Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65
Прием заявок круглосуточно
График работы офиса: с 9.00 до 18.00 Нск (5.00 - 14.00 Мск)

Статья опубликована в рамках: XLV Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 10 октября 2016 г.)

Наука: Химия

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Тихонова К.С. КАТАЛИТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ОТ МОНООКСИДА УГЛЕРОДА // Научное сообщество студентов XXI столетия. ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. XLV междунар. студ. науч.-практ. конф. № 9(44). URL: https://sibac.info/archive/nature/9(44).pdf (дата обращения: 20.01.2022)
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 17 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

КАТАЛИТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ОТ МОНООКСИДА УГЛЕРОДА

Тихонова Ксения Сергеевна

магистрант, химический факультет, Астраханский государственный университет,

РФ, г. Астрахань

Научный руководитель Джигола Людмила Александровна

доцент, кандидат химических наук, и.о. зав. кафедрой «Аналитической и физической химии» АГУ,

Астраханский государственный университет, РФ, г. Астрахань

Монооксид углерода является одним из наиболее опасных веществ, загрязняющих воздушный бассейн. Опасность оксида углерода (I) связана с его высокой токсичностью. Окись углерода, так же как и кислород, связывается с гемоглобином крови. СО вытесняет O2 из оксигемоглобина (НbО) крови, образуя при этом карбоксигемоглобин (COHb), содержание О2 снижается с 18-20% до 8%, а разница между содержанием НbО в артериальной и венозной крови уменьшается с 6-7% до 2-4%. Поэтому воздух, содержащий окись углерода, приводит к кислородному голоданию. Вдыхание небольших концентраций СО вызывает появление в организме человека тяжести и ощущения сдавливания головы, сильные боли в области лба и висков, головокружение, шум в ушах, покраснение и жжение кожи лица, дрожь, чувство слабости и страха, жажду, частый пульс, пульсацию височных артерий, тошноту, рвоту. Высокие концентрации газа приводят к немедленной смерти [1].

В естественных условиях CO образуется при неполном анаэробном разложении органических соединений, а также при сжигании биомассы при возникновении лесных и степных пожаров, извержении вулканов. В почве окись углерода образуется как биологическим путем, так и абиотически (небиологическим). Опытным путем было доказано выделение оксида углерода (I) за счет превращения в почве фенольных соединений, содержащих -ОН и -ОСН3 группы в орто- или параположениях к первой гидроксильной группе. Количество монооксида, образующегося абиотическим путем, а также его окисление  микроорганизмами зависит от определенных условий окружающей среды, в частности, от влажности и значения рН.

Однако 90% всех загрязнителей имеют антропогенное происхождение. Основными антропогенными источниками окиси углерода в настоящее время служат выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания, промышленные предприятия, коммунальное и сельское хозяйств. Значительное количество окиси углерода образуется в процессе курения. При сгорании одной сигареты образуется 10-23 мг СО [2].

Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания содержат монооксид углерода и углеводороды из-за неполного сгорания топлива. В большинстве случаев допустимый уровень CO и углеводородов может быть достигнут только при использовании катализатора для их окисления до  СО2 и Н2О.

Каталитическое окисление является наиболее рациональным и эффективным методом очистки атмосферного воздуха от монооксида углерода. Для окисления монооксида углерода используют марганцевые, медно-хромовые и содержащие металлы платиновой группы катализаторы. Анализ достоинств и недостатков существующих катализаторов для очистки атмосферного воздуха от СО [3-8] позволяет отметить, что проблема создания доступных, эффективных, экологически безопасных катализаторов актуальна, и исследования в данной области представляют собой перспективное направление.

Катализатор для очистки атмосферного воздуха должен сохранять активность при высоких температурах (1000 °С и выше), которые возникают при окислении загрязняющих веществ высокой концентрации. Большинство из известных каталитических систем не могут выдержать длительного действия этих температур без термической или термохимической деградации катализатора, выражающейся в потере активности, усадке и сильном истирании, что делает катализатор бесполезным. Вышеперечисленное обуславливает цель данного исследования: разработку и апробацию каталитической системы, состоящей из носителя - шамотной глины, и модифицирующих компонентов: диоксида марганца, сульфата меди и раствора аммиака. Для обоснования эффективности работы созданного медь-марганцевого катализатора было изучено действие катализаторов, имеющих разный состав модифицирующих компонентов: марганцевого катализатора, содержащего шамотную глину, диоксид марганца и аммиак, и медного катализатора, содержащего шамотную глину, сульфат меди и аммиак.

Для проведения эксперимента в лабораторных условиях была собрана установка (рис.1.).

 

Рисунок 1. Схема установки для моделирования процесса очистки воздуха от монооксида углерода в лабораторных условиях: 1 - штатив; 2 - плоскодонная термостойкая колба; 3 - водяная баня; 4 - аллонж; 5 - патрон; 6 - катализатор; 7 - воздухопроницаемый инертный материал; 8 - пробка с газоотводной трубкой; 9 - резиновый шланг; 10 - сосуд с раствором Na2CO3.

 

В лабораторных условиях монооксид углерода получали разложением муравьиной кислоты при нагревании с сильным водоотнимающим реагентом H2SO4(конц.):

                                            (1)

Образовавшийся монооксид углерода пропускали через катализатор, при этом часть монооксида углерода окислялась до диоксида, а другая часть вместе с диоксидом углерода поглощалась катализатором.

Для определение количественного содержания CO2 после очистки катализатором, наиболее эффективным оказалось поглощение углекислого газа раствором карбоната натрия. Содержание CO2 определяли титриметрическим методом: смесь карбоната и гидрокарбоната натрия титровали соляной кислотой в присутствии двух индикаторов: сначала с фенолфталеином до обесцвечивания, затем с метиловым оранжевым до перехода желтой окраски в розовую.

                                                              (2)

                                             (3)

После пропускания монооксида углерода через модифицированные катализаторы на основе минерального сырья и обработки экспериментальных данных была рассчитана эффективность работы катализаторов, которая оценивается через эффективность окисления монооксида углерода в диоксид углерода и эффективность поглощения монооксида и диоксида углерода сорбентом-катализатором, а также проведен расчет емкости катализаторов.

Таблица 1.

Эффективность работы катализаторов, ν0(СО) = 7,8·10-3 моль

Катализатор

 

(CO2) в растворе, ·104 моль

Эффективность окисления, %

Эффективность поглощения, %

Г, 103 моль/г

Медь-марганцевый

5,3

6,8

93,2

       1,46

Медный

6,2

7,95

92,05

1,44

Марганцевый

7,0

8,97

91,03

1,42

 

Полученные результаты позволяют отметить (табл.1), что наилучшей степенью очистки обладает система, содержащая диоксид марганца, сульфат меди и аммиак на минеральной основе; менее эффективны катализаторы, модифицированные медью и марганцем отдельно.

Наблюдаемую закономерность можно интерпретировать следующим образом:

1. При работе медь-марганцевого катализатора одновременно протекают процессы окисления: этому способствует диоксид марганца, а также медно-аммиачный комплекс с двухвалентной медью; и сорбции: этому способствует медно-аммиачный комплекс с одновалентной медью, а также диоксид марганца и аммиак.

2. При работе медного катализатора также одновременно протекают процессы окисления и сорбции, но в большей степени очистка воздуха от монооксида углерода осуществляется за счет процесса сорбции: происходит связывание угарного газа медно-аммиачным комплексом с одновалентной медью.

3. При работе марганцевого катализатора наиболее важным процессом, лежащим в основе очистки воздуха от CO, является процесс окисления, которому способствует диоксид марганца.

Высокой сорбции CO и CO2 во всех рассмотренных выше системах способствует структура катализаторов, а именно, его высокая пористость.

 

 

Список литературы:

  1. Алыкова Т.В. Аналитическая химия объектов окружающей среды. Лабораторные работы. Вопросы. Задачи : учебное пособие / Т. В. Алыкова. ‒ Астрахань: Астраханский государственный университет, Издательский дом «Астраханский университет», 2013. - 197 с.
  2. Зобнин Ю.В. Отравление монооксидом углерода (угарным газом). ‒ Санкт-Петербург, 2011. - 86 с.
  3. Пат. Республика Беларусь №2530, 30.12.1998.
  4. Пат. РФ №2198027, 10.02.2003.
  5. Пат. РФ №2241526, 10.12.2004.
  6. Пат. РФ №2267354, 10.01.2006.
  7. Пат. РФ №2274485, 20.04.2006.
  8. Пат. Республика Беларусь №16370, 30.08.2011.

Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 17 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом