Разработка катализатора для чувствительного сенсора природного газа

42±7,9%. Отдельно отметим, что нами не установлено зависимости между антиоксидантной и антирадикальной активностью и ареалом произрастания чая. Большее влияние на эти величины оказывает сортность чая, особенности химического строения таннино-катехиновой смеси и тип его ферментации.

Таким образом, нами были определены антирадикальная и антиоксидантная активность настоев чая, выявлена корреляционная связь между антирадикальной активностью экстрактов и содержанием полифенолов, не установлено значимых отличий в содержании полифенолов, антиоксидантной и антирадикальной активности для образцов чая из различных регионов.

Список использованной литературы:

1. Стальная М.И. Перспективы использования функциональных продуктов из курильского чая кустарникового // «Инновационная наука». № 1-2. - Уфа, 2015.

2. Стальная М.И., Стальная В.В. Исследование антирадикальной активности настоев чая // Наука и образование в XXI веке: теория, практика, инновации: Сборник научных трудов по материалам Межд. научно-практич. конф. Ч. I. М.: «АР-Консалт», 2014.

3. Стальная М.И., Стальная В.В. О привлекательности использования Pentaphylloides fraticosa в составе лечебно-профилактических парафармацевтиков. // Материалы Межд. научно-практич. конф. Фундаментальные и прикладные исследования в современном мире». Том 2. Санкт-Петербург, 2014.

4. Стальная М.И., Стальная В.В. Исследование суточного накопления дубильных веществ в курильском чае кустарниковом // Успехи современного естествознания. № 8. - Москва, 2014.

© М.И. Стальная, 2015

УДК: 543.272.7:542.943-92'7

Эшкобилов Шухрат Абдугафарович

Самаркандского архитектурно-строительного института г Самарканд.

Эшкобилова М.Э. научный сотрудник Самаркандского госуниверситета.

г Самарканд. sheshqobilov1982@umail.uz Абдурахманов Э. А. д. х. н., профессор Самаркандского госуниверситета.

г Самарканд. ergash50@yandex.ru

РАЗРАБОТКА КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО СЕНСОРА ПРИРОДНОГО

ГАЗА

Аннотация

В работе с целью разработки сенсора для определения природного газа изучались закономерности окисления горючих веществ на различных катализаторах. Из результатов экспериментов следует, что активным катализатором сенсора природного газа являются Ag и !п. Установлено, что катализаторы на основе оксидов индивидуальных металлов не обеспечивают селективного термокаталитического определения отдельных компонентов смеси водорода, оксида углерода и углеводородов.

Ключевые слова

Природный газ, катализатор, сенсор, селективность и чувствительность сенсора.

С целью разработки высокочувствительного и селективного сенсора для автоматического непрерывного определения природного газа изучались закономерности окисления горючих веществ на различных катализаторах. Эксперименты проводились на установке проточного типа со стационарным слоем катализатора. Состав использованного в работе природного газа определяли на хроматогравическим приборе «Кристалл».

Результаты газохроматографического определения состава природного газа (ПГ) приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Результаты газохроматографического определения состав природного газа.

Т/н Название Моль. % Объём .% Масс.%

1 Двуокись углерода 1,643 1,638 4,204

2 Азот 0,4335 0,4343 0,7060

3 Этан 2,881 2,865 5,038

4 Пропан 0,4852 0,4782 1,244

5 Н-бутан 0,08945 0,08681 0,3028

6 и-пентан 0,02444 0,02335 0,1025

7 Н-пентан 0,01957 0,01853 0,08209

8 2,2-диметилбутан 0,008304 0,007782 0,04161

9 Н-гексан 0,008756 0,008065 0,04387

10 метан 94,33 94,37 87,99

Как следует из данных таблице 1, основным компонентом исследованного газа является метан (94,33 мол %), этан (2,88 мол %) и пропан (0, 485 мол %). Селективность катализаторов по природному газу определяли в присутствии таких горючих газов как СО и Н2, часто встречающих вместе с углеводородами в промышленных выбросах, автомобильных выхлопах и др.

Контроль за степенью окисления горючего компонента осуществлялся снятием хроматограммы смеси до и после прохождения через слой катализатора. При контроле процессов окисления оксида углерода, водорода и природного газа был использован хроматограф ЛХМ-8МД. Хроматографирование смеси (оксида углерода, водорода и природного газа с воздухом) осуществляли в следующих условиях: температура детектора и колонок - комнатная, скорость потока газоносителя 2-4 л/час (в зависимости от состава газовоздушной смеси), колонка длиной 1,0-3,0 м с внутренним диаметром 3,0 мм, заполнена активированным углем. Количество отдельных компонентов в смеси определяют по заранее построенному градуировочному графику (рисунка 2).

Рисунка 2. График зависимости высоты хромотографического пика (Х, мм) от концентрации природного газа в смеси

(Спр.газ, % об.).

Дополнительный контроль процесса окисления природного газа осуществляли определением диоксида углерода в продуктах реакции. Определение диоксида углерода проводилось титриметрическим методом с потенциометрической индикацией КТТ. В качестве поглотительного раствора использовали 0,2 М раствор гидрооксида калия. Скорость пропускания продуктов реакции через поглотительного раствора-5 л/ч. Непрореагировавший гидрооксид калия титровали 0,1 Н раствором НС1, титр которого устанавливали по стандартному раствору тетраборату и по разности титрований (до и после пропускания газовой смеси) определяли количество гидрооксида калия, израсходованного на поглощение диоксида углерода. По этим данным рассчитывали массу диоксида углерода, образовавшегося в результате окисления природного газа.

Полноту окисления природного газа оценивали по коэффициенту "К", рассчитываемому как отношение найденной массы диоксида углерода к теоретически ожидаемый. По величине этого коэффициента судили об активности катализатора.

Во всех опытах использовали природный газ состав, которого приведены в таблице 1. За критерий пригодности катализатора для создания чувствительного элемента термокаталитического сенсора выбрали полноту окисления определяемого компонента. Учитывая, что полнота окисления горючих веществ зависит от его состава, температуры процесса, концентрации реагирующих веществ, соотношения компонентов в газовой смеси, пропускаемой через реактор, мы исследовали также влияние этих факторов.

Согласно литературным данным [1, с.148. 2, с.164. 3, с.19. 4, с.14] катализаторы, используемые для окисления углеводородов, могут быть из благородных металлов, оксидов металлов, а также смешанных систем из оксидов и металлов платиновой группы. Требования, которым должен удовлетворять катализатор высокочувствительного сенсора природного газа следующие: -окислять более 99% определяемого компонента; -высокая активность в широком интервале температур;

-влияние воды, серосодержащих соединений и металлов, присутствующих в анализируемой газовой среде должно быть незначительно.

Одним из важных факторов при глубоком окислении горючих веществ является температура начала реакции, которая может быть снижена введением в состав катализатора различных добавок.

Оксиды металлов обладают достаточно высокой каталитической активностью в отношении окисления горючих веществ, поэтому они и нашли практическое применение в противогазах, каталитических аппаратах обезвреживания отходящих газов промышленности и автотранспорта.

Разработка катализатора для высокочувствительного сенсора природного газа проводилась на установке проточного типа со стационарным слоем катализатора. В ходе экспериментов изучались каталитические характеристики ряда индивидуальных оксидов.

Подбор катализатора и оптимального условия окисления горючих веществ проводился при температуре 100-350 °С, скорость подачи газовоздушной смеси 2,5 л/час, содержание горючего компонента в смеси (% об.): Ш-2,5; СО-2,4; природного газа - 2,5. В присутствии катализаторов окисление Н2, СО и углеводородов происходит, в основном, с точки зрения термодинамики по наиболее выгодному направлению с образованием углекислого газа и водяного пара. Эта реакция сопровождается большим тепловым эффектом и практически необратима [5, с.221]. Эксперименты по подбору чувствительных и селективных катализаторов для сенсора природного газа проводили в присутствии оксидов металлов: Оа, 1п, Ag, Сг, Мп, Бе, Со, N1, Си и 2п которые являются наиболее активными катализаторами окисления горючих веществ. Результаты изучения активности индивидуальных оксидов металлов при окислении горючих веществ, представлены в таблице 2.

Таблица 2

Результаты изучения активности оксидов металлов при каталитическим окислении Н2, СО и

природного газа кислородом воздуха

№ Состав ка- Температура опыт, С0

п/п тализатора 100 150 200 250 300 350

Степень окисления водорода (х+Ах), %

1 Ga2Ü3 10,5±0,1 17,9±0,2 35,7±0,3 60,9±0,3 84±1,5 100,0±1,0

2 In2Ü3 36,8±0,4 76,7±0,6 96,1±0,5 100,3±1,5 100,0±1,5 100,0±1,5

3 Ag2O 40,5±0,3 82,6±0,3 100,0±0,6 100,0±1,0 100,0±2,0 100,0±1,0

4 СГ2О3 13,7±0,2 17,9±0,6 28,4±0,2 42±1,0 55,7±1,0 73,5±1,5

5 MnO2 46,2±0,1 62,5±0,2 83±0,4 98,7±0,5 100,0±1,0 100,0±1,0

6 Fe3O4 25,2±0,2 73,5±0,5 93,5±0,4 100,0±1,0 100,0±1,5 100,0±2,0

7 С02О3 21,5±0,3 62,5±1,0 90,3±1,5 100,0±1,5 100,0±1,0 100,0±1,0

8 Ni2O3 33,6±0,1 73±0,1 90,8±0,8 98,7±0,3 100,0±1,5 100,0±2,0

9 CuO 16,8±0,1 32,6±0,2 47,8±0,8 64,1±0,5 78,8±0,2 91,4±1,5

10 ZnO 26,3±0,3 33,1±0,3 44,1±0,5 62,5±0,5 89,3±2,0 100,0±2,0

Степень окисления оксида углерода (х+Ах), %

1 Ga2O3 7,8±0,2 14,7±0,1 31,5±0,5 41±0,3 73±1,5 100,0±1,0

2 IrnO3 45,2±0,1 70,5±0,1 97,2±0,3 100,0±0,3 98,7±0,5 100,0±1,0

3 Ag2O 33,6±1,0 78,4±0,4 100,0±0,5 100,0±2,0 100,0±1,0 100,0±1,5

4 CnO3 38,9±0,3 72,5±0,1 93,5±0,3 100,0±1,0 100,0±1,0 100,0±1,5

5 MnO2 43,6±0,1 68,3±0,3 96,1±0,5 100,0±1,0 100,0±2,0 100,0±1,0

6 Fe3O4 98,9±0,5 67,8±0,4 90,3±0,3 100,0±1,0 100,0±1,0 100,0±1,0

7 Co2O3 13,7±0,3 31,5±0,1 50,4±0,5 69,3±0,3 97,1±0,8 100,0±1,0

8 N12O3 40,5±0,4 79,5±0,2 95,1±0,3 100,0±0,5 100,0±0,5 100,0±1,0

Продолжение таблицы 2

9 CuO 23,6±0,3 40,3±1,5 68,2±0,3 86,6±0,3 100,0±1,0 100,0±1,5

10 ZnO 4,2±0,4 26,8±0,1 41,0±0,4 67,2±0,5 90,3±1,5 91,5±1,0

Степень окисления природнога газа (х+Ах), %

1 Ga2O3 10,5±0,2 22,1±0,3 52,5±0,5 65,1±0,8 91,4±0,3 100,0±0,5

2 IrnO3 34,7±0,1 68,4±0,2 85,7±0,3 91,4±0,3 100,0±1,5 100,0±1,0

Ag2O 39,4±1,5 74,0±0,3 88,2±0,3 99,8±0,3 100,0±1,0 100,0±1,5

4 C2O3 1,58±0,3 4,2±0,4 7,3±0,5 18,5±0,1 24,2±1,0 47,8±0,1

5 MnO2 3,7±0,2 11,0±0,3 18,9±0,1 25,2±0,5 31,5±1,0 44,1±0,2

Fe3O4 - - 4,2±0,3 8,4±0,1 11,6±1,0 24,2±0,5

7 Co2O3 9,9±0,3 24,2±0,4 39,9±0,3 56,7±0,2 79,8±1,0 94,5±0,5

8 N12O3 - - 1,7±0,1 6,5±0,1 9,6±0,1 17,3±1,5

9 CuO 27,3±0,2 49,4±0,5 62,5±0,1 88,2±0,1 96,0±0,5 100,0±0,6

10 ZnO 5,25±0,2 12,6±0,3 24,3±0,3 37,3±0,1 42,0±0,4 53,0±0,3

Как следует из данных, приведенных в таблице 2, на всех исследованных катализаторах при температуре 100 °С наблюдается достаточно высокой степень окисление водорода. При окислении водорода наиболее активными оказались оксиды серебра, железа, никеля и кобальта. На этих катализаторах при температуре 200 °С степень превращения водорода находится в интервале 90-100 %. Умеренно активны, катализаторы при окислении водорода, полученные на основе оксидов марганца, меди и цинка. В присутствии этих оксидов при 200 0С окисление водорода достигает до 44-83 %. В изученном процессе менее активным оказался оксид хрома и галлия , где при 200 0С превращение водорода составляло лишь 26 и 36 % соответственно. Эксперименты, проведённые в интервале температур 100-350 0С, позволили установить следующий ряд активности оксидов металлов при окислении водорода (оксиды расположены в порядке уменьшения их каталитической активности при окислении водорода кислородом воздуха): Ag2O>In2Oз>FeзO4>Ni2Oз>Co2Oз>MnO2>CuO>ZnO>Ga2Oз>Cr2Oз.

Сравнение данных, приведенных в таблице 2, позволили установить следующей последовательность активности изученных оксидов металлов в процессе окисления оксида углерода: Ag2O>In2Oз>MnO2>Ni2Oз>Cr2Oз>FeзO4> CuO>Co2Oз>ZnO>Ga2Oз.

Следует отметить, что наиболее высокая активностью при окислении СО обладают следующие оксиды: Ag2O, In2Oз, MnO2, Ni2Oз, Cr2Oз и FeзO4. В присутствии этих катализаторов при 200 0С степень окисления оксида углерода составляют 90-100 %. Умеренно активны в данном процессе СиО и Co2Oз, где степень превращение СО соответственно равно на 50,0 и 68,0 %. Невысокой степень окисления оксида углерода наблюдается в присутствии катализаторах на основе ZnO и Ga2Oз , где степень окисления СО равно на 31 и 41 %.

Из данных таблице 2, следует, что на всех исследованных катализаторах при температуре 200 0С степень превращения природного газа значительно ниже, чем водорода и оксида углерода. Наиболее высокая степень превращения природного газа наблюдается на катализаторах, полученных на основе Ag2O и In2Oз. При температуре 200 °С в присутствии Ag2O и In2Oз превращение природного газа составляет 86 и 98 %. Эксперименты, проведенные в интервале температур 100-350 °С, позволили выявить ряд оксидов металлов в порядке уменьшения их каталитической активности при окислении природного газа кислородом воздуха: Ag2O>In2Oз>CuO>Ga2Oз>Co2Oз>ZnO>Cr2Oз>MnO2>FeзO4> Ni2Oз. Из результатов проведенных экспериментов следует, что к числу наиболее активных катализаторов окисления природного газа относятся Ag2O и In2Oз, где при 200 °С обеспечиваются 86-98 %-ного степень превращения природного газа.

Таким образом, проведенные исследования показывают, что наиболее активным катализатором высокочувствительного сенсора природного газа являются индивидуальные оксиды металлов: Ag и Ы. Так же установлено, что катализаторы на основе оксидов индивидуальных металлов не обеспечивают селективного термокаталитического определения отдельных компонентов смеси водорода, оксида углерода и углеводородов, которые часто находятся вместе в различных природных и технологических объектах.

Международный научный журнал «СИМВОЛ НАУКИ»_ISSN 2410-700Х_№ 3/2015

Список использованной литературы

1. Морголис Л.Я. Гетерогенное каталитическое окисление углеводородов//М.: Химия. 1967. 316 с.

1. Боресков Г.К. Катализ. Вопросы теории и практики//Новосибирск: Наука. 1987. С. 148-207.

2. Крылов О.В. Катализ неметаллами. Закономерности подбора катализаторов// Л.: Химия. 1987. С.210.

3. Абдурахманов Э., Рузиев Э.А. Селективные термокаталитические сенсоры в экоаналитическом мониторинге газообразных выбросов//Хим. пром., 2003. Т.80, № 9., с.19-25

4. Абдурахманов Э., Нормуродов З. Способ контроля степени испарения нефтепродуктов в резервуарах//Хим. пром., 2003. Т.80, № 10., с.14-16.

5. Сталл Д. и др. Химическая термодинамика органических соединений//М.:Мир. 1971. С. 221-223.

© Ш.А.Эшкобилов, М.Э. Эшкобилова, Э. А. Абдурахманов, 2015

БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 577

Водолажский Герман Игоревич

канд. биол. наук, доцент СКФУ г. Ставрополь, РФ, E-mail: german.vodolazhskij@yandex.ru

Агеев Алексей Викторович канд. истор. наук, доцент СКФУ г. Ставрополь, РФ, E-mail: aaw75@rambler.ru

ИЗМЕНЕНИЯ РИТМОВ ЭЭГ И РЭГ В ОНТОГЕНЕЗЕ ЧЕЛОВЕКА С УЧЕТОМ ИНДИВИДУАЛЬНОГО БИОХИМИЧЕСКОГО СТАТУСА

Аннотация

Проиллюстрирована возможность оценки на уровне целостного организма онтогенетических особенностей ЭЭГ и РЭГ с учетом индивидуального метаболического статуса.

Ключевые слова

онтогенез, электроэнцефалограмма, реоэнцефалограмма, метаболизм, лабораторный эпикриз.

Выявленная нами закономерность о падении амплитуды большинства ритмов ЭЭГ человека по ходу онтогенеза от детского до пожилого возраста [3] требует дальнейшей расшифровки. Тот факт, что закономерность усиливается в ряду «бета - альфа - тета - дельта», то есть от конвекситальной поверхности мозга вглубь [6], и проявляет себя больше справа, чем слева, указывает на филогенетическую природу процесса [2]. Возникает вопрос: не вызвана ли такая черта развития электрогенеза мозга человека особенностями мозгового кровообращения? А главное, каков биохимический механизм наблюдаемого явления? Для поиска ответов нами проведено исследование с использованием цифрового анализа ЭЭГ, РЭГ [1,4,5,9], а также авторского [7] приема оценки состояния живых систем по семи биохимическим показателям крови у 69 неврологически здоровых испытуемых обоего пола в возрастном диапазоне от 3-х до 72 лет (онтогенетический вариационный ряд).

В результате выяснилось, что кроме вышеупомянутых амплитудных преобразований ЭЭГ по мере взросления и старения человека изменяется локализация источника повышенной электрической активности на ЭЭГ, регистрируемая программой Brain Loc - 6,0 [4,5]. Источник активности имеет тенденцию к смещению из метэнцефальных структур в детском возрасте (преимущественно, из отделов мозжечка) через мезенцефалон и диэнцефалон у подростков и юношей к передним отделам мозга. У пожилых испытуемых наблюдается возврат в доминирующей локализации повышенной активности в отделы заднего мозга, подобно той картине, которая зарегистрирована у детей. По РЭГ было видно, что в восходящем онтогенезе временные компоненты реоволн растут, а скоростные величины мозгового кровообращения, соответственно, уменьшаются. Диастолический индекс, отражающий эластичность вен и венул, изменяется нелинейно: увеличивается от детского возраста к юношескому, а ко взрослом периоду жизни его величина падает.

Выявлялась онтогенетическая иерархия параметров ЭЭГ и РЭГ, позволяющая унифицировать систему оценки церебральных и гемодинамических характеристик с учетом индивидуального биохимического статуса развивающегося организма путем составления лабораторного эпикриза. Для примера приведем оценку метаболического статуса 23-летней испытуемой К-вой. Амплитудные величины ее ЭЭГ-ритмов метаболически сочетались с индивидуальными иерархически выстроенными биохимическими показателями сыворотки крови. Время распространения пульсовой волны от сердца до лобных отделов мозга (Qx), равное 0,13 секундам, соответствовало нижней границе нормы для лобных отведений, но было несколько укорочено для затылочных областей [1]. Это совпадало с нижней же границей нормы общего белка (75,2 г/л) у данной испытуемой при относительно высоком содержании альбуминов (47,1 г/л). Подчеркнем, что применялся не устаревший, а пересмотренный норматив общего белка в соответствии с авторской алгоритмической схемой [7,8], позволяющей внутри до сих пор еще существующего формального нормативного диапазона судить о весьма существенных для