионных трещин и разработан прогноз ресурса корпуса камеры. Сформулированы рекомендации по методам технической диагностики, предложения к регламенту работ и к методике оценки остаточного ресурса по результатам текущего обследования состояния корпуса.

Соисполнитель: ФГУП «Красноармейский научно-исследовательский институт механизации» (ФГУП «КНИИМ», г. Красноармейск,  Московская область).

Разработка технологии активации и исследование реакционной способности активированного алюминия

26 февраля, 2011

А.И. Малкин, В.М. Занозин, И.В. Петрова, Ю.П. Топоров

Лаборатория физико-химической механики и механохимии

Использование алюминия в качестве энергоносителя представляет интерес в многочисленных приложениях, в том числе в тепловых генераторах  для термогазохимической обработки призобойной зоны нефтегазовых пластов. Однако применение алюминия в устройствах такого рода сталкивается с проблемой повышения его реакционной способности при умеренных температурах. В работе предложена технология изготовления элементов из активированного алюминия, включающая следующие операции:

•  смачивание листового алюминия технической чистоты поверхностно-активными галлийсодержащими расплавами;

•    кондиционирование в атмосфере сухого азота;

•    размол в мельнице-активаторе в защитной газовой среде;

•  прессование элементов (шашек) порошкообразного активированного алюминия с    последующей гидроизоляцией.

Исследована кинетика взаимодействия активированного алюминия с водными растворами солей, кислот и щелочей, с растворами, моделирующими  морскую воду, скважинную жидкость и растворы, применяемые при кислотной  обработке нефтяных скважин. Предложен  механизм реакции.

Зависимость полноты реакции активированного  алюминия с водным раствором HCl 
(Т = 20 ^оС, p = 0.1мПа) от времени при различных значениях pH

Результаты  защищены двумя патентами РФ № 2186206 (2002 г.) и № 2344989 (2006 г.).

Соисполнитель: ОАО Государственный  научно-исследовательский институт машиностроения имени В.В. Бахирева (ОАО «ГосНИИМаш») 
(г. Дзержинск, Нижегородская обл.).

Разработка новой концепции защиты космических аппаратов от метеороидов и космического мусора на основе использования активных композиционных материалов

26 февраля, 2011

А.И. Малкин, В.М. Занозин, Ю.П. Топоров, М.М. Кононенко, Т.А. Шумихин

Лаборатория физико-химической механики и механохимии

Проблема создания эффективной экранной защиты является чрезвычайно актуальной в связи  с высокой стоимостью доставки грузов на околоземные орбиты и с возрастанием требований к безопасности при длительной эксплуатации орбитальных станций. В работе показано, что существенного  снижения массы защиты можно добиться за счет применения экранов из изолированных  активных элементов, закрепленных на легкой тканевой основе. При внедрении в  метеороид активные элементы экрана претерпевают химическое превращение с большим выходом газофазных продуктов, что приводит к повышению давления на стенки образующегося кратера,  улучшению фрагментации и  увеличению поперечного импульса фрагментов разрушения.

Установлено, что  наиболее перспективными активными  материалами являются композиты  с фторопластовой матрицей и металлическим  наполнителем, отличающиеся высокой  энергетикой и достаточно стабильные в орбитальных условиях. Разработаны  основы механохимической технологии изготовления активных элементов и макетных образцов защитных экранов.

Целесообразность  создания активной защиты подтверждена предварительными экспериментами. По осторожной оценке масса активной защиты при нормативном уровне безопасности будет на 30–40 % меньше применяемой  защиты модулей международной космической  станции (МКС)  в настоящее время.