A küvettát folyadékkal túlérzékeny
A küvettát egy olyan szuperkritikus fluidummal
Azt mondják, hogy Japánban már a legtisztább ruhaneműt a világon - nincs szennyvíz. Az ok nyilvánvaló: Japán - egy kis ország, nincs hely, hogy engedje le a sár, ezért itt értékelik a legújabb tudományos eredményeket, hogy segítsen megmenteni a környezetet. Az Egyesült Államok „zöld kémia”, amelynek nincs káros oldószereket és a hulladék, az is virágzik.
És a szíve a „zöld” megközelítés kémia egy olyan jelenség ismert, több mint egy évszázada. Ez az úgynevezett „szuperkritikus állapotban ügyet.”
Nem folyékony vagy gáz halmazállapotú
Az iskolából fizika persze ismert három aggregált halmazállapot - folyékony, szilárd és gáz halmazállapotú. Kiderült, hogy ez nem igaz. Ha a gáz erősen tömörített, és azután melegítjük (. 1. ábra), akkor a sűrűsége növekedni fog hirtelen tízszer (2.ábra.), És közel lesz a sűrűsége a folyékony; viszkozitás is szinte mint egy gáz, és a legfontosabb paraméter, hogy az érdekelt vegyészek - diffúziós együttható -, hogy egy köztes érték ezen halmazállapot. Hívni egy állam a „szuperkritikus folyadék” nem nagyon kényelmes, ez még mindig egy kereszt között egy folyadék és egy gáz. Ezért kaptam a „szuperkritikus folyadék” az angol folyadék, ami azt jelenti, „képes áramolni.” A szuperkritikus állapotban is folyadék, ha nem bomlik alatti hőmérsékleten a kritikus érték.
Amellett, hogy egy ilyen éles változás a fő paraméterek az átmenetet a gáz szuperkritikus folyadék nyilvánul egy másik jellegzetes vonása a fázisátalakulások, - amelynek nagy sűrűségű ingadozások, hasonló megfigyelhető a vizet forrni. Ez hatással van a fényáteresztő spektrumot - abban a pillanatban, amikor a sejtet a folyadék átlátszatlanná válik. Ha továbbra is felmelegszik a folyadék vagy a nyomás növelése, az ingadozások csökkenni fog, de nem tűnik el.
Field hőmérséklet és nyomás, melyben a szuperkritikus fdyuid egy bonyolult alakú. De az egyszerűség kedvéért azt, ábrán látható módon. 1, kijelölt négyszög. Bal alsó csúcsa a téglalap nevezzük a kritikus pontot - ez a minimális érték, a nyomás és hőmérséklet szükséges gáz vagy folyadék átment a szuperkritikus állapotba.
Szén-dioxid - egy figyelemre méltó oldószer
Szuperkritikus állapotban vizsgáltuk harminc vegyületek. A legérdekesebb közülük etán, etilén, propilén, Xenon, víz, azonban a hangsúly a kutatók fizetnek ma szén-dioxid. A szuperkritikus állapotban (31 C, 73 atm.) Válik erőteljes és szol erator képest kis molekulatömegű vegyületek, meghatalmazotti hexán. A polimerek - nehezebb. Egy kisebb nyomáson 350 atm. és a hőmérséklet legfeljebb 100 ° C-on a folyadék csak akkor oldódik polidimetil-sziloxánok és a perfluorozott poliszénhidrogén. Ennek az az oka, hogy a CO2 molekula. lép specifikus kölcsönhatások a szilíciumatommal, vagy egy fluorokarbon-csoport, amelynek mechanizmusát jelenleg is vita tárgyát. Ha a nyomás meghaladja a 500 atm. a folyadék CO2. Ez oldódni kezd polimerek és más osztályok. Ebben az esetben, az oldhatósága a folyadék eléri a tíz százalék tömeg.
Az a tény, hogy a perfluorozott szénhidrogének oldódnak szuperkritikus CO2. nagyban megkönnyíti vegyészek szintézisét egyéb polimerek, így például akrilátok. Monomereket kezdetben oldhatók a folyadék. Azonban, aligha származott polimer molekulák arra törekszenek, hogy kicsapódik. , Szükséges „float”, és amely arra szolgál, mint egy fluorozott polimer (3.), Hogy tartsa őket tovább oldatban, és egy polimer nagy molekulatömegű. Ez egy oldalirányú „hálószemek” a növekvő polimer, és a fluor csoportok - a folyadék számára, és ez biztosítja a teljes tartományban az oldhatóság.
A legfontosabb, befejezése után a szintézis nyomásmentesíteni kell elég, és az oldószert, szén-dioxid, amit egyszerűen repülni légkörbe. Ebben a szintézis rendszer kiküszöböli Kémiai Technológia súlyos katasztrófa - hatalmas mennyiségű oldószert kell eltávolítani a kész terméket. Sőt, a szuperkritikus CO2. A kész terméket tisztíthatjuk monomer maradékok és a reakció iniciátor - a kapott polimer elegendően öblítjük friss folyadékkal. Mivel a nagy diffúziós sebesség tisztítja könnyen és gyorsan.
A folyadék a polimer
Ha a polimer nem oldódik a folyadékban, ez semmi aggódnia - tud duzzadni. A szilárd polimer lehet bevezetni a szuperkritikus CO2. nagy mennyiségben - legfeljebb 30 tömegszázalék. Ez hozzáférést biztosít más technológia - megszerzése mikroporózus anyagból. A polimert beletettük egy küvettába töltött szén-dioxid-gáz és a nyomás és hőmérséklet-növekedés. Az átmenet a szupravezető kritikus állapotban folyadék áthatja a polimer, majd gyorsan repül a nyomáscsökkentés alatt, nyitva hagyva a pórusokat (ábra. 4). Így tudjuk cserélni a nagyon káros CFC, melyek létrehozásához használt egy porózus anyag.
Hasonlóképpen, felszíni módosított polimerek. Ebben az esetben az anyagot oldjuk a folyadék behatol a polimer vele együtt. Például, a brit tudós, sikerült a mélysége 4 mm impregnált kis sűrűségű polietilén anyagot modell - karbonil mangán. A tudósok a mi Intézet fémorganikus vegyületek, mint egy kísérletet. Bemutatták poliakrilát rézkomplexek oldjuk szuperkritikus CO2. majd melegítéssel, visszaáll az réz. Az eredmény nanokompozit háromszor kopásállóbb, mint a kiindulási polimer. Ez a technika megnyitja az utat, hogy megszerezze nem-kopás anyagok. Ha termikusan nem redukálható fém, és kémiailag, lehet kopásálló bármely hőre érzékeny polimer, mint a polietilén.
Használata folyadék felületén a polimer réteg nem adja sokaságát anyagok - például, fény stabilizátorokat vagy színezőanyagokat. Sajnos, a legtöbb ismert színezékek polimerek szuperkritikus CO2. gyengén oldható. De az optimizmus a kutatók azt a tényt, hogy amikor érintkezik a polimer még mindig megy a legtöbb festék feloldódik a folyadékban. Már felvette két vagy három a festékkel, amelyek alkalmasak a szerves üveg.
De a legérdekesebb, hogy módosítsa a felület a tömeg a polimer - polietilén. Ez már önmagában is egy adott anyag nem poláros és az inert. Úgy, hogy kölcsönhatásba lépnek a festék, ragasztó, vagy nedvesíthető, kell beírni a felületi rétegén anyagot poláros csoportokat, mint például a - C = O, - NH, - S = O, és azt sugallják, hogy köze van a szuperkritikus folyadékkal.
Nagyon érdekes alkalmazási területe ennek a technológiának - létrehozását gyógyszerek egy késleltetett hatású. A polimert elmerül a hatóanyag-oldatot a szuperkritikus CO2. megduzzad a folyadékban, és a felületi réteg könnyen behatolnak a nagy molekulájú gyógyszerek. De CO2 nyomásmentesítés után. Gyorsan elrepül, és a gyógyszer marad. A kis molekulájú diffundálóképesség és mennek lassan a polimerből. Ismerve a diffúziós együttható kiszámítható dózis és, hogy egy készítmény a megadott cselekvés ideje.
Tisztítás és szintézis
A harmadik felhasználási terület - mindenféle tisztítás. Miután szuperkritikus CO2. Egy ilyen erős oldószer, akkor miért nem piszkos ruhát? És nem csak ő. Még a 70-es években megtanultuk kivonat folyadék oldatok nehézfém ionok.
A reaktorban a víz, amelyben feloldjuk só formájában elvesző fémet bejuttatjuk a szuperkritikus CO2. De ez nem egy tiszta folyadékot - ez oldott bármely szerves ligandumot. Az oldatot keverjük, és a folyadék, fémion kötődik a ligandumhoz komplexet képez, és válik CO2. Ezután kiszorítsa folyadékot keresztül vezetjük a kapilláris a reaktoron kívül, ahol a nyomás csökken. A szén-dioxid távozik, majd a kapott fémorganikus komplex a tiszta formájában, amely lehet dolgozott.
Ezen a módon a fémek kivont nem csak a folyékony, hanem szilárd. Különben is, most a rádium Intézet (St. Petersburg) biztosítja kitermelési technológiák csernobili földek transzurán elemek.
CO2 - az inert oldószerben, ez lehet végezni abban, és a polimerizációt és szintézisét bármely anyag. De ha hozzáadjuk a katalizátort, a CO2 lenne a reagens. Ez jelentősen csökkenti a reakció hőmérsékletét és növeli a sebességét. Vettünk előnye egy japán vegyész, aki feltalált technológiával előállítani hangyasav szuperkritikus folyadék.
A másik dolog, ami fontos a második helyen áll, miután egy hulladék-mentes tisztító - festék alkalmazása. Száraz festéket feloldjuk áramban szuperkritikus CO2. és vele együtt repül ki a fúvóka. A szén-dioxid azonnal repül ki, és a festék a felületen lerakódott. Egy ilyen módszer, amellyel az amerikaiak fognak a közeljövőben festeni autók, megszabadulni a káros oldószereket, már kapott egy csomó szabadalmat.
Vannak még más folyadékok
Az összes kapcsolatos technológiák a felesleges kritikus CO2. egyesül egy dolog: a szerepe az oldószer, amely a gáz, ami része a bolygó légkörében. Használat után jön vissza ugyanarra a helyre, ahonnan jött, anélkül, hogy a legcsekélyebb szennyeződést. Így a szuperkritikus folyadék szén-dioxid elkerüli zagryaz eniya mindazok rendkívül rossz szagú és egészségtelen minden élő anyagok, amelyek híres ipari szerves szintézis és más kémiai iparban. De vannak más folyadékot. A legérdekesebb közülük - xenon és a víz.
A víz egészen más osztályba szuperkritikus folyadékok. Ha a szén és a szerves gázok kritikus nyomás és a hőmérséklet alacsony, a víz folyadék körülbelül 374 ° C és 220 atm. Munka terén a hőmérséklet és a nyomás nehéz, de ez a víz oldja szinte semmit. Még zafírabla árokba zavaros hosszú használat.
Az egyik fő alkalmazási szuperkritikus víz - bomlás. Ha oxigént adagolunk bele, majdnem az összes szerves anyagok perc protozoonok oxidált ártalmatlan összetevők, mint például a víz és a szén-dioxid. A reakció olyan intenzív, hogy a víz néha megfigyelhető a láng. A reakció sebessége és a magas nyomás, és képes a víz hidrolízisének kiváltásához. Ez a technológia nagyon hasznos a megsemmisítése felesleges toxikus anyagok, komponensek a vegyi fegyverek, a szennyvíz tisztításához mindenféle szerves anyag.
Egy másik érdekes folyadék - xenon, amely átjut egy szuperkritikus állapotban 17 ° C, és a nyomás körülbelül 57 atm. Azaz, az anyag nem igényel további fűtés, és a kutatási létesítmények érte kapott nagyon egyszerűen. Ez jó is, mint a tökéletesen inert oldószerben, és mivel ezt használja metallorganiki. Most a tanulmány a reakciók meghaladja a kritikus xenon vált egy teljesen új trend.
Azonban, a szén-dioxid még mindig a legolcsóbb, és talán a fejlesztés a szuperkritikus technológia lesz társítva. Mindenesetre, a túlnyomó többsége a cikkek működését ismerteti ebben a szuperkritikus folyadékban. Ez jár a 90%, és az ipari technológia. Például, építés alatt, az első nagyüzemi termelés előállítására alifás fluorpolimerének társaság „DuPont” fog alkalmazni a CO2-technológia.
A Moszkva Intézet Elemorganikus vegyületek, Orosz Tudományos Akadémia megfelelően szuperkritikus folyadékokkal dolgozni az elmúlt öt évben, ezek előállítására egy acél sejt, amely képes ellenállni a nyomásnak a 500 atm. A legfontosabb része a telepítés - számítógépes rendszer. A mechanikus rész egy henger szén-dioxid és hogy növelje az üreg nyomás, acél kapilláris multiplexszel kapcsolatos küvettákat (ábra. 5). Egyikük - a tudományos (6. ábra). Ezzel tanulmányozza a fizika sverhkri lag folyadékok és hibakereső rendszer. Vannak nyomás, hőmérséklet, elektromos vezetőképesség, ami változik való oldásával az anyag a folyadékban. Vannak kvarc microbalance segítségükkel tanulmány újraelosztása anyagok között folyadék és a vékony polimer film. Egy másik módszer - kiszámítása a film duzzadását a diffrakciós képet.
Két munka sejt térfogat 10 cm szem 3 sárgarézből vagy rozsdamentes acélból (6.). Ezek végzett szimulálására kísérleteket szuperkritikus technológia - polimerizációs, felületmódosítás, a szintézis a különböző anyagok és azok tisztítása. Ha szükség van, hogy nézd meg a változásokat a reagensek a reakció folyamat tart egy cella kvarc ablakok, és tedd be a spektrofotométer és rögzíti a változásokat a spektrumban.
Mintegy folyadék történet
Az a képesség, a folyadék mozogni egyfajta „szuperkritikus” állapotban a kutatók azt találták, a 60-es években a XIX. Különben is, ez az, amikor a báró de la Tour Cañar mondta erről a „különleges állapot”, és az átmeneti ponton Dr. Andrews úgynevezett „kritikus pont”. De azt több mint száz évvel ezelőtt a szuperkritikus folyadék megpróbálták átültetni a gyakorlatba. Most ez a technológia fejlődik, nagyon gyorsan.
Hazánkban a sorsa a szuperkritikus technológia fejlődésével nem csak, és most már messze elmarad a nyugati kollégák. A hetvenes években, szuperkritikus folyadékokat használnak a problémák megoldása kapcsolatos nukleáris fegyverek és a kezelést a radioaktív anyagok. Azt vizsgálták, és mineralógusok, mert a földkéreg mélységben kilométernél nagyobb víz szuperkritikus állapotú. Ahhoz, hogy megértsük, hogyan kell menni ilyen körülmények között a képződését és feloldódását a kőzet, az Institute of Experimental Ásványtani (Chernogolovka) építeni kísérleti modell a szuperkritikus víz. Aztán, amikor a nukleáris fegyverek fejlesztését, nem tartották lényegesnek, a legtöbb munka zárva.
Second Wind ezt a technológiát hazánkban szerzett az utóbbi időben, kellő, úgy tűnik, a fokozott érdeklődés a Nyugaton. Most Moszkva egy műhely és egy fél tucat laboratóriumok, ebben az irányban működik.
Technologies társított szuperkritikus fluidumok az Institute of Elemorganikus vegyületek, Orosz Tudományos Akadémia a tudósok a laboratóriumi Fizikai Kémia of Polymers, élén a jelölt kémiai tudományok
Head. laboratórium
Levelező tagja az Orosz Tudományos Akadémia Alexei Khokhlov Removich,
tel. (095) 135-50-85.