Способы очистки атмосферы от летучих веществ
Информация - Экология
Другие материалы по предмету Экология
?тве зародышей их стенки начинают соприкасаться друг с другом, вещество теряет сплошность и переходит в газовую фазу), можно показать, что температура Т1, выраженная в градусах Кельвина, связана с температурой кипения простым соотношением пропорциональности: Т = СТкип. Коэффициент Сзависит от давления и состава жидкости и характеризует максимальный избыток тепловой энергии, запасаемой при ее перегреве. Для жидких углеводородов (бензол, толуол, ксилол, октан) С = 1,25-1,37, для этилового спирта С = 1,32). При высоких давлениях коэффициент С уменьшается до единицы [2].
Достижимые перегревы летучих жидкостей хорошо изучены как экспериментально, так и теоретически. А как обстоит дело с нелетучими жидкостями и твердыми веществами? Например, с расплавами полимеров, которые при нагреве не вскипают, а начинают разлагаться. У них при нагреве происходит не только смена агрегатного состояния, но и химическое превращение - деструкция. При повышении скорости нагрева температура начала деструкции полимера также повышается. Но есть ли предел такого перегрева, существует ли химическая спинодаль - аналог фазового перехода на границе устойчивости? А как обстоит дело с твердыми веществами, которые при нагреве, не плавясь, начинают разлагаться, например питьевой содой, перманганатом калия?
Термодинамика дает на этот вопрос положительный ответ, поскольку в соответствии с уравнениями состояния твердых тел зависимость V(Т, Р) имеет такую же S-образную форму, как показано на рис. 1. Так, например, обстоит дело с уравнениями состояния полимерных систем, некоторые из которых разработаны в Институте высоких температур РАН. Коэффициент С по различным уравнениям состояния, так же как и Индекс 1 от limit - предел. для летучих веществ, лежит, как правило, в пределах 1,2-1,3 (для нормального давления). Но термодинамические расчеты, оценки и прогнозы требуют экспериментальных подтверждений, и они были недавно получены различными методами и приборами высокоскоростного термического анализа.
Методы эксперимента. Для определения достижимых перегревов подходят далеко не многие методы физического эксперимента. Основным ограничением является требование выполнять очень точные замеры температур образцов, подвергаемых воздействию тепловых потоков большой интенсивности. По этой причине мало подходят радиационные и лазерные способы нагрева вещества: при мощном лучевом воздействии температура термодатчика может существенно отличаться от температуры вещества ввиду различия их поглощательной и отражательной способности. Воздействие мощных лазерных потоков обычно вызывает наряду с терморазложением еще и фотодеструкцию веществ. Применение методов лазерного нагрева в термическом анализе, по образному выражению Я. Шестака, подобно применению кувалды для колки орехов. Трудно отделить нужный сигнал от шумового. Более подходящими оказались контактные (кондуктивные) способы теплового воздействия на вещество. Некоторые результаты были получены методом теплового зонда, для растворов и расплавов, в частности полимеров и нелетучих жидкостей, разлагающихся при нагревании (Н2О2, глицерин, полиэтиленгликоли различной молекулярной массы). Некоторые данные, полученные этим методом, приведены в табл. 1 и 2. Но указанный метод оказался неприменимым к сильно вязким и твердым веществам, взрывчатым и другим материалам.
В Российском химико-технологическом университете им. Д.И. Менделеева совместно с ИВТ РАН создан универсальный метод контактного термического анализа, который позволяет не только определять температуры достижимых перегревов любых веществ, различающихся как по химическому составу, так и по агрегатному состоянию, но и исследовать кинетику испарения и терморазложения непосредственно вблизи температур достижимых перегревов. Важным достоинством метода являются изотермические условия испытаний образцов и его применимость к нелетучим веществам: полимерам, олигомерам, кристаллогидратам, твердым топливам и даже взрывчатым веществам, для которых применение других методов, связанных с нагревом, представляет большую опасность (воспламенение и взрыв образцов вместе с испытательной ячейкой), поскольку температура образца не изменяется во время опыта.
Сущность контактного метода заключается в нанесении тонких слоев исследуемого вещества на предварительно нагретую до высокой постоянной температуры металлическую подложку - пластину, поверхность которой покрыта пленкой защитного металла (никель, золото или нержавеющая сталь), отполированной до зеркального блеска (последнее необходимо для устранения зародышеобразования на дефектах поверхности). После нанесения образца на подложку его температуру измеряли с помощью термопары, заделанной в металл на поверхности подложки непосредственно под образцом.
Полимеры наносили контактным способом: по разогретой поверхности проводили стерженьком (как губной помадой) из исследуемого вещества - оно расплавлялось и оставляло вытянутый, постепенно тающий, как хвост кометы, след в виде тонкой полоски толщиной 5-7 мкм (рис. 2). Неплавящиеся вещества предварительно измельчали до тонкодисперсного состояния (частицы с размерами около микрометра), а затем смешивали с термостойкой кремнийорганичес-кой или другой жидкостью, хорошо смачивающей металл. Полученную эмульсию тонким слоем наносили на подложку, как и расплав.
Для регистрации времени испарения и терморазложения образца, нанесенного на подложку, использовали его фото-, кино- и видеосъемку в инфр