Нестандартные методы активации химических реакций

Август 3, 2022

Главная
Химия
Нестандартные методы активации химических реакций

Содержание

2. Фотохимическая активация В основе метода лежит взаимодействие вещества со светом, результатом которого является превращение световой энергии
3. Фотосенсибилизаторы, которые избирательно поглощают УФ- и ИК-излучение и передают затем энергию возбуждения оптически непрозрачным реагентам. Например-
4. Плазмохимическая активация Активация системы происходит под действием электрического поля, которое возникает при электрическом разряде в плазмотроне.
5. Механохимическая активация - это активация системы под воздействием поглощения упругой энергии в процессе механической обработки твердого
6. С практической точки зрения эти требования реализуются при условии высокоскоростного удара и вибрационной обработки. Такие режимы
7. На поверхности кавитационного пузырька существует некомпенсированный электрический заряд. При схлопывании пузырька образуется поле напряженностью порядка 1011
8. Радиационная активация - активация системы под воздействием ионизирующего излучения. Существует два типа ионизирующего излучения: коротковолновое электромагнитное
9. К числу преимуществ методы можно отнести низкие температуры процесса, возможность использования реагентов в любом агрегатном состоянии,
10. Низкотемпературная (криохимическая) активация - активация системы под воздействием очень низких температур (от –78 до –1960С). Установлено,
12. Скачать презентацию

Слайд 2

Фотохимическая активация
В основе метода лежит взаимодействие вещества со светом, результатом которого

является превращение световой энергии в химическую. Энергия фотонов при длине волны 760 – 200 нм равна 17- - 580 кдж/моль, что сопоставимо с энергиями связей в молекулах. Поэтому при поглощении фотонов происходит разрыв связи или ее ионизация, либо возникают возбужденные молекулы. Система при этом остается «холодной».
В промышленности реализован целый ряд фотохимических процессов, среди которых можно назвать хлорирование и сульфохлорирование предельных углеводородов, получение витамина D из эргостерона, фотонитрозирование циклогексана в производстве капролактама, некоторые процессы полимеризации и изомеризации. В качестве примера можно привести процесс получения хлорпроизводных метана, в котором первой стадией является фотохимическое инициирование распада молекулы хлора на активные радикалы:

Слайд 3

Фотосенсибилизаторы, которые избирательно поглощают УФ- и ИК-излучение и передают затем энергию

возбуждения оптически непрозрачным реагентам.
Например- прямое окисление метана в формальдегид с использованием сенсибилизатора – серы

При стандартном методе получения формальдегида (6000С, катализатор – оксиды азота) выход целевого продукта составляет 38%. При лазерной активации процесса β = 20% при селективности 90%.
Основным достоинством фотохимической активации является высокая селективность процесса, так как процесс протекает при низких температурах и излучение поглощается определенным веществом в реакционной смеси или отдельным типом связи.

Слайд 4

Плазмохимическая активация
Активация системы происходит под действием электрического поля, которое возникает при

электрическом разряде в плазмотроне. Для производственных целей разработаны электродуговые мощностью около 1 мВт и сверхвысокочастотные мощностью до 50 – 100 кВт плазмотроны. В качестве плазмообразующего газа применяют гелий, азот, водяной пар и др.
В России работают 40 промышленных установок с плазмохимической активацией; они производят ацетилен, сажу, водород, синтез-газ, тугоплавкие соединения металлов (оксиды, карбиды, нитриды), волокнистые световоды.
При плазмохимических реакциях достигаются очень высокие температуры (от 103 до 2 105 К). Эти реакции необратимы и малоселективны. Однако они позволяют перерабатывать сырье самого широкого состава и в любом агрегатном состоянии. Технологии, основанные на плазмохимической активации, экономически целесообразны при низкой стоимости электрической энергии.

Слайд 5

Механохимическая активация - это активация системы под воздействием поглощения упругой энергии в

процессе механической обработки твердого тела. При механическом воздействии в отдельных участках твердого тела создается поле напряжений. В зависимости от свойств тела, типа и режима обработки может происходить: выделение тепла, образование новых поверхностей, дефектов в кристаллах, появление короткоживущих активных центров. Помимо этих эффектов, трение, раскалывание, разрушение поверхностей вызывает статическую электризацию с такой концентрацией заряда, что в материале создается электрическое поле с напряженностью, достигающей 107 В /см. При ударе возникают также локальные градиенты температур (600 – 8000С) и давлений (2 – 3 гПа).
Эффективность механического воздействия возрастает при сокращении длительности импульсов и увеличения частоты их следования.

Слайд 6

С практической точки зрения эти требования реализуются при условии высокоскоростного удара

и вибрационной обработки. Такие режимы осуществляются в планетарных и дифференциальных центробежных мельницах, в вибромельницах.
Звукохимическая активация (сонохимическая) - активация системы под воздействием ультразвукового поля. При действии ультразвука может изменяться не только скорость, но и направление реакции. Известен целый ряд реакций, которые в отсутствии ультразвука вообще не протекают. Ультразвуковое излучение позволяет вести синтез в одну стадию с высокой селективностью. Химическое действие ультразвуковых волн связано с явлением кавитации. Кавитация – разрыв сплошности жидкости, выражающийся в образовании и исчезновении полостей (кавитационных пузырьков) внутри жидкости под воздействием акустических полей

Слайд 7

На поверхности кавитационного пузырька существует некомпенсированный электрический заряд. При схлопывании пузырька

образуется поле напряженностью порядка 1011 В/м. Возникающие электрические микроразряды способствуют ионизации и диссоциации молекул. Кроме того, в момент схлопывания локально повышается давление до 104 – 105 мПа и происходит мгновенный разогрев пограничных слоев жидкости, за которым следует такое же мгновенное охлаждение. В целом температура системы не повышается, поэтому процессы с ультразвуковой активацией высокоселективны.
Технически ультразвуковая активация осуществляется через пластины с излучающей поверхностью, опущенные в водную или неводную жидкую фазу и соединенные с преобразователями различного вида (гидродинамическими, электродинамическими, пьезоэлектрическими, магнитост-рикционными), работающими в ультразвуковом диапазоне.

Слайд 8

Радиационная активация - активация системы под воздействием ионизирующего излучения.
Существует два типа

ионизирующего излучения: коротковолновое электромагнитное (рентгеновское и γ-излучение); корпускулярное (ускоренные электроны и нейтроны, протоны, α-частицы и др.).
При радиолизе в системе возникают локальные зоны с повышенным содержанием разнообразных активных частиц: ионов, свободных радикалов, фотонов, вторичных электронов и т.п.). Химические реакции под воздействием этих частиц протекают даже при очень низких температурах и с низкими энергиями активации. Однако метод активации ионизирующим излучением не всегда селективен.
Источниками излучения служат ускорители электронов. Основная область применения радиационной активации – процессы полимеризации, модификации полиолефинов, эластомеров.

Слайд 9

К числу преимуществ методы можно отнести низкие температуры процесса, возможность использования

реагентов в любом агрегатном состоянии, равномерное облучение вещества по всему объему и на достаточно большом расстоянии.
Активация с использованием ударных волн
Источником энергии в этом способе активации является детонация взрывчатого вещества. Взрывчатое вещество смешивают с реагентами и заряд подрывают. В зоне фронта ударной волны резко (за 10-12 – 10-9 с) увеличивается давление и температура, возникают деформационные напряжения в системе. В результате создается высокая концентрация точечных дефектов в исходном твердом реагенте, которая позволяет осуществить химическое превращение в течение
10-6 с. Метод используется в технологии производства таких материалов, как алмазы, нитрид бора.

Слайд 10

Низкотемпературная (криохимическая) активация
- активация системы под воздействием очень низких температур (от

–78 до –1960С). Установлено, что целый ряд реакций протекает при низких температурах с высокими скоростями. Это связывают с участием в таких реакциях молекулярных комплексов, легко образующихся при максимально возможном сближении молекул реагентов в условиях низких температур. Иногда система активизируется за счет взаимодействия электрона с дефектами кристаллической решетки, возникающими при быстрой кристаллизации.
Этот метод активации очень селективен. В технологических процессах чаще применяют комбинированное воздействие двух факторов: низкой температуры и проникающей радиации. Чаще всего метод используют в процессах полимеризации и теломеризации.

Нестандартные методы активации химических реакций

Содержание

Фотохимическая активацияВ основе метода лежит взаимодействие вещества со светом, результатом которого

Фотосенсибилизаторы, которые избирательно поглощают УФ- и ИК-излучение и передают затем энергию

Плазмохимическая активацияАктивация системы происходит под действием электрического поля, которое возникает при