Белсендірілген көмірдің сіңіргіштік қасиетін физика мен химияны негізге ала отырып зерттеу

1 слайд
Ғылыми жоба жетекшілері: химия пәні мұғалімі Нурмагамбетова А.Қ Физика пәні мұғалімі Таласпаева А.Т Ғылыми жобаны қорғаушы оқушы: Шал ақын ауданының қазақ орта мектебінің 11 сынып оқушысы Каримова Динара

2 слайд
Белсендірілген көмірдің сіңіргіштік қасиетін физика мен химияны негізге ала отырып зерттеу Ғылыми жоба тақырыбы:

3 слайд
* Өзектілігі: Мектепте «Судың тазалығын тексеру және оны тазарту тәсілдерін анықтау »тақырыбында зертханалық жұмыс жасағаннан кейін белсендірілген көмірдің сіңіргіштік қасиетін анықтауға қызығушылық туды. * Қазіргі кезде ауа мен судың тазалығы өзекті мәселеге айналып отыр.Көптеген жылдар бойы ғалымдар судың ластануының адам ағзасына және оның өмір сүру ұзақтығы тікелей әсер ететінін анықтады. * Суды тазалау әдістеріне көмірмен сүзу түрі жатады. Бұл құбылыс адсорбция деп аталады. Мектеп бағдарламасында бұл ұғым терең қарастырылмайды. «Белсендірілген көмір.Адсорбция құбылысы» тақырыбы бойынша әдебиеттерді зерттей келе мен белсендірілген көмірдің ерекше қасиеттеріне көз жеткізгім келді. * Жұмыстың мақсаты :Белсендірілген көмірдің сіңіргіштік қасиетін нанокристалдық табиғатын физика –химиялық тұрғыдан зерттеу

4 слайд
Зерттеу міндеті: 1.Белсендірілген көмірдің сіңіргіштік қасиетін анықтау; 2.Белсендірілген көмірдің сіңіру касиетінің табиғатын зерттеу; 3.Зерттеу және тәжірбие жасау барысында жаңа мағұлматтар алу; 4.Үй жағдайында тұрмыстық үй сүзгісін дайындау; 5.Белсендірілген көмір мен нанотүтікшелердің қасиетін анықтау. Зерттеу процедурасы: Абсорбция феномені және оның химиялық және физикалық негіздері. Зерттеу әдісі: Тақырып бойынша материалдар 2016 жылдың қыркүйек айынан бастап жиналды. Әдебиеттер таңдалып,шолулар жасалды.Керек мәліметтердің таңдалуы жүргізілді .    

5 слайд
* Көмір фильтрлері * Адсорбциялық фильтрлар – бұл ең алдымен көмір фильтрлері деп айту артық болмайды. Белсендірілген көмір – ең кеңінен қолданылатын сорбент болып табылады және де жылына миллиондаған тоннамен өндіріледі. Ол әр тектес химиялық қоспаларды жоюға мүмкіндігі бар. Белсендірілген көмірді алу үшін табиғи және жасанды органикалық заттар қызмет етеді. Табиғи ол - ағаш, ауыр мұнай фракциялары, қоңыр және тас көмірлері. Жасанды ол – химия өнеркәсібі өндіретін полимер материалдары. *   Белсендірілген көмірді өндіру бірнеше кезеңнен тұрады: * Пиролиз (карбонизация) – шикізат ауасыз кеңістікте үлкен температурада жағылады. Осы кезеңде алынған көмір(карбонизат) нашар адсорбент болып табылады, себебі оның бос аралары өте кішкентай болғандықтан. Көмірдің үлкен тастары алдын ала бөлшектеу кезеңінен өтуге тиіс, себебі үлкен көлемдегі көмір бөлшектерін белсендіру мүмкін емес. * Белсендіру кезеңіне 4-10 мм аралығында өлшемді көмір фракциялары сәйкес келеді. Көмірді белсендіру химиялық және бу-газды екі жолмен жүзеге асуы мүмкін. Көмірді химиялық жолмен белсендіру барысында арнайы химиялық компоненттерді қолдану арқылы жүзеге асырылады. Бу-газды белсендіру көмірді қатты қыздырылған су буымен немесе оны газбен тотығу арқылы жүзеге асырылады. * Карбонизация - бұл шикізаттың оттегісіз ортада жоғары температурада ыдырауы. Мұндай жағусыз қыздыру құрамында көміртегі басым қалдықтың пайда болуына алып келеді. Осыдан кейін материалды белсендіруге ұшыратады – су буымен немеме газбен  800 ° С астам температурада  өңделеді. Ал өңделген материал бөлшектері жақсы ірімшікке ұқсайды – оның барлық көлемі бойынша әр түрлі көлемді тармақталған кебектер жүйесі бар: бірнеше ангстремнен бірнеше микронға дейін. Осылайша, белсендірілген көміртек материалдары – бұл кебекті көміртек материалдар. Белсендіру процесі 1 грамм көмірге жалпы аумағы 1000-1500 шаршы метр болатын кебекті береді, сондықтан осы көрсеткіштер белсендірілген көмірді қолданудың әдеттен жоғары тиімділігін түсіндіреді.     

6 слайд
* 1.2 Адсорбция тұжырымдамасы.Адсорбциялық құбылыстың жалпы сипаттамасы * Адсорбция  (үстінде және sovleo — жұтамын)— газ немесе сұйық көлемінен оның сұйық не қатты денемен (адсорбентпен) бөліну бетінде заттың (адсорбаттың) шоғырлануы. Адсорбция зат бөлшектерінің (мөлекулаларының, атомдарының, иондарының) тартылыс күші әсерінен адсорбенттің беткі қабатында жүреді. Адсорбенттің және мөлекулалардың адсорбаттық (атомдарының, иондарының) өзара әрекеттесу сипатына байланысты адсорбция физикалық және химиялық болып бөлінеді. Адсорбция микроэлектроникада қолданылатын өте таза заттарды, үлдірлік құрылымдарды алу технологиясында кеңінен пайдаланылады. |Еріген немесе газ қалпындағы заттардың қатты дене сұйық немесе сұйықтықтың бетіне өздігінен жиналып,шоғырлана келіп,қоюлану құбылысын адсорбция дейді.Әдетте өзіне басқаны сіңіруші затты адсорбент ,ал оған сіңірілетін затты адсорбтив деп атайды. Гетерогендік жүйелердің бөлу беттерінде болатын құбылыстардың ішінде теориялық жəне практикалық жағынан маңызы зор көп тараған құбылыстардың бірі – сорбциялық құбылыстар. Сорбция деп бір заттың басқа бір затқа өздігінен жұтылу құбылысын айтады. Сорбциялық құбылыстар сорбтивтің қозғалатын бөлшектерінің сорбентке қаншалықты терең енгеніне жəне олардың арасындағы əрекеттесу шамасына байланыстыəртүрлі болып келеді де , соған лайықты əр түрлі аталады. Барлық сорбциялық құбылыстар бөлу беттерден басталғанымен олар екі түрлі аяқталуы мүмкін.

7 слайд

8 слайд
* 1.3 Адсорбцияны сипаттау және зерттеу әдістері мен принциптері

9 слайд

10 слайд

11 слайд

12 слайд
* 1.4Адсорбцияның қолданылуы * Адсорбция құбылысын алғаш рет 1785 жылы Петербург академиясының академигі Товий Егорович Ловиц ашты. Ол көмірді егжей-тегжейлі зерттеген оны фармацевтикалық препараттар, спирт, шарап, органикалық қосылыстар тазалау үшін қолдануды ұсынды. Ловиц ағаш көмірі лайланған суды тазартуға қабілетті оны ішуге жарамды ететінін көрсетті. * Адсорбция процесі өндірісте газдарды құрғатуда және тазалауда, ерітінділерді тазалауда және мөлдірлеуде, буды немесе газды қоспаларды ажыратуда, аммиакты тазартуда, синтетикалық каучук өндірісінде мономерлерді тазалауда және ажыратуда, коксты газдан ароматты көмірсутектер бөліп алуда кеңінен қолданылады. * 1814 жылы франциялық ғалым Соссюр барлық саңлаулы қатты денелердің газдарды жұта алатындығын жəне бұл құбылыс кезінде жылу шығатынын тапты. Соссюр оңай қысылатын (сұйылатын) газдардың жақсы адсорбцияланатынын байқады. ХІХ ғасырдың аяқ кезінде Гиббс адсорбцияның жалпы термодинамикалық теориясын жасады. ХХ-ғасырда адсорбция құбылыстарын Лэнгьюр, Поляни Брунауэр, Де-Бур, Л.Т. Гурвич, Н.А. Шилов, М.М. Дубинин, А.В. Киселев сияқты т.б. ғалымдар түпкілікті зерттеді. Академик Н.Д Зелинский 1915 жылы противогазды ойлап тапты.

13 слайд
* 2.1 Адсорбция және нанотехнология * Нанотехнология – кеңістіктің нанометрлік аймағындағы жеке атомдарға, молекулаларға, молекулалық жүйелерге әсер ету арқылы жаңа физика-химиялық қасиеттері бар молекулалар, наноқұрылымдар, наноқұрылғылар мен материалдар алу мүмкіндіктерін зерттейтін қолданбалы ғылым. Нанометр дегеніміз бір метрдің миллиардтан бір бөлігі (1 нанометр=10-9 метр). Көзге көрінбейтін аса ұсақ бөлшектерді ретке келтіре отырып, соның ерекшеліктерін алдын ала белгілеп беру арқылы әлдебір құрылымды құрастыруға қажетті жекелеген атомдарды ыңғайластыра орналастырады.

14 слайд
* Нанотехнологияның тиімділігі * «Нанотехнология» деген сөзді өзіміздің қазақ тілінде түсіндіретін болсақ, «кішкентай өлшемді технология» дегенді білдіреді. Бұл жерде «нано» сөзі «миллиардтың бір бөлшегі» деген мағынаны береді. Қазіргі таңда нанотехнологиялар үлкен сұранысқа ие болып отыр. Нанотехнологиялардың арқасында заманауи есептеуіш машиналар мен өндірістік технологиялардың, тіпті дәрі-дәрмектердің де өндіріліп жатқаны баршамызға белгілі. Бұған ғылыми фантастикаға ден қойған бірқатар жаңашылдардың да сенімсіздік танытары күмәнсіз. Мәселен, «Scientifus Ameriсa» журналының болжамына сүйенсек, таяу арада көлемі пошта маркасына тең медициналық құрылғы жасалады екен. Соны жарақат алған жерге қойса жеткілікті, ол қанның құрамын, қандай дәрі қажет екенін анықтап, сол дәрі- дәрмекті қанның құрамына өзі жібереді. 2025 жылы дайын атомнан кез келген затты құрастыруға қабілетті алғашқы нанороботтар жасалмақшы. Ауыл шаруашылығында да айтарлықтай өзгерістер болады: нанороботтар өсімдіктер мен жануарларды алмастырып, азық-түлік өндіретін дәрежеге қол жеткізеді. Осыған сәйкес экологиялық жағдай да жақсара түседі.

15 слайд
Өнеркәсіптің жаңа түрлері болашақта қалдық заттар шығармай, оның есесіне нанороботтар ескі қалдықтарды жояды. Тәжірибе барысында анықталғандай, тоннельдеуші микроскоптың бұрынғыларға қарағанда біршама артықшылықтары бар екен. Соның көмегімен жекелеген атомдарды «көруді» былай қойғанда, соларға әсер ету арқылы кез келген кернеуді өзгертуге де мүмкіндік туады: қарапайым тілмен айтсақ, тоннельдеуші микроскоптың көмегімен атомды «іліп» алуға және қажетті жеріне қондыруға болады. Физиктердің атомдарды өз қалауынша орналастыруға теориялық мүмкіндіктері пайда болады, яғни соларды кірпіш секілді қалай отырып, кез-келген затты жасап шығуға мүмкіндіктері мол.

16 слайд
Қазір ғалымдар тұсауы жаңа кесілген нанотехнологияның үш негізгі міндеттерін айқындап алды. Біріншіден, осының көмегіне сүйене отырып, атомдарды өз қалауымызша тікелей орналастыру жүзеге асырылады, яғни ерекше қасиеттерге ие болған материалдар жасалады. Екіншіден, көлемдері жекелеген молекулаларға немесе атомдарға тең белсенді элементтері бар электрондық схемалардың өндірісін ұйымдастыру көзделіп отыр. Үшіншіден, ғалымдар көлемі молекулаға тең механизмдер мен роботтар, яғни наномашина жасауды көздеуде. Қалай дегенмен де, ғалымдар адам өмірі үшін күресті одан әрі жалғас тыруда. Олардың сөзіне сенсек, таяу дағы жылдары қолдан жасалған ДНК-молекуласының негізінде адам ағзасын микробтардан тазартуға немесе енді тамыр жая бастаған қатерлі ісік жасушасын жоюға жол ашылатын көрінеді.

17 слайд
* Көміртекті нанотүтікшелер * Нанотүтікше диаметрі бірнеше нанометр, ал ұзындығы оншақты микрон болатын милиондаған көміртегі атомынан тұратын молекула. Адамның шашының қалыңдығынан 100 мың есе аз нанотүтікшелер сирек кездесетін ете берік материал.Олар болаттан 50-100 есе берік, әрі тығыздығы алты есе аз. Нанотүтікшелерден космонавттар, өрт сөндірушілерге арналған ыңғайлы киімдер тігу үшін, ете берік және жеңіл композиттік материал, микроскопқа зонд жасауға болады. Олар өзінің салмағынан бірнеше тонна артық жүкке шыдайды. Ғалымдар соңғы кезде нанотүтікшенің ішіне басқа дененің атомдарын енгізіп, олардың қасиеттерін (тіпті изоляторды өткізгішке) өзгертуге болатындығын тәжірибе жүзінде дәлелдеді. Микроприборларда оларды сым ретінде қолданса, таңқалатыны, бойымен тоқ жүргенде жылу бөлінбейді. Нанотүтікшелер газды (әсіресе сутегі) сақтауға қауіпсіз материал. Автомобилдерге жанғыш элемент ретінде сутегіні пайдаланса, ол бензинге қарағанда экологиялық таза элемент, алайда сутегі мелшері үлкен баллонды қажет етеді. Ал машиналарға ауыр баллондарды салу олардың жылдамдығын азайтатын еді. Мүмкін болашақта автомобилдерге сутегімен толған қолданатын шығар.

18 слайд
Америкалық «Carbon Nanotechnologies» тәулігіне 0,5-1 кг ғана нанотүтікше жасап шығара алады. Жапонияда жылына 120 тонна нанотүтікше шығаратын зауыт та іске қосылуда. Энергияны генерациялайтын керемет гибридті наноматериал ойлап табылды. Техас және Луизиан атындағы Техникалық Университетінің ғалымдары көміртекті нанотүтікшелері және мыс сульфидінің нанобөлшектері бар гибридті материал ойлап тапты.Эксперимент нәтижесінде алынған наноматериал термоэлектрлік генератордың прототипін ойлап табу барысында қолданылды. Соның бір айғағы фуллерендер аккумуляторлық батареяларды шығаруға қолданылуда. Оның өз «ағайындарынан» айырмашылығы — сыйымдылығы бес есе көп, салмағы өте аз, жоғары экологиялық сапасы мен санитарлық қауіпсіздігінде. Батареяның бұл түрін жеке компьютерлер мен дыбыс аппараттарының қоректену көзіне пайдаланады. Бірақ, оны жүзеге асыру оңай шаруа емес. Өйткені, америкалық «Carbon Nanotechnologies» тәулігіне 0,5-1 кг ғана нанотүтікше жасап шығара алады. Бұл ретте Жапония да белгілі бір мөлшерде табысқа жетті. Мұнда жылына 400 кг фуллерен шығаратын тәжірибе зауыты салынуда. Сонымен бірге, осы елде жылына 120 тонна нанотүтікше шығаратын зауыт та іске қосылуда.1991 жылы профессор Сумио Иидзима ұзын көміртекті цилиндр-нанотүтікшені байқаған.

19 слайд

20 слайд

21 слайд
* 3.1 Үй жағдайында тұрмыстық үй сүзгісін жасау * Керекті құралдар :белсендірілген көмір,пластик бутылкасы,су,бинт,шыны ыдыс.

22 слайд
* Сүзгінің кемшіліктері *   * Адсорбциялық жүйелердің кемшілігі ретінде, ...