A szuperkritikus víz - szem bolygók információ-elemző portál
Ph.D. V. Blagutin
szuperkritikus víz
Nemrégiben szuperkritikus (folyékony) technológia nagyon népszerűvé vált. A West tisztítására használják mosodai, szennyvíz, és fémek az élelmiszeriparban és gyógyszeriparban, - a kitermelés az illatos anyagok alkalmazásával a szintézis polimerek és még a finom porok előállításában. Ez csökkenti a termelési lánc, és ezért csökkenti a költségeit a termékek és szolgáltatások. De a legfontosabb dolog - ez környezetbarát eljárásokat. Az első ipari termelés, ami vonatkozik szuperkritikus folyadékok, szerzett 1978-ban - ez volt a növény koffeinmentesítő kávét, majd 1982-ben követte az ipari kitermelése komló (főzéséhez). Ma a nyugati, sok vállalat dolgozik ezen úttörő technológia.
A legnépszerűbb szuperkritikus fluidumok - szén-dioxid, a víz, a propán, az ammónia, és bizonyos más vegyületek alacsony kritikus hőmérséklet. A legtöbb általánosan használt szuperkritikus szén-dioxid, mivel ez nem-toxikus, hogy olcsó, könnyen hozzáférhető, és a kényelmes paraméterek (Tc = 31 ° C, Pc = 7,38 MPa). Jelenleg szinte nincs olyan vállalkozások (SRC ER „GORO” - talán az egyetlen kivétel). A probléma az, hogy nincs érdeklődés a nemzeti szinten az új tiszta technológiák, és ezért a vágy, hogy befektetni.
Egy rövid története
A szuperkritikus víz szisztematikusan vizsgálni, mivel az elején a múlt században. Ma azonban ezek a munkák vonzó nemcsak elméleti szempontból. Azt reméljük, hogy a leggyakoribb, olcsó, biztonságos és környezetbarát oldószer veszi egyedülálló hiánypótló a vegyiparban. (Természetesen ez nem egy közönséges víz.)
Szuperkritikus állapotban kezdett tanulmányozni Cañar de la Tour 1822-ben. Ha bármely forráspontú folyékony (ha van között egyensúly folyadék és gőz), és továbbra is a hő, hogy növelje a nyomást, majd egy bizonyos ponton a folyadék és gőz sűrűség azonossá válnak, és a felület a két fázis között eltűnik. Ennél a kritikus pontnál az anyag változtatásokat a köztes állapot - válik a gáz és nem folyékony. Ha a hőmérséklet meghaladja a kritikus ponton a két fázis nem, akkor is, ha a homogén folyadék tömöríteni, ez meg fogja változtatni a sűrűsége a gáz-folyadék-szerű. Alacsonyabb hőmérsékleteken, a víz egy szubkritikus állapotban és olyan nyomáson változó a sűrűsége hirtelen megváltozik: folyadék válik a gőz. Fent - szuperkritikus, az anyag egységes és sűrűsége folyamatosan változik.
Táblázat: Paraméter kritikus állapotban a különböző anyagok
A kritikus pontja az anyag jellemzi a kritikus értékeket a hőmérséklet, nyomás és a sűrűség (lásd. Ábra.). Változás Ezen paraméterek különböző anyagok igen magas (ezek a táblázatban látható), de ezek könnyen elérhető a laboratóriumi és az iparban. A folyamatok a legalkalmasabbak a szén-dioxid -, hogy ma extrakciójára felhasznált, szétválasztása anyagok és így tovább. A szuperkritikus víz használata közben lényegesen kevesebb, mivel ez válik a folyadék át 374 ° C-on és. hogy gyakorlati alkalmazása nem nagyon kényelmes. Közben ebben az állapotban, ez lesz a legértékesebb tulajdonságait. Például, szuperkritikus víz szinte univerzális oldószer, és az is elég erős oxidálószer. Hogyan történik ez?
Sőt, még mindig nincs egyértelmű válasz arra a kérdésre, hogy mi a fizikai állapota, a környezet, a továbbiakban a folyadékot.
Ha beszélünk szilárd, általában használják a „szerkezet”, „épület”. Ez rendkívül sajnálatos szót leírni, hogy mi történik egy folyékony vagy gáz. Ha valahogy sikerült a koordinátáit a részecskék a folyadékot, majd a következő pillanatban, ezek az adatok elavultak, mivel a helyzet a részecske sokat változott. A „szerkezet” valami erős, megingathatatlan, és ez torzítja az elképzelést, folyékony vagy folyékony halmazállapot. Sajnos más alkalmas kifejezést nem. Akkor biztosan beszélni „a rövid távú rendezettséget”, de nem közvetíti a fő jellemzője a folyékony állapotban - folyamatosan változó molekuláris mozgását.
Ez már felhalmozódott egy csomó kísérleti adatok az állam a szuperkritikus víz. Mindezek az adatok arra utalnak, hogy a hőmérséklet emelkedése és a nyomás változás: annak dielektromos állandóját, vezetőképesség, oldhatósági szorzat, a szerkezet a hidrogénkötések.
Az összes folyadékot víz valószínűleg megy a legdrámaibb változás, mozgó szuperkritikus állapotba. Ha normál nyomáson és a víz hőmérséklete - poláros oldószer, a szuperkritikus vízben oldódik majdnem az összes szerves anyagot. A oldhatóságát a szervetlen anyagok is változnak. Még egy kis eltérés a hőmérséklet és a nyomás közel a kritikus pont megváltoztatja az összes fizikai-kémiai tulajdonságai a víz, ezért a legkisebb nyomás ingadozása és a hőmérséklet az ilyen víz teljesen feloldódjon, vagy fordítva, precipitált oxidokat és sókat. Tulajdonképpen alapján ez a technológia a hidrotermális kristály növekedés, ami több, mint fél évszázada.
Természetes szuperkritikus reaktor
A természetben van egy hatalmas természetes szuperkritikus reaktorban. Ez - a föld gyomrában, amelyben egy mélysége több mint 50 km-re a víz egy szuperkritikus körülmények között. . Víz - bázis „hidrotermális fluid” (geológiai távú), azaz a forró, nagy nyomás alatt, vizes oldatban, amely sok komponens átvitele nagy távolságokat az abban oldott anyag szuperkritikus vízzel (skH2 O) vesz szükséges része a fő geológiai folyamatok: a formáció földkéreg vulkanikus aktivitás koncentráció ásványi anyagok a földkéregben. Azt mondhatjuk, hogy hála a szuperkritikus víz képződik geológiai arc bolygónkon.
A kép a mi folyik a föld alatt, a kutatók csaknem fél évszázaddal ezelőtt, kifejlesztettek egy technológiát hidrotermális kristályok. Talán ez az egyetlen technológia a szuperkritikus víz, amely már régóta és sikeresen alkalmazzák. Hidrotermális szintézissel lehetővé teszi így kristályos szervetlen anyagok (például, kvarcból vagy más oxidok, alumínium-szilikátok, foszfátok, stb) szimuláló körülmények között folyamatainak ásványi anyagok a Föld belsejében. Ez a módszer azon a képességén alapul a víz magas hőmérsékleten és nyomáson, hogy feloldja a oxidok, szilikátok, szulfidok és egyéb anyagok gyakorlatilag nem oldódik szokásos körülmények között, és egy irányított paraméterek változására, éppen ellenkezőleg, váltanak ki a kristályosodás. Mivel több száz tonna egyetlen nagy kristályok kvarc (50 kg súly) termesztenek évente. Ugyanezen technológiák mesterséges rubin, zafír és más anyagok modern ipar.
A szuperkritikus víz (skH2 O) korlátlanul elegyedik oxigén, hidrogén és szénhidrogének, elősegítve kölcsönhatás -, hogy nagyon gyorsan eljusson az összes oxidációs reakció. Egy különösen érdekes alkalmazása az ilyen víz - hatékony megsemmisítése vegyi harcanyagok. A keverék más anyagokkal skH2 O lehet használni nem csak az oxidációs, de hidrolízises reakciókban, hidratáció, képződése és hasadása szén-szén kötést, hidrogénezés és mások.
A pre- és szuperkritikus víz - egy nem-toxikus oldószerben, amelyeknek a tulajdonságai is vezérelhető, hogy megfeleljen az egyedi katalitikus reakció. A folyamatok a szuperkritikus folyadékkal nincs probléma diffúziós a gáz-folyadék elválasztás (ez nem gáz, és nem folyékony), és ezért könnyebb szabályozni a sebességét az ilyen reakciók. Bizonyított tény, hogy a katalizátor-mérgezés folyamat is sokkal lassabb.
Végül, szuperkritikus víz olyan reagens lehet, vagy tápközegben, nano-kristályos részecskéket (különösen, oxid katalizátorok) a kívánt tulajdonságai vannak, amelyek már szintetizált reaktorban. A keletkezett részecskéket ebben a folyamatban felbontása körülbelül egy és egy meglehetősen fejlett felületre. Mellesleg, a víz a szuperkritikus állapotban lehet használni ahhoz, hogy ne csak oxidok, de más nanokristályos anyagok, mint például amorf szén szintetizálni szén nanocsövek.
Különbözősége ellenére lehetséges alkalmazásainak pre- és szuperkritikus víz, ez különösen fontos a környezeti problémák megoldásában. Feldolgozása és bomlása egyre növekvő mennyiségű szerves és szervetlen hulladékok -, hogy az a probléma, amelynek megoldása szüksége lesz egy biztonságos oldószerben gyakorlatilag bármilyen szilárd kapcsolat. Minden a hagyományos módon - égő, folyadékfázisú oxidáció és biológiai lebomlás - vannak hátrányai. Így tehát az égési szerves hulladékok termel toxikus anyagokat, különösen a nitrogén-oxidok, amelyek kell ártalmatlanítani. A biodegradáció időigényes, és csak akkor lehetséges, hogy semlegesítse a hulladék, és amely legfeljebb 1 tömeg.% Szerves anyagok.
Újrahasznosítása szerves hulladékok felhasználásával skH2 O - jó alternatíva. A szakértők szerint, a feldolgozóüzemek építésére piridin megoldások szuperkritikus víz olcsóbb lesz, mint az égetés és alacsony hőmérsékletű folyékony fázisú oxidációval. Vannak már technikák deklórozás dearomatization és megoldások szerves vegyületek, polimerek és műanyag-feldolgozás, oxidációs kommunális és élelmiszer-hulladék, elgázosítása biomassza, az oxidációs mérgező hulladékok Navy, hidrolízisével cellulóz és lignin és nehézfémek eltávolítására különböző szennyvizek.
A fő probléma az, hogy akadályozza a technológiák bevezetését szuperkritikus víz - egy meglehetősen magas ára az ipari berendezések, amelyek nagy nyomás: szükséges hőálló ötvözetek és speciális csövek, kizárva annak lehetőségét, robbanás a reaktorban. Továbbá, skH2 O - agresszív környezetben, okoz korróziót az alkatrészek. Ez a kérdés, valamint a sók felhalmozódása a csövekben, jól ismert a hőerőművek. Ha technikai probléma megoldódik, és a költségek nem lesz a meghatározó tényező lesz áttörni egy erős lobbi a hagyományos vegyipari vállalatok.
Alapuló anyagok: