Д-р В. Blagutin
суперкритична вода
Наскоро свръхкритично (течност) технология е станала много популярна. На Запад използва за почистване на пране, отпадъчни води, и метали в хранителната и фармацевтичната промишленост, - за извличане на ароматни вещества в синтеза на полимери и дори за производството на фини прахове. Това намалява производствената верига, а оттам и намаляване на разходите за стоки и услуги. Но най-важното - това е екологично чисти процеси. Първият промишленото производство, която се прилага суперкритични течности, получени в 1978 - това е инсталация за Декофеинизиране кафе, последвано през 1982 г. беше последвано от промишленото извличане на хмел (за варене). Днес на Запад, много компании, които работят по тази новаторска технология.
Най-популярните свръхкритични флуиди - въглероден диоксид, вода, пропан, амоняк и някои други съединения с ниски критични температури. Най-често използвани суперкритичен въглероден диоксид, тъй като не е токсичен, не е евтино, лесно достъпни и има удобни параметри (Тс = 31 ° C, PC = 7.38 МРа). Ние имаме почти никакви такива предприятия (SRC ER "Горо" - може би единственото изключение). Проблемът е, че няма интерес на национално ниво в нови чисти технологии, и, следователно, желанието да се инвестира.
Кратка история
Суперкритичният водата се проверява систематично от началото на миналия век. Днес, обаче, тези произведения са привлекателни не само от теоретична гледна точка. Надяваме се, че най-често срещаните, евтин, безопасен и екологично чист разтворител взема своята уникална ниша в областта на химическата промишленост. (Разбира се, това не е обикновен вода.)
Суперкритична състояние първо започва да учи Cañar де ла Тур през 1822. Ако течността кипене (когато е налице равновесие между течност и пари) и продължава да се нагрява до повишаване на налягането, след което в някакъв момент течност и пари плътности на стават еднакви и интерфейс между двете фази изчезва. В този критичен момент промени веществото в междинно състояние - се превръща в газ и не течност. При температура над критичната точка има две фази се провалят, дори ако хомогенна течност за компресиране, тя ще се промени плътността на газ към течност подобни. При по-ниски температури, водата е в подкритично състояние и при налягане промяна промени плътността рязко: течност се превръща в пара. Над - суперкритичен, веществото е еднакъв и плътността варира непрекъснато.
Таблица: Показател критично състояние на различни вещества
Критичната точка на веществото се характеризира с критичните стойности на температурата, налягането и плътността (вж. Фиг.). Вариация на тези параметри за различни материали е много висока (те са показани в таблицата), но те са лесно постижими в лабораторията и в промишлеността. За най-подходящи процеси въглероден двуокис - че днес се използва за извличане, отделяне на вещества и др. Суперкритичната вода, докато се използват значително по-малко, тъй като става течност при 374 ° С и. че за практическо използване не е много удобно. В същото време, в това състояние, той става най-ценните качества. Например, суперкритична вода е почти универсално разтворител, и също е доста силен окислител. Как се случва това?
В действителност, все още няма еднозначен отговор на въпроса, какво е състоянието на околната среда, по-нататък течност.
Ако говорим за твърди частици, те обикновено се използва терминът "структура", "сграда". Това е изключително жалко дума да се опише това, което се случва в течност или газ. Ако някак си успя да координатите на всички частици в течността, а след това в следващия момент, че тези данни са остарели, тъй като позицията на промяната на частиците много. Думата "структура" означава нещо силно, непоклатимо, и това води до изкривяване на идеята за течност или течност състояние на материята. За съжаление, друг подходящ срок не. Вие със сигурност може да се говори за "краткосрочен порядък", но тя не се предава основната характеристика на състоянието на течност - непрекъснато различна молекулна движение.
Тя вече се е натрупал много експериментални данни за състоянието на свръхкршпичния водата. Всички тези данни показват, че увеличаването на температура и налягане промяна: неговата диелектрична константа, проводимост, разтворимост продукт, структурата на водородните връзки.
От всички течности вода вероятно е подложен на най-драматичната промяна, преместване в свръхкритично състояние. Ако при нормално налягане и температура на водата - полярен разтворител, в суперкритичната водата разтваря почти всички органични вещества. Разтворимостта на неорганичните вещества също се променя. Дори леко отклонение на температурата и налягането в близост до критичната точка променя всички физикохимични свойства на водата, следователно в най-малките колебания в налягането и температурата в такъв вода може да се разтвори напълно, или обратно, утаява оксиди и соли. Всъщност, базирани на тази технология е кристалния растеж хидротермална, което е повече от половин век.
Природен суперкритичен реактор
В природата, има огромен природен суперкритичен реактор. Тя - земните недра, в който на дълбочина повече от 50 км на вода е в свръхкритични условия. . Вода - база "хидротермална течност" (геоложки термин), т.е. горещо, високо налягане, водният разтвор, съдържащ много компоненти Прехвърляне на големи разстояния, разтворени в него вещество суперкритична вода (skH2 О) отнема необходима част от основните геоложки процеси: образуването земната кора, вулканична дейност в концентрацията на минерали в земната кора. Може да се каже, че благодарение на свръхкршпичния водата формира геоложки лицето на нашата планета.
В образа на това, което се случва под повърхността на земята, преди почти изследователите от половин век, са разработили технология за хидротермална синтеза на кристали. Може би това е единствената технология в свръхкршпичния вода, която от дълго време и се използва успешно. синтез Хидротермална позволява да се получат кристали от неорганични вещества (например, кварц или други оксиди, алуминосиликати, фосфати и т.н.) при условия, симулиращи процеси на минерали в вътрешността на Земята. Този метод се основава на способността на вода при висока температура и налягане, за да се разтворят окиси, силикати, сулфиди и други вещества практически неразтворими в нормални условия, и посока промяна на параметрите, напротив, те предизвика кристализация. От стотици тонове големи единични кристали от кварц (50 кг тегло) се отглеждат годишно. За същите технологии са изкуствени рубини, сапфири и други материали за съвременната индустрия.
В суперкритична вода (skH2 О) неограничено смесва с кислород, водород и въглеводороди, улесняване на тяхното взаимодействие - това много бързо се процедира всички окислителната реакция. Един особено интересно приложение на такава вода - ефективно унищожаване на химически бойни отровни вещества. В смес с други вещества skH2 О може да не се използва само за окисление, но при реакции на хидролиза, хидратация, образуване и разграждане на въглерод-въглеродни връзки, хидрогениране и други.
Предварително и суперкритична вода - е нетоксичен разтворител, чиито свойства могат да се контролира, за да отговаря на тяхната специфична каталитична реакция. В процеси със суперкритични флуидни няма проблеми с дифузия на отделянето на газ-течност (това не е газ и не е течност), и следователно по-лесно да се контролира скоростта на такива реакции. Има доказателства, че процесът на отравяне катализатор също е много по-бавно.
Накрая, суперкритична вода може да бъде реагент или среда за образуване на нанокристални частици (по-специално, катализатори) с желаните свойства, които вече са синтезирани в реактора поток. Частиците, получени по този метод имат резолюция от около един и доста развита повърхност. Между другото, вода в свръхкритично състояние може да се използва за да се получи не само оксиди, но други нанокристални материали, като аморфен въглерод синтезират въглеродни нанотръби.
Независимо от голямото разнообразие от възможни приложения на пре- и свръхкритична вода, това е особено важно за решаване на екологични проблеми. Обработка и разлагане на все по-големи количества от органични и неорганични отпадъци - това е проблем, разтворът от които ще трябва безопасно разтворител почти всички твърди връзки. Всички традиционните начини - изгаряне, течна фаза на окисляване и биоразграждане - имат недостатъци. По този начин изгаряне на органични отпадъци произвежда токсични вещества, по-специално азотни оксиди, които трябва да се изхвърлят. А биоразграждане отнема време и е възможно само за неутрализиране на отпадъци, съдържащи до 1 тегл.% От органични вещества.
Рециклиране на органични отпадъци, използвайки skH2 О - добра алтернатива. Според експерти, изграждането на преработвателни предприятия пиридинови решения, използвайки суперкритичната вода ще бъде по-евтино от изгаряне и ниска температура течна фаза на окисляване. Вече са техники дехлориране деароматизация и разтвори на органични съединения, полимери и преработка на пластмаси, окисление на битови и хранителни отпадъци, газификация на биомаса, окислението на токсични отпадъци ВМС, хидролиза на целулоза и лигнин и отстраняване на тежки метали от различни флуиди.
Основният проблем, който пречи на въвеждането на технологии с свръхкритична вода - доста висока цена на промишлено оборудване, работещи под високо налягане: те се нуждаят от топлоустойчиви сплави и специални тръби, с изключение на възможността за експлозия на реактора. Освен това, skH2 O - агресивна среда, той предизвиква корозия на частите. Този проблем, както и натрупването на соли в тръбите, добре познати за топлоелектрическите централи. При технически проблеми ще бъдат решени, а цената няма да е определящ фактор ще бъде да пробие мощно лоби на традиционните химически компании.
Въз основа на материали:
Свързани статии