Хемосорбент для очищення повітря від діоксиду сірки

Хемосорбент для очищення повітря від діоксиду сірки, активною речовиною якого є водний розчин гексаметилентетраміну (ГМТА), який відрізняється тим, що містить добавки деканолу при співвідношенні інгредієнтів, % мас: ГМТА 10,0÷20,0 деканол 0,1÷2,0 вода решта. (19) (21) u201007786 (22) 21.06.2010 (24) 10.01.2011 (46) 10.01.2011, Бюл.№ 1, 2011 р. (72) ГАВРИЛЕНКО МИХАЙЛО ІВАНОВИЧ, ІСПАНЮК ЄЛИЗАВЕТА ОЛЕКСАНДРІВНА (73) ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМ. І.І. МЕЧНИКОВА 3 56335 авторському свідоцтву СРСР №777926, опубл. 14.07.1980 по Кл. B01D53/16. У якості хемосорбенту використано водний розчин гексаметилентатраміну (10÷20% вес) з добавками гліцерину (10÷30% вес), інше - вода. Добавки гліцерину уводяться для підвищення абсорбційної ємності розчину та для можливості його використання при понижених температурах (0÷-20°С). Суттєвим недоліком цього хемосорбенту є підвищені значення коефіцієнту в'язкості розчину (в наслідок високого вмісту гліцерину). При температурі 20°С для хемосорбенту, який містить 10%(мас.) ГМТА та 20%(мас.) гліцерину, коефіцієнт в'язкості розчину дорівнює приблизно 4,6·10-3Па·с. 3 пониженням температури процесу сорбційного вилучення діоксиду сірки з газоповітряної суміші цей коефіцієнт зростає. Для указаного складу хемосорбенту при 0°С він дорівнює 10,2·10-3Па·с Це унеможливлює використання відомого хемосорбенту в барботажних, ерліфтних, розпиліваючих та ін. абсорбційних апаратах. Задача на рішення якої спрямована корисна модель отримати хемосорбент з низькими значеннями коефіцієнтів динамічної в'язкості та поверхневого натягу, але зі значною поглинальною ємністю відносно діоксиду сірки, що дозволить використовувати його в барботажних, ерліфтних, розпиліваючих та ін. абсорбційних апаратах, а також зниження вартості хемосорбенту за рахунок виключення дорогоцінних металів. Ця задача вирішується пропонуємим хемосорбентом для очищення повітря від діоксиду сірки, активною речовиною якого є водний розчин гексаметілентетраміну (ГМТА), який відрізняється тим, що містить добавки деканолу при співвідношенні інгредієнтів, % мас: ГМТА 10,0÷20,0; Деканол 0,1÷2,0; Вода решта. Запропонований рідкий хемосорбент, розроблено кафедрою неорганічної хімії та хімічної екології Одеського національного університету ім. І.І. Мечникова для застосування в засобах захисту органів дихання людини, тобто у системах і установках для забезпечення санітарних норм мікроклімату робочих приміщень згідно вимог Держстандарту 10.1.005-88 «Повітря робочої зони. Загальні санітарно-гігієнічні вимоги». Гранично допустима концентрація (ГДК) діоксиду сірки у робочих приміщеннях дорівнює 10мг/м3. Працює запропонований хемосорбент діоксиду сірки таким чином. Під час руху газоповітряної 4 суміші (ГПС), що містить діоксид сірки (SO2), у вигляді бульбашок крізь шар рідини в барботажних або ерліфтних апаратах відбувається контактування діоксиду сірки з поверхнею хемосорбенту, активними компонентами якого є як ГМТА так и деканол. При стандартних умовах у молекулі ГМТА активні тільки два атоми азоту, тому склад сполук, що реалізуються - 2SO2•ГМТА. В сполуках типу 3SO2·2ГМТА кожна молекула ГМТА приєднує по одній молекулі SO2, а третя молекула SO2 є мостковою. Крім того, відомо, що при низьких температурах у ГМТА стають активними всі чотири атоми азоту, що виявляється в системі при 0°С, так як реалізується сполука 4SO2·ГМТА. Приєднання SO2 до ГМТА відбувається по донорноакцепторному механізмі за рахунок електронної пари азоту і вільної орбіталі атома сірки в SO2. У сполуках складу 2SO2·ГМТА два атоми азоту однієї молекули ГМТА приєднують по одній молекулі SO2. Деканол (С10Н21ОН), що входить до складу хемосорбенту, як одноатомний спирт, також реагує з сірчистою кислотою (вона утворюється внаслідок взаємодії діоксиду сірки з присутньою водою) з утворенням ефірів. Таким чином, внаслідок взаємодії SO2 з ГМТА, а також з деканолом відбувається очищення повітря. Розчини ГМТА з дуже малими домішками деканолу є нетоксичними і не приносять шкоди людині. Запропонований хемосорбент багаторазово випробовувався в лабораторії кафедри неорганічної хімії та хімічної екології Одеського національного університету ім. І.І. Мечникова з доброю відтворюваністю результатів. Помилка при проведенні експериментів не перевищувала 5%. Умови експериментів були такими. Хемосорбційну систему готували при варіації концентрацій ГМТА 0÷20%(мас.) та деканолу 0÷2%(мас). Температура експериментів 20°С. Динамічну в'язкість хемосорбенту визначали на візкозіметрі Гепплера. Коефіцієнт поверхневого натягу визначали по методу Ребіндера (табл.1). Розмір бульбашок (dб, мм), що утворилися у ерліфтному апараті, в залежності від складу системи ГМТАС10Н21ОН-Н2О та діаметру вихідного отвору dо, мм, з якого барботує ГПС, визначався методом цифрової відео-зйомки з наступною комп'ютерною обробкою одержаних результатів (табл.2). Поглинальна ємність хемосорбенту відносно чистого діоксиду сірки визначалась гравіметричним методом до сталості маси (табл.3). Таблиця 1 Залежність поверхневого натягу хемосорбенту (мДж/м2) від складу системи ГМТА-С10Н21ОН-Н2О Концентрація ГМТА, % (мас.) 5 10 20 0 71,15 71,10 71,08 Концентрація С10Н21ОН, % (мас.) 0,01 0,1 0,2 2 52,76 36,51 23,37 20,37 52,73 36,40 23,36 20,36 52,56 35,49 23,33 20,34 5 56335 6 Таблиця 2 Залежність розміру бульбашок (dб, мм), що утворилися у ерліфтному апараті, від складу системи ГМТАС10Н21ОН-Н2О та діаметру вихідного отвору (dо, мм), з якого барботує ГПС Діаметр отвору вихідного dо, мм 0,5 1,0 2,0 ГМТА - 10% (мас.), решта - ГМТА - 10% (мас.), С10Н21ОН - 1% (мас.), решта вода - вода 2,82 1,68 3,55 2,27 4,47 2,90 Таблиця 3 Поглинальна ємність розчинів хемосорбційної системи ГМТА-С10Н21ОН-Н2О (г/г) відносно діоксиду сірки при 20°С СГМТА, % (мас.) 5 10 20 Внаслідок суттєвого зменшення коефіцієнту поверхневого натягу при введені у розчин ГМТА добавок деканолу (табл.1), діаметр бульбашок, що утворюються у ерліфтному апараті, зменшується (табл.2). Це викликає збільшення поверхні контакту фаз при фіксованій витраті ГПС в об'ємі ерліфтного апарату в 1,5-1,6 рази. Також при цьому значно зростає поглинальна ємність хемосорбційної системи відносно діоксиду сірки (табл.3). Динамічна в'язкість хемосорбенту в залежності від його складу дорівнювала 1,1-1,2Па·с, що приблизно в чотири рази менше ніж для розчинів прототипу. У такий спосіб експериментально встановлено, що запропонований хемосорбент для очищен Комп’ютерна верстка О. Рябко Концентрація С10Н21ОН, % (мас.) 0,1 0,2 0,404 0,503 0,509 0,612 0,610 0,710 0 0,302 0,445 0,550 2 0,548 0,674 0,757 ня повітря при високих концентраціях діоксиду сірки має малу вартість, внаслідок відсутності дорогоцінних металів, і може бути успішно використаний для барботажних, ерліфтних, розпиліваючих та ін. абсорбційних апаратів для очищення повітря або відходячих газів промислових підприємств та теплових електростанцій від діоксиду сірки. Запропонований хемосорбент передається для використання на підприємствах, на яких у повітря виділяється діоксид сірки, що допоможе успішно вирішувати санітарно-гігієнічні задачі по поліпшенню умов праці та зменшенню профзахвопрофзахворювань. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601