Вісник НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського». Серія «Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження»: збірник наукових праць, № 3 (24)
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Висадження іонів магнію із водних розчинів реагентним методом(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Радовенчик, Вячеслав Михайлович; Вощенко, Богдан Анатолійович; Радовенчик, Ярослав Вячеславович; Крисенко, Тамара ВолодимирівнаСучасні тенденції в негативних змінах клімату та стану навколишнього середовища змушують приділяти більше уваги захисту довкілля та майбутньому людства. Особливо потерпає від антропогенної діяльності людини гідросфера, яка чи не найбільш чутлива до скидів різноманітних забруднюючих речовин. Не очищені чи недостатньо очищені стічні води при надходженні у поверхневі водойми та підземні горизонти суттєво знижують якість води в них та перешкоджають їх безпосередньому споживанню і використанню. Одночасно з масою різних забруднювачів до компонентів гідросфери скидаються відносно нетоксичні сполуки кальцію та магнію, котрі суттєво підвищують жорсткість води та її мінералізацію. Підвищені рівні жорсткості справляють негативний вплив як на окремі органи людини, так і на технологічне обладнання промислових підприємств. Класичною технологією зниження вмісту солей жорсткості сьогодні вважається реагентна содово-вапняна чи содово-натрієва технологія. Головними недоліками цих технологій є недостатня ефективність за звичайних температур навколишнього середовища та необхідність використання значної кількості реагентів. Найбільшого поширення сьогодні набула іонообмінна технологія пом’якшення води, але її застосування супроводжується скидом в гідросферу значних об’ємів регенераційних розчинів хлориду натрію з домішками сполук кальцію та магнію. Це зумовлює формування антропогенного кругообігу цих сполук. Тому завжди існувала необхідність в розробці та впровадженні екологічно безпечних процесів пом’якшення води. Одним з таких перспективних процесів зниження вмісту солей жорсткості сьогодні вважається електрохімічна технологія. Вона дозволяє регулювати рН без використання хімічних реагентів і переводити іони кальцію та магнію в твердий стан. Проведені нами дослідження показали, що навіть при підтриманні в катодному відділенні водневого показника на рівні 11,5–12,5 іони магнію не завжди швидко гідролізуються та можуть бути виведені з технологічного процесу. Причиною такої ситуації є тривалий інкубаційний період формування гідроксиду магнію та залежність властивостей сформованих твердих частинок від умов їх осадження. Оскільки для розведених розчинів при рН ≤ 11,3 тверда фаза візуально взагалі не фіксується, діапазон досліджень було обмежено діапазоном в 11,5–12,5. Відстоювання отриманих при осадженні суспензій показало відсутність суттєвого впливу рН на швидкість відстоювання та фізико – хімічні властивості осаду. Не зафіксовано суттєвого впливу рН осадження і на параметри відділення твердої фази фільтруванням. Більш різноманітним виявився вплив температури. При температурах на рівні 10 °С в момент зливання розчинів тверда фаза взагалі візуально не фіксується. При відстоюванні спочатку починає спостерігатися помутніння розчину та формування високодисперсних часток, котрі протягом годинного відстоювання практично не осідають. При початковій температурі модельних розчинів 21,3 та 41,7 °C після обробки гідроксидом натрію і відстоюванні спостерігається формування аморфних структур, котрі починають агрегатуватися та спливати на поверхню маточного розчину. Освітлення розчину спостерігається одночасно по всьому об’єму. При осадженні за температури розчину в 32,1 °C спостерігається утворення розвинутих агрегатів пластівців по всьому об’єму, які відразу починають осідати на дно посудини. Таким чином, найбільш прийнятною температурою для осадження гідроксиду магнію реагентним методом з використанням гідроксиду натрію можна вважати температуру розчину на рівні 30 °C. Оскільки результати і відстоювання, і фільтрування виявилися незадовільними, було запропоновано використовувати рециркуляцію твердої фази. Показано, що рециркуляція осаду навіть в кількості 260 мг/дм3 дозволяє прискорити формування твердої фази та освітлення маточного розчину. При цьому загальний уявний об’єм твердої фази після відстоювання протягом 1 год суттєво не змінюється, незважаючи на значне збільшення її загальної маси. Спостерігається також підвищення ефективності видалення іонів магнію. В цілому, підбираючи рівень рН та температуру осадження, можливо забезпечувати необхідну ефективність пом’якшення.Документ Відкритий доступ Determining locations for developing an air quality monitoring system in a rapidly developing urban area (a case study of the city of Kyiv)(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Hnatiuk, Viacheslav; Legotina, Olga; Shabliy, TetyanaA large population characterizes the modern development of society, and consequently, increasing economic and energy demands. Significant emissions of industrial pollutants into the atmosphere, vehicle exhaust, and the use of chemical substances in daily life contribute to the deterioration of air quality and exacerbate climate change. In addition, Ukraine has faced unprecedented damage to atmospheric air quality caused by the large-scale armed aggression. Kyiv ranks among the most polluted cities in the country and occasionally appears at the top of global air pollution rankings. For instance, in 2023, the average annual concentrations of sulfur dioxide, nitrogen dioxide, formaldehyde, and phenol in Kyiv exceeded the average daily maximum permissible concentrations by 1.5 to 2.5 times the recommended levels. The Central Geophysical Observatory, which monitors the city's air quality and holds the most detailed information on the subject, urgently requires modernization. This includes expanding the monitoring network and enhancing its technical and informational infrastructure. At the same time, the capital is a leader in urban digitalization not only in Ukraine but also across Europe. Against this backdrop, the renewal and expansion of Kyiv's environmental monitoring system, particularly in terms of air quality, must become a priority. Additionally, the connection between the capital and the surrounding region is continuously intensifying, leading to increased anthropogenic pressure on air quality from transport. This paper presents the structure of the Kyiv agglomeration. It proposes a project for the tentative placement of air quality monitoring system locations in the city of Kyiv, taking into account the locations of major development clusters within the agglomeration.Документ Відкритий доступ Полімерні гідрогелі на основі полівінілового спирту і оксиду цинку(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Демченко, Валерій Леонідович; Загородня, Світлана Дмитрівна; Рибальченко, Наталія Павлівна; Заремба, Поліна Юріївна; Артюх, Любов Олексіївна; Ситник, Ілля Олегович; Куницький, Дмитро Вадимович; Овсянкіна, Вікторія Олексіївна; Неймаш, Володимир БорисовичОстаннім часом питання техногенно-екологічної безпеки стають все більш актуальними. Техногенні аварії та екологічні катастрофи мають серйозні наслідки для навколишнього середовища та здоров'я населення. Це змушує людство шукати шляхи пом'якшення впливу таких подій та запобігання їх виникненню в майбутньому. На перший план виходять інноваційні технології та розробки, спрямовані на покращення екології та здоров’я населення. Актуальність удосконалення перев’язувальних засобів обумовлена зростаючою кількістю пацієнтів, які щороку страждають від хронічних ран, травм та опіків. Традиційні марлеві пов’язки мають суттєві обмеження, зокрема недостатню абсорбцію ексудату та ризик адгезії до рани. У відповідь на ці виклики зростає інтерес до полімерних гідрогелів, які мають бути нетоксичними, здатними підтримувати вологе середовище та демонструвати антимікробні властивості. Робота присвячена формуванню цинквмісних гідрогелевих матеріалів на основі полівінілового спирту і поліетиленгліколю. Гідрогелеві матеріали формували шляхом відновлення іонів цинку за допомогою аскорбінової кислоти у лужному середовищі з подальшим зшиванням зразків шляхом опромінення високоенергетичним електронним променем. За допомогою методу ширококутової рентгенографії було досліджено особливості структури гідрогелевих матеріалв та підтвержено наявність оксиду цинку у досліджуваних зразках. Було виявлено, що полімерні гідрогелеві ситеми ПВС-ПЕГ-1% ZnO проявляють антимікробну та противірусну активність. Встановлено, що досліджувані полімерні гідрогелеві матеріали з частинками оксиду цинку не чинять цитотоксичного ефекту.Документ Відкритий доступ Каталітичний швидкий піроліз відходів поліетилену високої щільності(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Іваненко, Олена Іванівна; Карвацький, Антон Янович; Коріненко, Богдан Валерійович; Бичко, Ігор Богданович; Мартинюк, Артем Сергійович; Тетерятников, Гліб Вячеславович; Войтенко, Кароліна ОлегівнаЗогляду на стрімке зростання обсягів полімерних відходів та обмеженість традиційних енергетичних ресурсів, актуальним є пошук ефективних технологій утилізації полімерів з можливістю отримання корисних продуктів. Одним із таких методів є каталітичний піроліз – термохімічний процес розкладу органічних матеріалів за відсутності кисню, який дає змогу перетворювати пластикові відходи на рідкі та газоподібні паливні продукти. Застосування каталізаторів у процесі піролізу дозволяє оптимізувати температурні умови реакції та впливати на склад отриманих продуктів. Поліетилен високої щільності (ПЕВЩ), що широко використовується у пакуванні та побуті, є одним з основних компонентів полімерних відходів і має значний потенціал для переробки саме таким способом. В статті показана та обґрунтована доцільність переробки ПЕВЩ методом каталітичного піролізу з метою отримання альтернативних джерел енергії: піролізних газів, піролізної рідини та пірокарбону. Досліджена термодеструкція відходів ПЕВЩ на установці періодичної дії за відсутності кисню повітря із застосуванням каталізаторів (Ni/MgO, Fe₂O₃, Ni/CaO, Fe₃O₄, Аскарит, HY) та без них. Встановлено, що проведення швидкого каталітичного піролізу в температурному діапазоні до 450 °C сприяє підвищенню виходу рідких вуглеводнів, зокрема піролізної рідини, а також покращенню якісного складу отриманих газів. Методом газової хроматографії проведено аналіз продуктів піролізу, який показав значну частку насичених вуглеводнів. Визначено, що застосування каталізаторів сприяє зменшенню вмісту твердого залишку та підвищенню виходу газової суміші.Документ Відкритий доступ Порівняння систем керування мультироторним БПЛА(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Біганський, Богдан Миколайович; Ковалюк, Дмитро ОлександровичУ статті розглянуто задачу стабілізації висоти квадрокоптера під дією зовнішніх збурень, зокрема поривів вітру. Використано стандартну математичну модель такого об’єкту, що базується на жорсткому тілі з шістьма ступенями вільності (6-DOF), описаними рівняннями Ньютона та Ейлера. Розглядаються рівняння динаміки, що описують результуючу силу та момент, а також швидкості та кутові швидкості у відповідній системі координат. Метою дослідження є порівняльний аналіз ефективності різних стратегій керування для стабілізації висоти під час дії збурень. Зокрема, розглядаються ПІД-регулятор, нечітка логіка (Fuzzy Logic) та лінійно-квадратичний регулятор (LQR). Проведено моделювання роботи систем керування з використанням кожного типу регулятора, оцінено якість перехідних процесів, стійкість та здатність до відновлення рівноваги після впливу збурень. Результати демонструють відмінності у швидкості реакції, точності стабілізації та адаптивності методів керування, що дозволяє визначити оптимальні підходи для забезпечення надійного утримання висоти квадрокоптера в умовах змінного середовища. Моделювання систем керування здійснено за допомогою MATLAB SimulinkДокумент Відкритий доступ Інтелектуальна система автоматизованого моніторингу якості біоматеріалу для зброджування в біогазовій установці(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Павлов, Сергій Григорович; Лисенко, Віталій Пилипович; Лендєл, Тарас Іванович; Наконечна, Катерина ВіталіївнаДля вирішення проблеми неефективного та неоперативного контролю біогазових установок розроблено інтелектуальну систему автоматизованого моніторингу. Метою є підвищення стабільності та продуктивності анаеробного зброджування шляхом впровадження проактивного аналізу даних та адаптивного управління. Дослідження проводилося на пілотній біогазовій установці з використанням ферментованого біоматеріалу. Для збору даних застосовано IoT-пристрій на базі ESP32 з датчиками температури та камерою. Аналіз даних реалізовано на хмарній інфраструктурі AWS з використанням сервісів S3, DynamoDB та Fargate, а також ансамблю моделей машинного навчання (XGBoost, LSTM) та комп'ютерного зору (ResNet-50). Протягом 6-місячного тестування система продемонструвала високу надійність, забезпечивши збір 98,6 % запланованих вимірювань, та оперативність із середнім часом обробки даних 3,2 хвилини. Для аналізу зображень субстрату валідовано та обрано метод сегментації Оцу з підвищенням контрастності (CLAHE), який показав найнижчий коефіцієнт варіації 3,63 %, що свідчить про його стабільність. Початкова прогностична модель машинного навчання демонструвала коефіцієнт детермінації (R²) 0,85 та кореневу середньоквадратичну помилку (RMSE) 0,61 м³/добу. Ключовим результатом є ефективність адаптивного механізму донавчання: після першого циклу оновлення на 100 нових, валідованих оператором записах, точність моделі значно зросла. Показник R² підвищився до 0,91, а RMSE зменшилася на 42,6 % до 0,35 м³/добу. Це доводить, що система здатна ефективно навчатися на реальних експлуатаційних даних, постійно покращуючи точність своїх прогнозів та, як наслідок, якість управлінських рекомендацій. Ключові слова: комп'ютерний зір, зображення, біоматеріал, хмарні сервіси, розімкнута система, відновлювальна енергетика DOI:10.20535/2617-9741.3.2025.340376 * Corresponding author: sergpavlov89@gmail.com Received 31 July 2025; Accepted 04 September 2025 Анаеробне зброджування (АЗ) біомаси є ключовою технологією у сфері відновлюваної енергетики, що забезпечує екологічно безпечну переробку органічних відходів в біогазових установках (БУ). БУ відіграють важливу роль у досягненні кліматичних цілей ЄС, забезпечуючи сталий цикл вуглецю та енергетичну незалежність [1]. Однак ефективність цього процесу істотно залежить від низки змінних факторів, таких як температура, якість сировини, мікробна активність та стабільність середовища. Традиційні підходи до моніторингу, що базуються на періодичному відборі проб і лабораторному аналізі, є трудомісткими, неоперативними та економічно обтяжливими [2]. Сучасні дослідження свідчать про зростаючу актуальність використання Інтернету речей (IoT), комп’ютерного зору (CV) та методів машинного навчання (МН) для автоматизованого контролю технологічних процесів у сільському господарстві та енергетиці [3, 5, 7]. Зокрема, хмарна інфраструктура, така як Amazon Web Services (AWS), у поєднанні з мікроконтролерами ESP32 та сенсорною мережею, дозволяє створити гнучкі та масштабовані системи реального часу з можливістю адаптації до змінних умов [4, 13]. Однак більшість існуючих рішень обмежуються лише збором та візуалізацією даних, без реалізації повного аналітичного циклу, включаючи адаптивне навчання моделейДокумент Відкритий доступ Призматичні насадки тепломасообмінних колон (Класифікація та огляд конструкцій)(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Мікульонок, Ігор Олегович; Іваненко, Олена ІванівнаРазом з таким конструктивно простим та універсальним контактним елементом колонних тепломасобмінних апаратів як кільцева насадка у вигляді прямого кругового кільцевого циліндра широкого поширення набули насадки у формі призм – правильних і неправильних, напівправильних і зрізаних, прямих і похилих, зірчастих і тороїдальних, скручених, а також антипризм. На відміну від більш універсальної кільцевої циліндричної насадки призматична насадка переважно застосовується лише як регулярна насадка. При цьому основною перевагою призматичних насадок є висока технологічність, а недоліком – відносно низька питома поверхня в разі щільного прилягання плоских бічних граней сусідніх елементів насадки. Саме тому пропонуються різноманітні технічні рішення для їх дистанційного розташування – як завдяки різноманітним виступам на бічних гранях насадки, так і використанню спеціальних дистанційних пристроїв для відокремлення сусідніх елементів насадки. У разі завантаження призматичної насадки орієнтовано, а саме у вертикальному положенні з певним проміжком між сусідніми елементами не лише збільшується питома поверхня шару насадки, а й забезпечуються подібні гідродинамічні умови оброблюваних фаз усередині та ззовні елементів насадки. При цьому орієнтована (регулярна, структурована) насадка має менший гідравлічний опір і забезпечує більшу допустиму швидкість легкої фази. Незважаючи на значну кількість розроблених типорозмірів призматичних насадок удосконалення їхніх конструкцій та способів розміщення в тепломасообмінних апаратах тривають.Документ Відкритий доступ Features of carbon nanotubes deposition on a polymer substrate by cold gas-dynamic spray technique(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Gondliakh, Oleksandr; Yankovskyi, Illia; Antonyuk, SergiyCold gas-dynamic spraying of carbon nanotubes onto polymer substrates is a promising technique for the formation of functional coatings. However, the process of particle deposition on polymer substrates remains insufficiently studied. In this study, a numerical model was developed to analyze the mechanisms of contact interaction between nanotubes and a polyetheretherketone substrate during deposition. The effect of particle velocity on plastic deformation, local heating, and the conditions for nanotube bonding to the polymer substrate has been investigated. The obtained results show the existence of a threshold velocity at which effective mechanical bonding occurs. The conditions for local temperature rise in the substrate, which may promote the formation of a stable nanocomposite coating, have also been analyzed. The proposed model enables the prediction of optimal deposition parameters to ensure high efficiency of nanotube deposition