СПОСОБ ОЧИСТКИ БЕТОНА ОТ АММИАКА
METHOD TO PURIFY CONCRETE FROM AMMONIA

Изобретение относится к области очистки бетонных изделий от токсичных летучих веществ и может быть использовано, преимущественно, для снижения эмиссии аммиака из бетонных стен и перекрытий в жилых и производственных помещениях.
Известен способ очистки воздуха в животноводческих помещениях от аммиака и микроорганизмов [RU 2447924, C1, B01D 47/06, 20.04.2012], включающий его пропускание через распыленный 5%-ный раствор хлорной извести на единицу обрабатываемого воздуха в течение определенного времени.
Недостатком способа является относительно узкая область применения, поскольку он может быть использован только для снижения концентрации аммиака, уже находящегося в воздушной среде помещения.
Известен также способ удаления аммиака из газовой смеси [RU 2042622, C1, B01D 53/11, 27.08.1995], в соответствии с которым газовую смесь, содержащую примесь аммиака, контактируют с гликолем при давлении, равном давлению в процессе синтеза аммиака, последующую регенерацию абсорбента ведут путем десорбции аммиака при нагревании в два этапа или более, десорбированный аммиак конденсируют при охлаждении водой с температурой 5-35°C, основную часть аммиака десорбируют на первом этапе при давлении 7-20 бар, а на заключительном этапе при давлении 1-3 бар, при этом, промежуточную десорбцию проводят при давлении 5-15 бар, предпочтительно десорбированный на последнем этапе десорбции аммиак сжимают и возвращают на первый этап десорбции, десорбцию проводят при 100-150°C в процессе нагревания технологическим теплом, причем, возможна повторная абсорбция аммиака, десорбированного на заключительном этапе десорбции, после чего абсорбирующий раствор перекачивают на первый этап десорбции, предпочтительно сбрасывают давление потока аммиака, конденсированного после первого этапа десорбции, полученный газообразный аммиак объединяют с аммиаком после заключительного этапа десорбции, сжимают и подают на первый этап десорбции.
Недостатком этого способа является относительно большая сложность и относительно узкая область применения, поскольку предполагает проведения большого числа операций и может быть использован только для снижения концентрации аммиака уже находящегося в воздушной среде помещения.
Кроме того, известен способ [RU 2444396, C1, B01D 53/00, 10.03.2012], заключающийся в нейтрализации паров аммиака водным раствором 20%-ной лимонной кислоты под давлением 2 атм в течение 2 мин 6-8 раз подряд через каждые 15 минут.
Недостатком способа является относительно узкая область применения, поскольку он может быть использован только для снижения концентрации аммиака, уже находящегося в воздушной среде помещения.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ очистки бетона от аммиака [SK 1510-99, A3, (USNAV POLIMEROV SAV), 11.06.2001, 7 с., реферат], в соответствии с которым для чистки бетона используют водный раствор органической кислоты и соли.
Недостатком способа является его относительно низкая эффективность, обусловленная отсутствием рекомендаций по количественному соотношению компонентов и их согласованию с количеством остаточного аммиака в бетоне.
Рост интенсивности строительных работ в зимнее время требует использования разнообразных противоморозных присадок в бетоны. Традиционно используемые присадки, в частности, водный раствор аммиака, нитрат аммония, карбамид и ряд других аммиаксодержащих добавок в условиях дальнейшей эксплуатации бетонных конструкций могут вызывать выделение аммиака из бетона. Другой причиной выделения аммиака из бетона может быть его присутствие в цементе. Обе причины, вызывающие выделение аммиака из бетона, трудноустранимы и существенно снижают эксплуатационные характеристики построенных зданий.
Требуемый технический результат заключается в повышении эффективности очистки бетона от аммиака и снижения, таким образом, эмиссии аммиака из бетонных изделий после их очистки, в частности, из бетонных стен и перекрытий в жилых и производственных помещениях.
Требуемый технический результат достигается тем, что в способе очистки бетона от аммиака, основанном на использовании водного раствора органической кислоты и соли, который наносят на поверхность бетонного изделия, согласно изобретению, в качестве органической кислоты используют или муравьиную кислоту, или уксусную кислоту, или пропионовую кислоту, а в качестве соли используют соли или натрия, или калия, или кальция азотистой кислоты, причем, количество органической кислоты и соли в водном растворе выбирают из расчета один моль кислоты и один моль соли на один моль аммиака, а содержание воды в растворе от 10 до 90% масс.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, перед нанесением водного раствора органической кислоты и соли на поверхность бетонного изделия, проводят ее прогрев.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, перед нанесением водного раствора органической кислоты и соли на поверхность бетонного изделия, проводят ее увлажнение.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, перед нанесением водного раствора органической кислоты и соли на поверхность бетонного изделия, проводят ее прогрев с одновременным увлажнением.
Предложенный способ очистки бетона от аммиака может быть реализован следующим образом.
Предлагается способ снижения эмиссии аммиака из бетонов, приготовленных на основе аммиаксодержащих противоморозных добавок и аммиаксодержащих компонентов, заключающийся в том, что бетон обрабатывают растворами солей щелочных и щелочноземельных металлов азотистой кислоты в смеси с карбоновыми кислотами жирного ряда.
Для интенсификации процессов проникновения реагентов в объем обрабатываемого материала и реакций разложения аммиака проводят прогрев бетона обработкой тепловыми пушками (до температур 30…80 градусов), парогенераторами, электороосмотическими устройствами, ультразвуковой обработкой.
В частности, предварительно, поверхность бетонного изделия прогревают и/или увлажняют. Возможно также осуществление прогрева водяным паром, что приводит одновременно и к прогреву и к увлажнению.
Цель прогрева - удалить избыток аммиака и раскрыть поры и капиллярные каналы материала для более эффективного поступления раствора.
Раствор соли и кислоты лучше проникает в объем бетона в случае влажной поверхности, поскольку в этом случае образуется градиент концентрации соли и кислоты.
Во всех случаях выбор концентрации реагентов и их соотношения проводится на основе результатов качественного и количественного анализа бетона на содержание аммиака и противоморозной присадки.
Раствор солей щелочных и щелочноземельных металлов азотистой кислоты в смеси с карбоновыми кислотами жирного ряда наносят на предварительно увлажненную поверхность бетона, добиваясь проникновения растворов в объем бетона. Допустимо и последовательное нанесение растворов соли и кислоты.
По стехиометрическому уравнению реакции на один моль аммиака требуется один моль нитрита и один моль кислоты. Для ускорения протекания реакции обычно используют избыток реагента от 10 до 100%.
При реакции нитрит ионов с ионом аммония образуется азот и вода. Остающийся свободным катион, противоион нитрит иона, связывается добавляемой кислотой, образуя соль. Получаемая соль не разрушает структуру бетона, что известно, поскольку формиаты, например формиат натрия, добавляют в бетон в качестве противоморозных добавок. В случае использования только кислоты происходит не разложение аммиака, а его связывание в соль муравьиной кислоты, что препятствует его выделению в газовую фазу. В случае использования только соли происходит разложение аммиака до азота, а противоион нитрит иона связывает противоинон аммиака, например, карбонат ион.
При реакции нитритов с аммиаком происходит его разложение до азота, выделяющегося из бетона:
2
4
2
2
KatNO+NHAnion=N+KatAnion+2НО
Если аммиак присутствует в виде иона аммония, например, добавлялся водный раствор аммиака в виде противоморозной добавки, то необходимо связывать противоион нитрит иона кислотой:
2
4
2
2
KatNO+NHOH=N+KatOH+2НО
2
KatOH+HAnion=KatAnion+HO
В случае использования только кислоты протекают следующие реакции:
4
2
4
NHОН+HAnion=НO+NHAnion
4
4
NHAnion1+HAnion=HAnion1+NHAnion
Другие продукты реакции, соли щелочных и щелочноземельных металлов карбоновых кислот жирного ряда, частично удаляются при проведении процесса нейтрализации аммиака, а частично остаются в объеме бетона. Остаточное содержание этих солей и не прореагировавших солей щелочных и щелочноземельных металлов азотистой кислоты не влияет на эксплуатационные свойства обработанного бетона.
2
В качестве примера экспериментального использования предлагаемого способа рассмотрим способ нейтрализации аммиака из помещения с площадью бетонной поверхности 10 м. Бетон обрабатывали горячей водой и паром. Альтернативно бетон обрабатывали горячей водой, а затем 30% масс водным раствором муравьиной кислоты и нитрита натрия. Для сравнения применили прогрев тепловыми пушками. После обработки проводились измерения степени уменьшения эмиссии аммиака. Оказалось, что использование рекомендованных составов позволяет добиться более существенного снижения концентрации аммиака в бетоне и в газовой фазе по сравнению с обработкой только горячей водой и паром (термовлажностная обработка) и существенно большего, в сравнении с прогревом.
Таблица.
Сравнение способов снижения эмиссии аммиака из бетона.
№
Тип обработки
Количество аммиака
До обработки
После обработки
Газовая фаза, мг/м<sup>3</sup>
Бетон, мг/г
Газовая фаза, мг/м<sup>3</sup>
Бетон, мг/г
1
Термовлажностная
10.0
0.012
2.0
0.006
2
Последовательное увлажнение и нанесение растворов кислоты и соли
25.0
0.014
0.2
0.001
3
Термообработка тепловыми пушками (воздух с температурой 55°С) с регулярным проветриванием
5.0
-
2.0
-
Таким образом, благодаря усовершенствованию известного способа достигается требуемый технический результат, заключающийся в повышении эффективности очистки бетона от аммиака и снижении, таким образом, эмиссии аммиака из бетонных изделий после их очистки, в частности, из бетонных стен и перекрытий в жилых и производственных помещениях.