Изучение возможности применения гидрофильного катализатора в системе вода-водород в контактных устройствах мембранного типа с трубчатыми мембранами

Для иллюстрации изменения оптической плотности А в спектре хлороформа на рис. 2 приведены значения последней для нескольких растворов с концентрацией Б (0 - 50) % ат., а также для СБС13 (99,8 % ат.). Как следует из рис. 2, изменение концентрации дейтерия удовлетворительно коррелируется с оптической плотностью. Необходимо отметить, что изменение оптической плотости для связи С-Н при волновом числе V = 1215 см по сравнению с данными на рис. 2 носит антибатный характер, но практическое использование этой полосы для построения градуировочной зависимости, скорее всего, из-за существенно меньшей интенсивности будет характеризоваться более высокой погрешностью измерений.

По результатам выполненных измерений построена градуировочная зависимость, отражающая изменение концентрации дейтерия в хлороформе в зависимости от оптической плотности А при волновом числе V = 906 см (связь С-Б в хлороформе), и представленная на рис. 3. Зависимость аппроксимируется прямой линией вида:

Св, % ат.= (91,34 ± 0,1о) х А

с довольно высоким значением коэффициента корреляции Я = 0,9916 (Я = 0,9832), не смотря на практически весь возможный диапазон изменения концентрации дейтерия (поправка на природную

концентрацию дейтерия в хлороформе не учитывалась). Как следует из рис. 3, для нескольких значений концентрации дейтерия в хлороформе наблюдается довольно большая ошибка в измерении оптической плотности, достигающая (15 - 30) % отн., и, соответственно, приводящая к существенной погрешности измерения концентрации Б, равной, например, для ее 30 %-го значения ДСБ = ± 8 % ат. Возможно, это обусловлено недостаточным числом параллельных измерений или, что наиболее вероятно, нерегулярностью нанесения в процессе измерений дополнительного объема жидкости на кристалл 2пБе НПВО, что отсутствует при измерениях на просвет, как, например, в работе [6].

Тем не менее, выполненные исследования показывают, что для определения концентрации Б в хлороформе - время анализа одной пробы не более (1 - 1,5) мин, требуемый объем « 50 мкл, пробоподготовка не требуется - ИК спектроскопия с использованием метода НПВО может быть вполне пригодна для экспрессного анализа растворов дейтеросодержащего хлороформа, например, в ходе процесса его получения методом химического изотопного обмена.

Рис. 1. К выбору числа сканирований спектра: отношение оптической плотности для связи С-Б АС-Б (у = 906 см-1) к аналогичной величине для связи С-Н АС-Н (у= 1215 см-1) в хлороформе

-о--

0,2 0,4 0,6 0,8 Оптическая плотность А Рис. 3. Градуировочная зависимость для определения концентрации Б в хлороформе на ИК-Фурье спектрометре методом НПВО

Рис. 2. Изменение оптической плотности при волновом числе у= 906 см-1, соответствующим

колебаниям связи С-Б, в зависимости от концентрации Б

Исследования выполнены на оборудовании Центра коллективного пользования имени Д.И. Менделеева.

Иванов Павел Игоревич, инженер Центра коллективного пользования имени Д.И. Менделеева РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва.

Хорошилов Алексей Владимирович, к.х.н., директор Центра коллективного пользования имени Д.И. Менделеева,РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва.

Маковеева Ксения Александровна, студентка 5 курса Института материалов современной энергетики и нанотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва

Гарипова Ляйсан Халиловна, студентка 5 курса Института материалов современной энергетики и нанотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва.

Литература

1. Изотопы: свойства, получение, применение. В 2 т. /Под ред. В.Ю. Баранова //М.: Физматлит. 2000. Т. 2. С. 484-557.

2. Баженова М.А., Шалыгин В.А. Изотопный обмен водорода в двухфазной системе хлороформ-вода // Сб. тезисов докладов VIII Международной молодежной научной конференции Полярное сияние 2005. Ядерное будущее: безопасность, экономика и право. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://polar.mephi.ru/ru/conf/2005/4_perspektivy/4_bajenova.html (дата обращения 01.06.2016).

3. Бёккер Ю. Спектроскопия /Пер. с нем. под ред. А.А. Пупышева, М.В. Поляковой // М.: Техносфера, 2009. - 528 с.

4. Vibrational and/or electronic energy levels [Электронный ресурс]. - Режим доступа:

http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C67663&Units=SI&Mask=800#Electronic-Spec (дата обращения: 17.03.2016).

5. Methane-d, trichloro-. Vibrational and/or electronic energy levels [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C865496&Units=SI&Mask=800 (дата обращения: 17.03.2016).

6. Глазунова В.С., Мосеев П.С., Чеботов А..Ю., Розенкевич М.Б. Определение содержания дейтерия в воде

методом инфракрасной спектроскопии в широком диапазоне концентраций // Успехи в химии и химической технологии. - 2015. Т. 29. № 6. С. 48-49.

Ivanov PavelIgorevich, Khoroshilov Aleksei Vladimirovich*, Makoveeva Ksenia Аleksandrovna, Garipova Laisan Khalilovna

D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: ckp@muctr.ru

THE DETERMINATION OF DEUTERIUM CONCENTRATION IN CHLOROFORM BY IR SPECTROSCOPY

Abstract

By IR spectroscopy using FTIR method, the values of the optical density of the solutions prepared on the basis of normal CHCl3 and deuterated CDCl3 chloroform. The calibration dependence is obtained to determine the concentration of deuterium in chloroform ranging from natural level to 99.8 atomic % D based on the measurement results, that can be used for rapid analysis of chloroform CDCl3 under preparation, for example, by chemical isotope exchange.

Key words: deuterium, chloroform, deuterochloroform, IR spectroscopy, FTIR method, determination of the deuterium concentration in chloroform.

УДК 621.039.322

А. Ю. Чеботов*, М. Н. Соловьева, И. Л. Растунова

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская пл., д. 9 *email: a.u.chobotov@gmail.com

ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ГИДРОФИЛЬНОГО КАТАЛИЗАТОРА В СИСТЕМЕ ВОДА-ВОДОРОД В КОНТАКТНЫХ УСТРОЙСТВАХ МЕМБРАННОГО ТИПА С ТРУБЧАТЫМИ МЕМБРАНАМИ

а

В работе представлены результаты сравнения экспериментальных характеристик массопереноса для контактного устройства мембранного типа новой конструкции, заполненного гидрофобным или гидрофильным катализатором. Также представлены результаты математического расчета коэффициента массопереноса и влияние конструктивных особенностей и свойств катализатора на эффективность процесса массопереноса в контактных устройствах мембранного типа.

Ключевые слова: контактное устройство мембранного типа (КУМТ), коэффициент массопередачи, детритизация, химический изотопный обмен (ХИО), система вода-водород.

Детритизация легкой воды и кондиционирование жидких тритийсодержащих легководных отходов с целью дальнейшего их захоронения является важной международной экологической задачей. Химический изотопный обмен (ХИО) в системе вода-водород с использованием гидрофобного катализатора по праву считается наиболее привлекательным методом для решения многих задач разделения изотопов водорода, в том числе и детритизация легководных отходов [1]. Однако при эксплуатации разделительных установок с гидрофобным катализатором возникает проблема, связанная с нарушением гидродинамических условий при контакте газа и жидкости в слое гидрофобного катализатора, что в условиях противотока приводит к уменьшению пропускной способности аппарата [1].

В РХТУ имени Д.И. Менделеева для осуществления процесса было разработано контактное устройство мембранного типа (КУМТ) [2]. В этих контактных устройствах поток жидкой воды отделен от находящегося в парогазовом пространстве катализатора с помощью мембраны, проницаемой для молекул воды. Такая организация потоков дает возможность использовать для реализации процесса ХИО не гидрофобные по своей природе катализаторы, а также снимает необходимость вертикального расположения разделительных элементов на основе мембранных контактных устройств, вследствие чего появляется перспектива создания компактных установок детритизации воды.

В настоящей работе предложена новая конструкция контактного модуля мембранного типа

(КУМТ-ТМо-2) мембран (рис. экспериментов работы с катализатора.

с использованием трубчатых 1а), а также проведена серия для подтверждения стабильно использованием гидрофильного

Рис. 1. Контактное устройство мембранного типа с трубчитыми мембранами: а-внешний вид КУМТ-ТМо-2 с трубчатыми мембранами; б-гидрофильный платинированный катализатор ОПК-2 (носитель - у-оксид алюминия, содержание платины 0,2

масс.%, размер гранул 2 мм); в-гидрофобный платинированный катализатор РХТУ-3СМ (носитель -

сополимер стирола с дивинилбензолом, содержание платины 0,8 масс. %, размер гранул 0,8 мм)

В КУМТ-ТМо-2 используется 12 мембран ТФ-4СК длинной 13см, толщиной 150 мкм и суммарной площадью 0,0029 м2. КУМТ-ТМо-2 состоит из двух секций (по 6 мембран на секцию), с объёмом 53,04 см3 каждая. Объём жидкостного пространства на секцию равен 0,12 см3. Для заполнения КУМТ-ТМо-2 были выбраны гидрофобный катализатор РХТУ-3СМ и гидрофильный катализатор Р^А1^3 типа ОПК-2.

Для сравнения работы КУМТ-ТМо-2 с использованием двух различных по природе катализаторов была проведена серия экспериментов на установке с независимыми потоками. В парогазовое пространство контактного устройства подается поток электролитического водорода с тритиевой меткой (~10-6 Ки/кг), предварительно насыщенный парами воды, выходящей из жидкостного пространства контактного устройства, при температуре эксперимента. В противоток паро-водородной смеси подается поток воды природного