Laccase spontaneous adsorption immobilization: Experimental studies and mathematical modeling at enzymatic fuel cell cathode construction / I. N. Arkadeva, V. A. Bogdanovskaya, V. A. Vasilenko et al. // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. — 2017. — Vol. 83. — P. 012017. The activity of a bioeletrode is largely determined by the amount of enzyme adsorbed on its active layer, including the distribution of enzyme along thickness in the carrier layer. The distribution of enzyme is also required for calculations of the characteristics of bioelectrocatalysis process using a mathematical model. In the present article, on the basis of conducted experimental research a mathematical model of laccase immobilization by spontaneous adsorption on carbon-based sorbentsof different nature was developed. The model can be used to predict adsorption value and enzyme distribution in the layer of an adsorbent. The model includes the equations of the enzyme concentration changing due to its adsorption on the surface of the carbon material (CM) and the enzyme diffusion over the thickness of CM. The diffusion equation is based on the second Fick's law and contains fractional derivatives instead of the first oder derivative. [ DOI ]
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ АДСОРБЦИИ ЛАККАЗЫ НА УГЛЕРОДНОМ НОСИТЕЛЕ ПРИ КОНСТРУИРОВАНИИ КАТОДА БИОТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА / И. Н. Аркадьева, В. А. Василенко, Е. А. Фокина, Э. М. Кольцова // Успехи в химии и химической технологии. — Т. 31 из 8 (189). — РХТУ им. Д.И. Менделеева Vjcrdf, 2017. — С. 87–89.
Щербаков А. И., Василенко В. А., Кольцова Э. М. Математическое моделирование роста наночастиц платины и деградации активной поверхности катализатора катода водородо-воздушного топливного элемента // Успехи в химии и химической технологии. — Т. 31 из 8 (189). — РХТУ им. Д.И. Менделеева Vjcrdf, 2017. — С. 84–86. Разработана математическая модель деградации платинового катализатора, основанная на механизмах: элекрохимическое растворение наночастиц платины, рост частиц в следствие созревания Оствальда, миграция частиц по углеродному носителю, коалесценция мелких частиц, диффузия ионов платины в иономере и их уход в мембрану. На основе разработанной математической модели можно получить распределение частиц по размерам, распределение концентрации ионов платины от времени и по толщине активного слоя, а также спрогнозировать рабочий ресурс топливного элемента.
Computer aided simulation of hydrogen-oxygen (air) fuel cell with regard to the degradation mechanism of platinum catalyst on the cathode / E. M. Kol’tsova, V. A. Bogdanovskaya, M. R. Tarasevich et al. // Russian Journal of Electrochemistry. — 2016. — Vol. 52, no. 1. — P. 53–62.
Educational technologies - a future trend in developing the system of higher education in russia / N. Makarov, T. Mescheryakova, E. Koltsova et al. // Sgem 2016, Bk 1: Psychology and Psychiatry, Sociology and Healthcare, Education Conference Proceedings. — Vol. 1. — 2016. — P. 717–724. The present-day economic, social and cultural environment in Russia calls for deep and constant remodeling of the system of higher education as a source of future highly trained professionals. Conventional educational routines need to be revised, and new approaches to training, teaching and learning appear in real-time mode. Most of these are based on rapidly growing information technologies and suggest a vast use of technical means of education, therefore they have been dubbed "educational technologies" or "educational techniques" (ETs). The major advantage of ETs is their feasibility for nearly all areas of human expertise, from technical and natural sciences to humanities. This approach can easily be applied both as a supplement in conventional education and as a basis for developing alternate teaching systems. ETs in higher education are commonly understood as detailed computer-aided algorithms of group discussions, interactive lectures, team problem solving and such. Unlike the European tradition, where ETs are understood as technically-assisted forms of knowledge transfer and generation, in Russia ETs are a part of syllabus that covers a wide range of activities from data search to on-the-job training. In D.Mendeleyev University ETs have become a cornerstone for developing an educational strategy in chemical technology and biotechnology, which comprises training models with clear and easily assessable results achieved with the use of tailored programmes. [ DOI ]
Simulation of pemfc with pt/cnt nanostructured cathode catalyst / I. Mitrichev, V. Vasilenko, A. Scherbakov, E. Koltsova // Chemical Engineering Transactions. — 2016. — Vol. 52. — P. 1003–1008. By using CFD methods, we carried out simulation of the phenomena occurring in the hydrogen-air fuel cell. As a result of this modeling we obtained the calculated discharge curves data of two fuel cells with two cathodes catalysts types 20PtE-TEK (0.42 mgPt/cm2) commercial catalyst and catalytic system synthesized on carbon nanotubes (CNT+15%XC72). The calculated values do agree with the experimental data. The calculations made in accordance with the mathematical model have showed that the nanostructured synthesized catalyst is more stable than the commercial one under prolonged testing. Synthesized CNT-based catalyst systems can be a good alternative to the commercial catalysts. [ DOI ]
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВОДОРОДО-КИСЛОРОДНОГО (ВОЗДУШНОГО) ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА С УЧЕТОМ МЕХАНИЗМА ДЕГРАДАЦИИ ПЛАТИНОВОГО КАТАЛИЗАТОРА НА КАТОДЕ / Э. М. Кольцова, В. А. Богдановская, М. Р. Тарасевич и др. // Электрохимия. — 2016. — Т. 52. — С. 62–62. Представлена математическая модель водородо-кислородного (воздушного) топливного элемента, учитывающая явления деградации платинового катализатора катода. Показано, что при условии циклирования напряжения от 0.6 до 1.1 В и скорости развертки потенциала 0.1 В/с для различных нагрузкок по платине механизм деградации электрохимически активной поверхности обусловлен преобладанием явлений: при больших нагрузках коалесценцией наночастиц платины, при средних и низких растворением/реосаждением платины и ее диффузией в мембрану. На основе математического моделирования получены расчетные данные для разрядных кривых. Показано, что снижение разрядных характеристик обусловлено деградацией активной поверхности катализатора и увеличением транспортных потерь в процессе ускоренного стресс-тестирования. [ DOI ]
Лукьянов Д. А., Василенко В. А., Кольцова Э. М. Кинетическая модель процесса этерификации янтарной кислоты с образованием диоктилового эфира // Успехи в химии и химической технологии. — Т. 30 из 4 (173). — РХТУ им.Д.И.Менделеева Москва, 2016. — С. 84–86. Разработана математическая модель процесса этерификации янтарной кислоты 1-октанолом с получением диоктилового эфира янтарной кислоты. Проведена серия экспериментов по получению диоктилсукцината. Модель построена на основе аппарата формальной кинетики. Получено хорошее соответствие между экспериментальными и расчетными данными.
РОЛЬ ПОВЕРХНОСТИ ДИОКСИДА ЦЕРИЯ В ПРОЦЕССЕ ОКИСЛЕНИЯ co НА cuo–ceo2 КАТАЛИЗАТОРЕ: ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ / И. И. Митричев, А. В. Женса, В. А. Василенко, Э. М. Кольцова // Современные наукоемкие технологии. — 2016. — С. 55–59. Работа посвящена исследованию роли поверхности диоксида церия при окислении CO на перспективных CuO–CeO2 катализаторах. С помощью компьютерного моделирования показано, что механизм с участием подложки диоксида церия в переносе кислорода значительно лучше согласуется с данными экспериментов. Это было возможным, поскольку помимо данных по каталитическому окислению CO мы привлекли данные по селективному окислению CO в смеси с H2. Механизм без участия подложки диоксида церия в каталитическом цикле не может объяснить селективность катализаторов. Таким образом, подчеркнута роль поверхности диоксида церия в рассматриваемой реакции. Наилучшая модель использована для поиска оптимального процентного содержания меди в катализаторе для достижения максимальной селективности при удалении CO из водородсодержащей смеси. Полученные результаты могут быть использованы при синтезе катализаторов состава CuO-CeO2 для проведения процесса низкотемпературного и селективного окисления CO.
Разработка математической модели биотопливного элемента на основе лакказы и глюкозодегидрогеназы / В. А. Василенко, И. Н. Аркадьева, А. С. Скичко, Э. М. Кольцова // УСПЕХИ В ХИМИИ И ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ. — Т. 30 из 4 (173). — РХТУ им. Д.И. Менделеева, Москва Москва, 2016. — С. 87–90. В работе описана математическая модель биотопливного элемента (БТЭ) на основе лакказы и глюкозодегидрогеназы, объединяющая в себе уравнения ферментативной и электрохимической кинетики, материальный баланс и баланс заряда, позволяющие получить как локальную информацию, например, о распределении концентрации различных частиц или потенциалов внутри БТЭ, так и глобальную - о выходных значениях тока.
Characteristics of hispec13100-catalyst-based cathode (70pt/c) for hydrogen-air fuel cell with proton-conducting polymer electrolyte / V. B. Avakov, V. A. Bogdanovskaya, V. A. Vasilenko et al. // Russian Journal of Electrochemistry. — 2015. — Vol. 51, no. 8. — P. 719–729.
Simulation of hydrogen-oxygen (air) fuel cell accounting platinum cathode degradation mechanism / V. A. Vasilenko, E. M. Koltsova, V. A. Bogdanovskaya et al. // 10th European Congress of Chemical Engineering (ECCE. — 2015. — P. 600–601.
Моделирование деградации платинового катализатора катода топливного элемента / В. А. Василенко, М. В. Бутова, М. М. Станкевич, Э. М. Кольцова // Успехи в химии и химической технологии. — Т. 29 из 4 (163). — РХТУ им.Д.И.Менделеева Мрсква, 2015. — С. 100–101. Разработана математическая модель деградации активной поверхности платинового катализатора катода топливного элемента. Модель основана на предположении, что основными механизмами деградации являются процессы плавления и кристаллизации наночастиц платины в ходе циклирования потенциала. Система дифференциальных уравнений моментов функции распределения частиц по размерам решается конечно-разностным методом.
Моделирование низкотемпературного топливного элемента c учетом наличия оксида углерода в водородном топливе / В. А. Василенко, А. Д. Модестов, А. И. Щербаков и др. // Успехи в химии и химической технологии. — Т. 29 из 4 (163). — РХТУ им.Д.И.Менделеева Мрсква, 2015. — С. 129–131. Проведено математическое моделирование процессов, протекающих в низкотемпературном водородо-воздушном топливном элементе с учетом наличия СО в водородном топливе. Учтено влияние СО на процессы токообразования. Получены расчетные данные разрядных кривых. Получено соответствие между расчетными и экспериментальными данными. В системе AutoCAD построена 3-х мерная модель топливной ячейки.
ХАРАКТЕРИСТИКИ КАТОДА НА ОСНОВЕ КАТАЛИЗАТОРА hispec13100 (70pt/c) ВОДОРОДНО-ВОЗДУШНОГО ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА С ПРОТОНПРОВОДЯЩИМ ПОЛИМЕРНЫМ ЭЛЕКТРОЛИТОМ / В. Б. Аваков, В. А. Богдановская, В. А. Василенко и др. // Электрохимия. — 2015. — Т. 51. — С. 813–813. Представлены результаты исследования катода на основе моноплатинового катализатора HiSPEC 13 100 в составе водородо-воздушного (кислородного) топливного элемента с протонпроводящей полимерной мембраной. Изучено влияние содержания платины на характеристики катода. Катоды мембранно-электродных блоков с различными нагрузками платины были подвергнуты ускоренному стресс-тестированию с целью установить особенности деградации катодов и изменения электрохимических параметров в зависимости от количества платины в активном слое катода. Показано, что катоды с меньшей нагрузкой по платине имеют более высокие характеристики: массовую активность и коэффициент использования платины. Однако они в существенно большей степени подвержены деградации и возрастанию транспортных потерь при предельных значениях токов, чем катоды с большим количеством платины. Предложен механизм деградационных явлений, обусловленный коалесценцией наночастиц платины. [ DOI ]
Simulation of hydrogen-air pemfc / V. A. Vasilenko, E. M. Koltsova, T. V. Meshcheryakova, V. A. Bogdanovskaya // Международный журнал экспериментального образования. — 2014. — P. 37–37.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДЕГРАДАЦИИ АКТИВНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПЛАТИНОВОГО КАТАЛИЗАТОРА КАТОДА ВОДОРОДО-ВОЗДУШНОГО ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА С ПРОТОНПРОВОДЯЩИМ ПОЛИМЕРНЫМ ЭЛЕКТРОЛИТОМ / В. А. Василенко, М. М. Станкевич, А. А. Хорошавина и др. // Успехи в химии и химической технологии. — Т. 28 из 1 (150). — РХТУ им.Д.И.Менделеева Москва, 2014. — С. 100–103. Предложен механизм деградационных явлений электрохимически активной поверхности платинового катализатора водородо-воздушного (кислородного) топливного элемента, обусловленный коалесценцией наночастиц платины. Получены зависимости для определения константы коалесценции, площади электрохимически активной поверхности катализатора. Получены расчетные данные для разрядных кривых. По результатам моделирования проведен анализ зависимости характеристик топливного элемента от содержания платины в катализаторе катода.
Fuel cell modelling / V. A. Vasilenko, A. O. Tyutin, M. M. Stankevich et al. // International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology. — 2013. — Vol. 3, no. 2. — P. 18–31.
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА С ПРОТОНОБМЕННОЙ МЕМБРАНОЙ / М. М. Станкевич, В. А. Василенко, Э. М. Кольцова и др. // Успехи в химии и химической технологии. — Т. 27 из 1 (141). — РХТУ им.Д.И.Менделеева Москва, 2013. — С. 68–74. Представлена математическая модель, учитывающая электрохимические, диффузионные и конвективные процессы, протекающие в водородо-воздушном топливном элементе с ионно-обменной мембраной. Получены вольт-амперные характеристики электродов и поляризационные кривые. Проведена оптимизация работы топливного элемента по расходу водорода. Получены зависимости концентраций компонентов по толщине мембранно-электродного блока (МЭБ), распределение концентрации газов по толщине МЭБ.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ / В. А. Василенко, А. О. Тютин, М. М. Станкевич и др. // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. — 2013. — № 3-1. — С. 18–31. Представлена математическая модель, учитывающая как гидродинамические, так и физико-химические явления, протекающие в мембранно-электродном блоке водородо-кислородного топливного элемента. Получены зависимости для определения концентрации компонентов по толщине МЭБ, распределения скоростей газов в газовых каналах биполярных пластин и по толщине ГДС электродов. По результатам моделирования проведен анализ зависимости мощностных характеристик топливного элемента от содержания платины в катализаторе катода.
Simulation of mass transfer processes in membrane electrode assembly of hydrogen fuel cell / E. M. Koltsova, V. A. Vasilenko, A. Tyutin, M. Stankevich // CHISA 2012 - 20th International Congress of Chemical and Process Engineering and PRES 2012 - 15th Conference PRES 2012. — Prague, Czech Republic, 2012. There is an increasing interesting of hydrogen fuel cell usage as alternative energy sources in transport, stationary heat and energy-plants, and other applications. The mathematical description of electrochemical processes occurring in hydrogen fuel cells is examined. The dynamic model presented is a system of differential equations based on physical and electrochemical phenomena occurring in the sections of membrane electrode assembly: anode catalyst layer, proton exchange membrane, and cathode catalyst layer. The hydrogen mass transfer equation includes adsorption and desorption on platinum catalyst reaction sites and diffusion.
Василенко В. А., Кольцова Э. М., Новиков В. Т. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В ПРОТОНОБМЕННОЙ МЕМБРАНЕ ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА С ПРЯМОЙ ПОДАЧЕЙ МЕТАНОЛА // Вестник Саратовского государственного технического университета. — 2012. — Т. 1, № 2. — С. 413–418. Представлена математическая модель, учитывающая электрохимические и конвективные процессы, протекающие в ионно-обменной мембране топливного элемента с прямой подачей метанола. Получены зависимости для определения концентрации протонов по толщине мембраны во времени, вольт-амперных характеристик и поляризационных кривых. Получены значения коэффициентов диффузии протонов, скорости конвективного переноса и константы электрохимических реакций, протекающих на электродах.
Василенко В. А., Князева А. С., Кольцова Э. М. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО МОДУЛЯ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ // Успехи в химии и химической технологии. — 2011. — Т. 25, № 1. — С. 51–56. Представлена математическая модель, учитывающая электрохимические и конвективные процессы, протекающие в ионно-обменной мембране топливного элемента с прямой подачей метанола. Получены зависимости для определения концентрации протонов по толщине мембраны и во времени, вольт-амперных характеристик электродов и поляризационных кривых. Получены значения коэффициентов диффузии протонов, скорости конвективного переноса и константы электрохимических реакций, протекающих на электродах.
Cellular automata for simulation of carbon nanotubes’, nanofibres’ growth and formation in methane catalytic decomposition process / E. Abubakarova, E. Koltsova, A. Skichko et al. // 19th International Congress of Chemical and Process Engineering, CHISA 2010 and 7th European Congress of Chemical Engineering, ECCE-7. — Прага, Чехия, 2010. A number of experiments on production of carbon nanotubes in CVD-process were carried out at the Mendeleev University of Chemical Technology, Russia, with emphasis on the modeling synthesis kinetics of carbon nanotubes, nanofibers via catalytic methane decomposition. A new computer program made it possible to simulate process of formation and growth of carbon nanotubes on the microlevel. The number of layers was accounted for when modeling multilayer nanotubes growth and formation. The angle of graphite planes' slope to the fiber axis was considered in modeling growth and formation of fishbone-type nanofibers. The computer program can be used to modeling other processes when parameters of catalyst and parameters of the obtained product are known.
Methods of fractal geometry in investigation and simulation of mass transfer processes in liquid-liquid systems / V. A. Vasilenko, E. M. Kolitsova, V. V. Tarasov, L. S. Gordeev // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. — 2008. — Vol. 42, no. 3. — P. 246–250. This study continues an earlier work devoted to simulation of mass transfer in liquid-liquid systems taking into account mass transfer across fractal interfacial structures. Earlier, using methods of nonequilibrium thermodynamics, we obtained an expression for the generalized thermodynamic force taking into account colloidal chemical phenomena in the interfacial region, such as the formation of disperse interfacial layers and films. Here, using a differential equation with a fractional-order derivative, we estimate the diffusion coefficient of the extractable substance in the interfacial film and the porosity of this film, which is its structural characteristic. [ DOI ]
МЕТОДЫ ФРАКТАЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМАХ ЖИДКОСТЬЖИДКОСТЬ / В. А. Василенко, Э. М. Кольцова, В. В. Тарасов, Л. С. Гордеев // Теоретические основы химической технологии. — 2008. — Т. 42, № 3. — С. 258–262. Данное исследование является продолжением предыдущей работы по моделированию массообменных процессов в системах жидкостьжидкость с учетом переноса массы сквозь фрактальные межфазные структуры. Ранее на основе методов неравновесной термодинамики было получено выражение для обобщенной термодинамической силы, учитывающей коллоидные химические явления в межфазной области и, в частности, образование дисперсных межфазных слоев и пленок. В работе с помощью дифференциального уравнения с дробной производной произведены оценки коэффициентов диффузии экстрагируемого вещества в пленке и ее структурной характеристики “порозности”.
Methods of nonequilibrium thermodynamics for studying and simulating mass transfer processes in liquid-liquid systems / V. A. Vasilenko, E. M. Kol’tsova, V. V. Tarasov et al. // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. — 2007. — Vol. 41, no. 5. — P. 500–505.
Kol’tsova E. M., Vasilenko V. A., Tarasov V. V. Numerical methods for solving transport equations in fractal media // Russian Journal of Physical Chemistry A. — 2000. — Vol. 74, no. 5. — P. 848–850.
Кольцова Э. М., Василенко В. А., Тарасов В. В. ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ УРАВНЕНИЙ ПЕРЕНОСА ВО ФРАКТАЛЬНЫХ СРЕДАХ // Журнал физической химии. — 2000. — Т. 74, № 5. — С. 954–956.
Василенко В. А., Шмакова Е. В., Кольцова Э. М. ЧИСЛЕННЫЙ МЕТОД РЕШЕНИЯ УРАВНЕНИЙ С ДРОБНЫМИ ПРОИЗВОДНЫМИ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ МАССОПЕРЕНОСА ЧЕРЕЗ ПОРИСТЫЕ СРЕДЫ // Успехи в химии и химической технологии. — 2000. — Т. 14, № 1. — С. 7–7.
Organization and simulation of power preserving extraction processes / V. V. Tarasov, V. A. Vasilenko, E. M. Koltsova et al. // Pres ’99. — 1999. — P. 649–654.
Waste utilization and power conservation in industrial p2o5 production on the basis of mathematical modelling methods / E. M. Koltsova, I. A. Petropavlovskij, I. V. Soboleva et al. // Pres ’99. — 1999. — P. 389–394.