Определение дисперсного состава частиц сурьмы с помощью волокнистых фильтров ФП
В промышленных условиях для санитарно-гигиенического анализа одним из важнейших и весьма сложных вопросов является отбор проб вредных выбросов из воздуха, которые находятся в нем в аэродисперсном состоянии. В оценке дисперсного состава и концентрации аэрозольных частиц сурьмы, присутствующих в воздухе рабочих помещений и технологических газах Кадамжайского сурьмяного комбината(КСК), а также в свободной атмосфере, существенное значение имеют субмикронные(наноразмерные)частицы. Для эффективного их улавливания из воздуха вредных веществ в виде аэрозолей и определения их размеров, образующихся в процессе переработки сурьмяных руд в комбинате можно использовать методы, основанные на использовании каскадных импакторов, центрифуг, термопреципитатора и другие[1]. Однако, при использовании аэрозольных частиц микронного и наномикроскопического размеров с малыми концентрациями в воздушной среде возможности этих приборов и методов весьма ограничены. В таких случаях удобно пользоваться волокнистыми фильтрами Петрянова(ФП)[2-4]. Поскольку, во-первых, ФП обладает очень высокой эффективности улавливания, во-вторых, прозрачен для электронного потока (рис. 1). Эти особенности ФП позволило использовать их в качестве держателя объекта – субмикроскопических (нанометрических) частиц сурьмы. ФП представляют собой слой ультратонких синтетических волокон, нанесенных в процессе получения на марлевую подложку или «основу» из скрепленных между собой более толстых волокон. Толщина слоев ФП составляет 0,2-1,0 мкм. Волокна(диаметром 0,1-2 мкм) не цилиндрические, а лентовидные, ширина их в 3-10 раз больше толщины. Известно, что уже с тремя слоями материала ФПП -15-1,5 фильтр абсолютно очищает воздух от аэродисперсных частиц[2-4]. Дисперсный состав частиц Sb после отбора пробы измеряли с помощью электронно-микроскопических(ЭМ) снимков(рис.1.), а также размер частиц определяли осаждением аэрозолей сурьмы на коллоидную пленку и с дальнейшим фотографированием на ЭМ(рис.2). В работе частицы сурьмы осаждались на ультратонкие волокна, нанесенные на латунную сеточку, зажатую в патрончике электронного микроскопа ЭМ-100ЛМ. При этом оптимальная скорость течения потока аэродисперсных сурьмяных частиц через сеточку с волокнами ФП составляла около 6см/с.
Рис. 1.Электронно-микроскопический снимок частицы Sb, осажденные на волокны ФП.
Рис.2. Электронно-микроскопический снимок частицы сурьмы, осажденные на коллоидную пленку.
Результаты статического анализа электронно-микроскопических снимков с частицами сурьмы представлены в таблице 1 (дифференциальное распределение частиц по размерам).
Таблица 1.
Статистический анализ частиц сурьмы по размерам на основе ЭМ снимков
№.,
п/п
Количес-во частиц
по размерам, шт
Размер по
х , нм
Размер по у, нм
Диаметр,
d,нм
Периметр
l, нм
Площадь,
S, нм2
1.
21
3,9
3,9
3,9
11,2
15,2
2.
29
7,8
7,8
7,8
24,5
60,8
3.
9
11,8
15,7
13,8
43,3
185,3
4.
13
15,7
19,6
17,7
55,6
307,7
5.
25
19,6
19,6
19,6
61,5
384,2
6.
20
23,5
27,4
25,5
80,1
643,9
7.
20
23,5
31,3
27,4
86,0
735,6
8.
13
27,4
39,2
33,3
104,6
1074,1
9.
6
31,4
39,2
35,3
110,8
1230,9
10.
3
39,2
47,0
43,1
135,3
1842,4
11.
2
43,1
48,1
45,6
143,2
2073,1
12.
1
54,9
51,1
53,0
166,2
2805,4
Гистограмма данных дисперсионного анализа сурьмяных наночастиц частиц КСК, усредненные по нескольким опытам, в виде зависимости процентной доли частиц Ф(х) от их размеров r (нм) показаны на рис. 3.
Рис.3. Гистограмма распределения наночастиц Sb по размерам.
На основе полученных данных можно построить интегральное распределение частиц по размерам в вероятно-логарифмической системе координат. Для графического представления результатов дисперсионного анализа можно использовать вероятно-логарифмическую систему координат, в которой по оси абсцисс отложены значения lgr, в нанометрах, а по оси ординат вспомогательная переменная
lgr - lgrd
µ= .
21/2lgβ
В произвольном равномерном масштабе и соответствующие значения функции:
Ф(х)= 0,5 [ 1+Ф(µ) ] = + F(r), (1)
где Ф( µ) =e-dt - нормальный вероятностный интеграл.
В данной системе координат, согласно экспериментальным данным, строились интегральные кривые распределения:
F(r ) = = Ф( r) . (2)
Как известно, логарифмически-нормальное распределение выражается прямой линией, по которой можно определить параметры распределения, а также содержание частиц в любом интервале значений размеров. Из рисунка 4 видно, что полученные экспериментальные данные удовлетворительно описываются логарифмически нормальной функцией распределения:
f(r)dr = d(),
где rd - средний геометрический радиус частиц сурьмы, ()2 = ( - )2 – среднее квадратичное отклонение(дисперсия) логарифма радиусов от . Значение соответствует точке пересечения прямой с абсцисс, =, tg- тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс.
Полученные результаты позволяет сделать следующие выводы.
Использование фильтров ФП позволило обеспечить отбор наноразмерных аэрозолей сурьмы КСК с атмосферного воздуха поселка Кадамжай с эффективность, близкой к 100%.
На основании электронно-микроскопического исследования дисперсности и распределения частиц сурьмы по размерам установлено, что кривые распределения частиц сурьмы по размерам удовлетворительно описываются логарифмически-нормальной функцией распределения.
Литература
1.Перегруд Е.А. Химический анализ воздуха. М.: Химия,1976. - 328с.
2.Петрянов-Соколов И.В. Избранные труды: 100-летию со дня рождения. М.: Наука, 2007.- 453с.
3.Петрянов И.В., Козлов В.И., Басманов П.И., Огородников Б.И. Волокнистые фильтрующие материалы ФП. М.: Знание, 1968. - 68 с.
4.Басманов П.И., Кириченко В.Н., Филатов Ю.Н., Юров Ю.Л. Высокоэффективная очистка газов от аэрозолей фильтрами Петрянова. М.: Наука, 2003. -271с.
Библиографическая ссылка
Перханова Ы.А., Ташполотов Ы. Определение дисперсного состава частиц сурьмы с помощью волокнистых фильтров ФП // Научный электронный архив.
URL: http://econf.rae.ru/article/5532 (дата обращения: 22.11.2024).
Прочитать публикацию в формате PDF
по оси ординат вспомогательная переменная
= .
+ F(r), (1)
e-dt
d(),
)2 = (
- 
)2 – среднее квадратичное отклонение(дисперсия) логарифма радиусов 
, tg- тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс.