Введение к работе
Актуальность темы.
Технологические растворы предприятий целлюлозно-бумажной промышленности (ЦБП) являются сложной многокомпонентной системой, содержащей в своем составе редокс-системы, обладающие различным уровнем восстановительной емкости. Изучение механизмов взаимодействия компонентов этих производственных сред (водорастворимых компонентов древесины) с вводимыми в раствор окислителями представляется весьма сложной и интересной задачей, решение которой позволяет разрабатывать новые высокоинформативные методы селективного определения компонентов технологических растворов, в частности, лигносульфоновых кислот (ЛСК) и их солей лигносульфо-натов (ЛС) , составляющих до 70% от общего количества загрязнителей, сбрасываемых со сточными водами предприятий ЦБП.
Теоретические положения физической химии, а также уровень развития инструментальных физико-химических методов позволяют предложить новый подход к рассмотрению поставленной проблемы. Наиболее перспективным в практике аналитического технологического контроля является метод косвенной оксредметрии, с использованием в качестве медиаторов окислительно-восстановительных систем (ОВС) на основе переменновалентных металлов, одной из которых, нашедшей применение в технологической практике, является редокс-система на основе солей церия.
Несмотря на значительные успехи, достигнутые различными исследователями по изучению свойств редокс-системы Се4+/Се3+, вопросы ион-молекулярного состояния солей церия (III,IV) в растворе, а также механизм их взаимодействия с основными компонентами (лиг-нинными и углеводными) технологических растворов (щелоков, сточных и промывных вод) по-прежнему остаются предметом дискуссии.
Следовательно, является актуальным изучение физико-химических свойств водных растворов церия (111,1V) и механизма их взаимодействия с водорастворимыми компонентами древесины для разработки оксредметрических научно-обоснованных экспресс-методов контроля компонентов производственных сред.
Работа выполнена в соответствии с Федеральной целевой научно -технической программой (подпрограмма "Комплексное использование древесного сырья 1996-2000 г.г.).
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является
изучение физико-химических свойств растворов солей церия(III, IV), механизма их взаимодействия с основными компонентами производственных сред и разработка научно-обоснованного оксредметрического метода контроля производственных потоков по содержанию лигнинных компонентов.
Основные задачи исследования:
характеристика ион-молекулярного состояния солей церия (III, IV) в кислой среде;
оценка реакционной способности основных компонентов технологических растворов ЦБП в реакциях редокс-взаимодействия с солями церия;
разработка оксредметрического метода определения концентрации ЛСК в производственных растворах ЦБК.
Научная новизна. Впервые предложена схема ион-молекулярных превращений в системе сульфат церия (IV) - серная кислота - вода, включающая стадию гидролиза ионов церия (IV) и образование гид-роксо-, гидроксосульфатных и ацидокомплексов церия (IV); определены области преимущественного существования различных комплексов в сернокислом растворе; оценена граница устойчивости солей церия (III, IV) в серной кислоте. Разработан и экспериментально подтвержден механизм процесса окисления сернокислым церием (IV) ванилинового спирта, лимитирующей стадией которого является разложение промежуточного комплекса (рк= 7,2-Ю2, 1=1М). Изучено взаимодействие церия(IV) с глюкозой в различных условиях при температурах 20-35С, рассчитаны термодинамические параметры процесса и термодинамические константы устойчивости образующихся гетероли-гандных сульфатсахаратных комплексов церия (IV).
На основании проведенных исследований впервые разработан окередметрический метод определения концентрации ЛСК в производственных растворах ЦБК и предложен способ его аппаратурной реализации.
Практическая значимость работы. Разработан окередметрический экспресс-метод определения концентрации ЛСК в сульфитных щелоках и сточных водах предприятий ЦБП (относительная погрешность определения не превышает 3,5%). Предложен способ его аппаратурной реализации на основе анализатора окисляемых веществ (АОВ), разработанного на кафедре физической химии Архангельского технического университета.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на 4-й конференции молодых ученых "Исследования в области химии древесины" (Рига, 1985 г.), на 7-й Всесоюзной конференции по химии и использованию лигнинов (Рига, 1987 г.), на международной конференции "Проблеш окислительно-восстановительных превращений компонентов древесины" (Архангельск, 1990 г.) и на Всесоюзной конференции "Химия и реакционная способность целлюлозы и ее производных" (Чолпон-Ата, 1991 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ, получен Патент на изобретение.
Автор выносит на защиту:
ион-молекулярное состояние солей церия (III.IV) в кислой среде;
термодинамические параметры и влияние условий эксперимента на процесс окисления углеводных компонентов сернокислым церием(IV) (на примере глюкозы);
механизм редокс-взаимодействия лигнинных компонентов с сульфатом церия (IV) на примере ванилинового спирта;
оценка реакционной способности основных компонентов производственных сред ЦБП в реакциях редокс-взаимодействия с солями церия;
оксредметрический метод определения концентрации ЛСК в технологических растворах ЦБП.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы (глава 1), методической части (глава 2) и экспериментальной части (главы 3-5), выводов, списка использованной литературы, содержащего 106 источников. Работа изложена на 131 странице машинописного текста, содержит 35 рисунков и 17 таблиц.
