Физико – химиялық сипаттаманы және өсімдік дағының сорбциясы мен десорбциясын наноқұрылысты көміртекті сорбенттерді қолдана отырып оқыту
МАЗМҰНЫ
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...5
1 Сорбциялау технологиясын заттарды бөліп алу үшін
қолдану ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...7
1. Карбонизделген сорбенттер
алу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... .7
2 Тәжірибе
әдістемелері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... .15 2.1 Үлгілердің карбонизациялану
әдістемесі ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... 15 2.2
Өндіруші шикізаттардың карбонизделуі және алынған материалдарды физико –
химиялық анализ әдістерімен
зерттеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...15 2.3 Қарағай
үгіндісінің карбонизделген үлгілерінің химиялық құрамы ... ... ... .16 2.4
Карбонизделген заттың меншікті бетін
зерттеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..16 2.5 Инфрақызыл
спектроскопиясы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... 17 2.6 Фотоколориметрия.
Спектрофотометрия ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...20
2.7
Колориметрия ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ...24
2.8 Алынған мәліметтерді статистикалық
өңдеу ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ..27
3 Эксперимент бойынша алынған мәліметтер және оларды
өңдеу ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .31 3.1 Көміртек сорбентінің
физико-химиялық қасиеттерін анықтау ... ... ... ... ... ..31
3.2 Электронды – микроскопиялық
зерттеулер ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... .34
3.2.1 Қарағай үгіндісінің
құрылымы мен морфологиясына карбонизациялану температурасының
әсері ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ...35
3.3 Каротин сорбциясы және қызылша
дақтары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 40
Қорытынды
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ..52
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР
ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...53
Кіріспе
Мәселенің өзектілігі.
Қазіргі кезеңде материал – тану аймағында ғылым мен технологияның дамуының
негізгі тенденциясы заттар мен функционалды материалдардың құрамындағы
наноөлшемді құрылымдарды зерттеуге бағытталған. Бұл бағытта қарқынды
жұмыстар жүргізілуде. Осыған орай, нанохимия, нанофизика, наноинженерия
жаңа ғылыми пәндер пайда болды. Көптеген жоғары дамыған елдерде
нанотехнологияның даму бағдарламалары құрастырылып, оны іске асыру
барысында жүздеген миллиард доллар қаржы жұмсалып отыр. Зерттеу
бағытын таңдап алуы аталған тақырыптың жаңашылдығымен және функциональды
наноматериаолдардың перспективті технологиясымен байланысты. Наномөлшерлі
материалдардың бағытындағы ғылым мен технология біртіндеп дамып келеді,
сондықтан да осы бағыттағы істелген әр қадамның маңызы зор. Нано
бағытындағы жүргізілетін барлық зерттеулер жоғарғы технология саласына
жатады және оның нәтижелері басылымға шығарылуда. Сондықтан бұл саладағы
зерттеулер нәтижелерін өздігінше жүргізу қажет, оның еліміздің
өнеркәсібінің дамуындағы маңызы зор. Бәсекеге түсе алатын
сорбенттердің жаңа буынын Қазақстанның жергілікті шикізаты негізінде алу
ауылшаруашылығында, медицинада, экологияда көп мәселелерді шешуге мүмкіндік
береді. Соңғы кезде әлем нарығында өнеркәсіптік көлемде
биологиялық активті қосылыстар шығаруға қажетті сорбенттер жоқ деуге
болады. Ал қолданыстағы сорбенттер аса қымбат және аналитикалық мақсатта
пайдаланылады. Оларды қолдану үшін аса күрделі және қымбат хроматографиялық
жүйелер қажет. Биологиялық активті қосылыстарды препаративті алу кезінде
қолданылатын сорбенттердің жетіспеуі осы қосылыстарды медицина мен
ауылшаруашылығында кең қолдануға мүмкіндік бермейді. Кең
тараған тиімді тазалау әдістерінің бірі элементтерді сорбциялық бөліп алу
әдісі болып табылады. Сорбцияны іске асыру үшін жоғары температура және
күрделі құрал – жабдықтар қажет емес. Соңғы кезде әлі де қолданылмай
келген, дәстүрлі емес шикізат ретінде күріш қабығы, сабан, бидай кебегі
және т.б. қарастырылады, олар ауылшаруашылығы қалдықтары болып келеді.
өсімдіктер шикізаты негізіндегі активтендірілген көмір жоғарғы меншікті
көрсеткішімен сипатталатын арзан, тиімді сорбентке жатады. Осыған орай,
әлемдегі теңдесі жоқ отандық наноқұрылымды көміртек сорбентін жасау ең
негізгі мақсаттардың бірі болып табылады.
Зерттелу тақырыбының өзектілігі Кеуелді
мәселе құру және сорбциялық материалдарды пайдалану іс – тәжірибе үшін
қазіргі замандағы биотехнологиянда, медицинада және ауыл шаруашылығыда
маңызды болып табылады. Физико – химиялық заңды карбонизацияланған,
жылдамдатылған сол сияқты сорбция және десорбция білімі үрдісінде
наноқұрылымды көміртекті сорбентті әртүрлі ғылым, техника, технология
салаларында қолданудың ерекшелігінің маңыздылығы зор.
Зерттеудің мақсаты мен міндеті. Дипломдық
жұмыстың мақсаты физико – химиялық сипаттаманы және өсімдік дағының
сорбциясы мен десорбциясын наноқұрылысты көміртекті сорбенттерді қолдана
отырып оқыту болып табылады.
Осы мақсатты қою арқылы келесі нақты міндеттер шешілді:
• Физикалық әдістің көмегімен қарағай үгіндісінен алынған көміртекті
сорбенттің морфологиясын саралау.
• Көміртегі сорбентіндегі өсімдік дағының сорбция және десорбциясының
физикалық – химиялық үдерісін зерттеу.
Дипломдық жұмыстың көлемі мен құрылымы. Диплодық жұмыс кіріспеден, 3
бөлімнен, қортынды, қосымша, 43 атауынан тұратын қолданылған әдебиеттерден
тұрады. Жұмыс 56 бетке жазылған, оның ішіне 21сурет, 7 кесте кіреді.
1 Сорбциялау технологиясын заттарды бөліп алу үшін қолдану
Карбонизделген сорбенттер алу
Қазіргі кезеңде көміртек сорбенттері адсорбциялық тазалау, бөліп алу,
газды және сұйық ортада концентрациялауға негізделген технологиялық
үрдістерге қолдануға бағытталған. Көміртек сорбенттері экологиялық
мәселелерді, яғни ішетін және ағын суларды, өнеркәсіптік және энергетика
өндірісінен бөлініп шыққан газдарды тазалауға негізделген. Сорбенттердің
медицина мен фармацевтика саласында да маңызы зор. Мысалы, көміртекті
гемосорбенттері ауру адамдардың қанын тазалауға, ал энтерсорбенттер адам
ағзасын улы заттар мен микробтардан тазалауға пайдаланылады [1]. Қоршаған
ортаға әртүрлі агрегаттық түрдегі қалдықтардың ішінен аса қауіптісі сұйық
және тұтқырпластикалық қалдықтар болып табылады. Олардан бөлінген ластағыш
заттар тез арада тарлады, себебі олар қалдықтар ішінде коллоидты - ,
молекулырлы – және ионды – еріген түрде кездесетін ауыр металдар (Cd, Pb,
Hg, Cu, Zn, Ni, Cr), радионуклидтер, полиароматты және хлорорганикалық
қосылстар, гербицидтер мен гербицидтер, синтетикалық бетті активті заттар ,
еритін және ерімейтін заттар қоршаған ортаға аса қауіпті әсер етеді.
Гидросфера техногенді ластануға бейім келеді [2]. Ал ластанған сулар
қоршаған ортаның басқа компоненттерінің экологиялық жағдайын нашарлатады.
Сондықтан да ластанған судың регенерациясының маңызы өте зор. Алайда
ластанған судың регенерациялау әдістері көптеген талаптарға сәйкес
келмейді. Бұл әдістер ластанағн суды тазалау барысында тұтқырпластикалық
шламдар түзілуіне (биологиялық және химиялық реагенттер әдісінде) немесе
шекті концентрленген сұйық қалдықтар түзілуіне (электрохимиялық,
электрофизикалық, электрокоагуляциялық, мембранды, кері осмос, сорбциялық
әдістерінде) қайтадан әсер етеді. Тазалау барысында жаңа аса қауіпті
қалдықтар түзіледі. Ал бұл қалдықтар арнаулы полигондарда жойылуды қажет
етеді, себебі бұл шаралардың іске асуы белгілі мөлшерде қаржы жұмсалуды
көздейді. Осыған орай, ластанған суды регенерациялау әдістері экологиялық
талаптарға сәйкес келмейді [3]. Тасымалдағыштың адсорбциялық
қасиеттері мен құрылысы беткі қабатында катализаторы бар заттар мен
сорбенттердің каталитикалық қасиеттеріне елеулі әсер етеді [4].
Көміртекті кеуекті материалдар аса қызығушылық
туғызып, минералды аналогтармен салыстырғанда бірқатар арнаулы
қасиеттерімен бағаланып адсорбциялық және каталитикалық үрдістерде кеңінен
қолданылады. Әр адсорбциялық үрдіс үшін сорбенттің
маңыздылығы өсу жағдайы, кинетикалық заңдылығына сай тиімді кеуекті құрылым
тағайындалады [5].
Белсенді көмірлер үлкен меншікті беті бар (1500м2г) қатты көміртекті
материалдар болып табылады. Оларда әртүрлі кеуек – арығы болады. М.М. Дубин
адсорбенттердің кеуегін төрт түрге жіктейді [6].
1-кесте.
Өлшемі бойынша кеуек адсорбенттерінің жіктелуі
Кеуектің құрылымдық Кеуектің орташа Кеуектің көлемі, Меншікті беті,
түрі эквиваленттік см3г м2г
радиусы,нм
Микрокеуектер 4-6 0,25 -0,60 350-850
Супермикрокеуектер 6-3 0,10 – 0,80 200-500
Мезокеуектер 13-1600 0,02 – 0,20 20-100
Макрокеуектер 1600 астам 0,20 – 0,80 0,5 - 2
Белсенді көмірде аталған кеуектің барлық түрлері кездеседі, олардың
сіңіру үрдісінде маңыздылығы да әртүрлі. Адсорбция осы микро – және
супермикро кеуектер жинақталған, оларды абсорбциялайтын кеуектер деп
атайды. Ең негізгі жағдайларда беттік мезокеуектегі адсорбцияны ескермеуге
болады. Бұл кеуектер адсорбцияланатын молекулалар үшін транспортты арықтар
болып табылады. Тек ірі молекулалар мен коллоидтыбөлшектердің адсорбциялық
сіңірілуі кезінде мезокеуектердің маңызы зор [7].
Құрылымдағы әртүрлі кеуек түрінің болуына сәйкес микро - , мезо – және
макрокеуекті адсорбенттер типтері кездеседі. Белсенді микрокеуектік
көмірлердің екі түрі бар: микрокеуектері тарлау түрде таралған (құрылымда
супермикркеуектері жоқ) және мөлшеріне сәйкес микрокеуектері кең түрде
таралған (микро – және супермикрокеуектері бірдей таралған) түрлері
кездеседі.
Кеуекті тиімді құрылымды тасымалдағышқа белсенді компонентті жағу кезіндегі
сорбент дайындауда келесі мақсат қойылады: тасымалдағыш бетіндегі белсенді
компоненттің тиімді таралуы толық болуы керек, себебі ол реакцияның
кинетикалық параметрімен, кеуекті құрылысымен және тасымалдағыштың химиялық
қасиеттерімен анықталады [8]. Осыған орай, адсорбциялық
эффективтілік және параметрлері адсорбенттің құрылысымен және химиялық
қасиеттерімен сипатталады [9].
Белсенді көмірді алуға қолданылатын бастапқы органикалық материалдарды
үш топқа бөлуге болады:
өсімдік және жануар шикізаты, сонымен бірге ағаштың көптеген түрлері,
үгінділер, қағаз өнеркәсібінің қалдықтары, жеміс дәнегі, жаңғақ қауызы,
тері өңдеуөнеркәсібінің қалдықтары, жануарлар қаны мен сүйегі және т.б.
минералды шикізаттар, соның ішінде торф, қоңыр және тас көмір, антрацит,
таскөмірлі піспе, шайыр, кокс, мұнай айдау өнімдеріжәне т.б.
3) синтетикалық шайырлар мен полимерлер [10].
Белсенді көмір алудың бірінші сатысы ретінде карбонизация үрдісі
қарастырылады. Мұнда бастапқы шикізатты ауа қатынасынсыз 400-600°С
температурада термиялық өңдейді. Карбонизация нәтижесінде алынған көмір –
шикізатының сорбциялық белсенділігі аса байқалмайды, себебі оның кеуегі
бәсеңдеу дамыған немесе пиролиз өнімдері (шайырлар әсерінен) жоғарғы
молекулалық өнімдермен қоршалған [11]. Карбонизация әдісінің жүруі және
көмір – шикізатының қасиеті бастапқы шикізат табиғатына және термиялық
өңдеу режимінен тығыз байланысты. Мысалы ретінде ағаш материалдарының
карбонизациялау үрдісінің физико – химиялық ерекшелігін қарастыруға болады.
Осыған орай, соңғы жылдары жеміс дәнегі, әртүрлі жаңғақ қауыздарынан
алынған көміртек адсорбенттеріне деген қызығушылық туып отыр. Бұл
материалдар белсенді көмір (БК) алу үшін қолданылатын шикізаттармен
салыстырғанда арзан. Бірақ дайын өнім шығымын арттыру [12].
Көмір сорбенттерінің қасиетін, өнім шығымын арттыру үшін өте жақсы дамыған
кеуекті құрылысты белсенді көмір алуда қолданылатын целлюлозды
материалдарды бейорганикалық тұздармен өңдейді. Олар өнім шығымын арттыра
отырып, карбонизация және дегидратация үрдістерінде антипирен мен
катализатор ролін атқарады [13].
Белсенді көмір негізінде алынатын кеуекті құрылымның параметрлерін және
өнім шығымын арттыру үшін целлюлозды материалдарды алдын – ала тотықтырады
[14]. Онда оттегі сыртқы агент ретінде артық мөлшерде болғанда полимер
күйіп кетеді, ал полимердің элементарлы буынына кіретін оттегі термиялық
өңдеу кезінде материалдың құрылымдылығын арттырады. Оттегі көміртегі
материалының молекулалық құрылысының қалыптасуын анықтайтын аралық
көпіршелер, көлденең ішкі - және молекулааралық байланыстардың түзілуіне
мүмкіндік береді [15]. Адсорбентті
таңдау барысында оның кеуекті құрылысы туралы мәліметтер қажет болады.
Сорбентті таңдағанда келесі жағдайды білу керек: берілген сорбаттың
молекулалық мөлшерінің радиусына кеуектіңтаралуына және сорбентгрануласының
ішкі бөлігіне бұл заттардң тез арада енуі толық қамтамасыз етілуіне аса көп
көңіл бөлінеді [16]. Белсенді көмірді
карбонизденбеген түрд немесе көмір пішінінде және кокс түрінде әртүрлі
құрамында көміртегі шикізаттарынан алады. Көмірді белсендірудің негізгі
принципі мынаған негізделген: құрамында көміртегі бар материал белгілі
жағдайда таңдамалы түрде термиялық өңдеуге түседі, кейін көмір бетінде
кеуек, саңылау және жарықшақтар пайда болып, кеуектің беттік ауданы бір
масса бірлігіне артады. Техникада көптеген жағдайда химиялық және булы –
газды белсендіру әдістері қолданылады [17]. Химиялық
белсендіру кезінде бастапқы шикізат ретінде карбонизденбеген өнімдер (ағаш
үгінділері) пайдаланылады. Олардың бейорганикалық белсенді агенттерімен
қоспасы жоғары температуралық өңдеуден өтеді. Белсенді агенттерге
сусыздандыратын заттар – мырыш хлориді мен фосфор қышқылы жатады [18].
Булы - газды активтендіру кезінде
бастапқы өнім ретінде келесі карбонизделген табиғи материалдар қолданылады:
ағаш көмірі, торфты кокс, коко жаңғағының қауызынан алынған көмір, тас
көмір материалдары немесе қоңыр көмірден алынған кокс. Бұл өнімдердің
белсенділік қабілеті ұшқыш компоненттердің болуымен түсіндіріледі. Оның
мәні аз болса, белсендіру қиын жүреді. Ұшқыш компоненттердің құрамын
арттыру реакциялық қабілетінің пропорциональды өсуіне мүмкіндік береді. Ал,
реактивтілік қабілеті тым жоғары болса, мысалы, біріктіріліп қалған тас
көмірдің белсенділік дәрежесі артады [19].
Газбен белсендіру үшін оттегі, су буы және көміртегі
диоксиді қолданылады. Ауамен белсендіру таңдамалы сипатта өтеді, кейде
гранула сыртқы беті күйіп кетуі мүмкін. Сондықтан да көбіне су буы және
көміртегі диоксидін қолдану тиімді [20].
Құрамында көміртегі бар материалдарды белсендіру кезінде қатты заттың
массасы азаяды. Бұл тиімді жағдайда кеуектіліктің артуына эквивалентті
болады. Осыдан көмірдің белсенділігін арттыруын жай өлшеу әдісімен
бағалайды [21]. Кеуекті
көміртек материалдарын бастапқы кезде ағаштан, кейін тас көмірді термиялық
өңдеу арқылы алған. Қазіргі кезеңде олар құрамында көміртегі бар барлық
шикізаттардан алынады: ағаш және целлюлоза, тас және қоңыр көмірдің күйген
бірікпесінен, синтетикалық полимерлі материалдардан, сұйық және газ тәрізді
көмірсутектерден, әртүрлі органикалық қалдықтар және т.б. [22].
Кеуекті көміртегі
материалдары көміртегі микрокристаллитінен тұратын күрделі құрылым. Табиғи
және синтетикалық көмірде микрокристаллиттер ретсіз орналасып, туростратты
құрылымды түзеді [23]. Турбостратты құрылымның торында
көміртегі атомы ретсіз орналасып, тор жазықтығынан 0,14 – 0,17 А° ығысқан
[24]. Бұған себеп турбостратты құрылымда көміртегі атом sp2 – гибридтену
түрінен басқа валентті күйде болады. Сонымен бірге, шеткі көміртек атомдары
sp- гибридтену түрінде де бола алады.
Белсенді көмірдің меншікті бетінің мәні (500 –
1000мг – нан да аса үлкен мән) аса жоғары [25].
Бұл сорбенттер аса дамыған полидисперсті құрылыммен сипатталады.
Арнаулы синтездер көмегімен қажетті мөлшерінің радиусына тарлау түрде
таралатын үлгілерді алуға болады [26]. Жұмыстарында көмірдің кеуектілігін
сипаттау үшін сорбциялық, электронды – микроскопты әдістері қолданылады.
Практикада кеңінен қолданылатын белсенді көміртегінде кеуектіліктің басты
үш түрі кездеседі: радиустары 1000- 2000 А° - ге дейінгі ауыспалы (мезо -
) кеуектері, радиустары 10 -15 А° болатын микрокеуектер [27].
Кеуекті көміртегі материалдары (ККМ) графит құрылысына ұқсас конструкция
болып келеді, бірақ онда көміртегі сақинасы – гексагондары ретті және
ретсіз кезектесіп орналасады. Графитпен салыстырғанда кеуекті көміртегі
материалдарында бос кеуекті кеңістік бар, олар үш өлшемді әртүрлі мөлшерлі
және пішінді кеңейтілген және тарылған өзара байланысқан лабиринттен
тұрады. Кеуектің келесі түрлері кездеседі: микрокеуектер (мөлшері 2 нм),
мезокеуектер (2-ден 50 нм аралығында) және макрокеуектер (мөлшері 50 нм).
Макрокеуектер екі түрге бөлінеді: супермикрокеуектер (мөлшері 0,7-2 нм)
және ультрамикрокеуектер (мөлшері 0,6-0,7 нм) [28].
Кеуекті көміртегі материалдары кеуектің болуына байланысты өте жоғары
меншікті бетімен сипатталады. ККМ әртүрлі молекулалардың адсорбциясына
қабілеттілігі оның беттік құрылысымен, беттік реакциялық қабілеттіліктің
топтық концентрациясымен анықталады. Беттік реакциялық қабілеттілік топтары
ретінде құрамында оттегі бар фенолды (гидроксильді), карбонильді
(хиноидты), карбоксильді, эфирлі, енольді, лактонды топтары жатады. Бұл
топтар көміртегі материалдарының беткі қабатын тотықтырғышпен өңдеу кезінде
түзіледі [29]. Көміртек корбанаты кең
түрде қоршаған ортаны қорғауғу қолдану үшін (ағын суларды, бөлінген газды,
ластанған топырақтарды тазалау) оларды арзан органикалық шикізаттардан
(қатты қазба отындар, торф, өсімдік биомассасы, пластмасса қалдықтары) алу
қажет. Қатты және газтәрәздесорганикалық шикізаттарының пиролизі кезінде
ККМ құрылысының қалыптасу механизмі және көміртегі материалдарының
белсендіру негізінде қажетті комплексті қасиеттері бар көміртегі
сорбенттерін алудың эффективті әдістері қарастырылады [30].
Қатты шикізат пиролизі үрдісінің
көрсеткішін арттыру үшін псевдосығылған қабаттағы тотығу катализаторы бар
реактор қолданылады [31]. Үгітілген шикізат бөлшектері пневмотранспорт
көмегімен құрамында азғана оттегі мен су буы бар азот ағынында
катализатордың ірі бөлшектері псевдосығылған қабаты арқылы өткенде шикізат
пиролизі мен түзілген көміртегі өнімдерінің белсендіру үрдістерін үйлестіру
мүмкіндігі туады. Катализатор псевдосығылған қабаттағы қыздырылған
шикізат бөлшектерінен алынған ұшқыш органикалық өнімдердің тотығу
реакциясын жеделдету үшін қолданылады. Реакция нәтижесінде бөлінген жылу
үрдістің автотермиялық режимін қамтамасыз етеді катализатор қосымша
органикалық қосылыстарды Н2О және СО2 – ге дейін тотықтырады да, пиролиз
үрдісінің экологиялық қауіпсіздігін арттырады [32].
Қатты шикізат пиролизінен алынған көміртегі материалдарының кеуектік
құрылысы нашар дамыған және адсорбциялық қабілеті жоғары емес. Көміртек
сорбенттерінің сапасын арттыру үшін оларды өте жоғары температурада су
буымен немесе СО2 өңдейді (бұл сатыны сорбентті белсендіру сатысы деп
атайды). Бұл жағдайда көміртегі газдалады да, кеуек көлемі мен меншікті
беттің ұлғаюы байқалады. Сонымен бірге микро - , мезо және мкрокеуектер
арасындағы қатынастары өзгереді. Көміртегі сорбенттерін алудың дәстүрлі
шикізаты ретінде аққайыңның ағашы қолданылады [33]. өнімнің төменгі өнім
шығымы (бастапқы шикізат массасынан 5-12%) сорбент алуға негізделген
шикізат қорын кеңейту бағытында зерттеу жұмыстарын жүргізуге мүмкіндік
береді. Көк теректен алынған көміртегі сорбентінің сапасы өте нашар.
Көк теректі көмір - шикізатын су буымен белсендіру үрдісінің тиімді
параметрлері таңдалынды. Оның нәтижесінде микро және мезокеуекті құрылысы
дамыған, жоғарғы меншікті беті мен сорбциялық қабілеті [34], бар активті
көмір алынды. Белсендіруші агенті ретінде энергетикалық құрылғының түтін
газымен су буын қолдану, белсендіруді өткізу негізіндегі энергетикалық
шығымды төмендетеді де, үрдістің қарқындылығын арттырады. Көк терек
ағашынан алынған белсенді көмірдің иод бойынша сорбциялық сиымдылығы
белсенді агенттегі оттегінің көлемдік үлесі 2% болғанда да төмендемейді.
Белсендіру үрдісі 30 минуттан асып кетсе, сорбциялық сиымдылығы бірден
төмендейді. Карбонизделген кедр жаңғағының қауызын су буымен белсендіру
нәтижесінде микро және мезокеуегі дамыған ККМ алынды. Алынған ККМ өнім
шығымы мен текстуралық сипаты белсендіру үрдісінің келесі жағдайы мен
тікелей байланысты: температура және белсендіргіш қоспа құрамы [35]. Жақсы
дамыған кеуекті құрылысты белсенді көмірдің максималды шығымы 850°С –да
өтеді; онда белсенді агенттің келесі құрамы қажет болады: 25-80% су буы
және 0-2%оттегі (қалғаны азот). Кедр қауызының ККМ алынған заттың өнім
шығымы 40-70% , иод бойынша адсорбциялық белсенділігі қайың ағашынан
алынған өнеркәсіптік сорбенттер деңгейінде болады.
Микркеуекті белсенді көмір молекулалы – елеуішті қасиеті бар көміртегі
сорбенті ретінде кеңінен қолданылады. Бұл белсенді көмірдің кеуек диаметрі
молекулалы мөлшерімен сәйкес келеді [36].
Дәстүрлі бейорганикалық молекулалы елеуіш – цеолитпен салыстырғанда
көміртекті молекулалы елеуіш (КМЕ) жоғарғы термиялық тұрақтылығымен,
гидрофобтығымен, қышқыл және сілтілі ортаға деген тұрақтылығымен
артықшылығы бар. КМЕ
өндіру үшін дәстүрлі шикізат ретінде өсімдік биомассасы, соның ішінде жеміс
дәнегі және кокос жаңғағының қауызы қолданылады. Сибирь өңірінде КМЕ өндіру
үшін перспективті шикізат ретінде кедр майын қайта өңдегенде алынатын кедр
жаңғағының қауызы қарастырылады. Көптеген жағдайда белсенді көмірді кокос
жаңғағынан алады. кокос қауызы айналатын пеште карбонизацияланады, кейін су
буымен белсендіріледі. Алынған дәнегі белсенді көмірі жоғары тұрақтылықпен
және жұқа кеуекпен сипатталады да, газға қарсы қорғауыш жасағанда
пайдаланылады [37].
Орман жаңғағы мен жеміс дәнегінен де өте тұрақты белсенді көмір алады.
жерортатеңізі елдеріне зәйтүн майын өндіру қалдықтары зәйтүн дәнегінен де
белсенді көмір алынады.
Зәйтүн дәнегін 10 % күкірт қышқылымен және сумен өңдеп, 830°С
температурада карбонизациялау кезінде ішкі меншікті беті 500 м2г тең өнім
алады, кейін оны белсендіру барысында оның мәні 1500 м2г дейін артады. Бұл
көмірлерде оттегі 3-5% құрайды [38].
Жұмыста қарағай үгіндісінің негізінде алынған сорбенттер сипатталады, оның
элементтік құрамы, %: С – 55,3; Н – 6,8; N – 1,4; О – 36,2; S – 0,3 тең.
Осы әдіспен алынған белсенді көмірдің сапасы БЭТ әдісі бойынша меншікті
беттік өлшеу және метилен көгілдірімен адсорбциялау арқылы бақыланады.
Температураны арттырғанда ҚҮ меншікті беті белгілі шекараға дейін өседі. ҚҮ
меншікті беті 800°С температурада артады, бірақ өнім шығымы 750°С
температурамен салыстырғанда 2 есе төмендейді. Ал температураны 800°С – дан
да арттырғанда ҚҮ меншікті бетінің мәні төмендеп кетеді. Кокс қатайып,
беттік қабаты азаяды. Мұның өзі кеуекті аса көп өңдегенімен түсіндіріледі.
Аса ірі кеуек мөлшері артып, ұсақ кеуектер мөлшері азайып, белсенді
көмірдің меншікті беткі қабатының мөлшері азаяды.
Үлгі арқылы газ – активаторын өткізу уақытын арттыру, ірі кеуектің
түзілуіне мүмкіндік береді де, меншікті беткі қабаты азайып, өнім шығымы
төмендейді (белсендру су буы, СО2, Н2О2 қатысында өтеді). АҚШ
белсенді көмірді қарағай үгіндісінен алады. Америкада ертеректе қағаз
өнеркәсібінің қалдығы (қара күл) осы мақсатта қолданылды. Осы қалдықтан
алынған белсенді көмірдің қоңыр және тас көмірді өндіру өнеркәсібінің
дамуымен сұранысы азайды. Соңғы кезде
белсенді көмірді қағаз өнеркәсібінің қалдығы ағаш қабығын күйдіргенде
түзілетін ұшқыш күлден де алады [39]. [40] жұмыста
қарағай үгіндісінен алынған белсенді көмірді (өнеркәсіптік реакторда 425 -
660°С температурада булы – ауа қоспасымен белсендірілген)
метилциклопентаннан циклогександы тазалау әдісі туралы айтылады. Сонымен
бірге әртүрлі концентрациядағы метилциклопентанның циклогександағы
ертіндісіне қолданылатын оның сиымдылығы анықталады. Сегіз белсенді
көмірдің ертіндісіндегі сұйық фазасындағы метилциклопентанның адсорбция
изотерма мәндері өлшенді. Микрокеуектегі адсорбция энергиясы мен
адсорбциялық потенциалдар мәні ауыспалы және макрокеуектегі көрсеткіштерден
біршама үлкен (ауыспалы кеуектер 15- тен 1000-2000Е, ал микрокеуектер 5-
тен 14 Е дейінгі аралықта болады). [41]
жұмыста сланец фенолдары негізінде көміртегі адсорбенттері алынуы жолдары
көрсетілген. Сонымен бірге, сополиконденсаттың фурфуролдан алынған
өнімдердің аталған өнімдермен салыстыру анализі берілген.
Осыған орай, сланец фенолдарының поликонденсатының альдегидпен
негізінде қалдықсыз, бір сатылы экологиялық таза әдіспен статикалық алмасу
сиымдылығы 2,2 – 3,2 мг –эквг болатын әлсіз қышқылды катиониттер алуға
болады. өнеркәсіптік схемамен оларды сульфирлеу барысында статикалық алмасу
сиымдылығы 4,9- 5,9 мг – эквг және механиалық тұрақтылығы 95-97
% болатын полифункциональды катиониттер алуға болады. Катиониттер
өнеркәсіптік конденсациялық катионитпен салыстырғанда жоғарғы радиациялық
және термиялық тұрақтылығы бар заттар [42]. Жұмыста
гидратцеллюлозаны талшықтан 700°С температурада карбонизациялау арқылы
алынған көміртегі талшықтары қолданылады. Ол кейін су буымен 800°С
температурада белсендіруге түседі. Белсенді көміртегін
алу барысында оның қасиетін шикізатты таңдап алу арқылы белсендіру әдісін
қарастыру арқылы, өту жағдайының ұзақтығын және белсендірудің өту жағдайын
таңдап алу арқылы реттеуге болады. Осы жағдайда әртүрлі қасиеттерге белгілі
жағдайлар әсер етуі мүмкін. Кеуектің саны мен таралу мөлшері шикізаттың
табиғатына, түріне және белсендіру үрдісінің жағдайына байланысты.
Химиялық белсендіру үрдісінде карбонизденбеген
бастапқы материалдан белсенділігі жоғары және кең микрокеуегі бар көмір
алынады. Бірақ ол бейорганикалық қосындылармен ластанған түрде болады. Осы
бастапқы затты, мысалы ағашты пиролиздеп, кейін оны су буымен белсендіру
кезінде алынған өнімде бөгде қоспалары болмайды, жіңішке кеуекті өнім
түзіледі [43].
2. Тәжірибе әдістемелері
2.1 Үлгілердің карбондалу әдістемесі
Үлгілердің карбондалу үрдісін изотермиялық жағдайларда жүргізген.
Үлгілердің модификациялануын 300-900ºС айналып тұрған реакторда инертті
ортада ағынды жағдайда өткізген; аргон берілу жылдамдығы 50 см мин,
әсерлесу уақыты 30-60 мин. , орналастыру схемасы суретте көрсетілген:
2.2 Өндіруші шикізаттардың карбонизделуі және алынған материалдарды
физико – химиялық анализ әдістерімен зерттеу
Республикадағы экологиялық жағдайлардың күрделенуіне байланысты
өндіруші шикізаттың негізінде қол жеткізерлік бағадағы адсорбенттер
шығарылды. өндіруші шикізаттар арзан көміртекті сорбенттерді алу үшін
шикізат болады. Табиғи өндіруші материалдардың карбонизделуі арқылы
алынған көміртек олардың бастапқы жұқа қалыптасқан құрылымын сақтайды.
Карбонизделу талаптарын өзгерту арқылы көміртек пен басқа заттардың қиын
композициясын алуға болады. Осы материалдардың кейбіреуін практикада
қолдануға болады. Материалдар арзан және қоршаған ортаға зиянсыз болып
сипатталады. Қол жеткізерлік және шикізаттың жыл сайынғы жаңаруы, минералды
қоспалардың аз болуы, дамыған түтікшелі құрылым. Экологиялық таза өндіру –
арзан, тез регенерациялаушы көміртекті сорбенттер алуға мүмкіндік береді.
Бұл жұмыста қарағай
үгіндісінің карбонизделуі арқылы алынған көміртек материалдары зерттелді.
Үрдіс таттанбайтын болаттан жасалған 300-900ºС температурада аргон
ортасында 104 см көлемді реакторда жасалды. Аргон 50см3мин
жылдамдықпен беріліп отырды. Карбонизделу ұзақтығы берілген температурада 1
сағатқа созылды. Карбонизделу жолында алынған қатты
фазалардың құрылымдық зерттеуі JM – 100 СХ 2А түзу жүргізу арқылы
зерттелді. Бөлшекті жоғарғы қабатты БЭТ әдісімен аргон десорбциясы арқылы
өлшенді. Карбонизделуші жүйенің термодинамикалық күйін электрлі
парамагнитті резонанс әдісімен бағаланды. Өлшеулер бөлме температурасында
IRS – 1101(R,F гомогенді тип)спектроскобында жасалды.
2.3 Қарағай үгіндісінің карбонизделген үлгілерінің химиялық құрамы
Әртүрлі температурада карбонизделген үлгілердің сыртқы түрінде
айтарлықтай өзгешеліктер болды. Төмен температурада (300-500ºС)
карбонизделген үлгілер жоғары температурада карбонизделген үлгілерден көзге
көрінерлік айырмашылығы болды, түсі қарадан гөрі қара қоңыр болып келді.
Көміртегі құрамының бірқалыпты өсуіне байланысты карбонизделу үрдісі
бірнеше кезеңмен жүреді деп болжауға болады. Төмен температурада қыздыру
кезінде пиролизді судың бөлінуі, ал жоғары температурада көміртегі
құрамында төмен молекулалы өнімдер және әртүрлі смолалардың бөлінуі болады
[41]. ГХМС карбонизделу кезінде бөлінген газдардаң анализі мынадай
қосылыстарды анықтады: сірке қышқылы, 2-метил – пропен -1, 2-метил – бутан,
1,4 – пентадиен, 1,3 – циклопентадиен, 2- метил – фуран, 3- метил – фуран,
2- метил-фуран, 2,5 – диметил – фуран, бензол, толуол, п – ксилол.
2.4 Карбонизделген заттың меншікті бетін зерттеу
Аргоннң жылу десорбциясы әдісімен үлгілердің меншікті беті өлшенді.
Карбонизделу кезінде қарағай үгіндісінің меншікті беті 750ºС температурада
(≈200мг) максимумға жетеді, әрі қарай төмендейді.Меншікті бетін
жоғарылату үшін бугазды активтелу әдісі қолданылады. Активтелу үрдісі
келесі түрде жүргізілді: белгілі уақытта үлгі бойынша активтелу
температурасын ұстаған кезде газ – активатор (су буы) 300ºС –ден бастап
таңдалған активтелу температурасына дейін көтерілді.
2.5 Инфрақызыл спектроскопиясы
Инфрақызыл спектрі (ИҚ) молекулалардың бос және өзара әсерлесуінен
сондай-ақ күрделі молекулалардағы жеке байланыстардың 2-50 мк (200 - 5000
см') аймақтағы тербелмелі қозғалысына негізделген. Ол көрінетін жарықтың
қызыл аймағынан кейін басталып ұзақ микротолқынды аймаққа таралатын (А,=2,5
нм) спектрдің ұзын толқынды бөлігінде жатады. Ауыр атомдардың тербелісі,
молекулалардың айналу қозғалыстары алыс ИҚ аймақтарында. 50 - 1000 мкм
немесе 200 - 10 см1 аралығындағы аналитикалық аймақта жатыр, ал 20 см-1-
ден төмен сәуле шығару жиіліктері бар микротолқын немесе радиотолқын
аймақтары жатады. Негізгі электрондық күйде болатын ИҚ спектрлері
молекуланың екі тербелмелі деңгейлерінің арасындағы ауысуды қамтамасыз
етеді. Сонымен ИҚ спектрі көрінетін жарықтың қызыл жолағынан басталатын
молекуланың тербелісі мен ондағы байланыстарға тәуелді болады. Молекула
ИҚ аймағында сәуле шығару квантын сіңіргенде едәуір жоғары тербелмелі
деңгейге өтуі мүмкін. Қалыпты температурада молекула негізгі күйден қозған
күйге ауысады. Сіңірілген энергияның бір бөлігі айналу деңгейін қоздыруға
жұмсалады немесе молекулалардың кинетикалық энергиясына ауысады. ИҚ
спектрлерінің сіңіру жолақтары мен толқын жиілігі, сандарының мәндерімен,
сіңіру жолақтары интенсивтілігімен сипатталады. Молекула
тербелісінің толқын жиілік саны тербеліп тұрған атомдар массасына т және
кұш тұрақтысына К байланысты, ал ол тұрақты молекулада атомдар ядросының
тепе-теңдік күйінен ауытқығанда пайда болатын квази серпімділік күштерді
сипаттайды. ИҚ спектрінде активті тербелістер молекуланың дипольдік
моментін периодты түрде өзгертіп тұрады. Тербеліс кезіндегі өзгеріс
неғұрлым күшті болса, солғұрлым жұтылу жолағы да интенсивті болады. Жалпы N
атомдардан тұратын молекула декарт координаталарына сәйкес (х, у, z)
еркіндік дәрежесі ЗN-ге тең болады. Сызықтық емес молекула үшін 3 еркіндік
дәрежесі ілгерілемелі және 3 айналмалы қозғалыс жасайды. Қалған еркіндік
дәрежесі тербелмелі ЗN - 6 қозғалыс жасайды. Ал сызықтық молекулалардың
тербелмелі еркіндік дәрежесі ЗN-5 тең болады. Сызықтық емес үш атомдық
молекуланың 3 құраушы тербелісі болады. Бұған мысал ретінде қарапайым су
молекуласының тербелісін келтіруге болады.
Молекулада валенттік және деформациялық тербеліс болады. Тербелмелі
қозғалысты валенттігі мен деформациясына қарай бөлу шартты ұғым болып
табылады, өйткені валенттік тербеліс кезінде қандай да болмасын белгілі бір
дәрежеде бұрыштар майысып өзгереді де, осыған байланысты ұзындықтары да
өзгереді.
Негізгі тербелістердің теориялық саны сирек байқалады, себебі, жолақтар
саны обертондар мен құраушы жиіліктер есебінен көбейеді, ал жоғары
симметриялы молекулаларда тербелу жиіліктерінің себебінен азаяды.
1сурет. Су молекуласының тербелісі
Обертондар қандай да бір тербеліс жиліктеріне еселі болатын жиілікке
сәйкес келеді.
Физика-химиялық анализ әдістерінің ішінде ИҚ спектроскопия әдісі
органикалық қосылыстардың құрылысын дәлелдеуде маңызды рөл атқарады. Себебі
тербелмелі ИҚ спектроскопияны іс жүзінде қолдану үшін молекуладағы
жиіліктерге басқа топтар тербелістерінің аз ғана әсері маңызды рөл
атқарады. Бұл мәселе алдыменен құрамында СН3, СН2, С-ОН және басқа да
атомдары бар валенттік тербелістері және олармен тығыз байланыста болатын
сипаттаушы жиіліктері бар органикалық қосылыстар үшін қарастырылған.
Қазіргі кезде жекеленген органикалық қосылыстардың ИҚ спектрлері бойынша,
сондай-ақ органикалық әртұрлі заттан тұратын атомдардың көптеген топтарына
тән маңызды деректер жинақталған.
Органикалық қосылыстардың сапалық ИҚ анализінде белгісіз затты тексергенде,
негізіне оның құрамындағы функционалды топтарды анықтауға болады. Бұдан
басқа ИҚ спектрі заттың тазалығы, құрамы, мұмкін болатындай жалпы формуласы
жайлы да мәлімет береді. Сонымен ИҚ спектрі заттың құрылысын анықтауда
алғашқы мәлімет беретін спектрлік әдіс. Органикалық
қосылыстардағы негізгі топтардың жұтылу аймақтары 2 кестеде көрсетілген.
Жоғары жиілікті аймақта (3600 - 2800 см-1) жеңіл Н атомы бар С-Н, N-Н, О-Н
топтары жатады. Мұнда валенттік тербеліс болады. Байланыстар реті сақтажа
атомдар массасының артуы жұтылу жолағын ұзын толқынды аймаққа ығыстырады.
Мысалы, алифатикалық қосылыстардағы С-СІ байланысының тербелісі 700 - 760
см-1 аймағында орналасқан. С-С, С-О, С-N байланыстары бар
қосылыстардың жұтылу жолақтары 1500 - 700 см-1 аймағында болады. Бұл
аймақтағы спектр сипаты қосылыстың құрылысында аз ғана өзгерістер божа
басқаша сипат алады. Бұл аймақ "саусақ ізі" ("finger prints") аймағы деп
аталады. Қос байланыстардың реті артса
(атомдар массасы тұрақты) тербеліс жиіліктері артады. С=С, С=0, С=N қос
байланыстары бар қосылыстар 1800 - 1500 см-1 аймағында орналасады. Мұндай
тербелістер қозғалысқа бұрыштар мен байланыстар қатысатындықтан таза
валенттік болмайды. Қосарланған С≡С, С≡N сияқты ұш
байланысы бар қосылыстар 2000-2300 см-1 аймағында орналасады.
2 кесте.
Кейбір топтардың жұтылу спектрлері
ИҚ спектрі арнайы спектрофотометрлерде түсіріледі. Оның жұмыс схемасы
УК спектріне ұқсас болады. Біздің елімізде негізінен Specord М-80 маркалы
приборы жиі қолданылады. ИҚ
спектрімен жұмыс жасағанда сулы ерітінділер қолданылмайды, себебі судың
жұтылу жолағы өте кең аймақты алады. Сондықтан спектр тұсіру ұшін заттың
жұтылу аймағына бөгет жасамайтын арнайы ерітінділер қолданылады немесе
затты май кұйінде пленкаға салып немесе құрғақ кұйінде КВr таблеткасында
дайындайды. Зерттелетін зат барынша ерітіндіге инертті болу керек, яғни
қосылыста болуы мұмкін функционалды топтары болмау керек. Көбінесе спектр
тұсіру ұшін заттың 0,1 М және 1 М ерітінділері дайындалады. ИҚ
спектроскопиясы нәтижесінде тербеліс жиілігі мен жұтылу коэффицентіне
байланысты төмендегіше спектрлер алынады (2 сурет). ИҚ
спектроскопия әдісі аналитикалық химияда да қолданылады. Онда ИҚ
спектрлерін пайдаланып, сапалық анализ жасау арқылы жеке заттарды, зат
ерітіндісінің құрамын, функционалды топтарды, молекуладағы атомдардың
орналасу ретін анықтауға болады. Жеке қосылыстардың, оптикалық материалдар
мен қолданылатын еріткіштердің ИҚ спектрлерінің атласын, сондай-ақ
сипаттаушы топтық жиіліктердің реттеуші диаграммалары мен кестелерін, жалпы
және арнаулы білімдерді пайдаланып, зерттеуші химик-аналитик сапалық
спектрометрлік анализдің мәселелерін ойдағыдай шеше алады.
2 – сурет. 2 – метилпентанның спектрі
ИҚ спектроскопиясының көмегімен, сондай-ақ химиялық өнеркәсіп
өнімдерін алу ұшін технологияның тиімділігін жақсарту мақсатындағы химиялық
және технологиялық процестердің жүру жылдамдығын да анықтауға
болады. Сапалық және
сандық ИҚ спектроскопиялық анализ заттар үлгісін таңдап алумен немесе
газдар, ерітінділер не сұйық өнімдердің реакциялық барысында да орындалады.
Сандық ИҚ спектроскопияның көмегімен ауаның кварц бөлшектерімен ластануын,
сүттегі майдың, белоктың және қанттың мөлшерін, қандағы және жұрек бұлшық
еттеріндегі көміртегін т.б. анықтауға болады.
2.6 Фотоколориметрия. Спектрофотометрия
Жалпы фотоколориметриялық әдістің принциптері бойынша жарық ағыны,
зерттелетін тұсті ерітіндімен толтырылған кювета немесе пробиркадан
өткізіледі. Ерітіндіден өткен жарық ағыны жарық энергиясын электр
энергиясына ауыстыратын фотоэлементте қабылданады. Осы кезде пайда болған
электр тоғын сезімтал гальванометр деп аталатын прибормен өлшейді.
Фотоэлементке әсер еткен жарық энергиясынан пайда болған электр тоғының
кұші жарықтану интенсивтілігіне тура пропорционал болады. Бұл әдіспен
зерттелетін заттың концентрациясын анықтау үшін зерттелетін ерітіндімен
концентрациясы белгілі эталондық ерітіндінің (Сэт) оптикалық тығыздығын
өлшейді. Сонда зерттелетін зат концентрациясы мынандай теңдеумен
анықталады:
(1)
Фотоколориметриялық әдіспен тұстің интенсивтілігін өлшеу өте жылдам,
жеңіл, әрі дұрыс нәтиже береді.
Фотоколориметриялық анализде зерттелетін заттың концентрациясын
анықтап, оның жарықты жұтуын эталонды ерітіндінің жарық жұтуымен қайта-
қайта салыстыра бермей-ақ алдын-ала калибрлік (тұзету) қисық тұрғызады. Ол
үшін концентрациялары әртүрлі бірнеше эталонды ерітінділерді пайдаланады.
Калибрлік қисықты тұрғызу үшін алдыменен анықталатын заттың мөлшері әртүрлі
эталонды ерітінділер дайындалады. Анализденетін затты түстендіретін
стандартты ерітінді мен сәйкес реактивтердің өлшенген әртұрлі көлемдерін
алып, бюретка көмегімен көлемі 100 мл болатын өлшемді колбаларға құяды.
Содан соң әртұрлі колбадағы ерітіндіге белгісіне дейін дистилденген су
құйып сұйылтады. Фотоколориметр көмегімен дайындалған эталонды
ерітінділердің оптикалық тығыздығын анықтап, нәтижелерін кесте түрінде
жазады.
3 кесте
Эталонды ертінділердің оптикалық тығыздығы
Осы алынған нәтижелерден оптикалық тығыздықтың концентрацияға
тәуелділігінен график тұрғызылады (3 сурет).
3 сурет. Оптикалық тығыздықтың концентрацияға тәуелділігі
Спектрофотометриялық титрлеу.
Спектрофотометриялық әдіс зерттелетін заттың жұтылу қисығының
максимумына сәйкес келетін белгілі-бір толқын ұзындығындағы жарықтың
жұтылуын өлшеуге негізделген, Спектрофотометриялық әдіс қышқылды-негізді,
тотығу-тотықсыздану, комплексті титрлеу кезіндегі эквивалент нүктесін
анықтауда қолданылады. Ол үшін титрлеу процесіндегі зерттелетін жүйенің
жарық жұтуының өзгерісін өлшейді. Нәтижесінде көлем (V) мен тығыздыққа (D)
байланысты титрлеу қисығы тұрғызылады (4 сурет).
4 сурет. Көлем (V) мен тығыздыққа (D) байланысты титрлеу қисығы
Титрлеу белгілі бір толқын ұзындығында жүргізіледі. Титрлеудің
графикалық түрі амперометриялық титрлеу қисығы сияқты бір-бірімен қиылысқан
түзу сызықтардан тұрады. Түзу сызықтардың қиылысқан жері эквивалент
нүктесін береді. Спектрофотометриялық
титрлеуді басқаша фотоэлектрлік титрлеу деп те атайды. Фотоэлектрлік
титрлеу эквивалент нүктесінде белгілі толқын ұзындығындағы сәуле жұтылуының
өзгеруін бақылауға негізделген түрлі-түсті индикатормен титрлеуге жатады.
Қарапайым фотоэлектрлік титрлеу қондырғысынын схемасы төмендегіше
болады (5сурет).
1- жарық көзі; 2 – линза; 3- жарық сүзгіш; 4 – кювета; 5 –
фотоэлемент; 6 – бюретка; 7- магнит; 8 – магнитті мешалка; 9 – гальвонометр
5 сурет. Қарапайым фотоэлектрлік титрлеу қондырғысы
Жарық көзінен (1) (қыздыру шамы) шыққан сәуле линзаға (2) бағытталып,
одан жарық сұзгіштен (3) өтіп, кюветаға (4) одан фотоэлементке (5) тұседі.
Кювета ұстіне бюретка (6) орналасқан. Магнитті мешалка (8) кюветадағы
сұйықты араластырып тұрады. Фотоэлемент гальванометрмен (9) жалғасқан.
Мұндай титрлеуге
мысалы: сілтіні қышқылмен п-нитрофенол индикаторы қатысында титрлеу рН7
болса нитрофенол сары түс береді, ал рН7 болса түссіз болады. Бұл жағдайда
көк түсті жарық сүзгіш қолданылады. Сілті ерітіндісімен индикаторды
кюветаға, ал қышқылды бюреткаға ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...5
1 Сорбциялау технологиясын заттарды бөліп алу үшін
қолдану ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...7
1. Карбонизделген сорбенттер
алу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... .7
2 Тәжірибе
әдістемелері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... .15 2.1 Үлгілердің карбонизациялану
әдістемесі ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... 15 2.2
Өндіруші шикізаттардың карбонизделуі және алынған материалдарды физико –
химиялық анализ әдістерімен
зерттеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...15 2.3 Қарағай
үгіндісінің карбонизделген үлгілерінің химиялық құрамы ... ... ... .16 2.4
Карбонизделген заттың меншікті бетін
зерттеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..16 2.5 Инфрақызыл
спектроскопиясы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... 17 2.6 Фотоколориметрия.
Спектрофотометрия ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...20
2.7
Колориметрия ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ...24
2.8 Алынған мәліметтерді статистикалық
өңдеу ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ..27
3 Эксперимент бойынша алынған мәліметтер және оларды
өңдеу ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .31 3.1 Көміртек сорбентінің
физико-химиялық қасиеттерін анықтау ... ... ... ... ... ..31
3.2 Электронды – микроскопиялық
зерттеулер ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... .34
3.2.1 Қарағай үгіндісінің
құрылымы мен морфологиясына карбонизациялану температурасының
әсері ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ...35
3.3 Каротин сорбциясы және қызылша
дақтары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 40
Қорытынды
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ..52
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР
ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...53
Кіріспе
Мәселенің өзектілігі.
Қазіргі кезеңде материал – тану аймағында ғылым мен технологияның дамуының
негізгі тенденциясы заттар мен функционалды материалдардың құрамындағы
наноөлшемді құрылымдарды зерттеуге бағытталған. Бұл бағытта қарқынды
жұмыстар жүргізілуде. Осыған орай, нанохимия, нанофизика, наноинженерия
жаңа ғылыми пәндер пайда болды. Көптеген жоғары дамыған елдерде
нанотехнологияның даму бағдарламалары құрастырылып, оны іске асыру
барысында жүздеген миллиард доллар қаржы жұмсалып отыр. Зерттеу
бағытын таңдап алуы аталған тақырыптың жаңашылдығымен және функциональды
наноматериаолдардың перспективті технологиясымен байланысты. Наномөлшерлі
материалдардың бағытындағы ғылым мен технология біртіндеп дамып келеді,
сондықтан да осы бағыттағы істелген әр қадамның маңызы зор. Нано
бағытындағы жүргізілетін барлық зерттеулер жоғарғы технология саласына
жатады және оның нәтижелері басылымға шығарылуда. Сондықтан бұл саладағы
зерттеулер нәтижелерін өздігінше жүргізу қажет, оның еліміздің
өнеркәсібінің дамуындағы маңызы зор. Бәсекеге түсе алатын
сорбенттердің жаңа буынын Қазақстанның жергілікті шикізаты негізінде алу
ауылшаруашылығында, медицинада, экологияда көп мәселелерді шешуге мүмкіндік
береді. Соңғы кезде әлем нарығында өнеркәсіптік көлемде
биологиялық активті қосылыстар шығаруға қажетті сорбенттер жоқ деуге
болады. Ал қолданыстағы сорбенттер аса қымбат және аналитикалық мақсатта
пайдаланылады. Оларды қолдану үшін аса күрделі және қымбат хроматографиялық
жүйелер қажет. Биологиялық активті қосылыстарды препаративті алу кезінде
қолданылатын сорбенттердің жетіспеуі осы қосылыстарды медицина мен
ауылшаруашылығында кең қолдануға мүмкіндік бермейді. Кең
тараған тиімді тазалау әдістерінің бірі элементтерді сорбциялық бөліп алу
әдісі болып табылады. Сорбцияны іске асыру үшін жоғары температура және
күрделі құрал – жабдықтар қажет емес. Соңғы кезде әлі де қолданылмай
келген, дәстүрлі емес шикізат ретінде күріш қабығы, сабан, бидай кебегі
және т.б. қарастырылады, олар ауылшаруашылығы қалдықтары болып келеді.
өсімдіктер шикізаты негізіндегі активтендірілген көмір жоғарғы меншікті
көрсеткішімен сипатталатын арзан, тиімді сорбентке жатады. Осыған орай,
әлемдегі теңдесі жоқ отандық наноқұрылымды көміртек сорбентін жасау ең
негізгі мақсаттардың бірі болып табылады.
Зерттелу тақырыбының өзектілігі Кеуелді
мәселе құру және сорбциялық материалдарды пайдалану іс – тәжірибе үшін
қазіргі замандағы биотехнологиянда, медицинада және ауыл шаруашылығыда
маңызды болып табылады. Физико – химиялық заңды карбонизацияланған,
жылдамдатылған сол сияқты сорбция және десорбция білімі үрдісінде
наноқұрылымды көміртекті сорбентті әртүрлі ғылым, техника, технология
салаларында қолданудың ерекшелігінің маңыздылығы зор.
Зерттеудің мақсаты мен міндеті. Дипломдық
жұмыстың мақсаты физико – химиялық сипаттаманы және өсімдік дағының
сорбциясы мен десорбциясын наноқұрылысты көміртекті сорбенттерді қолдана
отырып оқыту болып табылады.
Осы мақсатты қою арқылы келесі нақты міндеттер шешілді:
• Физикалық әдістің көмегімен қарағай үгіндісінен алынған көміртекті
сорбенттің морфологиясын саралау.
• Көміртегі сорбентіндегі өсімдік дағының сорбция және десорбциясының
физикалық – химиялық үдерісін зерттеу.
Дипломдық жұмыстың көлемі мен құрылымы. Диплодық жұмыс кіріспеден, 3
бөлімнен, қортынды, қосымша, 43 атауынан тұратын қолданылған әдебиеттерден
тұрады. Жұмыс 56 бетке жазылған, оның ішіне 21сурет, 7 кесте кіреді.
1 Сорбциялау технологиясын заттарды бөліп алу үшін қолдану
Карбонизделген сорбенттер алу
Қазіргі кезеңде көміртек сорбенттері адсорбциялық тазалау, бөліп алу,
газды және сұйық ортада концентрациялауға негізделген технологиялық
үрдістерге қолдануға бағытталған. Көміртек сорбенттері экологиялық
мәселелерді, яғни ішетін және ағын суларды, өнеркәсіптік және энергетика
өндірісінен бөлініп шыққан газдарды тазалауға негізделген. Сорбенттердің
медицина мен фармацевтика саласында да маңызы зор. Мысалы, көміртекті
гемосорбенттері ауру адамдардың қанын тазалауға, ал энтерсорбенттер адам
ағзасын улы заттар мен микробтардан тазалауға пайдаланылады [1]. Қоршаған
ортаға әртүрлі агрегаттық түрдегі қалдықтардың ішінен аса қауіптісі сұйық
және тұтқырпластикалық қалдықтар болып табылады. Олардан бөлінген ластағыш
заттар тез арада тарлады, себебі олар қалдықтар ішінде коллоидты - ,
молекулырлы – және ионды – еріген түрде кездесетін ауыр металдар (Cd, Pb,
Hg, Cu, Zn, Ni, Cr), радионуклидтер, полиароматты және хлорорганикалық
қосылстар, гербицидтер мен гербицидтер, синтетикалық бетті активті заттар ,
еритін және ерімейтін заттар қоршаған ортаға аса қауіпті әсер етеді.
Гидросфера техногенді ластануға бейім келеді [2]. Ал ластанған сулар
қоршаған ортаның басқа компоненттерінің экологиялық жағдайын нашарлатады.
Сондықтан да ластанған судың регенерациясының маңызы өте зор. Алайда
ластанған судың регенерациялау әдістері көптеген талаптарға сәйкес
келмейді. Бұл әдістер ластанағн суды тазалау барысында тұтқырпластикалық
шламдар түзілуіне (биологиялық және химиялық реагенттер әдісінде) немесе
шекті концентрленген сұйық қалдықтар түзілуіне (электрохимиялық,
электрофизикалық, электрокоагуляциялық, мембранды, кері осмос, сорбциялық
әдістерінде) қайтадан әсер етеді. Тазалау барысында жаңа аса қауіпті
қалдықтар түзіледі. Ал бұл қалдықтар арнаулы полигондарда жойылуды қажет
етеді, себебі бұл шаралардың іске асуы белгілі мөлшерде қаржы жұмсалуды
көздейді. Осыған орай, ластанған суды регенерациялау әдістері экологиялық
талаптарға сәйкес келмейді [3]. Тасымалдағыштың адсорбциялық
қасиеттері мен құрылысы беткі қабатында катализаторы бар заттар мен
сорбенттердің каталитикалық қасиеттеріне елеулі әсер етеді [4].
Көміртекті кеуекті материалдар аса қызығушылық
туғызып, минералды аналогтармен салыстырғанда бірқатар арнаулы
қасиеттерімен бағаланып адсорбциялық және каталитикалық үрдістерде кеңінен
қолданылады. Әр адсорбциялық үрдіс үшін сорбенттің
маңыздылығы өсу жағдайы, кинетикалық заңдылығына сай тиімді кеуекті құрылым
тағайындалады [5].
Белсенді көмірлер үлкен меншікті беті бар (1500м2г) қатты көміртекті
материалдар болып табылады. Оларда әртүрлі кеуек – арығы болады. М.М. Дубин
адсорбенттердің кеуегін төрт түрге жіктейді [6].
1-кесте.
Өлшемі бойынша кеуек адсорбенттерінің жіктелуі
Кеуектің құрылымдық Кеуектің орташа Кеуектің көлемі, Меншікті беті,
түрі эквиваленттік см3г м2г
радиусы,нм
Микрокеуектер 4-6 0,25 -0,60 350-850
Супермикрокеуектер 6-3 0,10 – 0,80 200-500
Мезокеуектер 13-1600 0,02 – 0,20 20-100
Макрокеуектер 1600 астам 0,20 – 0,80 0,5 - 2
Белсенді көмірде аталған кеуектің барлық түрлері кездеседі, олардың
сіңіру үрдісінде маңыздылығы да әртүрлі. Адсорбция осы микро – және
супермикро кеуектер жинақталған, оларды абсорбциялайтын кеуектер деп
атайды. Ең негізгі жағдайларда беттік мезокеуектегі адсорбцияны ескермеуге
болады. Бұл кеуектер адсорбцияланатын молекулалар үшін транспортты арықтар
болып табылады. Тек ірі молекулалар мен коллоидтыбөлшектердің адсорбциялық
сіңірілуі кезінде мезокеуектердің маңызы зор [7].
Құрылымдағы әртүрлі кеуек түрінің болуына сәйкес микро - , мезо – және
макрокеуекті адсорбенттер типтері кездеседі. Белсенді микрокеуектік
көмірлердің екі түрі бар: микрокеуектері тарлау түрде таралған (құрылымда
супермикркеуектері жоқ) және мөлшеріне сәйкес микрокеуектері кең түрде
таралған (микро – және супермикрокеуектері бірдей таралған) түрлері
кездеседі.
Кеуекті тиімді құрылымды тасымалдағышқа белсенді компонентті жағу кезіндегі
сорбент дайындауда келесі мақсат қойылады: тасымалдағыш бетіндегі белсенді
компоненттің тиімді таралуы толық болуы керек, себебі ол реакцияның
кинетикалық параметрімен, кеуекті құрылысымен және тасымалдағыштың химиялық
қасиеттерімен анықталады [8]. Осыған орай, адсорбциялық
эффективтілік және параметрлері адсорбенттің құрылысымен және химиялық
қасиеттерімен сипатталады [9].
Белсенді көмірді алуға қолданылатын бастапқы органикалық материалдарды
үш топқа бөлуге болады:
өсімдік және жануар шикізаты, сонымен бірге ағаштың көптеген түрлері,
үгінділер, қағаз өнеркәсібінің қалдықтары, жеміс дәнегі, жаңғақ қауызы,
тері өңдеуөнеркәсібінің қалдықтары, жануарлар қаны мен сүйегі және т.б.
минералды шикізаттар, соның ішінде торф, қоңыр және тас көмір, антрацит,
таскөмірлі піспе, шайыр, кокс, мұнай айдау өнімдеріжәне т.б.
3) синтетикалық шайырлар мен полимерлер [10].
Белсенді көмір алудың бірінші сатысы ретінде карбонизация үрдісі
қарастырылады. Мұнда бастапқы шикізатты ауа қатынасынсыз 400-600°С
температурада термиялық өңдейді. Карбонизация нәтижесінде алынған көмір –
шикізатының сорбциялық белсенділігі аса байқалмайды, себебі оның кеуегі
бәсеңдеу дамыған немесе пиролиз өнімдері (шайырлар әсерінен) жоғарғы
молекулалық өнімдермен қоршалған [11]. Карбонизация әдісінің жүруі және
көмір – шикізатының қасиеті бастапқы шикізат табиғатына және термиялық
өңдеу режимінен тығыз байланысты. Мысалы ретінде ағаш материалдарының
карбонизациялау үрдісінің физико – химиялық ерекшелігін қарастыруға болады.
Осыған орай, соңғы жылдары жеміс дәнегі, әртүрлі жаңғақ қауыздарынан
алынған көміртек адсорбенттеріне деген қызығушылық туып отыр. Бұл
материалдар белсенді көмір (БК) алу үшін қолданылатын шикізаттармен
салыстырғанда арзан. Бірақ дайын өнім шығымын арттыру [12].
Көмір сорбенттерінің қасиетін, өнім шығымын арттыру үшін өте жақсы дамыған
кеуекті құрылысты белсенді көмір алуда қолданылатын целлюлозды
материалдарды бейорганикалық тұздармен өңдейді. Олар өнім шығымын арттыра
отырып, карбонизация және дегидратация үрдістерінде антипирен мен
катализатор ролін атқарады [13].
Белсенді көмір негізінде алынатын кеуекті құрылымның параметрлерін және
өнім шығымын арттыру үшін целлюлозды материалдарды алдын – ала тотықтырады
[14]. Онда оттегі сыртқы агент ретінде артық мөлшерде болғанда полимер
күйіп кетеді, ал полимердің элементарлы буынына кіретін оттегі термиялық
өңдеу кезінде материалдың құрылымдылығын арттырады. Оттегі көміртегі
материалының молекулалық құрылысының қалыптасуын анықтайтын аралық
көпіршелер, көлденең ішкі - және молекулааралық байланыстардың түзілуіне
мүмкіндік береді [15]. Адсорбентті
таңдау барысында оның кеуекті құрылысы туралы мәліметтер қажет болады.
Сорбентті таңдағанда келесі жағдайды білу керек: берілген сорбаттың
молекулалық мөлшерінің радиусына кеуектіңтаралуына және сорбентгрануласының
ішкі бөлігіне бұл заттардң тез арада енуі толық қамтамасыз етілуіне аса көп
көңіл бөлінеді [16]. Белсенді көмірді
карбонизденбеген түрд немесе көмір пішінінде және кокс түрінде әртүрлі
құрамында көміртегі шикізаттарынан алады. Көмірді белсендірудің негізгі
принципі мынаған негізделген: құрамында көміртегі бар материал белгілі
жағдайда таңдамалы түрде термиялық өңдеуге түседі, кейін көмір бетінде
кеуек, саңылау және жарықшақтар пайда болып, кеуектің беттік ауданы бір
масса бірлігіне артады. Техникада көптеген жағдайда химиялық және булы –
газды белсендіру әдістері қолданылады [17]. Химиялық
белсендіру кезінде бастапқы шикізат ретінде карбонизденбеген өнімдер (ағаш
үгінділері) пайдаланылады. Олардың бейорганикалық белсенді агенттерімен
қоспасы жоғары температуралық өңдеуден өтеді. Белсенді агенттерге
сусыздандыратын заттар – мырыш хлориді мен фосфор қышқылы жатады [18].
Булы - газды активтендіру кезінде
бастапқы өнім ретінде келесі карбонизделген табиғи материалдар қолданылады:
ағаш көмірі, торфты кокс, коко жаңғағының қауызынан алынған көмір, тас
көмір материалдары немесе қоңыр көмірден алынған кокс. Бұл өнімдердің
белсенділік қабілеті ұшқыш компоненттердің болуымен түсіндіріледі. Оның
мәні аз болса, белсендіру қиын жүреді. Ұшқыш компоненттердің құрамын
арттыру реакциялық қабілетінің пропорциональды өсуіне мүмкіндік береді. Ал,
реактивтілік қабілеті тым жоғары болса, мысалы, біріктіріліп қалған тас
көмірдің белсенділік дәрежесі артады [19].
Газбен белсендіру үшін оттегі, су буы және көміртегі
диоксиді қолданылады. Ауамен белсендіру таңдамалы сипатта өтеді, кейде
гранула сыртқы беті күйіп кетуі мүмкін. Сондықтан да көбіне су буы және
көміртегі диоксидін қолдану тиімді [20].
Құрамында көміртегі бар материалдарды белсендіру кезінде қатты заттың
массасы азаяды. Бұл тиімді жағдайда кеуектіліктің артуына эквивалентті
болады. Осыдан көмірдің белсенділігін арттыруын жай өлшеу әдісімен
бағалайды [21]. Кеуекті
көміртек материалдарын бастапқы кезде ағаштан, кейін тас көмірді термиялық
өңдеу арқылы алған. Қазіргі кезеңде олар құрамында көміртегі бар барлық
шикізаттардан алынады: ағаш және целлюлоза, тас және қоңыр көмірдің күйген
бірікпесінен, синтетикалық полимерлі материалдардан, сұйық және газ тәрізді
көмірсутектерден, әртүрлі органикалық қалдықтар және т.б. [22].
Кеуекті көміртегі
материалдары көміртегі микрокристаллитінен тұратын күрделі құрылым. Табиғи
және синтетикалық көмірде микрокристаллиттер ретсіз орналасып, туростратты
құрылымды түзеді [23]. Турбостратты құрылымның торында
көміртегі атомы ретсіз орналасып, тор жазықтығынан 0,14 – 0,17 А° ығысқан
[24]. Бұған себеп турбостратты құрылымда көміртегі атом sp2 – гибридтену
түрінен басқа валентті күйде болады. Сонымен бірге, шеткі көміртек атомдары
sp- гибридтену түрінде де бола алады.
Белсенді көмірдің меншікті бетінің мәні (500 –
1000мг – нан да аса үлкен мән) аса жоғары [25].
Бұл сорбенттер аса дамыған полидисперсті құрылыммен сипатталады.
Арнаулы синтездер көмегімен қажетті мөлшерінің радиусына тарлау түрде
таралатын үлгілерді алуға болады [26]. Жұмыстарында көмірдің кеуектілігін
сипаттау үшін сорбциялық, электронды – микроскопты әдістері қолданылады.
Практикада кеңінен қолданылатын белсенді көміртегінде кеуектіліктің басты
үш түрі кездеседі: радиустары 1000- 2000 А° - ге дейінгі ауыспалы (мезо -
) кеуектері, радиустары 10 -15 А° болатын микрокеуектер [27].
Кеуекті көміртегі материалдары (ККМ) графит құрылысына ұқсас конструкция
болып келеді, бірақ онда көміртегі сақинасы – гексагондары ретті және
ретсіз кезектесіп орналасады. Графитпен салыстырғанда кеуекті көміртегі
материалдарында бос кеуекті кеңістік бар, олар үш өлшемді әртүрлі мөлшерлі
және пішінді кеңейтілген және тарылған өзара байланысқан лабиринттен
тұрады. Кеуектің келесі түрлері кездеседі: микрокеуектер (мөлшері 2 нм),
мезокеуектер (2-ден 50 нм аралығында) және макрокеуектер (мөлшері 50 нм).
Макрокеуектер екі түрге бөлінеді: супермикрокеуектер (мөлшері 0,7-2 нм)
және ультрамикрокеуектер (мөлшері 0,6-0,7 нм) [28].
Кеуекті көміртегі материалдары кеуектің болуына байланысты өте жоғары
меншікті бетімен сипатталады. ККМ әртүрлі молекулалардың адсорбциясына
қабілеттілігі оның беттік құрылысымен, беттік реакциялық қабілеттіліктің
топтық концентрациясымен анықталады. Беттік реакциялық қабілеттілік топтары
ретінде құрамында оттегі бар фенолды (гидроксильді), карбонильді
(хиноидты), карбоксильді, эфирлі, енольді, лактонды топтары жатады. Бұл
топтар көміртегі материалдарының беткі қабатын тотықтырғышпен өңдеу кезінде
түзіледі [29]. Көміртек корбанаты кең
түрде қоршаған ортаны қорғауғу қолдану үшін (ағын суларды, бөлінген газды,
ластанған топырақтарды тазалау) оларды арзан органикалық шикізаттардан
(қатты қазба отындар, торф, өсімдік биомассасы, пластмасса қалдықтары) алу
қажет. Қатты және газтәрәздесорганикалық шикізаттарының пиролизі кезінде
ККМ құрылысының қалыптасу механизмі және көміртегі материалдарының
белсендіру негізінде қажетті комплексті қасиеттері бар көміртегі
сорбенттерін алудың эффективті әдістері қарастырылады [30].
Қатты шикізат пиролизі үрдісінің
көрсеткішін арттыру үшін псевдосығылған қабаттағы тотығу катализаторы бар
реактор қолданылады [31]. Үгітілген шикізат бөлшектері пневмотранспорт
көмегімен құрамында азғана оттегі мен су буы бар азот ағынында
катализатордың ірі бөлшектері псевдосығылған қабаты арқылы өткенде шикізат
пиролизі мен түзілген көміртегі өнімдерінің белсендіру үрдістерін үйлестіру
мүмкіндігі туады. Катализатор псевдосығылған қабаттағы қыздырылған
шикізат бөлшектерінен алынған ұшқыш органикалық өнімдердің тотығу
реакциясын жеделдету үшін қолданылады. Реакция нәтижесінде бөлінген жылу
үрдістің автотермиялық режимін қамтамасыз етеді катализатор қосымша
органикалық қосылыстарды Н2О және СО2 – ге дейін тотықтырады да, пиролиз
үрдісінің экологиялық қауіпсіздігін арттырады [32].
Қатты шикізат пиролизінен алынған көміртегі материалдарының кеуектік
құрылысы нашар дамыған және адсорбциялық қабілеті жоғары емес. Көміртек
сорбенттерінің сапасын арттыру үшін оларды өте жоғары температурада су
буымен немесе СО2 өңдейді (бұл сатыны сорбентті белсендіру сатысы деп
атайды). Бұл жағдайда көміртегі газдалады да, кеуек көлемі мен меншікті
беттің ұлғаюы байқалады. Сонымен бірге микро - , мезо және мкрокеуектер
арасындағы қатынастары өзгереді. Көміртегі сорбенттерін алудың дәстүрлі
шикізаты ретінде аққайыңның ағашы қолданылады [33]. өнімнің төменгі өнім
шығымы (бастапқы шикізат массасынан 5-12%) сорбент алуға негізделген
шикізат қорын кеңейту бағытында зерттеу жұмыстарын жүргізуге мүмкіндік
береді. Көк теректен алынған көміртегі сорбентінің сапасы өте нашар.
Көк теректі көмір - шикізатын су буымен белсендіру үрдісінің тиімді
параметрлері таңдалынды. Оның нәтижесінде микро және мезокеуекті құрылысы
дамыған, жоғарғы меншікті беті мен сорбциялық қабілеті [34], бар активті
көмір алынды. Белсендіруші агенті ретінде энергетикалық құрылғының түтін
газымен су буын қолдану, белсендіруді өткізу негізіндегі энергетикалық
шығымды төмендетеді де, үрдістің қарқындылығын арттырады. Көк терек
ағашынан алынған белсенді көмірдің иод бойынша сорбциялық сиымдылығы
белсенді агенттегі оттегінің көлемдік үлесі 2% болғанда да төмендемейді.
Белсендіру үрдісі 30 минуттан асып кетсе, сорбциялық сиымдылығы бірден
төмендейді. Карбонизделген кедр жаңғағының қауызын су буымен белсендіру
нәтижесінде микро және мезокеуегі дамыған ККМ алынды. Алынған ККМ өнім
шығымы мен текстуралық сипаты белсендіру үрдісінің келесі жағдайы мен
тікелей байланысты: температура және белсендіргіш қоспа құрамы [35]. Жақсы
дамыған кеуекті құрылысты белсенді көмірдің максималды шығымы 850°С –да
өтеді; онда белсенді агенттің келесі құрамы қажет болады: 25-80% су буы
және 0-2%оттегі (қалғаны азот). Кедр қауызының ККМ алынған заттың өнім
шығымы 40-70% , иод бойынша адсорбциялық белсенділігі қайың ағашынан
алынған өнеркәсіптік сорбенттер деңгейінде болады.
Микркеуекті белсенді көмір молекулалы – елеуішті қасиеті бар көміртегі
сорбенті ретінде кеңінен қолданылады. Бұл белсенді көмірдің кеуек диаметрі
молекулалы мөлшерімен сәйкес келеді [36].
Дәстүрлі бейорганикалық молекулалы елеуіш – цеолитпен салыстырғанда
көміртекті молекулалы елеуіш (КМЕ) жоғарғы термиялық тұрақтылығымен,
гидрофобтығымен, қышқыл және сілтілі ортаға деген тұрақтылығымен
артықшылығы бар. КМЕ
өндіру үшін дәстүрлі шикізат ретінде өсімдік биомассасы, соның ішінде жеміс
дәнегі және кокос жаңғағының қауызы қолданылады. Сибирь өңірінде КМЕ өндіру
үшін перспективті шикізат ретінде кедр майын қайта өңдегенде алынатын кедр
жаңғағының қауызы қарастырылады. Көптеген жағдайда белсенді көмірді кокос
жаңғағынан алады. кокос қауызы айналатын пеште карбонизацияланады, кейін су
буымен белсендіріледі. Алынған дәнегі белсенді көмірі жоғары тұрақтылықпен
және жұқа кеуекпен сипатталады да, газға қарсы қорғауыш жасағанда
пайдаланылады [37].
Орман жаңғағы мен жеміс дәнегінен де өте тұрақты белсенді көмір алады.
жерортатеңізі елдеріне зәйтүн майын өндіру қалдықтары зәйтүн дәнегінен де
белсенді көмір алынады.
Зәйтүн дәнегін 10 % күкірт қышқылымен және сумен өңдеп, 830°С
температурада карбонизациялау кезінде ішкі меншікті беті 500 м2г тең өнім
алады, кейін оны белсендіру барысында оның мәні 1500 м2г дейін артады. Бұл
көмірлерде оттегі 3-5% құрайды [38].
Жұмыста қарағай үгіндісінің негізінде алынған сорбенттер сипатталады, оның
элементтік құрамы, %: С – 55,3; Н – 6,8; N – 1,4; О – 36,2; S – 0,3 тең.
Осы әдіспен алынған белсенді көмірдің сапасы БЭТ әдісі бойынша меншікті
беттік өлшеу және метилен көгілдірімен адсорбциялау арқылы бақыланады.
Температураны арттырғанда ҚҮ меншікті беті белгілі шекараға дейін өседі. ҚҮ
меншікті беті 800°С температурада артады, бірақ өнім шығымы 750°С
температурамен салыстырғанда 2 есе төмендейді. Ал температураны 800°С – дан
да арттырғанда ҚҮ меншікті бетінің мәні төмендеп кетеді. Кокс қатайып,
беттік қабаты азаяды. Мұның өзі кеуекті аса көп өңдегенімен түсіндіріледі.
Аса ірі кеуек мөлшері артып, ұсақ кеуектер мөлшері азайып, белсенді
көмірдің меншікті беткі қабатының мөлшері азаяды.
Үлгі арқылы газ – активаторын өткізу уақытын арттыру, ірі кеуектің
түзілуіне мүмкіндік береді де, меншікті беткі қабаты азайып, өнім шығымы
төмендейді (белсендру су буы, СО2, Н2О2 қатысында өтеді). АҚШ
белсенді көмірді қарағай үгіндісінен алады. Америкада ертеректе қағаз
өнеркәсібінің қалдығы (қара күл) осы мақсатта қолданылды. Осы қалдықтан
алынған белсенді көмірдің қоңыр және тас көмірді өндіру өнеркәсібінің
дамуымен сұранысы азайды. Соңғы кезде
белсенді көмірді қағаз өнеркәсібінің қалдығы ағаш қабығын күйдіргенде
түзілетін ұшқыш күлден де алады [39]. [40] жұмыста
қарағай үгіндісінен алынған белсенді көмірді (өнеркәсіптік реакторда 425 -
660°С температурада булы – ауа қоспасымен белсендірілген)
метилциклопентаннан циклогександы тазалау әдісі туралы айтылады. Сонымен
бірге әртүрлі концентрациядағы метилциклопентанның циклогександағы
ертіндісіне қолданылатын оның сиымдылығы анықталады. Сегіз белсенді
көмірдің ертіндісіндегі сұйық фазасындағы метилциклопентанның адсорбция
изотерма мәндері өлшенді. Микрокеуектегі адсорбция энергиясы мен
адсорбциялық потенциалдар мәні ауыспалы және макрокеуектегі көрсеткіштерден
біршама үлкен (ауыспалы кеуектер 15- тен 1000-2000Е, ал микрокеуектер 5-
тен 14 Е дейінгі аралықта болады). [41]
жұмыста сланец фенолдары негізінде көміртегі адсорбенттері алынуы жолдары
көрсетілген. Сонымен бірге, сополиконденсаттың фурфуролдан алынған
өнімдердің аталған өнімдермен салыстыру анализі берілген.
Осыған орай, сланец фенолдарының поликонденсатының альдегидпен
негізінде қалдықсыз, бір сатылы экологиялық таза әдіспен статикалық алмасу
сиымдылығы 2,2 – 3,2 мг –эквг болатын әлсіз қышқылды катиониттер алуға
болады. өнеркәсіптік схемамен оларды сульфирлеу барысында статикалық алмасу
сиымдылығы 4,9- 5,9 мг – эквг және механиалық тұрақтылығы 95-97
% болатын полифункциональды катиониттер алуға болады. Катиониттер
өнеркәсіптік конденсациялық катионитпен салыстырғанда жоғарғы радиациялық
және термиялық тұрақтылығы бар заттар [42]. Жұмыста
гидратцеллюлозаны талшықтан 700°С температурада карбонизациялау арқылы
алынған көміртегі талшықтары қолданылады. Ол кейін су буымен 800°С
температурада белсендіруге түседі. Белсенді көміртегін
алу барысында оның қасиетін шикізатты таңдап алу арқылы белсендіру әдісін
қарастыру арқылы, өту жағдайының ұзақтығын және белсендірудің өту жағдайын
таңдап алу арқылы реттеуге болады. Осы жағдайда әртүрлі қасиеттерге белгілі
жағдайлар әсер етуі мүмкін. Кеуектің саны мен таралу мөлшері шикізаттың
табиғатына, түріне және белсендіру үрдісінің жағдайына байланысты.
Химиялық белсендіру үрдісінде карбонизденбеген
бастапқы материалдан белсенділігі жоғары және кең микрокеуегі бар көмір
алынады. Бірақ ол бейорганикалық қосындылармен ластанған түрде болады. Осы
бастапқы затты, мысалы ағашты пиролиздеп, кейін оны су буымен белсендіру
кезінде алынған өнімде бөгде қоспалары болмайды, жіңішке кеуекті өнім
түзіледі [43].
2. Тәжірибе әдістемелері
2.1 Үлгілердің карбондалу әдістемесі
Үлгілердің карбондалу үрдісін изотермиялық жағдайларда жүргізген.
Үлгілердің модификациялануын 300-900ºС айналып тұрған реакторда инертті
ортада ағынды жағдайда өткізген; аргон берілу жылдамдығы 50 см мин,
әсерлесу уақыты 30-60 мин. , орналастыру схемасы суретте көрсетілген:
2.2 Өндіруші шикізаттардың карбонизделуі және алынған материалдарды
физико – химиялық анализ әдістерімен зерттеу
Республикадағы экологиялық жағдайлардың күрделенуіне байланысты
өндіруші шикізаттың негізінде қол жеткізерлік бағадағы адсорбенттер
шығарылды. өндіруші шикізаттар арзан көміртекті сорбенттерді алу үшін
шикізат болады. Табиғи өндіруші материалдардың карбонизделуі арқылы
алынған көміртек олардың бастапқы жұқа қалыптасқан құрылымын сақтайды.
Карбонизделу талаптарын өзгерту арқылы көміртек пен басқа заттардың қиын
композициясын алуға болады. Осы материалдардың кейбіреуін практикада
қолдануға болады. Материалдар арзан және қоршаған ортаға зиянсыз болып
сипатталады. Қол жеткізерлік және шикізаттың жыл сайынғы жаңаруы, минералды
қоспалардың аз болуы, дамыған түтікшелі құрылым. Экологиялық таза өндіру –
арзан, тез регенерациялаушы көміртекті сорбенттер алуға мүмкіндік береді.
Бұл жұмыста қарағай
үгіндісінің карбонизделуі арқылы алынған көміртек материалдары зерттелді.
Үрдіс таттанбайтын болаттан жасалған 300-900ºС температурада аргон
ортасында 104 см көлемді реакторда жасалды. Аргон 50см3мин
жылдамдықпен беріліп отырды. Карбонизделу ұзақтығы берілген температурада 1
сағатқа созылды. Карбонизделу жолында алынған қатты
фазалардың құрылымдық зерттеуі JM – 100 СХ 2А түзу жүргізу арқылы
зерттелді. Бөлшекті жоғарғы қабатты БЭТ әдісімен аргон десорбциясы арқылы
өлшенді. Карбонизделуші жүйенің термодинамикалық күйін электрлі
парамагнитті резонанс әдісімен бағаланды. Өлшеулер бөлме температурасында
IRS – 1101(R,F гомогенді тип)спектроскобында жасалды.
2.3 Қарағай үгіндісінің карбонизделген үлгілерінің химиялық құрамы
Әртүрлі температурада карбонизделген үлгілердің сыртқы түрінде
айтарлықтай өзгешеліктер болды. Төмен температурада (300-500ºС)
карбонизделген үлгілер жоғары температурада карбонизделген үлгілерден көзге
көрінерлік айырмашылығы болды, түсі қарадан гөрі қара қоңыр болып келді.
Көміртегі құрамының бірқалыпты өсуіне байланысты карбонизделу үрдісі
бірнеше кезеңмен жүреді деп болжауға болады. Төмен температурада қыздыру
кезінде пиролизді судың бөлінуі, ал жоғары температурада көміртегі
құрамында төмен молекулалы өнімдер және әртүрлі смолалардың бөлінуі болады
[41]. ГХМС карбонизделу кезінде бөлінген газдардаң анализі мынадай
қосылыстарды анықтады: сірке қышқылы, 2-метил – пропен -1, 2-метил – бутан,
1,4 – пентадиен, 1,3 – циклопентадиен, 2- метил – фуран, 3- метил – фуран,
2- метил-фуран, 2,5 – диметил – фуран, бензол, толуол, п – ксилол.
2.4 Карбонизделген заттың меншікті бетін зерттеу
Аргоннң жылу десорбциясы әдісімен үлгілердің меншікті беті өлшенді.
Карбонизделу кезінде қарағай үгіндісінің меншікті беті 750ºС температурада
(≈200мг) максимумға жетеді, әрі қарай төмендейді.Меншікті бетін
жоғарылату үшін бугазды активтелу әдісі қолданылады. Активтелу үрдісі
келесі түрде жүргізілді: белгілі уақытта үлгі бойынша активтелу
температурасын ұстаған кезде газ – активатор (су буы) 300ºС –ден бастап
таңдалған активтелу температурасына дейін көтерілді.
2.5 Инфрақызыл спектроскопиясы
Инфрақызыл спектрі (ИҚ) молекулалардың бос және өзара әсерлесуінен
сондай-ақ күрделі молекулалардағы жеке байланыстардың 2-50 мк (200 - 5000
см') аймақтағы тербелмелі қозғалысына негізделген. Ол көрінетін жарықтың
қызыл аймағынан кейін басталып ұзақ микротолқынды аймаққа таралатын (А,=2,5
нм) спектрдің ұзын толқынды бөлігінде жатады. Ауыр атомдардың тербелісі,
молекулалардың айналу қозғалыстары алыс ИҚ аймақтарында. 50 - 1000 мкм
немесе 200 - 10 см1 аралығындағы аналитикалық аймақта жатыр, ал 20 см-1-
ден төмен сәуле шығару жиіліктері бар микротолқын немесе радиотолқын
аймақтары жатады. Негізгі электрондық күйде болатын ИҚ спектрлері
молекуланың екі тербелмелі деңгейлерінің арасындағы ауысуды қамтамасыз
етеді. Сонымен ИҚ спектрі көрінетін жарықтың қызыл жолағынан басталатын
молекуланың тербелісі мен ондағы байланыстарға тәуелді болады. Молекула
ИҚ аймағында сәуле шығару квантын сіңіргенде едәуір жоғары тербелмелі
деңгейге өтуі мүмкін. Қалыпты температурада молекула негізгі күйден қозған
күйге ауысады. Сіңірілген энергияның бір бөлігі айналу деңгейін қоздыруға
жұмсалады немесе молекулалардың кинетикалық энергиясына ауысады. ИҚ
спектрлерінің сіңіру жолақтары мен толқын жиілігі, сандарының мәндерімен,
сіңіру жолақтары интенсивтілігімен сипатталады. Молекула
тербелісінің толқын жиілік саны тербеліп тұрған атомдар массасына т және
кұш тұрақтысына К байланысты, ал ол тұрақты молекулада атомдар ядросының
тепе-теңдік күйінен ауытқығанда пайда болатын квази серпімділік күштерді
сипаттайды. ИҚ спектрінде активті тербелістер молекуланың дипольдік
моментін периодты түрде өзгертіп тұрады. Тербеліс кезіндегі өзгеріс
неғұрлым күшті болса, солғұрлым жұтылу жолағы да интенсивті болады. Жалпы N
атомдардан тұратын молекула декарт координаталарына сәйкес (х, у, z)
еркіндік дәрежесі ЗN-ге тең болады. Сызықтық емес молекула үшін 3 еркіндік
дәрежесі ілгерілемелі және 3 айналмалы қозғалыс жасайды. Қалған еркіндік
дәрежесі тербелмелі ЗN - 6 қозғалыс жасайды. Ал сызықтық молекулалардың
тербелмелі еркіндік дәрежесі ЗN-5 тең болады. Сызықтық емес үш атомдық
молекуланың 3 құраушы тербелісі болады. Бұған мысал ретінде қарапайым су
молекуласының тербелісін келтіруге болады.
Молекулада валенттік және деформациялық тербеліс болады. Тербелмелі
қозғалысты валенттігі мен деформациясына қарай бөлу шартты ұғым болып
табылады, өйткені валенттік тербеліс кезінде қандай да болмасын белгілі бір
дәрежеде бұрыштар майысып өзгереді де, осыған байланысты ұзындықтары да
өзгереді.
Негізгі тербелістердің теориялық саны сирек байқалады, себебі, жолақтар
саны обертондар мен құраушы жиіліктер есебінен көбейеді, ал жоғары
симметриялы молекулаларда тербелу жиіліктерінің себебінен азаяды.
1сурет. Су молекуласының тербелісі
Обертондар қандай да бір тербеліс жиліктеріне еселі болатын жиілікке
сәйкес келеді.
Физика-химиялық анализ әдістерінің ішінде ИҚ спектроскопия әдісі
органикалық қосылыстардың құрылысын дәлелдеуде маңызды рөл атқарады. Себебі
тербелмелі ИҚ спектроскопияны іс жүзінде қолдану үшін молекуладағы
жиіліктерге басқа топтар тербелістерінің аз ғана әсері маңызды рөл
атқарады. Бұл мәселе алдыменен құрамында СН3, СН2, С-ОН және басқа да
атомдары бар валенттік тербелістері және олармен тығыз байланыста болатын
сипаттаушы жиіліктері бар органикалық қосылыстар үшін қарастырылған.
Қазіргі кезде жекеленген органикалық қосылыстардың ИҚ спектрлері бойынша,
сондай-ақ органикалық әртұрлі заттан тұратын атомдардың көптеген топтарына
тән маңызды деректер жинақталған.
Органикалық қосылыстардың сапалық ИҚ анализінде белгісіз затты тексергенде,
негізіне оның құрамындағы функционалды топтарды анықтауға болады. Бұдан
басқа ИҚ спектрі заттың тазалығы, құрамы, мұмкін болатындай жалпы формуласы
жайлы да мәлімет береді. Сонымен ИҚ спектрі заттың құрылысын анықтауда
алғашқы мәлімет беретін спектрлік әдіс. Органикалық
қосылыстардағы негізгі топтардың жұтылу аймақтары 2 кестеде көрсетілген.
Жоғары жиілікті аймақта (3600 - 2800 см-1) жеңіл Н атомы бар С-Н, N-Н, О-Н
топтары жатады. Мұнда валенттік тербеліс болады. Байланыстар реті сақтажа
атомдар массасының артуы жұтылу жолағын ұзын толқынды аймаққа ығыстырады.
Мысалы, алифатикалық қосылыстардағы С-СІ байланысының тербелісі 700 - 760
см-1 аймағында орналасқан. С-С, С-О, С-N байланыстары бар
қосылыстардың жұтылу жолақтары 1500 - 700 см-1 аймағында болады. Бұл
аймақтағы спектр сипаты қосылыстың құрылысында аз ғана өзгерістер божа
басқаша сипат алады. Бұл аймақ "саусақ ізі" ("finger prints") аймағы деп
аталады. Қос байланыстардың реті артса
(атомдар массасы тұрақты) тербеліс жиіліктері артады. С=С, С=0, С=N қос
байланыстары бар қосылыстар 1800 - 1500 см-1 аймағында орналасады. Мұндай
тербелістер қозғалысқа бұрыштар мен байланыстар қатысатындықтан таза
валенттік болмайды. Қосарланған С≡С, С≡N сияқты ұш
байланысы бар қосылыстар 2000-2300 см-1 аймағында орналасады.
2 кесте.
Кейбір топтардың жұтылу спектрлері
ИҚ спектрі арнайы спектрофотометрлерде түсіріледі. Оның жұмыс схемасы
УК спектріне ұқсас болады. Біздің елімізде негізінен Specord М-80 маркалы
приборы жиі қолданылады. ИҚ
спектрімен жұмыс жасағанда сулы ерітінділер қолданылмайды, себебі судың
жұтылу жолағы өте кең аймақты алады. Сондықтан спектр тұсіру ұшін заттың
жұтылу аймағына бөгет жасамайтын арнайы ерітінділер қолданылады немесе
затты май кұйінде пленкаға салып немесе құрғақ кұйінде КВr таблеткасында
дайындайды. Зерттелетін зат барынша ерітіндіге инертті болу керек, яғни
қосылыста болуы мұмкін функционалды топтары болмау керек. Көбінесе спектр
тұсіру ұшін заттың 0,1 М және 1 М ерітінділері дайындалады. ИҚ
спектроскопиясы нәтижесінде тербеліс жиілігі мен жұтылу коэффицентіне
байланысты төмендегіше спектрлер алынады (2 сурет). ИҚ
спектроскопия әдісі аналитикалық химияда да қолданылады. Онда ИҚ
спектрлерін пайдаланып, сапалық анализ жасау арқылы жеке заттарды, зат
ерітіндісінің құрамын, функционалды топтарды, молекуладағы атомдардың
орналасу ретін анықтауға болады. Жеке қосылыстардың, оптикалық материалдар
мен қолданылатын еріткіштердің ИҚ спектрлерінің атласын, сондай-ақ
сипаттаушы топтық жиіліктердің реттеуші диаграммалары мен кестелерін, жалпы
және арнаулы білімдерді пайдаланып, зерттеуші химик-аналитик сапалық
спектрометрлік анализдің мәселелерін ойдағыдай шеше алады.
2 – сурет. 2 – метилпентанның спектрі
ИҚ спектроскопиясының көмегімен, сондай-ақ химиялық өнеркәсіп
өнімдерін алу ұшін технологияның тиімділігін жақсарту мақсатындағы химиялық
және технологиялық процестердің жүру жылдамдығын да анықтауға
болады. Сапалық және
сандық ИҚ спектроскопиялық анализ заттар үлгісін таңдап алумен немесе
газдар, ерітінділер не сұйық өнімдердің реакциялық барысында да орындалады.
Сандық ИҚ спектроскопияның көмегімен ауаның кварц бөлшектерімен ластануын,
сүттегі майдың, белоктың және қанттың мөлшерін, қандағы және жұрек бұлшық
еттеріндегі көміртегін т.б. анықтауға болады.
2.6 Фотоколориметрия. Спектрофотометрия
Жалпы фотоколориметриялық әдістің принциптері бойынша жарық ағыны,
зерттелетін тұсті ерітіндімен толтырылған кювета немесе пробиркадан
өткізіледі. Ерітіндіден өткен жарық ағыны жарық энергиясын электр
энергиясына ауыстыратын фотоэлементте қабылданады. Осы кезде пайда болған
электр тоғын сезімтал гальванометр деп аталатын прибормен өлшейді.
Фотоэлементке әсер еткен жарық энергиясынан пайда болған электр тоғының
кұші жарықтану интенсивтілігіне тура пропорционал болады. Бұл әдіспен
зерттелетін заттың концентрациясын анықтау үшін зерттелетін ерітіндімен
концентрациясы белгілі эталондық ерітіндінің (Сэт) оптикалық тығыздығын
өлшейді. Сонда зерттелетін зат концентрациясы мынандай теңдеумен
анықталады:
(1)
Фотоколориметриялық әдіспен тұстің интенсивтілігін өлшеу өте жылдам,
жеңіл, әрі дұрыс нәтиже береді.
Фотоколориметриялық анализде зерттелетін заттың концентрациясын
анықтап, оның жарықты жұтуын эталонды ерітіндінің жарық жұтуымен қайта-
қайта салыстыра бермей-ақ алдын-ала калибрлік (тұзету) қисық тұрғызады. Ол
үшін концентрациялары әртүрлі бірнеше эталонды ерітінділерді пайдаланады.
Калибрлік қисықты тұрғызу үшін алдыменен анықталатын заттың мөлшері әртүрлі
эталонды ерітінділер дайындалады. Анализденетін затты түстендіретін
стандартты ерітінді мен сәйкес реактивтердің өлшенген әртұрлі көлемдерін
алып, бюретка көмегімен көлемі 100 мл болатын өлшемді колбаларға құяды.
Содан соң әртұрлі колбадағы ерітіндіге белгісіне дейін дистилденген су
құйып сұйылтады. Фотоколориметр көмегімен дайындалған эталонды
ерітінділердің оптикалық тығыздығын анықтап, нәтижелерін кесте түрінде
жазады.
3 кесте
Эталонды ертінділердің оптикалық тығыздығы
Осы алынған нәтижелерден оптикалық тығыздықтың концентрацияға
тәуелділігінен график тұрғызылады (3 сурет).
3 сурет. Оптикалық тығыздықтың концентрацияға тәуелділігі
Спектрофотометриялық титрлеу.
Спектрофотометриялық әдіс зерттелетін заттың жұтылу қисығының
максимумына сәйкес келетін белгілі-бір толқын ұзындығындағы жарықтың
жұтылуын өлшеуге негізделген, Спектрофотометриялық әдіс қышқылды-негізді,
тотығу-тотықсыздану, комплексті титрлеу кезіндегі эквивалент нүктесін
анықтауда қолданылады. Ол үшін титрлеу процесіндегі зерттелетін жүйенің
жарық жұтуының өзгерісін өлшейді. Нәтижесінде көлем (V) мен тығыздыққа (D)
байланысты титрлеу қисығы тұрғызылады (4 сурет).
4 сурет. Көлем (V) мен тығыздыққа (D) байланысты титрлеу қисығы
Титрлеу белгілі бір толқын ұзындығында жүргізіледі. Титрлеудің
графикалық түрі амперометриялық титрлеу қисығы сияқты бір-бірімен қиылысқан
түзу сызықтардан тұрады. Түзу сызықтардың қиылысқан жері эквивалент
нүктесін береді. Спектрофотометриялық
титрлеуді басқаша фотоэлектрлік титрлеу деп те атайды. Фотоэлектрлік
титрлеу эквивалент нүктесінде белгілі толқын ұзындығындағы сәуле жұтылуының
өзгеруін бақылауға негізделген түрлі-түсті индикатормен титрлеуге жатады.
Қарапайым фотоэлектрлік титрлеу қондырғысынын схемасы төмендегіше
болады (5сурет).
1- жарық көзі; 2 – линза; 3- жарық сүзгіш; 4 – кювета; 5 –
фотоэлемент; 6 – бюретка; 7- магнит; 8 – магнитті мешалка; 9 – гальвонометр
5 сурет. Қарапайым фотоэлектрлік титрлеу қондырғысы
Жарық көзінен (1) (қыздыру шамы) шыққан сәуле линзаға (2) бағытталып,
одан жарық сұзгіштен (3) өтіп, кюветаға (4) одан фотоэлементке (5) тұседі.
Кювета ұстіне бюретка (6) орналасқан. Магнитті мешалка (8) кюветадағы
сұйықты араластырып тұрады. Фотоэлемент гальванометрмен (9) жалғасқан.
Мұндай титрлеуге
мысалы: сілтіні қышқылмен п-нитрофенол индикаторы қатысында титрлеу рН7
болса нитрофенол сары түс береді, ал рН7 болса түссіз болады. Бұл жағдайда
көк түсті жарық сүзгіш қолданылады. Сілті ерітіндісімен индикаторды
кюветаға, ал қышқылды бюреткаға ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz
Реферат
Курстық жұмыс
Диплом
Материал
Диссертация
Практика
Презентация
Сабақ жоспары
Мақал-мәтелдер
1‑10 бет
11‑20 бет
21‑30 бет
31‑60 бет
61+ бет
Негізгі
Бет саны
Қосымша
Іздеу
Ештеңе табылмады :(
Соңғы қаралған жұмыстар
Қаралған жұмыстар табылмады
Тапсырыс
Антиплагиат
Қаралған жұмыстар
kz