Какие новые адсорбенты разработаны для хранения природного газа. Как они повышают эффективность хранения и транспортировки метана. Каковы преимущества адсорбционного аккумулирования газа перед другими методами.
Новые адсорбенты для хранения природного газа
Российские ученые разработали инновационные адсорбенты на основе металл-органических каркасных структур (МОКС), способные значительно повысить эффективность хранения природного газа. Эти материалы позволяют запасать в 2-3 раза больше метана по сравнению с обычными емкостями без адсорбента.
Ключевые характеристики новых адсорбентов:
- Основа — циркониевая металл-органическая каркасная структура
- Получены путем компактирования с добавлением специальных связующих
- Плотность увеличена более чем в 2 раза при минимальном разрушении пористой структуры
- Способны аккумулировать до 200 л газа на 1 л объема системы
- Работают в широком диапазоне температур от -40 до +50°C
Преимущества нового метода хранения газа
- Повышенная емкость хранения — в 2-3 раза больше газа в том же объеме
- Более низкое рабочее давление при заправке — снижение энергозатрат
- Отсутствие потерь топлива при хранении
- Повышенная пожаро- и взрывобезопасность
- Не требуется поддержание криогенных температур
Применение новых адсорбентов
Разработанные компактированные адсорбенты открывают новые возможности для хранения и транспортировки природного газа в различных областях:
- Автомобильная промышленность — топливные баки для газомоторного транспорта
- Системы газоснабжения для небольших потребителей
- Энергоустановки робототехнических систем
- Беспилотные летательные аппараты
- Мобильное газоснабжение удаленных объектов
Эффективность новой технологии
Эксперименты показали высокую эффективность новых адсорбентов:
- Сосуд объемом 100 мл с адсорбентом может запасти 10-12 л метана
- Рабочее давление всего 2-4 МПа
- Температура при заправке повышается не более чем на 15°C
Перспективы развития технологии
Дальнейшее совершенствование адсорбентов для хранения природного газа может идти по нескольким направлениям:
- Функционализация МОКС для увеличения энергии адсорбции и сорбционной емкости
- Оптимизация формы адсорбентов (гранулы, блоки) для конкретных применений
- Подбор оптимальных металлов, лигандов и способов синтеза МОКС
- Разработка технологий масштабного производства адсорбентов
Потенциал импортозамещения
Важным преимуществом разработанной технологии является возможность синтеза адсорбентов полностью из отечественных реактивов. Это открывает перспективы для импортозамещения и создания собственного производства высокоэффективных материалов для хранения газа.
Принцип работы адсорбентов
Адсорбционное аккумулирование основано на физической адсорбции молекул газа на поверхности пористого материала. При этом:
- Молекулы газа удерживаются в порах силами Ван-дер-Ваальса
- Газ находится в связанном состоянии, но легко десорбируется при снижении давления
- Процесс полностью обратимый, без химических реакций
- Емкость хранения зависит от удельной поверхности и объема пор адсорбента
Ключевые параметры адсорбентов
Эффективность адсорбентов для хранения газа определяется несколькими ключевыми параметрами:
- Удельная поверхность (м2/г) — чем больше, тем выше адсорбционная емкость
- Объем пор (см3/г) — определяет количество адсорбированного газа
- Распределение пор по размерам — влияет на кинетику адсорбции/десорбции
- Энергия адсорбции — характеризует прочность связывания молекул газа
- Плотность адсорбента — влияет на объемную емкость хранения
Сравнение с другими технологиями хранения газа
Адсорбционное аккумулирование имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами хранения природного газа:
| Параметр | Адсорбированный газ | Компримированный газ | Сжиженный газ |
|---|---|---|---|
| Рабочее давление | 2-4 МПа | 20-25 МПа | Атмосферное |
| Температура хранения | -40…+50°C | Окружающая среда | -162°C |
| Объемная плотность | 150-200 г/л | 180-220 г/л | 420-450 г/л |
| Энергозатраты | Низкие | Высокие | Очень высокие |
| Безопасность | Высокая | Средняя | Низкая |
Перспективы внедрения технологии
Для широкого внедрения адсорбционного метода хранения природного газа необходимо решить ряд задач:
- Оптимизация состава и структуры адсорбентов для повышения емкости
- Разработка эффективных технологий крупнотоннажного производства
- Создание инженерных решений для систем хранения на транспорте
- Стандартизация и сертификация новых адсорбционных систем
- Экономическое обоснование преимуществ технологии
При успешном решении этих задач адсорбционное аккумулирование может стать одной из ключевых технологий для развития газомоторного транспорта и распределенных систем газоснабжения.
Заключение
Разработка новых высокоэффективных адсорбентов на основе металл-органических каркасных структур открывает перспективы для создания более компактных, безопасных и экономичных систем хранения и транспортировки природного газа. Эта технология имеет значительный потенциал для широкого внедрения в различных отраслях — от автомобильного транспорта до малой энергетики. Дальнейшие исследования в этой области позволят повысить конкурентоспособность природного газа как экологически чистого энергоносителя.
Российские ученые создали адсорбенты, способные запасти вдвое больше природного газа
На фото: компактированные адсорбенты
Российские ученые создали компактированные адсорбенты на основе металл-органических каркасных структур, способные запасти в 2-3 раза больше природного газа метана. Адсорбированный природный газ может использоваться в автомобильной промышленности, новых системах газоснабжения для малых потребителей, в энергоустановках робототехнических систем и беспилотных летательных аппаратах.
Постоянно возрастающие потребности в природном газе требуют новых технологических решений. На данный момент в области хранения и транспортировки природного газа используются технологии сжиженного природного газа (при криогенных температурах) и компримированного природного газа (при высоких давлениях). Обе технологии требуют создания специальной инфраструктуры и энергоемкого оборудования. На их применение существует ряд ограничений, в том числе из-за низкой эффективности и проблем с безопасностью.
Ученые из лаборатории сорбционных процессов Института физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина (ИФХЭ) РАН разработали технологию получения функционального адсорбента высокой плотности на основе циркониевой металл-органической каркасной структуры (МОКС). Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России.
Эксперименты показали, что сосуд объемом 100 мл, снаряженный компактированным адсорбентом, может запасти до 10-12 л метана в интервале давлений от 2 до 4 Мпа. Это в 2-3 раза больше, чем для емкости без адсорбента, заполняемого сжатым метаном. Кроме того, в процессе заправки такого баллона адсорбентом температура системы повышается не более чем на 15 градусов, что значительно меньше, чем в баллонах, загруженных, например, активированными углями.
Адсорбционное аккумулирование — сравнительно новый и перспективный способ хранения и транспортировки природного газа до потребителя. При адсорбционном аккумулировании природный газ заполняет поры адсорбента и находится в нем в связанном (сорбированном) состоянии в поле дисперсионных сил.
«Дальнейший прогресс в синтезе адсорбентов, вероятнее всего, может быть обеспечен через соединение двух путей развития: функционализации, направленной на увеличение энергии адсорбции и сорбционной емкости, и придания этим материалам функциональной формы (гранулы, блоки) для конкретного применения. Результаты нашего исследования позволили разработать технологию синтеза и последующего компактирования адсорбентов на основе металл-органического каркасного полимера без деградации его пористой структуры, в результате чего улучшается применимость нового материала для систем хранения адсорбированного природного газа», — говорит заместитель руководителя инженерно-технического центра ИФХЭ РАН, кандидат химических наук Илья Меньщиков.
Формованные блоки адсорбента на основе циркониевого металл-органического каркаса были получены путем компактирования с добавлением специальных связующих веществ. Подбор оптимальных условий формования (давления и связующего) позволяет более чем в два раза увеличить плотность адсорбента при минимальном разрушении структуры пор.
В насыпном адсорбенте до 50% полезного объема системы теряется в пространстве между гранулами. Соответственно, даже если теоретически адсорбент аккумулирует в два раза больше газа, чем сосуд без адсорбента, то в реальной системе этого преимущества не будет. Поэтому путь компактирования адсорбента в монолитные блоки намного эффективнее.
Металл-органические каркасные структуры выгодно отличаются от других пористых материалов тем, что структуру, размер и форму пор адсорбента можно подобрать для решения конкретной задачи. Большое разнообразие металлов, лигандов и их сочетаний, а также способы дополнительной функционализации МОКС в процессе и после синтеза позволяют регулировать пористость и доступность центров адсорбции метана.
Синтезировать такие материалы можно полностью из реактивов отечественного производства.
«Фундаментальные исследования закономерностей адсорбции имеют важное прикладное значение для выбора эффективного сорбента, при использовании которого будут достигнуты максимальная плотность хранения и оптимальные условия обратимого аккумулирования газа для самых разных задач: в системах бортового хранения газа беспилотников и транспортных средств, работающих на газе, для систем мобильного газоснабжения удаленных потребителей и т.д. Как ученые, сегодня мы ставим задачу не только разработать лабораторный образец адсорбента, но также создать и связать все этапы развития технологии вплоть до промышленного применения», — подводит итог Илья Меньщиков.
Адсорбенты микотоксинов для птиц | F&F
В любом корме содержится то или иное количество микроскопических грибов, которые при определенной влажности могут выделять и образовывать микотоксины. Адсорбенты микотоксинов для птиц предназначены для уменьшения воздействия этих токсинов на организм кур.
Микотоксины могут поражать сено, зерно, корнеплоды, употребление которых вызывают мигатоксикоз – птицы начинают отказываться от питания, страдают диареей, рвотой, в особо острых случаях наблюдается летальный исход.
В современном птицеводстве зерно кукурузы является основным рационом питания птиц, которое, в свою очередь, может быть поражено Аспергиллом, являющимся источником афлатоксинов. Афлотоксины легко всасываются через ЖКТ, поэтому даже минимальное их присутствие может оказывать значительное токсическое воздействие на организм птиц. Афлотоксины через кровь попадают в печень, и там в течение 10-14 часов распадаются на токсичные метаболиты.
При получении токсичного корма у птиц фиксируется снижение аппетита, потребление корма становится меньше на ~ 13%, технологические отходы увеличиваются в несколько раз, масса органов снижается на 15%. Самое негативное влияние на здоровье птиц оказывают афлатоксины (AFG1, G2, B1, B2) и охратоксины (OTA). К таким микотоксинам, как зеараленон и фумонизин, птица более устойчива.
Афлатоксикоз вызывает снижение усваимости птицей аминокислот, в результате чего она недополучает необходимое количество белка, и как следствие имеет его постоянный дефицит. Птицы, подверженные нехваткой белка имеют нарушение в росте, страдают анемией, обладают склонностью к порозности сосудов. Тушки таких птиц имеют синяки, подкожные кровоподтеки – это снижает их привлекательный товарный вид.
Из негативного воздействия на здоровье птицы, в результате поражения ее афлатоксикозом можно выделить наблюдающееся снижение их репродуктивности, задержку полового созревания, снижения активности сперматозоидов, тестостерона и уменьшения массы семенников. Куры-несушки производят яйца с пониженной массой, а выводимость и выживаемость молодняка падает.
Для предотвращения и уменьшения воздействия токсинов рекомендуется добавление специализированных добавок в корм — адсорбент микотоксинов для птиц.
Борьба с микотоксикозами птицМикотоксикозы – это своеобразный «букет», представляющий собой непредсказуемое сочетание самых разных токсинов в различных концентрациях и с разной степенью опасности.
На практике для профилактики и борьбы с ними следуют следующим правилам:
— контроль питания до скармливания;
— применение сорбентов микотоксинов;
Контроль питания до его скармливания
Основой профилактики снижения получаемых птицей токсинов служит подбор качественного и здорового питания. Необходимо стараться снизить до минимума поступаемого в пищу пораженного микотоксинами корма. Если это невозможно, нужно стараться разбавить пораженную пищу чистыми кормами. Доказано, что при переводе птицы на чистое и качественное питание токсины быстро выводятся из организма. Это способствует снижению негативного воздействия микотоксинов на здоровье птиц.
Примите во внимание, что постоянное, даже минимальное воздействие токсинов на организм птиц ведет к необратимым последствиям их здоровья и как следствие – снижению получаемой продукции и прибыли вашего птицеводства.
Адсорбенты микотоксиновСовременным и надежным способом снижения воздействия токсинов на птиц является применение специализированных добавок – сорбентов.
Эти технологичные средства способствуют подавлению и снижению их поглощения организмом птицы, а также способствуют ускоренному их выведению.
Чтобы правильно подобрать адсорбент микотоксинов, нужно обращать внимание на различные показатели. Например, показатель сорбция широкого спектра микотоксинов отвечает за имеющиеся одновременно в организме птицы тех или иных видов токсинов.
Выбирайте такой адсорбент, который легко смешать с основным кормом, и который можно равномерно распределить в массе. Применение таких сорбентов позволят охватить все поголовье птиц.
Обратите внимание на то, что некоторые токсины расщепляются в кишечнике, а другие – в желудке птицы. За это отвечает показатель — сорбция в широком диапазоне рН.
Площадь сорбции. В зависимости от площади сорбции процесс выведения токсинов может различаться – чем выше площадь – тем процессы идут быстрее и эффективнее.
Одним из признаков качественного сорбента является его низкая десорбция.
Это означает, что после того, как сорбент попал в организм, произошло быстрое выделение из раствора молекул токсинов с последующим их крепким связыванием на поверхности адсорбента. Чем выше показатель десорбции, тем быстрее связанный токсин высвобождается и снова попадает в желудок или кишечник. Поэтому, чем показатель десорбции ниже, тем адсорбент микотоксинов является эффективнее.
Адсорбенты нейтрально воздействуют на питательные элементы кормов и поступаемые с ними в пищу витамины. Это значит, что адсорбент воздействует направленно не только на токсины, но и на прочие элементы в незначительной мере. Применять адсорбенты микотоксинов стоит, если есть необходимость снизить токсичность организмов птиц. Применять адсорбенты микотоксинов на постоянной основе не рекомендуется.
Технологии формирования адсорбентов и их применение в газоразделении: обзор
июня Ву, и Суанкан Чжу, и Вентилятор Ян, и Ружу Ван и и Тяньшу Ge * и Принадлежность автора* Соответствующие авторы
и Исследовательский центр солнечной энергии и холода, Институт холода и криогеники, Шанхайский университет Цзяо Тонг, 800 Dongchuan Road, Шанхай, Китай
Электронная почта: baby_wo@sjtu.
edu.cn
Аннотация
Для содействия широкомасштабному внедрению метода разделения газов на основе адсорбции следует рассмотреть возможность интеграции адсорбентов, полученных в лабораториях, с контакторами газ-твердое вещество в промышленную систему. По сравнению с традиционным методом упаковки порошка адсорбента в реакционный слой стратегии формования материалов в структурированные адсорбенты и использование газо-твердых контакторов с усовершенствованной архитектурой демонстрируют повышенную эффективность и привлекают все большее внимание. Сниженный перепад давления газового потока и повышенные тепло- и массообменные характеристики способствуют снижению эксплуатационных энергозатрат. С этой целью в данной статье рассматриваются последние достижения в области формирования адсорбентов. Во-первых, вводятся альтернативные геометрические формы структурированных адсорбентов и обобщаются ключевые показатели для оценки структурированных адсорбентов.
Затем обсуждаются эффекты текстурных и геометрических свойств. Далее подробно описаны типичные этапы и характеристики основных методов формования адсорбента. Сравниваются показатели газоразделения структурированных адсорбентов. Далее, с практической точки зрения, кратко обсуждаются способы интеграции этих структурированных адсорбентов в подходящие газо-твердые контакторы, а также соответствующие циклические процессы и стратегии эксплуатации. Сделан вывод о том, что методы формования должны быть надлежащим образом адаптированы в соответствии со свойствами адсорбента, а структура адсорбента должна быть разработана в соответствии с требованиями применения. Эта статья может служить справочником по разработке структурированных адсорбентов и способствовать развитию метода разделения газов на основе адсорбции.
- Эта статья является частью тематического сборника: Журнал химии материалов Последние обзорные статьи
Адсорбционное удаление антибиотиков из сточных вод с использованием адсорбентов на основе биомассы/биоугля
Выпуск 7, 2023 г.
Из журнала:
РСК Достижения
Адсорбционное удаление антибиотиков из сточных вод с использованием адсорбентов на основе биомассы/биоугля
Олувасейи Адереми АДЖАЛА, и Соломон Олувасеун АКИННАВО, † до н.э. Абайоми БАМИСАЙ, † д Демилад Тунрайо АДЕДИПЕ, † и Моренике Олувабунми АДЕСИНА, † д Омолабаке Абиодун ОКОН-АКАН† бф Тосин Адевуми АДЭБУСУИ, † г Адедамола Тити ОДЖЕДОКУН,† б Кайоде Адесина АДЕГОКЕ * б и Олугбенга Соломон БЕЛЛО * б Принадлежность автора* Соответствующие авторы
и Кафедра прикладной химии, Высшая школа передовых наук и инженерии, Хиросимский университет, 1-4-1, Кагамияма, Хигаси-Хиросима, Япония
б Кафедра теоретической и прикладной химии, Технологический университет Ладока Акинтола, PMB 4000, Огбомосо, штат Ойо, Нигерия
с Департамент химических наук, Университет науки и технологий Олусегуна Агагу, PMB 353, штат Ондо, Окитипупа, Нигерия
д Кафедра химических наук, факультет естественных и прикладных наук, Университет Лид-Сити, Ибадан, штат Ойо, Нигерия
и Государственная ключевая лаборатория загрязнения морской среды и химический факультет Городского университета Гонконга, проспект Тат Чи, Коулун, САР Гонконг, Китай
ф Департамент технологии древесины и бумаги, Федеральный колледж лесного хозяйства Иерихона, Ибадан, Нигерия
г Департамент химических наук, Университет Августина, Илара-Эпе, штат Лагос, Нигерия
Электронная почта: kwharyourday@gmail.
com, [email protected]
Аннотация
В этом исследовании рассматриваются меры по адсорбционному удалению, чтобы пролить свет на современные инновации в области очистки воды для кинетических/изотермических моделей и их применения к антибиотикам-загрязнителям с использованием широкого спектра адсорбентов на основе биомассы. Обсуждаются структура, классификации, источники, распространение и различные методы восстановления антибиотиков. В отличие от предыдущих исследований, охвачен широкий спектр адсорбентов, и адсорбция всеобъемлющих классов антибиотиков на адсорбентах на основе биомассы / биоугля классифицируется как β-лактам, фторхинолон, сульфонамид, тетрациклин, макролиды, хлорамфеникол, антисептические добавки, гликозамиды, ингибиторы редуктазы, и несколько антибиотических систем. Это позволяет оценить их эффективность и понять текущие достижения в области применения различных адсорбирующих материалов для удаления антибиотиков.
В отличие от других исследований в этой области, теоретические основы различных изотерм и кинетических моделей и соответствующие экспериментальные данные об их применении к антибиотикам широко обсуждаются, тем самым определяя связанные сильные стороны, ограничения и эффективность кинетики и изотерм для описания характеристик антибиотиков. адсорбенты. Кроме того, мы исследуем регенерацию адсорбентов и потенциальное применение адсорбентов в технике. Наконец, ученые смогут понять используемые ресурсы и будущие потребности в очистке сточных вод антибиотиками.
- Эта статья является частью тематического сборника: 2023 Обзоры в RSC Advances
Варианты загрузки Пожалуйста, подождите…
Информация о товаре
- ДОИ
- https://doi.
org/10.1039/D2RA06436G - Тип изделия
- Обзор статьи
- Отправлено
- 12 окт. 2022
- Принято
- 22 декабря 2022 г.
- Впервые опубликовано
- 03 фев 2023
- Эта статья находится в открытом доступе
org/10.1039/D2RA06436GСкачать цитату
RSC Adv. , 2023, 13 , 4678-4712BibTexEndNoteMEDLINEProCiteReferenceManagerRefWorksRIS
Разрешения
Запросить разрешения
Социальная активность
Поиск статей по автору
Олувасейи Адереми АДЖАЛА
Соломон Олувасеун АКИННАВО
Абайоми БАМИСАЙЕ
Демилад Тунрайо АДЕДИП
Моренике Олувабунми АДЕЗИНА
Омолабаке Абиодун ОКОН-АКАН
Тосин Адевуми АДЭБУСУИ
Адедамола Тити ОДЖЕДОКУН
Кайоде Адесина АДЕГОКЕ
Олугбенга Соломон БЕЛЛО
Получение данных из CrossRef.