CC BY
2Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 4 | 2024-yil
"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific journal of Fergana branch of TATU named after Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Vol: 1 | Iss: 4 | 2024 year
Электронный научный журнал "Потомки Аль-Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252 Том: 1 | Выпуск: 4 | 2024 год
NANOKATALIZATOR OLISH TEXNOLOGIYASIDA "NAVBAHOR" BENTONITINI QURITISH VA KUYDIRISH JARAYONLARINING TERMOGRAVIMETRIK TAHLILI
J.M. Kurbanov, Samarqand iqtisodiyot va servis instituti, Tex.fan. doktori, professor, jamshedkurbanov @mail.ru
S.S.Sabirov,
Muxammad al-Xorazmiy nomidagi Toshkent axborot texnologiyalari universiteti Farg'ona filiali, fiz.-mat.fan.nom, dotsent, [email protected]
J.J.Kurbonov mustaqil tadqiqotchi, Samarqand iqtisodiyot va servis instituti. [email protected]
Annotatsiya. Ushbu maqolada, nanokatalizator olish texnologiyasida "Navbahor" bentonitini quritish va kuydirish jarayonlarining derivatogrammasi asosida termogravimetrik tahlili, matematik modellashtirilishi keltirilgan. Matematik modellashtirishda: bog'lanish energiyasini miqdoriy tavsiflash reaksiyaning kinetik konstantasini aniqlash, sintetik tenglama Eyler usuli, tanlangan modellarni optimallashtirishda modifikatsiyalangan Nelder-Mid usuli va Vaxuska-Voboril modeli, topokimyoviy Yerofeyev tenglamasidan foydalangan holda difrensiallash va integrallash usullari bajarildi.
Il Kalit so'zlar: Nanokatalizator, quritish, kuydirish, derivatogrmma, derivatograf, termogravimetriya.
Kirish. Hozirgi vaqtda geterogen katalizatorlar bilan mavjud texnologiyalarning yuqori energetik va xomashyo sarfini talab etadigan jarayonlarni amalga oshirish, yangi usullarni izlashga majbur etmoqda. Bu muammoni hal qilish yo'llaridan biri jarayonni nanokatalizatorlarda amalga oshirishdir. Mahalliy zeolit modda bentonitda kop komponentli katalizator olishning texnologik sxemasi bo'yicha liozal erituvchi hosil bo'lishi bilan kolloid zarrachalar 3-4 nm li zarrachalarga taqsimlanadi. Bunda asosiy parametrlar sifatida muhitning pH qiymati, suv va tutuvchi modda nisbatlari, shuningdek, katalizatorlarning mavjudligi va tabiati hisoblanadi. Nanokatalizatorlar olish texnologiyasining quritish jarayonida materialning 3080% g'ovaklik hosil bo'ladi va so'nggi kuydirish bilan gel termik zichlashtirilib, o'rtacha o'lchamdagi g'ovaklarning hajmi kamaytiriladi.
Ushbu tadqiqot ma'lum darajada O'zbekiston Respublikasi Prezidentining Farmoni PF-60-son 2022-
yil 28-yanvardagi "Yangi O'zbekistonning 2022-2026-yillarga mo'ljallangan rivojlanish strategiyasi to'g'risida"[1], O'zbekiston Respublikasi Prezidentining Qarori PQ-4265-son 2019-yil 3-apreldagi "Kimyo sanoatini yanada isloh qilish va investitsion jozibadorligini oshirish chora-tadbirlari to'g'risida"[2], shuningdek, ushbu sohada qabul qilingan boshqa me'yoriy hujjatlarda belgilangan vazifalarni amalga oshirishga muayyan darajada xizmat qiladi.
Tadqiqot metodikasi. Nanokatalizator olish texnologiyasida "Navbahor" bentonitining termogravimetrik (derivatografik) tahlilini bajarish uchun biz Od-103 (Vengriya) derivatografidan foydalandik [3,4], chunki termogravimetriyaning asosini derivatogramma — izotermik bo'lmagan kinetik ma'lumotlar tashkil etadi. Ma'lumki, tadqiqotlar davomida massa o'zgarishlarini termogravimetrik o'lchash sifat va miqdor tahlili uchun
289
Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 4 | 2024-yil
"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific journal of Fergana branch of TATU named after Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Vol: 1 | Iss: 4 | 2024 year
Электронный научный журнал "Потомки Аль-Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252 Том: 1 | Выпуск: 4 | 2024 год
katta ahamiyatga ega. Buning uchun differensial termik va termogravimetrik usullarni bir vaqtda qo'llash talab etiladi. Uning yordamida namuna bir vaqtning o'zida o'rganilayotgan mahsulotning T-harorati, TG-harorat davomidagi vazn o'zgarishi, DTG-vazn o'zgarish tezligi va DTA-entalpiya o'zgarishi o'lchanadi.
Od-103 (Vengriya) derivatografining tuzilishi va undagi harakatlar sxemasi 1-rasmda keltirilgan.
Rasm-1. Od-103 derivatograf qurilmasi va harakatlar sxemasi
1.Qizdirish pechi; 2. Konussimon inerert material; 3. Material uchun tigel;
4. Tarozi; 5.Termopara chiqishi; 6.Qopqoq; 7.Yorug'lik manbai; 8.Magnit;
9. Kollektor; 10.Induksion uzak; 11. Galvanometr; 12. Fotoregistrlovchi.
"Od-103 derivatografik qurilma avtomatik ravishda ishlaydi va kuzatilgan o'zgarishlarni tavsiflovchi egri chiziqlar fotoregistratsiya barabaniga biriktirilgan fotointensiv qog'ozga yoziladi. Sinov namunasi pechda maxsus idishda qizdiriladi, uning harorati vaqt o'tishi bilan bir xil bo'ladi. Muvozanat kollektoriga o'rnatilgan yoritilgan optik tirqishning yorug'lik signali fotointensiv qog'ozga termogravimetrik egri chiziq ko'rinishidagi shkala bo'yicha kattalashtirilgan linza tizimidagi tirqishning og'ishini qayd qiladi. Matematik modellashtirishda: bog'lanish energiyasini miqdoriy tavsiflash, reaksiyaning kinetik konstantasini aniqlash, sintetik tenglama Eyler usuli, tanlangan modellarni optimallashtirishda modifikatsiyalangan Nelder-Mid
usuli, Vaxuska-Voboril modeli va topokimyoviy Yerofeyev tenglamasidan foydalangan holda differensiallash va integrallash usullari bajarildi. Asosiy qism. Bentonitning izotermik bo'lmagan termogravimetrik tadqiqotlari natijalariga ko'ra, derivatogrammada to'rtta egri chiziq tasvirlangan: T, TG, DTG va DTA. Izotermik bo'lmagan sharoitlarda termogravimetriya yordamida olingan termoanalitik kinetik tahlil qilish uchun differensial usul ishlatilgan. «Navbahor» bentonitining derivatogrammasi sifat jihatidan tahlil qilish uchun 2-rasmda keltirilgan.
Rasm-2. «Navbahor» derivatogrammasi.
bentonitining
Derivatogrammaning sifat tahlilida bentonitdagi suvning material bilan bog'lanish turlarini, uni quritish va kuydirish harorati bosqichlarini aniqlashga imkon beradi. Bentonitning miqdoriy (massasining) o'zgarishini aniqlashda derivatogrammani termogramma shakliga keltiramiz, ya'ni abssissa o'qi bo'yicha jarayon davomida haroratning o'zgarishini qo'yamiz (3-rasm).
Rasm-3. termogrammasi.
Bentonit
namunasining
Derivatogramma - termogrammasidan ko'rinib turibdiki, bentonitning birlamchi quritilishi 70 °C haroratda boshlanadi va 300 °C da tugaydi. 80 mg bentonitdan 11,02 mg yoki umumiy massaning 13,77%
290
Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 4 | 2024-yil
"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific journal of Fergana branch of TATU named after Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Vol: 1 | Iss: 4 | 2024 year
Электронный научный журнал "Потомки Аль-Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252 Том: 1 | Выпуск: 4 | 2024 год
oxirgi 35 daqiqada yengillashgan. Bu, undagi so'rilgan suv (namlik) va boshqa uchuvchi birikmalar tufayli yuzaga kelgan deb hisoblaymiz. Haroratning o'zgarishi bilan bentonit massasi to'rt bosqichda: 1-bosqichda 1,57%, 2-bosqichda 2,91%, 3-bosqichda 3,69% va 4-bosqichda 5,6% kamayib boradi. DTG va DTA o'zgarishi bo'yicha ham to'rtta cho'qqi: 1 - 115,1 °C; 2 - 144,9 °C; 3 - 437,7 °C; 4 - 753,2 °C o'zgarishini kuzatishimiz mumkin.
Keltirilgan sifat va miqdoriy o'zgarishlar shuni ta'kidlaydiki, bentonitni quritish jarayoni 3 bosqichda bo'lib, asosiy namligi chiqariladi. So'ng, oxirgi bosqichda - kuydirish jarayonida molekulyar-globulyar darajada parchalanadi.
Bentonit loyini kolloid kapillyar g'ovak material deb hisoblab, ko'rib chiqilgan xossalardan shunday xulosa kelib chiqadiki, materialning qattiq skeleti bilan alohida tipdagi suvning bog'lanishlari orasidagi chegarani chizish amalda qiyin. Bentonit tabiati va strukturasi bilan murakkab tizim hisoblanadi va turli xil namlik birikmalariga egaki, uning suvsizlanishining turli bosqichlarida, ma'lum turdagi namlik chegarasi katta rol o'ynaydi.
P.A.Rebinder[5] tomonidan taklif etilgan kolloid kapillyar-g'ovak materiallarda namlik bog'lanish shakllarining tasnifi turli shakllarning shakllanishi va ularning material bilan bog'lanish energiyasini hisobga oladi. Unga ko'ra, namlikning barcha shakllari uch katta guruhga bo'linadi: kimyoviy (molekulyar), fizik-kimyoviy (yutish, osmotik saqlash namligi - shish va tarkibiy namlik), fizik-mexanik (makro- va mikrokapillyar namlik).
P.A.Rebinderning izotermik degidratatsiyaning erkin energiyasining qiymati materialdan 1 mol suv ajralishi uchun sarflanadigan ish (erg/mol da):
Pu
—A F = L = RTln-f = —RTlny bu yerda: R — gaz doimiysi;
Р
erkin suv to'yingan bug'ining
bosimi;
Ри — и namlikdagi material usti muvozanat suv bug'ining parsial bosimi, inert gaz yoki vakuumda
(p =
Pu P„
Ushbu bo'yicha, derivatogramma DTA chizig'i bentonitda asosan uch turdagi bog'langan suv (namlik) mavjudligini ko'rsatadi: kimyoviy (molekulyar), fizik-kimyoviy (shimish, osmotik saqlash tufayli), va fizik-mexanik (makro- va mikro kapillyarlarning namligi). DTA va TG chizig'idan ko'rinib turibdiki, uni qizdirish vaqtida dastlabki birinchi bosqichda (10-12 daqiqada) fizik-mexanik (makro- va mikro kapillyarlarning namligi) chiqadi. Ikkinchi bosqichda (13-24 daqiqada) fizik-kimyoviy (shimish va osmotik saqlash tufayli) namlik chiqadi, keyingi bosqichda esa destruksiya boshlanadi. 35-50 daqiqalarda bu jarayon bir tekis davom etadi, so'ng (50-70 daqiqada) esa bir muncha keskinroq molekulalar chiqishi ro'y beradi. Oxirida to'liq destruksiya jarayoni yuz beradi va kimyoviy suv molekulalari parchalanadi. TG va DTA chiziqlarini taqqoslash orqali ushbuni tasdiqlashimiz mumkin. Shuningdek, temperatura chizig'i bilan solishtirib, ushbu jarayonlarning qaysi temperatura oralig'ida o'tganligini aniqlash mumkin.
Derivatogramma egri chiziqlarini tahlil qilish va hisoblash TGA egri chiziqlaridan kinetik konstantalarni topish uchun yo'naltirilgan turli (6 ta) usullar va tenglamalar yordamida o'tkazilgan tahlil shuni ko'rsatadiki, termogravimetriya ma'lumotlariga ko'ra reaksiya mexanizmini aniqlash uchun eksperimental ma'lumotlarga eng yaqin keladigani:
da = zexp [—-jE] am(1 — a)n(—ln(1 — a))
(1)
bunda: a
o' zgartirish
darajasi,
ъ, E, m, n, p —kinetik model parametrlari.
Kinetik parametrlarning dastlabki parametrlari og'irlik eng kichik kvadratlar usuli bilan baholanadi
— af) ^ min
(2)
bunda a3 va av- eksperimental va hisob o'zgarishi darajasi.
291
P
Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 4 | 2024-yil
"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific journal of Fergana branch of TATU named after Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Vol: 1 | Iss: 4 | 2024 year
Электронный научный журнал "Потомки Аль-Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252 Том: 1 | Выпуск: 4 | 2024 год
Qoidaga ko'ra, og'irlik quyidagi formula qo'llaniladi:
ш.
- „ß
aï
koeffisiyenlariga
(3)
Masalan: = 1/atga statik o'lchovga ega bo'lamiz va ß = — 1 (4) deb qabul qilinadi.
Olingan parametrlarni tanlangan sintetik tenglama Eyler usulining o'zgaruvchan qadamli integrlashishtrilib va quyidagi funksiyalar optimal parametrlarni tanlash sifatida ishlatiladi:
f(z,E,m,n,p) = JTK(a3 — av) ^ min (5)
Optimallashtirish modifikatsiyalangan
Nelder-Mid usuli bilan amalga oshiriladi, chunki bu dastlabki yaqinlashuvning muvaffaqiyatli joylashuvi bilan ishonchli yaqinlashishni ta'minlaydi [7]. Jarayonning kinetik parametrlarini hisoblash uchun biz tenglamaning modifikatsiyasini ifodalovchi Vaxuski va Voboril modeli va topokimyoviy Yerofeyev tenglamasidan foydalandik va birinchi modeldan foydalanganda kinetik konstantalar differensial usul yordamida TG egri chiziqlaridan hisoblanadi. Shuningdek, u namuna haroratining chiziqli qonuniga mos keladigan, belgilangan qiymatlardan og'ishi bilan bog'liq reaksiyalarning termal ta'sirini hisobga oladi. Qattiq jismning termal parchalanishining differensial tenglamasi asos qilib olinadi:
(6)
bunda: a — uzgarish darajasi, z —chastotali faktor, 1/sek; E- aktivatsiya energiyasi, kkal/mol; n-reaksiya tartibi.
Ushbu tenglama logarifmi, quyidagi ko'rinishni
oladi:
In — = Inz — — + nln(1 — a) (7)
dx RT
Ushbu chiziqli tenglamaning yechimini Nelder-Mid usulini yanada takomillashtirish bilan eng kam kvadratlar usuli bilan olish mumkin.
Termal parchalanish kinetikasini tavsiflashda ikkinchi usul, yuqorida ko'rsatilganidek, shaklga ega bo'lgan topokimyoviy Yerofeyev tenglamasidan foydalandik:
^ = zexp (1 — a)[—£n(1 — a)]
n-l n
(8)
Shunday qilib, yuqoridagi tenglamalardan foydalanib, bentonitni yuqori haroratda qayta ishlash jarayonida parchalanish jarayonlarining kinetikasi modellashtirildi.
Hisob - kitoblar IBM PC/XT shaxsiy kompyuterida EUREKA (Borland international firmasi, yordamida amalga oshirildi, unga eng kam kvadratlar usuli yordamida statik ma'lumotlarni qayta ishlash kiradi [8]. Jarayonning kinetikasini o'rganishda EUREKA usuli bilan qayta ishlash uchun o'zgartirilgan va quyidagi shaklga ega bo'lgan Vaxuski-Voboril va Yerofeyev modellari ishlatildi:
1. Vaxuski-Voborila modeli: f(xi,x2,x3)=ai*exp(-a2/1.987*xi)*x3*(1-x2)*a3
bunda: xi-harorat (T); x2-o'zgarish darajasi ( a); x3-vaqt birligidagi farqi (Ar);f (xi,x2, x3)-uch o'zgaruvchi funksiyasi xi, x2, x3 o'zgarish darajasi farqi (A a); ai- eksponensial oldi ko'paytirgichi; a2-aktivatsiya energiyasi (Ye); a3- reaksiya tartibi (n).
xi, x2, x3 F(xi, x2, x3) funksiyalarning natijalari eksperimental natijalaridan olinadi.
2. Yerofeyeva modeli: f(xi,x2, x3)=ai*exp(-a2/i.987*xi)*x3(i-a3-i)*a3-x2)*(-ln(i-x2), bunda: xi,x2, x3, f(xi,x2, x3)-T; ai-chastotali faktor (z), a2-(E), a3-(n).
Taklif etilgan modellar asosida hisob-kitoblar paytida ai, a2, a3 koeffisiyentlari tanlanadi va maksimal xato beriladi, bu hisoblangan ma'lumotlarning eksperimental ma'lumotlardan umumiy og'ishi hisoblanadi. Hisoblash natijalari i-jadvalda keltirilgan.
n
292
Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 4 | 2024-yil
"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific journal of Fergana branch of TATU named after Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Vol: 1 | Iss: 4 | 2024 year
Электронный научный журнал "Потомки Аль-Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252 Том: 1 | Выпуск: 4 | 2024 год
1 - jadval
Kinetik parametrlarini hisoblash natijalari
№ Materal nomi Kinetik parametrlar
Yerofeyev tenglamasi o'zgarmaslari
z E kkal/mol n
1 Ishqoriy bentonit tuproq 13,90 18,2 1,21 0
2 Ishqoriy yer tuproq 12,80 17,4 1,36
Xulosa. Topokimyoviy Yerofeyev tenglamasi modeli asosida kinetik parametrlarini hisoblash natijalaridan ishqoriy bentonit va ishqoriy yer tuproq bentonitlar kinetik ko'rsatkichlari bir biridan ko'p farq qilmas ekan, Bentonitlarni termik ishlov berishda, bosqichiga mos keladigan birinchi davrda Vaxuski-Voboril modeli 7,8% eng yaxshi aniqlikni berdi. Termal parchalanish jarayonining ikkinchi va keyingi davrlari uchun Yerofeyev modeli 5.9% xatolikga ega.
Adabiyotlar:
1. O'zbekiston Respublikasi Prezidentining Farmoni PF-60-son 2022-yil 28-yanvardagi "Yangi O'zbekistonning 2022-2026 yillarga mo'ljallangan rivojlanish strategiyasi to'g'risida".
2. O'zbekiston Respublikasi Prezidentining PQ-4265-son 2019-yil 3-apreldagi "Kimyo sanoatini yanada isloh qilish va investision jozibadorligini oshirish chora-tadbirlari to'g'risida".
3. Fialko M.V. Neizotermicheskaya kinetika v termicheskom analize.-Tomsk, izdat. Tomskogo universiteta, 1981,-110.
4. Shestak Ya. Teoriya termicheskogo analiza-M., Mir, 1987,-456.
5. Rebinder P.A., Fiziko-ximicheskaya mexanika.- M. Izd. AN SSSR 1960. O formax svyazi vlagi s materialom v prosesse sushki. Trudы vsem nauch. tex. soveщaniya po sushke. - M.:. Promizdat.1958, -14 s.
6. Kurbanova M.J. - Intensifikatsiya teplo-massoobmenn^ix prosessov nachalnыm
impulsnыm energopodvodom // Monografiya.-Samarkand: GP izdatelstvo "Zarafshon"-2017.-s.136.
7. Kurbanova M.J., Dodayev K.O., Kurbanov J.M., Analiz i raschet derivatogrammы plodov i ovoщyey//Samarkand Davlat Universiteti ilmiy tadqiqotlar axborotnomasi.-Samarkand, 2017.-№3.-S.68-72.
8. Qurbonov J.M., Fayziyev J.S. "Oziq-ovqat mahsulotlari tadqiqotining fizik-kimyoviy uslublari", -T."Ilm-Ziyo", 2009 y. 268 b.
293
