Аппаратурно-технологическое оформление процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза ферратов (VI) щелочных металлов для продуктов регенерации воздуха

Ферраты (VI) щелочных металлов являются одними из наиболее сильных из существующих на сегодняшний день окислителей. Окислительный потенциал л феррат-иона (Ре04 «) в кислой среде выше чем у озона, перманганатов, пероксида водорода, хлора и хлорсодержащих соединений (гипохлоритов, перхлоратов, -диоксида хлора). Сфера использования ферратов (VI) щелочных металлов достаточно широка: очистка промышленных и бытовых стоков от бактерий, вирусов, тяжелых металлов, токсичных веществ, вредных примесей (ЫНз, НгЭ, СЫ», ОТО", Аб), отравляющих веществ (УХ, вБ, вВ) до малотоксичных или нетоксичных соединенийпассивация металловдетоксикация почвенных средкомпонент щелочных батарей, изготовление катализаторов и источников кислорода для дыхания человека и животных.

Однако промышленное производство соединений шестивалентного железа сдерживается из-за отсутствия энергой ресурсосберегающих технологий их получения. Существующие способы, синтеза ферратов (VI) щелочных металлов характеризуются трудностью реализации, высокой энергоемкостью, низким содержанием основного вещества, получением готовых продуктов в растворе. Последнее ограничивает время хранения и приводит к необходимости введения в технологию синтеза дополнительного оборудования для выделения соединений шестивалентного железа в твердом виде или организации производства непосредственно в местах применения.

В связи с этим разработка энергосберегающего процесса и аппаратурно-технологического оформления производства ферратов (VI) щелочных металлов и изучение свойств синтезированных продуктов является актуальной в научном и практическом плане.

Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ НОЦ ФГБОУ ВПО «ТГТУ» — ОАО «Корпорация «Росхимзащита» в рамках ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развитиянауки и техники» (Государственный контракт .№ 02.438.11.7012 от 19 августа 2005 г.) по теме «Научно-организационное, методическое и техническое обеспечение организации и поддержки научно-образовательных центров в области новых химических технологий и осуществление на основе комплексного использования материально-технических и кадровых возможностей совместных исследований и разработок».

Научно-исследовательская работа «Энергосберегающая технология новых ферратных продуктов» признана победителем на конкурсе работ аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений в области энергосбережения в промышленности «ЭВРИКА-2010» (г. Новочеркасск).

Цель работы. Разработка энергосберегающего процесса и аппаратурно-технологического оформления производства ферратов (VI) щелочных металлов с целью получения продуктов в твердом виде с высоким содержанием основного вещества.

Научная новизна. Впервые разработан энергосберегающий процесс получения ферратов (VI) калия и натрия методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (патент РФ № 2 371 392 «Способ получения феррата (VI) калия» от 12.02.2008 и патент РФ № 2 356 842 «Способ получения феррата (VI) натрия» от 09.08.2007), определены условия его осуществления и соотношение исходных компонентов шихты, позволяющие получать продукты с содержанием основного вещества до 88% масс, феррата (VI) калия и до 93% масс, феррата (VI) натрия.

Проведены исследования влияния качества сырья (содержание активного кислорода в КОг и № 202, содержание влаги в БегОз), технологических параметров (плотность прессования, начальная температура СВС) на содержание ферратов (VI) щелочных металлов в продукте синтеза. Проведена оценка динамической активности феррата (VI) калия в процессе регенерации воздуха.

Впервые разработан регенеративный’продукт с ферратом (VI) калия (РП-КФ) в качестве структурообразующей добавки, катализатора и источника кислорода, обладающий улученными эксплуатационными характеристиками: низкая концентрация СО2 на вдохе, большее время защитного действия (решение о выдаче патента РФ по заявке № 2 011 105 491, приоритет 14.02.11).

Практическая значимость. Разработано аппаратурно-технологическое оформление энергосберегающего процесса СВС ферратов (VI) щелочных металлов, включающее смеситель шихты, реактор синтеза и установку синтеза.

Разработана методика анализа твердых соединений шестивалентного железа, позволяющая определять содержание основного вещества в продуктах синтеза.

Разработан технологический процесс получения регенеративного продукта с ферратом (VI) калия и выпущена экспериментальная партия в условиях опытного производства ОАО «Корпорация «Росхимзащита». Проведены динамические испытания РП-КФ, по результатам которых установлено, что время работы регенеративного продукта в динамической трубке по кислороду и диоксиду углерода превышает время работы серийного продукта ОКЧ-ЗМ в 1,5 раза. Отличительной особенностью работы РП-КФ в аппаратах СПИ-20, ШСС-Т, ШСС-ТМ и в патроне ИДА-59 в сравнении с серийными продуктами является снижение концентрации СО2 на вдохе до 75%, что повышает комфортность использования самоспасателей пользователями.

Установлена способность соединений шестивалентного железа очищать воду от ионов тяжелых металлов, цианидов и разрушать пестицид «Раундап» в почве.

Результаты исследований внедрены: в ОАО «Корпорация «Росхимзащита», при разработке нового регенеративного продукта с ферратным катализатором.

Материалы диссертации используются в образовательном процессе Мичуринского государственного аграрного университета при чтении курса лекций «Химическая зашита растений». • >

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на: Международной конференции по химической технологии ХТ'07 (Москва, 2007) — •' Всероссийском научном конгрессе «Фундаментальная наука — ресурс сохранения здоровья здоровых людей» (Тамбов, 2008) — Российской научной конференции «Стратегия развития научно-производственного комплекса Российской федерации в области разработок и производства систем жизнеобеспечения и защиты человека в условиях химической и биологической опасности» (Тамбов, 2009) — V Международной научно-практической конференции «Рециклинг, переработка отходов и чистые технологии» (Москва, 2009) — Седьмой Всероссийской с международным участием-Школе-семинаре по структурной макрокинетики для молодых ученых (Черноголовка, 2009) — 1-ой международной научно-практической конференции «Аспекты ноосферной безопасности в приоритетных направлениях деятельности человека» (Тамбов, 2010) — VI Международной научно-практической конференции «Рециклинг, переработка отходов и чистые технологии» (Москва, 2010) — конкурсе научно-исследовательских работ аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений в области энергосбережения в промышленности «ЭВРИКА-2010» (Новочеркасск, 2010) — III Международной научно-инновационной молодежной конференции «Современные твердофазные технологии: теория, практика и инновационный менеджмент» (Тамбов, 2011) — XIX Научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ОАО «РКК «Энергия» (Королев,.

2011) — Международной конференции по химической технологии ХГ12 (Москва,.

2012). 1.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 17 работ, в том числе: 4 статьи в журнале, рекомендованном ВАК РФ, 2 патента РФ, 1 решение о выдаче патента РФ.

Структура диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти основных глав, выводов, списка используемой литературы из 165 наименований и 9 приложений. Включает 15 таблиц и 58 рисунков.

Выводы по главе 5.

1. На основании проведенных исследований разработан продукт для регенерации воздуха с применением в качестве катализатора, структурообразующей добавки и источника кислорода феррата (VI) калия, полученного методом СВС (решение о выдаче патента РФ по заявке № 2 011 105 491, приоритет 14.02.11), следующего состава: К02 — 93.97% масс., K2Fe04−7.3% масс.

2. Проведены динамические испытания разработанного регенеративного продукта, по результатам которых установлено, что время работы РП-КФ в динамической трубке больше времени работы серийного регенеративного продукта РП-КФ в 1,5 раза.

3. Проведенные испытания РП-КФ в патроне ИДА-59 и в составе изделий, выпускаемых в ОАО «Корпорация «Росхимзащита»: СПИ-20, ШСС-Т, ШСС-ТМ, показали, что в отличие от серийных продуктов, используемых в изделиях, регенеративный продукт с ферратным катализатором имеет существенно более низкое значение концентрации С02 на вдохе, что повышает комфортность использования аппаратов пользователями. При испытаниях в самоспасателе СПИ-20, ШСС-Т и ШСС-ТМ продукт РП-КФ полностью соответствует требованиям, предъявляемым к регенеративным продуктам, по всем показателям (время защитного действия, сопротивление дыханию, температура на вдохе, концентрация С02 на вдохе, концентрация 02 на вдохе). При работе в патроне ИДА-59 продукт РП-КФ способен полностью очищать подаваемую в систему газо-воздушную смесь от С02, при этом концентрация углекислого газа равная 0,01% была достигнута на 180 минуте.