Спосіб індикації монооксиду вуглецю

Реферат: Спосіб індикації монооксиду вуглецю шляхом забарвлення реактиву нанесеного на твердий носій - силікагель, при пропусканні газу через нього, при якому використовують прозору кюветукомірку із водним розчином на дистильованій воді перманганату калію КМnО4 марки х.ч. або ч.д.а. в кількості 0,02 моля або 3,16068 г в 1 л (0,1 н розчин) при температурі в межах від 5 до 40 °С та за зміною інтенсивності забарвлення від фіолетово-малинового до сірого чи повного знебарвлення визначають наявність і концентрацію монооксиду вуглецю СО в повітряно-газовій суміші, яка барботується через об'єм індикатора за шкалою попередньо відкаліброваного приладу. UA 67854 U (54) СПОСІБ ІНДИКАЦІЇ МОНООКСИДУ ВУГЛЕЦЮ UA 67854 U UA 67854 U 5 Корисна модель належить до експрес-методу визначення монооксиду вуглецю СО в газоповітряних сумішах: димових газах, промислових і побутових викидах, вентиляційних та ін. систем, які утворюються в процесі згорання палива в стаціонарних умовах, використання транспортних засобів, переробки твердих відходів, лісових пожежах та ін. Із всіх забруднень атмосфери СО найбільш поширений і знаходиться в найбільшій кількості. Вуглець із киснем утворює два різних оксиди: при недостатній кількості кисню утворюється оксид вуглецю СО, а при його надлишку - діоксид вуглецю СО2. При пропусканні СО2 над розжареним вуглецем утворюється СО за рівнянням: CO 2  C  2CO , (1) і при тиску в 1 атм. виникає так звана рівновага Будуара: 10 t, °С СО2, % СО, % 15 450 98 2 600 77 23 t t CO 2  C  2CO , t 3Fe 2 O3  CO  2Fe 3 O 4  CO 2 , t Fe 3 O 4  CO  FeO  CO 2 , t FeO  C Fe  CO , t FeO  CO  Fe  CO 2 . 25 30 35 40 700 42,3 57,7 750 24,7 75,3 800 6,0 94,0 900 2,8 97,2 1000 0,7 99,3 Нижче за 800 °С рівноважний стан встановлюється лише в присутності каталізаторів, наприклад металевого заліза чи домішок, що містяться у вугіллі. За високих температур CO є сильним відновником. Для цього в доменному процесі (пірометалургії) використовують кокс, одержаний із вугілля шляхом його термічного розкладання без повітря при 900-1100 °С C  O 2  CO 2 , 20 650 61,5 38,5 (2) (3) (4) (5) (6) (7) Найпоширенішим і найдешевшим із всіх штучних газів є пароповітряний (змішаний) газ, який одержують при вдуванні в генератор суміші повітря із водяною парою за реакцією: 2CO  O 2  2CO . (8) В склад змішаного газу, окрім оксиду вуглецю (II) і азоту, входить водень, що підвищує його теплотворну здатність. Основними компонентами чистого повітря є азот - 78 %, кисень - 20,9 %, благородні гази 0,9 %, густина при 20 °С=1,293 г/л. Монооксид вуглецю СО - газ без кольору та запаху, токсичний та горючий, молекулярна маса 28,01 г/моль, густина 1,25 г/л (0 °С, 1 атм) менша ніж у повітря, а для СО 2 густина (р=1,987 г/л) - більша ніж у повітря; температура плавлення tпл=-205,06 (0 °C, 1 атм), температура кипіння 3 tкип=-191,50 (0 °C, 1 атм); розчинність (Н2О) 0,4425 г/100 см (0 °С); розчиняється в етанолі та бензолі; не реагує з лугами і кислотами (Калверт С., Трешоу М., Юкон Дж. Е. и др. Защита атмосферы от промышленных загрязнений ч. 1, - М.: Металлургия, 1988. - 760 с., С. 148-151). Токсичність СО пов'язана з його здатністю реагувати із гемоглобіном крові з швидкістю майже у 200 разів вищою за швидкість зв’язування киснем гемоглобіном. При вдиханні свіжого повітря сполука, що утворилася (карбокси-гемоглобін), поступово руйнується і гемоглобін відновлює здатність поглинати кисень. Гранично допустима концентрація оксиду карбону (II) «чадного газу» у повітрі складає 0,01 мг/л. З досвіду зарубіжної практики відомо, що стандартними методами моніторингу концентрації монооксиду вуглецю в атмосфері є фільтруючі інфрачервоні ІЧ-аналізатори. Прилад складається з джерела ІЧ-випромінювання і двох комірок. Сигнали, які одержуються від вимірювальної комірки і комірки порівняння зрівноважують шляхом подачі інертного газу N2 чи Не в комірку порівняння і вільного від СО повітря у вимірну комірку. При введенні зразка, що містить СО, в комірці відбувається поглинання ІЧ-випромінювання, внаслідок чого в комірці із зразком знижується температура і тиск. При цьому відбувається зміщення роздільної діафрагми в ступені, пропорційному концентрації CO. Границю виявлення CO можна знизити на порядок при використанні методів газової хроматографії шляхом розділення СО на колонці від СО 2 і СН4, після виходу з якої CO 1 UA 67854 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 проходить через каталізатор і відновлюється до СН4, який надходить в полум'я-іонізаційний детектор для кількісного аналізу. Фоновий рівень CO визначають фотометричним методом детектування парів ртуті, що виділяються внаслідок взаємодії HgO з СО, в якому використовується виділення парів ртуті із оксиду ртуті та наступне збудженняпарів УФ-випромінюванням (Гринфильд С., Аткинс П. Р., Гератл Р. В. и др. Защита атмосферы от промышленных загрязнений ч. 2, - М.: Металургия, 1988. - 712 с., С. 335-336). До недоліку фільтруючої ІЧ-спектрографії слід віднести чутливість методу до зміни температури і вологості, а в методах газової хроматографії і фотометричного методу детектування парів ртуті застосовується більш складне апаратурне устаткування. Відомо, що у вітчизняній практиці використовується метод реакційної газової хроматографії і газохроматичний метод. В першому методі проводять розділення СО і супутніх компонентів на колонці з молекулярними ситами, конверсією СО в СН4 в присутності ніхромового каталізатора і водню. В другому методі принцип аналізу ґрунтується на концентрації СО з повітря молекулярними ситами 5 Å при низькій температурі з наступною термодеструкцією і газохроматичним аналізом (Дмитриев М. Т., Казнина Н. И., Пинигина И. А. Санитарно-химический анализ загрязняющих веществ в окружающей среде. - М.: Химия, 1989. - 368 с., С. 36-40). До недоліку відомих методів слід віднести використання складної апаратури, затрати значного часу на підготовку колонки, метанатора та іншого устаткування і необхідність кваліфікованого обслуговування для проведення аналізів. В найбільш близькому і експресному методі визначення концентрації CO у димових газах в 3 діапазоні 6,25...62500 мг/м з похибкою вимірювань, що не перевищує 25 %, є використання приладів типу ГХ-4 і ГХ-5, дія яких ґрунтується на використанні специфічних кольорових реакцій, які протікають в індикаторних стандартних трубах типу ТИСО-0,2 і ТИСО-5 між газом, що визначається, і реактивом, нанесеним на твердий носій - силікагель. Довжина зафарбованого індикаторного шару є функцією і мірою концентрації монооксиду вуглецю та об'єму повітря, використаного для аналізу. Відрахунок концентрації СО проводиться за шкалою, що міститься на футлярі приладу і на поверхні індикаторних стандартних трубок. Всі операції по визначенню СО може робити оператор без спеціальної кваліфікації (Сборник методик по определению концентрации загрязняющих веществ в промышленных выбросах. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 269 с., С. 57-58). До недоліку відомого експрес-методу слід віднести меншу чутливість до забарвлення реактиву, нанесеного на твердий носій - силікагель, у порівнянні із кюветним варіантом з індикатором в рідині, велику похибку вимірювання, необхідність для використання приладу значну кількість стандартних індикаторних трубок та їх більш складне виготовлення у порівнянні з кюветним варіантом та індикаторною рідиною. Задачею корисної моделі є розробка способу індикації монооксиду вуглецю більш чутливого до забарвлення індикатора під час його взаємодії із СО та значно дешевого приладу для цієї мети. Поставлена задача вирішується тим, що у способі індикації монооксиду вуглецю шляхом забарвлення реактиву, нанесеного на твердий носій - силікагель, при пропусканні газу через нього, згідно з корисною моделлю використовують прозору кювету із водним розчином перманганату калію KМnО4 марки х.ч. або ч.д.а. в кількості 0,02 моля або 3,16068 г в 1 л (0,1 н розчин) при температурі в межах від 5 до 40 °С та за зміною інтенсивності забарвлення від фіолетово-малинового до сірого чи повного знебарвлення визначають наявність і концентрацію монооксиду вуглецю СО в повітряно-газовій суміші, яка барботується через об'єм індикатора за шкалою попередньо відкаліброваного приладу. Суть способу полягає в наступному. Перманганат калію KМnО4 - найбільш широко використовувана сіль марганцевої кислоти НМnО4. Кристалізується у вигляді темно-фіолетових, майже чорних призм, помірно розчинних у воді з утворенням темно-малинового, а при більших концентраціях - фіолетового кольору, властивого іонам МnО4 . Як і всі сполуки марганцю (VII), перманганат калію - сильний окислювач. При контакті із концентрованою сірчаною кислотою H2SO4 вибухає. Вступаючи в окисно-відновні реакції, KМnО4 (іон МnО4 ) може відновлюватись у різному ступені. В залежності від рН середовища продукт відновлення може являти собою іон 2+ МnО4 (в кислому середовищі), МnО2 (в нейтральному або слаболужному середовищі) або іон 2МnО4 (в лужному середовищі). Перманганат калію використовується як енергійний окислювач у виробництві та у хімічних лабораторіях (перганатометрія), як дизенфікуючий засіб і як протиотрута для ціанідів і бойових отруйних речовин. 2 UA 67854 U 5 10 15 20 25 30 Діоксид марганцю МnО2 - піролюзит (сірий марганець) має три модифікації -, β- та -МnО2. Всі різновиди піролюзиту трапляються в марганцевих глинах і мають колір від сірого до сірочорного. Виключенням є вад, який іноді забарвлений у коричневі тони. Карбонат калію K2СО3 (поташ) - білий, гігроскопічний, легко розчинний у воді порошок. В основу індикації «чадного газу» покладено зміну кольору водного розчину перманганату калію у взаємодії із оксидом вуглецю при нейтральному або близькому до нього рН середовища і тоді фіолетовий колір індикатора стає сірим чи знебарвлюється внаслідок реакції: 2KMnO4  CO  K 2 CO 3  2MnO2  O 2 . (9) Спосіб здійснюється наступним чином. Виявлення монооксиду вуглецю у газоповітряній суміші, наприклад, "чадного газу" в повітрі, проводиться експрес-методом за допомогою пристрою, конструкція якого приведена на кресленні, що складається із пробірки (кюветикомірки) 1, виготовленої із прозорого силікатного чи кварцового скла або полімерного матеріалу, наприклад, органічного скла (поліметилметакрилату), заповненої водним розчином 2 на дистильованій воді перманганату калію KМnО4 марки х.ч. або ч.д.а. в кількості 0,02 моля або 3,16068 г в 1 л (0,1 н розчин) при температурі в межах від 5 до 40 °С. Через об'єм індикатора барботажем подається досліджуваний газ за допомогою форсунки 3, сполученої скляною трубкою 4 з регулюючим краном 5, грушею-дозатором 6, клапаном 7 і пробовідбірником газу 8 із зондом 9. Форсунка 3 із скляною трубкою 4 закріплені через гумовий корок 10 із отвором 11 з атмосферним клапаном 12 до пробірки і лабораторного штативу 13. Для уловлювання мікродисперсних твердих частинок, що забруднюють газоповітряну суміш, використовується фільтр 14, виготовлений із нетканого матеріалу, целюлози чи мінеральної (базальтової) вати. Шляхом порівняння кольору та інтенсивності забарвлення індикатора 2 у пробірці 1 із калібровочною шкалою визначають концентрацію монооксиду в газовій суміші із точністю до 15...20 %. Таким чином, запропонований експрес-метод і прилад для візуальної індикації монооксиду вуглецю в газовій суміші, зокрема наявності "чадного газу" в повітрі, може бути використаний на підприємствах із шкідливими умовами праці та як один із засобів протипожежної безпеки. Розробка може бути використана для екологічних організацій, для паливно-енергетичної галузі, у виробництві штучного горючого газу, одержаного пароповітряним або змішаним способом та для кабінетів хімії і екології навчальних закладів у проведенні дослідів та демонстрацій з відповідної теми заняття чи науково-дослідницької роботи. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 Спосіб індикації монооксиду вуглецю шляхом забарвлення реактиву, нанесеного на твердий носій - силікагель, при пропусканні газу через нього, який відрізняється тим, що використовують прозору кювету-комірку із водним розчином на дистильованій воді перманганату калію КМnО4 марки х.ч. або ч.д.а. в кількості 0,02 моля або 3,16068 г в 1 л (0,1 н розчин) при температурі в межах від 5 до 40 °С та за зміною інтенсивності забарвлення від фіолетово-малинового до сірого чи повного знебарвлення визначають наявність і концентрацію монооксиду вуглецю СО в повітряно-газовій суміші, яка барботується через об'єм індикатора за шкалою попередньо відкаліброваного приладу. 3 UA 67854 U Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4