Янв 04 2001

ЭКОЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ АБСОРБЦИИ

Опубликовано в 22:33 в категории Экология города

ЭКОЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ АБСОРБЦИИ

ДИОКСИДА СЕРЫ ВОДНЫМИ РАСТВОРАМИ КАРБАМИДА

И ГЕКСАМЕТИЛЕНТЕТРАМИНА

Р.Е. Хома, Н.В. Литвиненко, М.И. Гавриленко, В.И. Никитин

Одесский государственный университет им. И.И. Мечникова

Диоксид серы – вредное загрязняющее вещество, которое является основной причиной кислотных дождей. Основными источниками выбросов SO2 в атмосферу являются тепловые электростанции, предприятия цветной и черной металлургии, а также установки химической и нефтеперерабатывающей промышленности, которые часто расположены в непосредственной близости, а часто и в самых курортных зонах. Существует много методов, которые могут быть использованы на практике для улавливания диоксида серы из газовых потоков [1], но все они сравнительно дороги и имеют большие количества также токсичных отходов. По этой причине возник вопрос для нахождения новых методов решения проблем окружающей среды, вызванных эмиссией SO2 в атмосферу. Возрастающая актуальность этих проблем, объединенная с академическим интересом к диоксиду серы как реагент с возможностью конкурирующей координации, способствует разработкам в области химии взаимодействия SO2 с азотсодежащими основаниями.

Ранее было изучено взаимодействие водных растворов карбамида и гексаметилентетрамина (ГМТА) с диоксидом серы при комнатных температурах [2, 3] с целью определения продуктов их взаимодействия. Водные растворы указанных азотсодержащих оснований могут быть использованы на практике в системах газоочистки в широком диапазоне температур отличных от комнатной.

Поэтому в данной работе исследовано взаимодействие SO2 с водными растворами карбамида в динамических условиях в диапазоне температур от 273 до 313 К, а также водных растворов ГМТА в статических условиях при 278 и 293 К.

С целью исследования механизма взаимодействия диоксида серы с карбамидом в воде фиксировались изменения значений рН и окислитель-

но-восстановительного потенциала модельных растворов в процессе сорбции ими диоксида серы при заданной объемной скорости газа в указанном выше температурном диапазоне. Исследования проводились до постоянства изучаемых параметров систем. На протяжении всего эксперимента SO2 на выходе не было обнаружено, что свидетельствует о 100%-ном поглощении токсиканта.

Установлено, что ход изменения рН в процессе пропускания диоксида серы через 0,1 М раствор карбамида при 273-278 и 298 К; 0,25 М раствор карбамида при 273-283 К; и 0,5 М раствор карбамида при 278 и 298 К существенно отличается от хода изменения рН при других условиях эксперимента.

Ступенчатое изменение рН в процессе сорбции диоксида серы сопровождается также ступенчатым изменением окислительно-восстановительного потенциала систем. Это указывает на образование промежуточных соединений состава n(Карбамид)×m(SO2)×k(Н2О). Однако, в индивидуальном состоянии продукты взаимодействия карбамида с диоксидом серы выделить не удалось.

При взаимодействии раствора карбамида с газообразным SO2 происходят следующие процессы. На первой стадии идет растворение газа в воде с образованием сернистой кислоты, что обусловливает увеличение её концентрации [4].

С другой стороны нами предложен следующий механизм взаимодействия карбамида с диоксидом серы:

Ранее изученная методом изотермической растворимости с установлением состава твердых фаз по Скрейнемакерсу система SO2 - C6H12N4 – Н2О при температуре 293К [5] существенно отличается от системы SO2 - C6H12N4 – Н2О, изученной при 278К.

В первой случае образуются три соединения. На первой ветви изотермы в области низких концентраций ГМТА в системе ход лучей Скрейнемакерса свидетельствует об образовании в растворе соединения состава SO2«Н2О. На второй ветви в качестве твердой фазы реализуется соединение C6H12N4«2SO2 и исходный гексаметилентетрамин.

В этой же системе при более низкой температуре наблюдаются значительные изменения. Область реализации соединения SO2«Н2О значительно уже. На второй ветви изотермы в области концентрации гексаметилентетрамина до 40% реализуется соединение состава C6H12N4«2SO2. Третья ветвь изотермы представлена соединением состава 2C6H12N4«3SO2. Область реализации чистого ГМТА вообще не наблюдается.

Такое отличие можно, очевидно, объяснить более высокой растворимостью гексаметилентетрамина и диоксида серы при низких температурах, а также способностью его образовывать при низких температурах ассоциаты [6]. Известно, что в одной молекуле ГМТА электоронно-донорными свойствами обладают 2 из 4 атомов азота. Можно предположить, что одна молекула диоксида серы служит мостиком между двумя молекулами гексаметилентетрамина, а еще две молекулы SO2 присоединяются к двум молекулам ГМТА по отдельности [7]. Однако подобные рассуждения требуют дальнейшего исследования различными физико-химическими методами.

Таким образам, водные растворы как карбамида, так и гексаметилентетрамина как легко регенерируемые и относительно дешевые сорбенты можно рекомендовать для санитарной очистки воздуха от диоксида серы в указанном температурном диапазоне. Для контроля количества диоксида серы, поглощенного абсорбентом, может быть использован метод потенциометрии.

Литература

1. Вилесов Н.Г., Большунов В.Г. Утилизация промышленных сернистых газов. Киев: “Наукова думка”, 1990. – С.133.

2. Курандо С.В. Координационные соединения оксидов серы (IV) и серы (VI) с азотсодержащими органическими основаниями. Дис. канд. хим. наук. Одесса, 1995. С.130.

3. Гавриленко М.И., Никитин В.И., Волощук Л.С., Курандо С.В. / Физико-химические свойства системы гексаметилентетрамин-вода-глицерин // Известия ВУЗов. Химия и хим. технология. – 1992. - 35, №9 – стр. 35-39.

4. Лабутин А.Н., Батиха М.М., Грошев Г.Л., Коротаевский К.Н. / Кинетика процесса растворения сернистого ангидрида в воде // Известия ВУЗов. Химия и хим. технология, 1997, т.40, вып.1, с.55-58.

5. Сохраненко Г.П., Гавриленко М.И., Никитин В.И./ О сорбции SO2 водными растворами уротропина// Известия ВУЗов Химия и хим. технология. – 1993. - 36, №3– стр. 71-75.

6. Имануков Б.И., Лукина Л.И. Взаимодействие гексаметилентетрамина с неорганическими солями и свойства твердых фаз. Фрунзе., 1984.-С.

7. Burd W.E. // J.Am. Chem. Soc. – 1962. – V.1. – P. 4762.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.