Введение к работе
В настоящее время трудно найти какую-либо отрасль промышлен-кэго производства, где бы в той или иной степени не использовались ;оли карбонових кислот. Функционально наиболее важными и известными являются консистентные смазки, многочисленные пропиточные и мо-оте составы, сиккативы, мыла для кожевенной промышленности, пуд-эовки в производстве резиновых изделий и т.д.. Не менее важными , <отя и требующими значительно меньших количеств солей, являются металлсодержащие катализаторы многих окислительных, полимеризаци-энных и деструктивных процессов, ингибиторы указанных и ряда других химических превращений, стабилизаторы полимеров, многочисленные добавки полифункционального назначения. Использование находят золи практически всех металлов периодической системы с очень широким ассортиментом карбоновых кислот и их производных.
Многочисленные методы получения солей карбоновых кислот так или иначе группируются вокруг двух: высокотемпературного прямого взаимодействия оксидов и (или) гидроксидов металлов с карбоновыми кислотами (вариант плавленных сиккативов) и метода обменного разложения с промежуточным образованием соли щелочного металла и кар-боновой кислоты . В настоящей работе рассматриваются закономерности принципиально нового варианта низкотемпературного прямого взаимодействия тех же оксидов, гидроксидов и карбонатов металлов с карбоновыми кислотами в трибохимическом исполнении и очерчиваются границы его работоспособности. Последний способ прост в исполнении, протекает при комнатных и приближающихся к ним температурах, в широком диапазоне условий следует простому кинетическому уравнению для необратимой реакции первого порядка ,. не требует стехио-метрического избытка какого-либо из реагентов, обеспечивает количественное их расходование в течение довольно небольшого времени не предъявляет каких-либо жестких требований к чистоте используемого сырья, что существенно приближает его к промышленному использованию.
Актуальность темы. Механохимия - одна из наиболее молодых областей химии, которая уверенно и быстро расширяет свои границы в том числе и в направлении химической технологи" промышленных, производств. В области оргагических соединений наиболее распростра-" ненной областью использования механохимии является механический крекинг.полимеров, позволяющий не только объяснить многие важные явления в данной области, но и целенаправленно использовать их на
практике.
Для низкомолекулярных неорганических веществ механохимия поз валяет проводить при низких температурах многочисленные реакци обмена непосредственно на поверхности одного из реагентов, находя щегося в твердой фазе. Именно для этой области характерны аномаль но высокие скорости протекания гетерогенных гетерофазных реакци при температурах окружающей среды или приближающихся к последним Ряд из таких превращений связан с реакциями в смазках и в подобны композициях, что дало возможность называть такие реакции трибохи мическими.
В свете сказанного выше, тема данной диссертационной работ направлена на исследование кинетических закономерностей трибохими ческого взаимодействия оксидов, гидроксидов и карбонатов ряда ме таллов с находящимися.в растворе.довольно высокомолекулярными кар боновими кислотами и на расширение знаний в этой интересной и важ ной области химии и химической технологии, является актуальной важной не только в теоретическом, но и в практическом и экологи ческом отношении. Последнее предопределено и возможностями исполь зования в качестве сырья отходов иных производств, что расширяв базу вторичного сырья и приводит к утилизации отходов.
Цель работы. Изучить кинетические закономерности трибохимического взаимодействия оксида свинца с карбоновими кислотами, убе диться в их правомерности в отношении оксидов, гидроксидов и кар оонатов кальция, цинка и ряда других металлов, определить границ работоспособности такого процесса, проранжировать факторы воздейс твия на него, выявить факторы управления, подобрать эффективны трибохимические катализаторы и получить необходимые данные для ре ализации такого способа получения солей в промышленном варианте.
Научная новизна работы заключается:
в четком определении комплекса условий, когда лимитирующе стадией трибохимического взаимодействия металлсодержащего реагент с кислотой становится доставка кислоты путем массоотдачи из жидко фазы на постоянно обновляему» и очищаемую механическим и гидроди намическим способами от солей-продуктов поверхность металлсодержа дего реагента;
в комплексном и взаимоувязанном определении границ работос пособности способа по всем внешним факторам воздействия в отсутс твие и в присутствии высокоэффективного трибохимического катализа тора;
-в ранжировке внешних факторов-воздействия на обязательны
определяющие, факторы основного управления и корректирующего плана с обоснованием условий, когда тот или иной фактор будет выполнять отведенную ему роль;
в определении основных типов отклонений кинетических закономерностей от кинетического уравнения для реакций первого порядка ив установлении причин таких отклонений;
в обнаружении эффективных трибохимических катализаторов среди азотсодержащих соединений и в. выявлении первичных принципов их прогнозируемого подбора.
Практическая ценность работы заключается :
в реализации предложенного способа на техническом и некондиционном (включая и прямые отходы производств) сырье с сопоставимыми с реактивным сырьем характеристиками;
в использовании реакционных смесей трибохимического процесса в качестве катализаторов совместного окисления жиров и масла ПОД в процессе промышленного производства жирующих материалов типа РЕМ, а также деструктивного окисления Оутилкаучука и бутадиенсти-ролького каучука СКС-30 АРКПН с целью получения пленкообразующих для отделочных материалов;
в обосновании возможности использования полученных трибохи-мическим способом композиций мыл тяжелых металлов в качестве наполнителей жирующих композиций для кожевенного производства.
Методы исследования и контроля. При выполнении данной диссертационной работы использован кинетический метод исследования с привлечением химических (весовых и объемных), физико-химических (потенциометрия, хроматография, термогравиметрия) и технических методов входного, текущего и выходного контроля, а также определение степени чистоты исходного сырья и идентификации продуктов превращения.
Апробация работы. Результаты работы докладовались на Международной научно-технической конференции "Современные тенденции развития технологии и техники текстильного производства" (г.Иваново, 1993 г.); 1-й региональной научно-технической конференции "Проблемы химии и химической технолоии ДЧ РФ" (г.Липецк, 1993 г.); 21-й региональной научно-технической конференции "Проблемы химии и химической технологии ЦЧ РФ" (г.Тамбов, 1994 г.) Ш-й региональной,, научно-технической конференции "Проблемы химии и химической технология" (г.Воронеж, 1995 г.); Всероссийской научно-технической конференции "Проблемы'химии и химической технологии" (г.Курск, 1995 г.)
Публикации. По материалам исследований опубликовано 12 работ из них 3 статьи, 1 положительное решение по заявке на патент РФ, тезисов докладов. Результаты работы использованы при разработк двух методических указаний к лабораторным работам по дисциплинам "Основные процессы и аппараты химических производств". "Общая хи мическая технология".
Структура и обгем диссертации. Работа изложена на 16'3 страни цах машинописного текста, состоит из 5 глав и приложения, включає 24 рисунка, 19 таблиц, список литературы содержит 147 источников.
В диссертационной работе защищаются: низкотемпературное пря мое трибохимическое взаимодействие оксида свинца, а также оксидов гидроксидов и карбонатов ряда других металлов с карбоновими кислотами как новый способ получения солей карбоновых кислот; кинетические закономерности указанного процесса и обоснование природі лимитирующей стадии; отклонения от кинетических закономерносте) оптимального варианта и причины их происхождения; границы работоспособности процесса по всем основным внешним факторам воздєйстбиі на систему в отсутствие и в присутствии высокоэффективного трибохиыического катализатора; трибохимические катализ и каталиваторі процесса; некоторые принципы прогнозируемого подбора катализаторої среди азотсодержащих соединений; реализация процесса на техническом и некондиционном сырье и пути использования трибохимическю реакционных смесей в промышленном производстве ряда отделочных материалов.
Личный вклад автора. Диссертантом выполнен весь объем экспериментальных исследований, проведены необходимые расчеты, обработка результатов и анализ последних, сформулированы общие положения, выносимые на зашиту, выводы и рекомендации.
