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
Email: Написать
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
- Оценить опасности загрязнения планеты органическими отходами и обосновать выбор направления исследований.
- Изучить воздействие кавитации на природные органические и неорганические вещества, аналоги накопленных отходов Байкальского целлюлозно-бумажного комбината.
- 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.:
- Измеряли кислотность водных суспензий древесины и монтмориллонитовой глины, которая содержала около 50% нанотрубок галлуазита.
- Оценивали седиментационную устойчивость водных суспензий древесины, монтмориллонитовой глины и их смеси.
- Проводили расчёты тепловой энергии, выделяющейся при кавитационной обработке воды и водных суспензий, для оценки энергетического потенциала кавитации.
- Определяли пористость и формоустойчивость материалов, полученных водных суспензий древесины при различных условиях удаления воды и сушки.
Результаты работы/выводы
- Впервые получены водные суспензии, гидрогели и отверждённые образцы кавитированной древесины и монтмориллонитовой глины с содержанием нанотрубок галлуазита около 50%, и изучены их свойства.
- 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.
- 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»