Содержание к диссертации
Введение
1. Проблемы использования хемосорбентов в сизод, применяемых пожарными и спасателями в условиях ЧС 11
1.1. Обеспечение работоспособности пожарных и спасателей в непригодной для дыхания среде 11
1.1.1. Условия работы на пожаре 11
1.1.2. Сравнительный анализ СИЗОД, применяемых пожарными 14
1.2. Основные закономерности процесса хемосорбции 19
1.2.1. Хемосорбенты, особенности их применения в СИЗОД и свойства...20
1.2.2. Изучение процесса хемосорбции 23
1.3. Пути повышения эффективности работы ХП-И 26
1.3.1. Процесс хемосорбции СОг ХП-И и направления совершенствования поглотителя 26
1.3.2. Химическое модифицирование ХП-И 29
1.4. Экспрессные методы анализа 32
1.5. Устойчивость работы объектов в условиях ЧС и пути ее повышения 33
2. Объекты и методы исследования 41
2.1. Исходные вещества 41
2.2. Метод определения динамической активности хемосорбента по СОг 43
2.3. Титриметрический метод анализа 44
2.4. Лабораторная установка для определения динамической активности хемосорбента по С02 44
2.5. Лабораторная установка и методика определения температуры отходящего воздуха за слоем хемосорбента 54
2.6. Методика приготовления хемосорбента 56
2.7. Методика определения массовой доли влаги и массовой доли связанной двуокиси углерода 58
2.8. Методика определения прочности на истирание, удельной поверхности, порометрического объема пор хемосорбента 58
3. Получение ХП-И м. с улучшенными тактико-техничесісими характеристиками 59
3.1. Перевод механизма поглощения СОг ХП-И на гидрокарбонатный маршрут 59
3.2. Химическое модифицирование ХП-И 65
3.2.1. Модифицирование на стадии смешения компонентов 65
3.2.2. Поверхностное модифицирование 71
3.3. Снижение температуры отходящего воздуха за слоем ХП-Им 77
3.4. Механизм действия модифицирующих добавок с позиций теории
химической индукции Шилова 84
4. Разработка мобильного комплекса по производству ХП-И и ХП-Им. на основе технологии, адаптированной к условиям ЧС 88
4.1 Исследование возможности регенерации ХП-И 89
4.2. Модифицирование на стадии гашения извести 96
4.3. Мобильный комплекс по производству ХП-И и ХП-ИМ. в условиях ЧС 99
4.3.1. Определение объема поставок поглотителя для ГДЗС г. Санкт-Петербурга 99
4.3.2. Технология производства ХП-И и ХП-ИМ в условиях ЧС 100
4.3.3. Тактико-технические и техно-экономические характеристики мобильного комплекса 110
Общие выводы 118
Список литературы 120
Приложения 133
- Процесс хемосорбции СОг ХП-И и направления совершенствования поглотителя
- Лабораторная установка для определения динамической активности хемосорбента по С02
- Модифицирование на стадии смешения компонентов
- Технология производства ХП-И и ХП-ИМ в условиях ЧС
Введение к работе
Ежегодно в России возникает около 300 тысяч пожаров, гибнет в огне приблизительно 20 тысяч человек и столько же получают травмы. В среднем в России 1 жертва приходится на каждые 13-14 пожаров, в США - на каждые 440, в мире - на каждые 100 пожаров. Смерть наступает главным образом в результате отравления летучими продуктами горения материалов.
Тушение пожаров часто связано с пребыванием пожарных в среде с пониженным содержанием кислорода, в задымленной атмосфере, содержащей продукты сгорания, вредные для здоровья человека, а иногда и опасные для его жизни. Поэтому необходимо обеспечить жизнедеятельность и, следовательно, работоспособность пожарных. Эта задача становится еще более актуальной в связи с применением в строительстве и в быту синтетических материалов, развитием химической промышленности.
Для проведения работ в непригодной для дыхания атмосфере, связанных с тушением пожаров и спасением людей, организована газодымозащитная служба (ГДЗС), имеющая на своем вооружении средства индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД). Основными требованиями к СИЗОД являются их автономность, надежность, безопасность, оптимальные защитные характеристики и эргономические показатели. Когда сил и средств пожарной охраны, а также средств жизнеобеспечения, дислоцированных на определенной территории, недостаточно для ликвидации пожара, он может перерастать в чрезвычайную ситуацию (ЧС).
При тушении сложных пожаров (например, на объектах метрополитена, протяженный тоннелях и шахтах), используются кислородные изолирующие противогазы (КИП) марок КИП-8, Урал 10, Р-12М, Р-30 и др. Такие аппараты обеспечивают длительное (от 2 до 6 часов) пребывание газодымозащитников в непригодной для дыхания среде. Для очистки выдыхаемого воздуха от С02
при эксплуатации КИП используется химический известковый поглотитель (ХП-И), от поглощающей способности которого зависит время защитного действия противогаза.
В настоящее время единственным местом по производству ХП-И является расположенный в Нижегородской области завод, работа которого в условиях чрезвычайных ситуаций (ЧС) может быть частично или полностью остановлена. Основное сырье - высококачественная кальциевая известь, доставляемая из Тульской области. В результате интенсивной разработки запасы этого месторождения, содержащего чистый карбонат кальция, дающий при обжиге высокоактивную кальциевую известь, подходят к концу.
От своевременности поставок поглотителя в пожарные части зависит возможность пребывания газодымозащитников в непригодной для дыхания среде, их безопасность, боеготовность и профессиональное мастерство. Следовательно, актуальным является создание мобильного комплекса по производству ХП-И и получение химического известкового поглотителя модифицированного (ХП-ИМ.) с улучшенными тактико-техническими характеристиками. При этом использование более доступного сырья повысит устойчивость технологического процесса производства.
Таким образом, цель исследования заключается в физико-химическом обосновании технологии получения ХП-Им. с улучшенными тактико-техническими характеристиками и разработке проекта мобильного комплекса по его производству в условиях ЧС.
Следует отметить, что ХП-И, поглощая СОг по карбонатному маршруту, имеет в 2 раза меньшую стехиометрическую емкость по сравнению с поглощением углекислого газа по гидрокарбонатному пути. Поэтому предметом исследования являлись модифицирующие ХП-И добавки, способствующие переводу механизма поглощения углекислого газа на гидрокарбонатный маршрут, способы их введения; технология производства ХП-И и ХП-Им. в условиях ЧС.
Основные задачи исследования состояли в следующем:
теоретическое и экспериментальное обоснование способа перевода механизма поглощения углекислого газа ХП-И на гидрокарбонатный маршрут;
изучение влияния химической модификации на динамику процесса поглощения углекислого газа и изменение температуры отходящего воздуха за слоем поглотителя;
разработка технических условий и технологического регламента производства ХП-ИМ. с улучшенными тактико-техническими характеристиками.
проектирование мобильного комплекса по производству ХП-И и ХП-ИМ
на основе технологии, адаптированной к условиям ЧС.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые теоретически и экспериментально доказана возможность перевода процесса поглощения СОг поглотителем ХП-И на гидрокарбонатный маршрут.
Исследована зависимость концентрации углекислого газа за слоем модифицированного поглотителя от времени его работы.
Впервые изучено влияние химической модификации на изменение температуры отходящего воздуха за слоем ХП-ИМ. Снижение температуры составило 10%.
Установлено, что наряду с титриметрическим методом, для определения концентрации СОг за слоем поглотителя могут быть применены экспрессные методы анализа с использованием трубок индикаторных.
Практическая значимость работы определяется тем, что исследовано влияние модификаторов, их количества и способа введения в состав ХП-Им. на тактико-технические характеристики поглотителя.
Показано, что нанесение добавок на стадии увлажнения позволяет снизить концентрацию модификатора в рецептуре поглотителя с 1.0 масс. % до
Установлено, что введение модификаторов на стадии гашения извести позволяет получить хемосорбционно-активный и достаточно прочный ХП-Им. из извести низкого качества.
Также исследована возможность регенерации отработанного ХП-И. Поглотитель, время использования которого в противогазе КИП-8 составляет приблизительно 20 мин, восстанавливает свою первоначальную емкость.
Разработаны технические условия и технологический регламент
производства ХП-Им. с улучшенными тактико-техническими
характеристиками.
Разработан проект мобильного комплекса по производству ХП-И и ХП-Им. на основе технологии, адаптированной к условиям ЧС.
Процесс хемосорбции СОг ХП-И и направления совершенствования поглотителя
Основным признаком хемосорбции является химическая реакция или ряд последовательных реакций между сорбируемым веществом и веществами, входящими в состав сорбента. Кроме того, в большинстве случаев химическому взаимодействию предшествует либо адсорбция, либо абсорбция поглощаемого вещества. Изучение процесса хемосорбции состоит из освещения трёх сторон [79,82,89,90]: кинетики хемосорбции, статики хемосорбции, динамики хемосорбции.
Основы хемосорбции были заложены Дубининым и Мельниковым и Низовкиным. Однако [79], при изучении статики и динамики хемосорбционных превращений нет еще достаточной ясности в понимании механизма этих явлений и существующие объяснения надо рассматривать как первое приближение к решению весьма трудной теоретической и экспериментальной задачи. Динамическая активность является одной из эксплуатационных характеристик химического поглотителя. Она позволяет аттестовать хемосорбент и с определёнными допущениями масштабировать результаты на реальные объекты. Динамическая активность определяется как стехиометрической ёмкостью, так и полнотой и скоростью её отработки. Мельников предполагал [90], что при хемосорбции в динамических условиях слой хемосорбента ведёт себя аналогично адсорбенту, и обосновал возможность расчёта потери времени защитного действия по формуле, выведенной Шиловым [79,89]: Дубинин в своей первой интерпретации динамики хемосорбции [89] пришёл к выводу, что все основные положения теории динамики адсорбционных процессов полностью приложимы к процессам хемосорбционным. Таким образом, формула (1.1) применима к явлениям хемосорбции. Развивая это положение дальше, Дубинин считал возможным использовать для вычисления величины статической активности химического поглотителя из динамического опыта значение коэффициента динамической активности хемосорбента. Однако, даже на протяжении многих часов насыщения хемосорбента не достигается, в каждый момент времени количество сорбированного газа или пара будет настолько больше, чем в предыдущий, что не может быть и речи о статической активности хемосорбента в динамических условиях [79,82,91]. На величину поглощения хемосорбтива влияет переменная влажность зёрен хемосорбента, корка продуктов реакции сильно задерживает насыщение зёрен хемосорбента до полной стехиометрической активности. Величина статической активности, рассчитанная из динамических опытов, сильно зависит от степени зернения хемосорбента и скорости тока воздуха, содержащего хемосорбтив. Основное отличие химических поглотителей от адсорбентов (активированного угля) заключается в том, что в процессе хемосорбции работающий слой не остаётся постоянной длины, а постоянно возрастает, причем его начало всё время совпадает с началом слоя хемосорбента [79,82,83,89-91]. Для практических расчётов хемосорбционных процессов Дубинин предложил формулу вычисления величины динамической активности At: Ai=0-Co-u, (1.2) где в - время защитного действия слоя хемосорбента, мин; С„- исходная концентрация паров отравляющего вещества, г/л ; v - удельная скорость тока воздуха, л/мин- см .
Свою теорию динамики хемосорбционных процессов из растворов Низовкин построил на основании опытов по изучению реакции взаимного обмена между хлористым серебром и раствором йодистого калия [79].
Основными характеристиками МХП являются химический состав, количество и характер распределения пор, влажность и кристаллохимическое состояние [92]. Решающее значение на процесс хемосорбции имеют те из причин, которые непосредственно связаны с диффузией паров адсорбтива через поверхностный слой продуктов реакции, образующихся в зерне хемосорбента. Уменьшение толщины рассматриваемого слоя и увеличение удельной поверхности хемосорбента наиболее радикально улучшают процесс хемосорбции.
На динамическую активность сорбентов оказывают влияние и физические факторы: температура, влажность очищаемого воздуха. Влага, поступающая с газовым потоком и уже находящаяся в самом хемосоробенте, обеспечивает необходимые условия хемосорбции. Возрастание влажности воздуха до известных пределов увеличивает динамическую активность большинства химических поглотителей, особенно малогигроскопичных. Если в процессе хемосорбции в порах конденсируется значительное количество воды, то диффузия газа через поры к активной поверхности сорбента затрудняется и хемосорбция замедляется. Высокая гигроскопичность веществ поглотителя и продуктов реакции увеличивает отрицательное действие водяных паров, находящихся в воздухе, если их количество велико [79, 82,92].
Увеличение температуры в большинстве случаев положительно отражается на сорбционных свойствах химического поглотителя вследствие увеличения скорости диффузии адсорбтива через пограничный газовый слой и слой продуктов реакции, а также возрастания скорости химической реакции паров ОВ с веществами хемосорбента. Однако, необходимо, чтобы изменение температурных условий работы химического поглотителя не оказывало влияния на состав и структуру хемосорбента, не влияло на растворимость в воде ни одного из ингредиентов химического поглотителя Возрастание скорости тока воздуха уменьшает степень использования хемосорбента. Увеличение концентрации адсорбтива приводит к росту градиента концентраций и возрастанию абсолютного количества его паров, проникающих через диффузионный слой, что повышает степень использования хемосорбента. Однако, это увеличение незначительно по сравнению с уменьшением коэффициента защитного действия. В результате время защитного действия уменьшается обратно пропорционально увеличению концентрации паров адсорбтива.
Лабораторная установка для определения динамической активности хемосорбента по С02
Экспрессными принято называть методы, позволяющие получить результаты либо в процессе проведения эксперимента, то есть определения состава воздуха «на месте», либо непосредственно после отбора пробы.
Линейно-колористические методы (ЛКМ) являются самыми распространенными [117 ,118]. Благодаря простоте применения, быстроте анализа (экспрессности) колористический метод широко применяется как для мониторинга воздуха окружающей среды, так и в метрологических целях.
Рассматриваемый метод основан на получении окрашенной зоны внутри прозрачной трубки, заполненной индикаторным порошком. Оценка производится исходя из зависимости длины окрашенной зоны сорбента индикаторной трубки (ИТ) и концентрацией определяемого вещества.
Для удаления из анализируемой пробы веществ, мешающих определению, в некоторых конструкциях перед индикаторным порошком помещался слой адсорбента [119]. Метрологические характеристики ИТ зависят от природы и свойств индикаторного вещества и носителя [120]. Метод совмещает в себе пробоотбор, пробоподготовку и визуальное детектирование идентифицируемых и определяемых веществ.
Специфическим отличием метода является то, что реакция между определяемым веществом и реагентами, иммобилизованными на зернах носителя, протекает в динамическом режиме.
Особенность действия ИТ состоит в том, что газовый поток контактирует с поверхностью чувствительного элемента в течение времени, существенно меньшем времени, необходимого для установления сорбционного равновесия. Поэтому выходная величина (длина окрашенного столбика сорбента) линейно зависит от содержания определяемого микрокомпонента.
Динамический режим также обуславливает химические свойства выбираемых в качестве реагентов веществ. Они должны достаточно быстро взаимодействовать с анализируемым соединением, продукт реакции должен контрастно изменять цвет индикаторного порошка. Степень соответствия всем перечисленным требованиям определяет чувствительность ИТ.
На чувствительность линейно-колористического метода влияет ряд факторов [121], связанных физико-химическими и физико-механическими свойствами используемых носителей, типом и кинетикой аналитической реакции, обеспечивающей индикационный эффект. Поэтому для каждого анализируемого вещества или группы веществ подбирается конкретная аналитическая реакция и наиболее подходящий сорбент, учитывается также влияние на хемосорбционную емкость носителя и индикаторную рецептуру условий эксплуатации ИТ[121,122] - температуры, влажности, давления, физико-химических свойств пробы и условий ее отбора. На чувствительность ИТ оказывает существенное влияние движение газа через зернистый слой сорбента, объемная скорость воздуха [123]. Таким образом, среди экспрессных методов анализа воздуха наибольший интерес представляет метод индикаторных трубок, обладающий рядом важных достоинств.
Под устойчивостью функционирования (работы) отрасли, объекта, объединения в ЧС понимается их способность производить продукцию в установленном объеме и номенклатуре, а для отраслей и объектов, непосредственно не производящих продукцию (материальные ценности), выполнять свои функциональные задачи. Различают устойчивость инженерно- технического комплекса объекта и устойчивость работы объекта экономического хозяйства [124,125].
В работах [124-126] анализируются основные направления (пути и способы) повышения устойчивости объектов в ЧС: 1) рациональное размещение объектов, их зданий и сооружений; 2) обеспечение защиты производственного персонала и населения в условиях ЧС; 3) подготовка промышленного производства объекта к работе в условиях ЧС (в т. ч. повышение устойчивости технологического процесса, материально-технического снабжения); 4) подготовка к выполнению работы по восстановлению нарушенного производства; 5) подготовка системы управления хозяйством для решения задачи в ЧС.
Повышение устойчивости технологического процесса достигается заблаговременной разработкой способов продолжения производства при выходе из строя отдельных станков, линий, цехов за счет перевода производства в другие цеха; размещением производства отдельных видов продукции в филиалах; сокращением числа используемых типов станков и приборов; заменой сложных технологических процессов более простыми [125].
Основными задачами материально-технического снабжения (МТС) являются обеспечение предприятий сырьем, материалами, топливом и т. п., оснащение спасательных формирований техникой, СИЗОД, средствами связи, топливом, смазочными материалами и другими средствами, необходимыми для их действий.
В условиях ЧС МТС может быть нарушено вследствие уничтожения запасов материальных средств на складах и базах, выхода из строя предприятий-поставщиков и объектов энергетики, разрушения транспортных коммуникаций и др. В предвидении трудностей снабжения в условиях ЧС разрабатываются возможные изменения в технологии производства с целью замены наиболее дефицитных материалов, сырья на более доступные.
Модифицирование на стадии смешения компонентов
Снимали крышку с патрона и небольшими порциями загружали поглотитель в патрон, при этом после каждой порции содержимое патрона уплотняли постукиванием о его стенку резиновым молоточком. По достижении высоты загрузки ХП-И или ХП-ИМ. 10 см крышку закрывали и патрон подсоединяли к установке.
Испытания проводили при следующих условиях: объёмный расход ГВС -0,94л/мин; объёмный расход двуокиси углерода - 0,019 л / мин; объёмная доля двуокиси углерода в ГВС - 2%; температура ГВС -20С; относительная влажность ГВС - 87%; разница в показаниях сухого и смоченного термометров - 2С; высота слоя поглотителя в патроне (обеспечивается конструкцией патрона) -10 см.
Объёмные расходы газовоздушной смеси и двуокиси углерода заданы при температуре 20С и атмосферном давлении 101,3 кПа (760 мм рт. ст.). Проведение эксперимента.
Включали компрессор 1 и медленным поворотом крана 2 подавали в прибор воздух. Винтовым зажимом 3 устанавливали необходимую высоту подъёма жидкости на реометре 6 и определяли относительную влажность газовоздушного потока по психрометру 5.
При закрытом кране редуктора 8 открывали на четверть оборота вентиль баллона 7, затем плавным движением открывали вентиль редуктора и, манипулируя ручкой крана тонкой регулировки, устанавливали в реометре 10 высоту подъёма столба жидкости, соответствующую содержанию диоксида углерода в ГВС - 2% об. Этот момент отмечали в как время начала работы хемосорбента.
С помощью винтового зажима 3 устанавливали на реометре 14 высоту подъёма столба жидкости, соответствующую скорости газовоздушного потока, равной 0,94 л/мин. Проскок газа за слоем поглотителя фиксировали по слабому помутнению раствора гидроксида бария в сосуде
После проскока газа поворотом крана 15 переключали ГВС на сосуд 16.17 отключали от установки, содержимое выливали, сосуд промывали дистиллированной водой, заливали в него 35,0 мл НгО, 15 мл децинормального раствора Ва(ОН)2, 2-3 капли фенолфталеина и вновь подключали к установке поворотом крана 15. В течение трёх минут ГВС пропускали через сосуд 17, скорость потока контролировали по реометру 14. По истечении заданного времени ГВС переключали на сосуд 16, а сосуд 17 переносили на титровальный стол, где присоединяли его к воздушной сети поворотом крана 18. Пропускали через него слабый ток воздуха и оттитровывали содержимое сосуда децинормальным раствором соляной кислоты до обесцвечивания раствора.
Таким способом производили определение концентрации углекислого газа в ГВС за слоем хемосорбента через определённые промежутки времени до достижения заданной проскоковой концентрации. Опытные данные заносили в Протокол испытаний (Прил. 1). Эксперимент заканчивали следующим образом. Открывали зажим 13; закрывали вентиль баллона, затем кран редуктора и кран тонкой регулировки; открывали зажим 3, выключали компрессор и закрывали кран 2. Сосуд 17 промывали разбавленной соляной кислотой, затем дистиллированной водой и присоединяли к прибору. Снимали крышку патрона и извлекают отработанный поглотитель. Используя экспериментальные данные, помещенные в Протоколе, производили расчёт содержания углекислого газа за слоем химпоглотителя по методике, изложенной в [86]. Полученные результаты заносили в Протокол испытаний (ПрилЛ) и представляли в виде «выходной кривой» в координатах: проскоковая объёмная доля двуокиси углерода (ордината) - время работы ХП-И (абсцисса). Для минимизации погрешностей, неизбежных при оценке поглотителя по времени достижения проскоковой концентрации за слоем хемосорбента, равной 0,1 %об, динамичсеские испытания каждого образца проводили по раз, в результате чего были получены средние характеристики. Наряду с титриметрическим методом, для определения концентрации углекислого газа за слоем химпоглотителя использовали трубки индикаторные для измерения концентраций двуокиси углерода в воздухе ТИ-СОг-2,0. Для измерения концентрации СО2 трубку вскрывали, прокачивали через находящийся в ней сорбент ГВС, прошедшую через поглотительный патрон. В результате химической реакции в трубке реализовался колористический эффект[131]. Концентрацию углекислого газа определяли по шкале, цвет слоя индикаторного порошка изменялся от бежевого до малинового. Частота отбора о проб в обоих методах совпадала. По методике, изложенной в [129, 130], определяли, можно ли считать равноточными результаты, полученные титриметрическим методом (А), и способом, основанным на применении индикаторных трубок (В) равноточными. Предполагали, что нет различия между методами анализа в а отношении воспроизводимости устойчивости анализов. Для проверки этой гипотезы использовали F-критерий, основанный на распределении Фишера. Исходными данными для вычислений являлись время защитного действия образцов ХП-И и ХП-ИМ. до достижения за слоем поглотителя концентрации углекислого газа 0,1 об. %. Для промышленного ХП-И методом А были получены следующие О результаты: 65; 72; 67; 70; 80; 74; 62; 78 мин., методом В - 60; 60; 80; 70; 60; 78 мин. При выполнении расчетов вычитали 60 мин. из каждого представленного значения. Это не оказывало влияния на дисперсию.
Технология производства ХП-И и ХП-ИМ в условиях ЧС
Высокий уровень рН предопределят невозможность увеличения защитной мощности поглотителя вследствие затормаживающего растворение Са(ОН)2 и хемосорбцию С02 процесса кристаллизации слоя образующегося карбоната кальция [132]. Научно-практическое решение проблемы повышения защитной мощности известкового химического поглотителя путем перевода хемосорбционного процесса на гидрокарбонатный маршрут сводится к коррекции и стабилизации величины рН пленки водного раствора Са(ОН)2 на внутренней поверхности объема пор поглотителя.
Создание требуемого значения рН (7—10) направляет процесс в сторону образования, более растворимого в воде гидрокарбоната кальция [132-136] и значительно улучшает кинетические и динамические хемосорбционные характеристики поглотителя вследствие удвоения хемосорбционной емкости по С02 каждого находящегося в растворе катиона кальция. Растворимость гидрокарбоната кальция составляет 16,6 г/100 г воды (20С) по сравнению с 6.5 10"3 для карбоната [99, 137]. Подкисление водной пленки способствует протеканию и установлению динамического равновесия между тремя последовательными химическими реакциями, определяющими момент достижения равновесной динамической хемосорбционной емкости, соответствующей новым условиям: Вероятным технологическим приемом, обеспечивающим рекомендуемые условия, можно считать введение в рецептуру любых доноров протонов (кислот по Бренстеду), которые, реагируя в водной пленке с Са(ОН)2 и NaOH — неотъемлемым компонентом рецептуры штатного известкового химического поглотителя, создадут буферную систему — корректор и стабилизатор величины рН. При этом безразлично, какая это будет кислота, например NH или СН3СООН, но обязательным условием является превышение константы ее протолитической диссоциации соответствующей характеристики угольной кислоты (1 =4,8-10-11). Модифицирующие добавки могут быть введены в рецептуру известкового химического поглотителя в количествах одно- и двукратно эквимольных содержанию гидроксидных ионов, обеспечивая тем самым понижение и коррекцию величины рН вследствие гидролиза соли или образования буферного раствора. Вместе с тем следует учитывать и возможность образования в поглотителе при поглощении СО2 карбонатного буферного раствора ЫагСОз + ЫаНСОз с рН=10.32, также положительно влияющего на смещение хемосорбционного процесса в гидрокарбонатную область.
Основой наших исследований послужили теоретические и экспериментальные разработки методов повышения защитной мощности ХП-И, базирующиеся на введении в его рецептуру модифицирующих добавок, способных к коррекции и стабилизации рН поверхностного водного раствора химпоглотителя. Результаты введения в состав поглотителя таких модификаторов представлены в работах [132-136].
Еще одним доказательством перспективности перевода механизма поглощения С02 ХП-Им. на гидрокарбонатный маршрут является геохимический цикл углерода, который соответствует миграции этого элемента между сушей, океанами и атмосферой [138]. Диоксид углерода поглощается растениями и переходит в почву, где, соединяясь с водой, образует угольную кислоту (Н2СОз). Угольная кислота вызывает выветривание карбонатов (представленных формулой СаСОз), протекающее по реакции (3.2), и силикатов (представленных формулой CaSi03), в результате чего образуются ионы бикарбоната (НС03"), ионы кальция (Са ) и растворенный кремнезем. Эти продукты переносятся реками в океан, где в морских организмах ионы кальция и бикарбоната снова превращаются в карбонат кальция с выделением СОг, который в конце концов улетучивается в атмосферу. В ходе выветривания карбонатов общее количество атмосферного диоксида углерода остается постоянным. Ионы бикарбоната и кальция, образующиеся при выветривании силикатов, тоже соединяются с образованием карбоната кальция: Са2+ + 2НС03"= СаСОз + С02 + Н20. В ходе этих реакций только половина С02 возвращается в атмосферу и, значит, его общее содержание в атмосфере уменьшается. Равновесие поддерживается благодаря процессу, происходящему в глубинах Земли, где карбонат кальция и диоксид кремния соединяются с образованием С02 и силиката кальция. С02 дегазируется при извержениях вулканов и через минеральные источники и возвращается в атмосферу.
Рассмотрим возможные пути повышения защитной мощности известкового химического поглотителя при введении в его рецептуру на стадии смешения компонентов модифицирующих добавок, способных к коррекции и стабилизации рН поверхностного раствора ХП-Им.
Ограничение массового содержания модификатора в ХП-ИМ (1-3 масс. %) связано с проявлением балластного эффекта.
