Проекты

Изучение процесса кавитации и возможности практического использования метода кавитации для обезвреживания и преобразования отходов заготовки и переработки древесины в полезную продукцию

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» в секции «Поиск»

Направление работы: Экология
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1583
Предметы: Физика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» 2021 года

Актуальность

В мире много разных физических явлений, которые лежат в основе современных технологий, но ещё немало таких, потенциал которых недостаточно изучен. Учёные ищут, как можно применить для пользы человечества малоизученные природные явления.

Кавитация – физическое явление, которое обладает значительным энергетическим потенциалом. Кавитация наносит огромный вред технике, но может принести большую пользу для восстановления равновесия в природе.

Цель

Оценить энергетический потенциал кавитации и её возможности для преобразования накопленных и неперерабатываемых отходов химических производств в строительные смеси и компоненты почвы.

Задачи

  1. Оценить опасности загрязнения планеты органическими отходами и обосновать выбор направления исследований.
  2. Изучить воздействие кавитации на природные органические и неорганические вещества, аналоги накопленных отходов Байкальского целлюлозно-бумажного комбината.
  3. Предложить практические варианты обезвреживания и преобразования отходов заготовки и переработки древесины в полезную продукцию.

Оборудование

  • КУ (Кавитационная установка)
  • Весы для взвешивания измельчённого сырья
  • Ёмкость для взвешивания и загрузки в КУ измельчённого сырья
  • Весы
  • Мерная лабораторная посуда
  • Универсальный индикатор
  • Древесная мука (измельчённые древесные опилки)
  • Глина (монтмориллонит, галлуазит, каолин, цемент)
  • Часы

Описание

В исследовании с помощью кавитационной установки (КУ) авторы решили продемонстрировать и оценить силу воздействия кавитации на частицы древесины, монтмориллонитовой глины и нанотрубок галлуазита в воде. Основными преимуществами КУ является то, что она позволяет перерабатывать различное сырьё, не требует конструктивных изменений при изменении вида и состава сырья и/или целевого назначения конечного продукта. Кроме того, КУ может быть встроена в действующие производственные процессы для улучшения качества продукции и не требует специальной подготовки обслуживающего персонала.

Для проведения экспериментов авторы приняли участие в подготовке, загрузке в кавитационную установку древесных опилок, монтмориллонитовой глины и их смеси, а также провели практические эксперименты для оценки гелеобразующего воздействия кавитации на компоненты древесины, минеральные вещества и/или их смеси, в т. ч.:

  1. Измеряли кислотность водных суспензий древесины и монтмориллонитовой глины, которая содержала около 50% нанотрубок галлуазита.
  2. Оценивали седиментационную устойчивость водных суспензий древесины, монтмориллонитовой глины и их смеси.
  3. Проводили расчёты тепловой энергии, выделяющейся при кавитационной обработке воды и водных суспензий, для оценки энергетического потенциала кавитации.
  4. Определяли пористость и формоустойчивость материалов, полученных водных суспензий древесины при различных условиях удаления воды и сушки.

Результаты работы/выводы

  1. Впервые получены водные суспензии, гидрогели и отверждённые образцы кавитированной древесины и монтмориллонитовой глины с содержанием нанотрубок галлуазита около 50%, и изучены их свойства.
  2. Изучены основные признаки возникновения кавитации в водных суспензиях древесины и глины, которая проявляется в повышении температуры реакционной массы в кавитационной установке при отсутствии внешнего нагрева, в изменении рН и стабильности жидких и высушенных образцов.
  3. Показана принципиальная возможность получения самоотверждающихся гидрогелей из компонентов, аналогичных накопленным шламовым и золошлаковым отходам Байкальского целлюлозно-бумажного комбината, методом кавитирования на примере древесины и глины.

Перспективы использования результатов работы

Полученные результаты могут быть использованы

  • для продолжения исследований и создания кавитационных технологий обезвреживания накопленных сульфатных шлам-лигниновых и золошлаковых отходов Байкальского целлюлозно-бумажного комбината;
  • переработки кавитированных отходов растительного происхождения в сорбенты нефтепродуктов, в пористые строительные материалы и мебельные детали методами прессования и 3D-печати, а при использовании биотехнологий можно производить жидкие и сухие компоненты почвы для выращивания растений.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

НИЦ «Курчатовский институт»