AP26100207 «Өсімдік майлары негізінде экологиялық таза наномодификацияланған майлап суыту сұйықтықтарын өндіру технологиясын әзірлеу»
SDG #12
Жоба жетекшісі
Степанова Ольга Александровна, «Шәкәрім университеті» КеАҚ, кафедра меңгерушісі, техника ғылымдарының кандидаты, профессор
Өзектілігі
Әлемдік нарықта майлау-салқындатқыш сұйықтықтарды (МСС) синтетикалық және мұнай негізді өнімдер (шамамен 2/3) басым қолданады, ал олардың пайдалануымен беткі және жерасты суларын, ауаны және топырақты ластаумен байланысты елеулі экологиялық тәуекелдер туындайды, бұл өз кезегінде азық-түлік қауіпсіздігіне және халық денсаулығына жанама әсер етеді. Осындай жағдайда өсімдік майларына негізделген экологиялық таза, наномодификацияланған МСС технологиясын MQL-жүйелерінде (майлаудың минималды мөлшері) қолдану тұрғысынан әзірлеу өзекті болып табылады. Өсімдік негіздерінің биоыдырағыштығы қоршаған ортаға түсетін токсикалық жүктемені азайтады, ал наноқоспалар (Al2O3, TiO2, MWCNT, Cu, Ag) есебінен жететін жоғары жылуөткізгіштік пен жақсартылған трибологиялық қасиеттер өңдеу аймағын тиімдірек салқындату мен майлауды минималды шығындарда қамтамасыз етеді. Күрделі зерттеу шеңберінде өсімдік майларының кең спектрін (кокос, соя, кастор, күнбағыс, рапс, пальма, жожоба) қарастырып, оңтайлы нанокомпоненттерді таңдау минералды МСС-да ғылыми және практикалық тұрғыдан маңызды балама қалыптастырады және метал өңдеудің экологиялық ізі мен ресурстық жүктемесін төмендетуге бағытталады.
Мақсаты
Металдарды механикалық өңдеуде қолдану үшін экологиялық таза наносұйықтықтарды алу мақсатында нанобөлшектері бар өсімдік майлары негізіндегі кесу сұйықтарын модификациялау.
Күтілетін нәтиже
1. Өсімдік майлары негізінде наномодификацияланған майлау-салқындатқыш сұйықтықтарды (МСC) алу әдісі әзірленді.
2. Алынған құрамды MQL технологиясымен (минималды мөлшерде майлау жүйесі) біріктіру металдарды механикалық өңдеуде қолданылатын МСC-ның экологиялық тазалығын қамтамасыз етеді.
3. MQL жүйелеріне арналған МСC-ның қажетті физика-химиялық қасиеттері бойынша деректер алынды.
4. Өсімдік майларын MQL технологиясында қолданудың ерекшеліктері зерттелді.
5. Алынған деректер негізінде наномодификацияланған МСC синтезінің әдістемесі әзірленіп, оңтайландырылды.
6. МСC-ның оңтайлы құрамы мен нанобөлшектердің тиімді концентрациясы анықталып, майлау-салқындатқыш сұйықтықтарды наномодификациялау технологиясы жасалды.
7. Наносұйықтықтарды тұрақтандырудың тиімді әдісі анықталды.
8. Наномодификацияланған МСC-ның жылу өткізгіштігі мен тұтқырлығы зерттелді.
9. Бұл қасиеттердің температураға тәуелділігі және алынған наносұйықтықтардың тұрақтылығы анықталды.
10. Алынған наномодификацияланған МСC ортасында металдарды механикалық өңдеу (кесу) бойынша тәжірибелер жүргізілді.
11. Наномодификацияланған МСC берудің әртүрлі технологиялық режимдері сыналды.
12. Өңделген беттің қасиеттері зерттеліп, алынған нәтижелер талданды.
13. Металдарды кесу барысында анықталған негізгі мәселелер ескеріліп, кесу сұйықтығының құрамы мен өндіріс технологиясы жетілдірілді.
14. Жақсартылған құрамдағы наносұйықтықтармен қайталама тәжірибелер жүргізілді.
15. Өңделген беттердің қасиеттерін салыстырмалы талдау нәтижелері алынды.
16. Металдарды кесу кезінде жылу беру процесі наномодификацияланған МСC ортасында модельденді.
17. Алынған барлық тәжірибелік деректер негізінде наномодификацияланған майлау-салқындатқыш сұйықтықтарды қолдану бойынша ұсынымдар әзірленді.
18. Жоба нәтижелері бойынша келесі ғылыми жарияланымдар жоспарлануда:
• кемінде үш (3) ғылыми мақала және (немесе) шолу, Web of Science (Science Citation Index Expanded) және/немесе Scopus дерекқорларында индекстелген, Q1–Q3 квартильдеріне кіретін немесе CiteScore 60 пайызтилінен төмен емес журналдарда;
• КОКНВО ұсынған шетелдік немесе отандық рецензияланған басылымдарда кемінде екі (2) мақала немесе шолу, оның бірі көпсалалы (multidisciplinary) санатта болуы тиіс.
19. КОКНВО-ның 1-тізіміндегі көпсалалы емес журналдар үшін 1 және 2-тізімдерге енгізілген, екі немесе одан да көп бағытта индекстелетін журналдар есептеледі.
20. Жоба нәтижелері келесі журналдарда жариялануы жоспарлануда:
• Wear (Scopus CiteScore – 88%, Web of Science Q1), баспагер Elsevier;
• Results in Engineering (Scopus CiteScore – 82%, Web of Science Q1), баспагер Elsevier;
• Journal of Manufacturing Processes (Scopus CiteScore – 89%, Web of Science Q1), баспагер Elsevier;
• сондай-ақ Web of Science (Science Citation Index Expanded) және/немесе Scopus дерекқорларында индекстелген, CiteScore ≥ 60% көрсеткіші бар басқа ғылыми журналдарда.
21. Қазақстандық жарияланымдар келесі басылымдарда жүзеге асырылады:
• Қазақстан Республикасы Ұлттық ғылым академиясының баяндамалары (КОКНВО 2-тізімі, физика-химия ғылымдары);
• Қазақстан Республикасының Ұлттық ядролық орталығының хабаршысы (КОКНВО 2-тізімі, физика ғылымдары);
• Д. Серікбаев атындағы ШҚТУ хабаршысы (КОКНВО 2-тізімі, пәнаралық бағыт: инженерия, АКТ, сәулет және құрылыс).
22. Жоба аясында 1 PhD докторантын даярлау жоспарланған, оның зерттеу тақырыбы жоба тақырыбымен тікелей байланысты.
23. Зерттеу нәтижелері бұқаралық ақпарат құралдарында жарияланып, отандық және шетелдік ғылыми конференцияларда ұсынылады.
24. Жобаның қолданылу саласы – машина жасау.
25. Алынған наномодификацияланған майлау-салқындатқыш сұйықтықтар экологиялық қауіпсіз қасиеттерге ие болады, бұл қоршаған ортаны қорғау мен тұрақты даму мақсаттары үшін маңызды фактор болып табылады.
26. Жобаның практикалық маңыздылығы – өнеркәсіпте қолданылатын улы және ыдырамайтын минералды МСC-ның орнына экологиялық таза сұйықтықтарды өндіру технологиясын әзірлеу.
Қол жеткізілген нәтиже
- MQL жүйелерінде қолданылатын салқындатқыш-майлау сұйықтықтарының (СОЖ) талап етілетін қасиеттері бойынша деректер алынды. Осы технологияны пайдалану кезінде өсімдік майларының ерекшеліктері зерттелді. Алынған нәтижелер наномодификацияланған СОЖ синтездеу барысында ескерілді.
Өсімдік майларын базалық сұйықтық ретінде қолданудың негізгі ерекшеліктері анықталды (жылуөткізгіштікке, тұтқырлыққа және жылу әкетуге әсері). Эксперименттік деректерді талдау негізінде Al₂O₃, TiO₂, MWCNT, Cu және Ag нанобөлшектері бар наносұйықтықтарды кейінгі синтездеу үшін қасиеттер бойынша бағдарлар нақтыланды:
– базалық өсімдік майлары үшін 40 °C температурада кинематикалық тұтқырлықтың 20–50 мм²/с аралығы қабылданды;
– Al₂O₃ және TiO₂ нанобөлшектері үшін жұмыс концентрациясының диапазоны шамамен 0,5–1,0 wt.% (осы кезде жылуөткізгіштік ~15–40 % артады және тұтқырлықтың шамадан тыс өсуі байқалмайды);
– MWCNT үшін 0,1–0,3 wt.% мөлшеріндегі шағын дозалар тиімді;
– Cu үшін 0,2–0,5 wt.%;
– Ag үшін беттік-активті заттар (ПАВ) қосылған өсімдік негізінде шамамен 0,6 wt.% ұсынылады.
Аталған нәтижелер наномодификацияланған СОЖ синтездеу және MQL технологиясына арналған оңтайлы рецептураларды таңдау үшін бастапқы деректер ретінде қабылданды.
- СОЖ-тың оңтайлы құрамы алынды, нанобөлшектердің тиімді концентрациясы анықталды және СОЖ-ты наномодификациялау технологиясы пысықталды. Наносұйықтықтарды тұрақтандырудың тиімді тәсілі белгіленді.
0,5–1,0 wt.% концентрация аралығындағы нанобөлшектер үшін эксперименттер жүргізіліп, олардың нәтижесінде оңтайлы аймақ анықталып, келесі деректер алынды:
– Тиімді концентрациялар.
Al₂O₃ және TiO₂ үшін 0,5–1,0 wt.% жұмыс диапазоны белгіленді: 0,5 wt.% Al₂O₃ кезінде трибологиялық әсер мен тұтқырлықтың ең тиімді арақатынасы байқалады; концентрацияны ≥1 wt.% дейін арттыру тұтқырлықтың өсуіне және жергілікті адгезиялық тозу қаупінің артуына әкеледі.
Мыс (Cu) нанобөлшектері үшін 0,2–0,5 wt.% аралығында тиімді жұмыс істеуі көрсетілді, бұл диапазонда кесу күштерінің және бет кедір-бұдырлығының Ra параметрінің төмендеуі тіркелді.
Күміс (Ag) нанобөлшектері үшін Tween-80 беттік-активті заты қосылған өсімдік майы негізінде шамамен 0,6 wt.% оңтайлы концентрация анықталды. Бұл жағдайда құрғақ өңдеумен және нанобөлшексіз базалық сұйықтықпен салыстырғанда бет кедір-бұдырлығының Ra параметрі едәуір төмендейді.
– СОЖ-ты наномодификациялау технологиясы.
Екі сатылы диспергирлеу сұлбасы пысықталды: механикалық араластыру → 30–60 минут ультрадыбыстық өңдеу → кейіннен БАЗ арқылы тұрақтандыру.
CTAB/SDBS/Tween-80 қолдану ұзақ мерзімді дисперстік тұрақтылықты және жылу берудің артуын қамтамасыз ететіні көрсетілді; ультрадыбыстық өңдеу уақытын шамамен 60 минутқа дейін ұзарту нанобөлшектердің айтарлықтай деградациясынсыз тұрақтылықты арттырады.
– Майлы жүйелер үшін тұрақтандыру мақсатында БАЗ-ды (CTAB/SDBS/Tween-80, қажет болған жағдайда олеин қышқылы) ультрадыбыстық өңдеумен және дисперстілікті бақылаумен үйлестіріп қолдану ұсынылады.
- Наномодификацияланған СОЖ-тың әртүрлі құрамдарының жылуөткізгіштігі мен тұтқырлығы зерттелді. Аталған қасиеттердің температураға тәуелділігі, сондай-ақ алынған наносұйықтықтардың тұрақтылығы анықталды.
Келесі нәтижелер алынды:
– Жылуөткізгіштік (λ).
Нанобөлшектерді аз концентрацияда енгізу кезінде өсімдік негізіндегі базалық майлардың λ көрсеткішінің шамамен +15–40 % аралығында артатыны тіркелді (бөлшек түрі мен көлемдік үлесіне φ≤1 % байланысты). Ең жоғары әсер гибридті құрамдарда және көміртекті нанобөлшектерде (MWCNT) байқалды.
– Тұтқырлық (μ).
Нанобөлшектер концентрациясы артқан сайын μ өсетіні, ал температура жоғарылаған сайын μ төмендейтіні көрсетілді. Өсімдік майы негізіндегі Al₂O₃-наносұйықтықтар үшін φ артқанда μ өсетіні және қыздырғанда μ азаятыны эксперименталды түрде расталды. Сонымен қатар, MQL жүйесінде технологиялық берілісті (форсункалардың бітелуін болдырмау) қамтамасыз ететін концентрация диапазондары таңдалды.
– λ(T) және μ(T) температуралық тәуелділіктері.
Эксперименттік түрде қыздыру кезінде (MQL-дің жұмыс температуралары диапазонында) λ(T) өсіп, μ(T) төмендейтіні анықталды, бұл жылу әкетуді және айдалғыштықты жақсартады. MWCNT және гибридті жүйелерде λ(T) әсері нанобөлшектердің жоғары жылуөткізгіштігі мен термодисперсиялық құбылыстарға байланысты айқынырақ байқалады.
– Тұрақтылықты зерттеу нәтижелері.
Өсімдік майы негізіндегі наносұйықтықтар дәл сол концентрация диапазонында су негізіндегі наносұйықтықтармен салыстырғанда айтарлықтай жоғары тұрақтылық көрсетеді. Бұл өсімдік майларының тұтқырлығының жоғары болуымен түсіндіріледі.
Ғылыми топ
Степанова Ольга Александровна
КеАҚ “Шәкәрім университеті”, “Техникалық физика және жылуэнергетика” кафедрасының меңгерушісі, техника ғылымдарының кандидаты / профессор
Касымов Аскар Багдатович
КеАҚ “Шәкәрім университеті”, Басқарма мүшесі – стратегия және әлеуметтік даму жөніндегі проректор, Phd
Бектемисов Ануар Алмасбекович
КеАҚ “Шәкәрім университеті”, «Техникалық физика» білім беру бағдарламасының PhD докторанты
Ермоленко Михаил Вячеславович
КеАҚ “Шәкәрім университеті”, “Техникалық физика және жылуэнергетика” кафедрасының аға оқытушысы, техника ғылымдарының кандидаты, қауымдастырылған профессор(доцент)
Умыржан Темірлан Нұрланұлы
КеАҚ “Шәкәрім университеті”, «Техникалық физика» білім беру бағдарламасының PhD докторанты
Акишов Жандос Қайрбекұлы
КеАҚ “Шәкәрім университеті”, «Техникалық физика» білім беру бағдарламасының PhD докторанты
Жамбаева Маржан Қанатқызы
КеАҚ “Шәкәрім университеті”, «Техникалық физика» білім беру бағдарламасының PhD докторанты
Астемесова Каламкас Сериковна
Кафедра меңгерушісі А. Бүркітбаев атындағы Энергетика және машина жасау институты Жалпы физика кафедрасы
Мануленко Антон Иванович
КеАҚ “Шәкәрім университет”, “Техникалық физика және жылуэнергетика” кафедрасының инженері
Байсакалова Гульшат Ескалиевна
Бухгалтер
Пайдалы сілтемелер
Жоба туралы
Сол кездегі жобалар
АР27508635 «Қазақстандағы сиыр етін өндірудің бәсекеге қабілеттілігін талдау: АҚШ-та қолданылатын тәсілдермен бірге еттің сапасы, қауіпсіздік стандарттары және қаңқа параметрлерін салыстыру»
Болкенов Бакытжан Тургазыевич, «Шәкәрім университеті» КеАҚ,...
AP25796649 «Екіншілік сүт шикізатын қолдану арқылы құрт өндірісінің инновациялық технологияларын әзірлеу»
Жакупбекова Шугыла Кадыровна, «Шәкәрім университеті» КеАҚ, п...
AP25796807 «Жайық популяциясы киіктерінің гельминтоздары және тәлімбақ жағдайында ветеринариялық-профилактикалық іс-шараларды әзірлеу»
Қожаева Айгерім Романқызы, «Шәкәрім университеті» КеАҚ, Shak...
AP25796077 «Қазақ эмиграциялық баспасөзінің интеллектуалды дискурсты қалыптастырудағы рөлі»
Ұшқын Сәйдірахманұлы, «Шәкәрім университеті» КеАҚ ғылыми қыз...
AP25794135 «Таза биогаз өндірісінің тиімділігін болжайтын математикалық моделін және аналитикалық жүйесін құрастыру».
Шакерхан Қапан Оралғазыұлы, «Шәкәрім университеті» КеАҚ, Физ...
Байланыс
Ғылыми бөлім:
+7 (7222) 31-31-75
science@shakarim.kz