danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2018-62-6-685-693dan-568Research ArticleХИМИЯCHEMISTRYСостав отходящих газов при каталитическом синтезе углеродных наноматериалов при пиролитическом разложении пропан-бутановой смесиWaste gases in the catalytic synthesis of carbon nanomaterials by pyrolytic decomposition of a propane-butane mixtureГенароваТ. Н.HenaravaT. M.

науч. сотрудник

Researcher

tatiana-susliako@mail.ruГрушевскийВ. В.HrusheuskiU. U.

канд. хим. наук, вед. науч. сотрудник

Ph. D. (Chemistry), Leading researcher

grushevskiy_v@mail.ruКривошеевП. Н.KrivosheevP. M.

канд. физ.-мат. наук, заведующий лабораторией

Ph. D. (Physics and Mathematics), Head of the Laboratory

pavlik@dnp.itmo.byПенязьковО. Г.PenyazkovO. G.

академик, д-р физ.-мат. наук, директор

cademician, D. Sc. (Physics and Mathematics), Director

penyaz@dnp.itmo.byБуяковИ. Ф.BuiakovI. F.

канд. техн. наук, заведующий лабораторией

Ph. D. (Engineering), Head of the Laboratory

buyakov@artech.byДмитренкоЮ. М.DmitrenkoYu. M.

канд. техн. наук, заведующий лабораторией

Ph. D. (Engineering), Head of the Laboratory

dmitrenko@artech.byЖданокС. А.ZhdanokS. A.

академик, д-р физ.- мат. наук

Academician, D. Sc. (Physics and Mathematics)

ceo@art-pte.comЧернухоА. П.ChernukhoA. P.

заместитель директора

Deputy director

chern@artech.byИнститут тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси, МинскA. V. Luikov Heat and Mass Transfer Institute of the National Academy of Sciences of Belarus, MinskПередовые исследования и технологии, МинскAdvanced research and technologies, MinskНациональная академия наук Беларуси, МинскNational Academy of Sciences of Belarus, Minsk201813012019626685693Copyright © Генарова Т.Н., Грушевский В.В., Кривошеев П.Н., Пенязьков О.Г., Буяков И.Ф., Дмитренко Ю.М., Жданок С.А., Чернухо А.П., 20192019Генарова Т.Н., Грушевский В.В., Кривошеев П.Н., Пенязьков О.Г., Буяков И.Ф., Дмитренко Ю.М., Жданок С.А., Чернухо А.П.Henarava T.M., Hrusheuski U.U., Krivosheev P.M., Penyazkov O.G., Buiakov I.F., Dmitrenko Y.M., Zhdanok S.A., Chernukho A.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/568

Анализ отходящих газов установки пиролиза легких углеводородов в процессе синтеза углеродных наноматериалов является актуальной задачей не только для оценки количества образующихся вредных веществ, но и для обеспечения наибольшей производительности реактора и максимальной степени конверсии исходного сырья. Методом газовой хроматографии проведен качественный и количественный анализ отходящих газов: неконденсируемых газообразных фракций и адсорбируемых ароматических углеводородов. В результате экспериментов было установлено, что основными компонентами отходящих газов являются водород и метан. В соответствии с утвержденной в Республике Беларусь методикой измерены значения 16 полициклических ароматических углеводородов, обнаруженных в отходящих газах. Проведено сравнение полученных значений с нормативными предельно допустимыми концентрациями канцерогенов в воздухе. Установлено, что концентрации пирена, фенантрена, аценафтилена, аценафтена превышают норму в 1,5–6 раз, а содержание таких токсикантов, как бенз(а)антрацен, антрацен, бенз(а)пирен и дибенз(а,h)антрацен значительно превышают норму. Полученная информация позволяет оценить степень опасности для экологии и возможный вклад таких установок в загрязнение окружающей среды, а также прогнозировать защитные меры по снижению вредного воздействия.

It is known that during the process of carbon nanomaterials synthesis, gaseous products and various unknown hydrocarbons are formed. Thus, the production of carbon nanomaterials could damage the environment. A detailed analysis of all gaseous products during the pyrolysis process is needed in order to clarify the nature of the formed substances and to control the technological characteristics of the catalyst. The chemical composition study of exhaust gases was made on the facility of propane-butane mixture pyrolysis for the carbon nanomaterial synthesis. The analysis of 16 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) of the extracts is made using a gas chromatography-mass spectrometry method. A quantitative analysis of gases was made by gas chromatography coupled with a heat conduction detector and a flame ionization detector. It was established that the concentrations of some PAHs exceed 14, 20, 90 and 100 times much as a maximum permissible concentration in the air. It was found that the appropriate devices of carbon nanomaterial production should be used in order to eliminate the PAHs that are formed.

углеродные наноматериалыпиролиз пропан-бутановой смесихроматографический анализ отходящих газовcarbon nanomaterialspyrolysis of propane-butane mixtureanalysis of exhaust gasesgas chromatographyReferencesУлучшение эксплуатационных свойств эластомерных композиций введением углеродных наноматериалов / К. В. Вишневский [и др.] // ИФЖ. – 2012. – Т. 85, № 5. – С. 1000–1005.Vishnevskii k. V., Shashok Z. S., Prokopchuk N. R., krauklis A. V., Zhdanok S. A. Improvement of the service properties of elastomer compositions by introduction of carbon nanomaterials. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2012, vol. 85, no. 5, pp. 1086–1091. https://doi.org/10.1007/s10891-012-0750-6Влияние углеродных наноматериалов на свойства лакокрасочных покрытий / С. А. Жданок [и др.] // ИФЖ. – 2011. – Т. 84, № 6. – С. 1158–1161.Zhdanok S. A., krauklis A. V., Borisevich k. o., Prokopchuk N. P., Nikolaichik A. V., Stanovoi P. G. Influence of carbon nanomaterials on the properties of paint coatings. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2011, vol. 84, no. 6, pp. 1242–1246. https://doi.org/10.1007/s10891-011-0590-9Влияние многостенных нанотрубок на прививку транс-этилен-1,2-дикарбоновой кислоты к макромолекулам полиолефинов / Ю. М. Кривогуз [и др.] // Докл. Нац. акад. наук Беларуси. – 2014. – Т. 58, № 4. – С. 47–54.krivoguz yu. M., krauklis A. V., Pesetskii S. S., Zhdanok S. A., Borisevich k. o. Effect of multiwalled nanotubes on grafting of trans-ethylene-1,2-dicarboxylic acid onto polyolefin macromolecules. Doklady Natsional’noi akademii nauk Belarusi = Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus, 2014, vol. 58, no. 4, pp. 47–54 (in Russian).Плиско, Т. В. Структура и свойства дисперсий многостенных углеродных нанотрубок в N,N-диметиламиде / Т. В. Плиско, А. В. Бильдюкевич // Докл. Нац. акад. наук Беларуси. – 2014. – Т. 58, № 3. – С. 67–70.Plisko T. V., Bildyukevich A. V. Structure and properties of the dispersions of multi-walled carbon nanotubes in N,N-dimethylacetamide. Doklady Natsional’noi akademii nauk Belarusi = Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus, 2014, vol. 58, no. 3, pp. 67–70 (in Russian).Исследование процесса синтеза углеродных нанотрубок методом каталитического пиролиза пропан-бутановой смеси, на NiMgy катализаторах / Д. А. Турлаков [и др.] // Фундаментальные и прикладные исследования, инновационные технологии, профессиональное образование: сб. тр. – Тамбов, 2006. – С. 51–52.Turlakov D. A., Tkachev A. G., Negrov V. l. Investigation of the synthesis of carbon nanotubes by catalytic pyrolysis of propane-butane mixture on NiMgy catalysts. Fundamental’nye i prikladnye issledovaniya, innovacionnye tekhnologii, professional’noe obrazovanie: sbornik trudov [Fundamental and applied studies, innovation technologies, professional education: collection of works]. Tambov, 2006, pp. 51–52 (in Russian).Об условиях формирования углеродных наноструктур на стальной поверхности реактора из продуктов разложения углеводородов в низкотемпературной плазме. Анализ материала по глубине, гипотеза механизма роста / С. А. Жданок [и др.] // ИФЖ. – 2011. – Т. 84, № 3. – С. 491–497.Zhdanok S. A., Buyakov I. F., krauklis A. V., Borisevich k. o., kiyashko M. V. on the conditions of formation of carbon nanostructures on the steel reactor surface from the products of hydrocarbon decomposition in a low-temperature plasma. Depth analysis of the material, hypothesis of the growth mechanism. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2011, vol. 84, no. 3, pp. 533–539. https://doi.org/10.1007/s10891-011-0501-0Разложение летучих органических соединений в плазменно-каталитическим реакторе / С. А. Жданок [и др.] // ИФЖ. – 2009. – Т. 82, № 2. – С. 358–363.Zhdanok S. A., Gorbatov S. V., Mikhailov A. A., Plevako k. F., Plevako F. V., Prikhod’ko E. N., Shushkov S. V. Decomposition of volatile organic compounds in a plasma-catalytic reactor. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2009, vol. 82, no. 2, pp. 355–360. https://doi.org/10.1007/s10891-009-0186-9Моделирование нестационарных процессов каталитического синтеза углеродных нанотрубок в псевдоожиженном слое / О. С. Рабинович [и др.] // Теоретические основы химической технологии. – 2014. – № 1(48). – С. 3–14.Rabinovich o. S., Borodulya V. A., Blinova A. N., kuznetsov V. l., Delidovich A. I., krasnikov D. V. Modeling of nonstationary processes of catalytic synthesis of carbon nanotubes in a fluidized bed. Theoretical Fundation of Chemical, 2014, vol. 48, no. 1, pp. 1–12. https://doi.org/10.1134/s0040579514010114Комплексный характер влияния полициклических ароматических углеводородов на метаболические процессы как важный фактор, определяющий особенности их канцерогенной активации / А. Г. Сыса [и др.] // Докл. Нац. акад. наук Беларуси. – 2014. – Т. 58, № 1. – С. 53–56.Sysa A. G., Panibrat o. V., Babenko A. S., Shabunya P. S., Fatykhova S. A., kiselev P. A. Complex nature of the influence of polycyclic aromatic hydrocarbons on the metabolic processes as an important determinant of their carcinogenic activation. Doklady Natsional’noi akademii nauk Belarusi = Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus, 2014, vol. 58, no. 1, pp. 53–56 (in Russian).Грушевский, В. В. Мониторинг полициклических ароматических углеводородов в объектах окружающей среды / В. В. Грушевский // Біялогія і хімія. – 2013. – № 12. – С. 61–68.Grushevskij V. V. Monitoring of polycyclic aromatic hydrocarbons in environmental objects. Bіyalogіya і khіmіya [Biology and Chemistry], 2013, no. 12, pp. 61–68 (in Russian).Quantification of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) found in gas and particle phases from pyrolytic processes using gas chromatography–mass spectrometry (GC–MS) / Nazly E. Sánchez [et al.] // Fuel. – 2013. – Vol. 107. – P. 246–253. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2013.01.065Sánchez N. E., Salafranca J., Callejas A., Millera Á., Bilbao R., Alzueta M. U. Quantification of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) found in gas and particle phases from pyrolytic processes using gas chromatography–mass spectrometry (GC–MS). Fuel, 2013, vol. 107, pp. 246–253. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2013.01.065

The authors declare that there are no conflicts of interest present.