Введение к работе
Аісгуальность темы. В процессе функционирования крупных городских агломераций образуется значительное количество разнообразных отходов различного химического состава и агрегатного состояния. Большинство из них содержит органические вещества. Наиболее опасны бытовые и производственные отходы, содержащие в составе молекул галогены: поливинилхлорид, политетрафторэтилен (ПТФЭ).
Галогенсодержащие органические вещества обладают
биологической активностью, многие из них высокотоксичны. Они легко проникают через кожу человека и животных и накапливаются в организме.
Традиционный способ уничтожения подобных отходов - сжигание -использовать нельзя, так как при этом образуются оксиды азота, диоксины и не происходит связывания галогенов; поэтому значительная часть отходов подвергается захоронению.
С целью исключения перечисленных недостатков предложен способ' утилизации твердых полимерных материалов, содержащих галогены, в том числе политетрафторэтилена, путем его нагревания в измельченном виде в смеси с оксидами или гидроксидами кальция и магния до температуры 600 С [Патент РФ № 2100702. Способ уничтоженя органических отходов / Ю.С.Чекрышкин, А.А.Федоров, Л.М.Щурова и др. Опубл. в Б.И., 1997, № 36, РЖХим, 2000,00.07-19 И 569 П].
В литературе описаны процессы взаимодействия оксидов и гидроксидов металлов с углеводородами, однако физико-химические закономерности протекания реакции политетрафторэтилена с оксидами и гидроксидами щелочноземельных металлов не изучены.
Таким образом, исследование процесса взаимодействия ПТФЭ с оксидами и гидроксидами щелочноземельных металлов является актуальной как в теоретическом, так и прикладном плане задачей. Целью настоящей работы является систематическое изучение процессов окислительной деструкции политетрафторэтилена и его взаимодействия с оксидами и гидроксидами магния, кальция и бария, включая определение состава продуктов и кинетических параметров протекающих реакций, установление влияния различных факторов на полноту связывания выделяющегося из полимера фтора в экологически безопасные продукты. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
изучение сопряженным методом ТГ и ДТА влияния размера частиц полимера и скорости нагрева на процесс термической и термоокислительной деструкции ПТФЭ;
определение кинетических параметров процесса окислительной термодеструкции ПТФЭ в неизотермических и изотермических условиях;
изучение особенностей взаимодействия оксидов и гидроксидов щелочноземельных металлов с ПТФЭ в неизотермических условиях: определение состава продуктов и температурных интервалов их образования, влияния размера частиц полимера и скорости нагрева на степень связывания фтора ПТФЭ;
определение кинетических характеристик взаимодействия ПТФЭ с оксидами и гидроксидами магния и кальция в изотермических условиях.
Научная новизна.
Определены кинетические параметры отдельных стадий процесса окисоттельной термодеструкции политетрафторэтилена в неизотермических и изотермических условиях?
Показано, что взаимодействие ПТФЭ с оксидами и гидроксидами щелочноземельных металлов протекает по типу "твердое тело - газ" с участием газообразных продуктов деструкции политетрафторэтилена.
В рамках теоретических моделей топохимических реакций определены температурные интервалы и рассчитаны скорости отдельных стадий процессов взаимодействия оксидов и гидроксидов магния и кальция с ПТФЭ.
Установлено, что реакционная способность оксидов и гидроксидов при взаимодействии с ПТФЭ возрастает в ряду: соединения бария < соединения магния < соединения кальция.
Предложена схема взаимодействия ПТФЭ с оксидами и гидроксидами магния и кальция. Практическая значимость.
Полученные новые сведения о качественных и количественных характеристиках процесса взаимодействия ПТФЭ с оксидами и гидроксидами щелочноземельных металлов могут служить основой для разработки технологии низкотемпературной утилизации отходов производства политетрафторэтилена и других фторсодержащих полимерных материалов с полным связыванием фтора в экологически безопасные продукты.
Кинетические параметры изученных процессов могут быть также полезны при изучении реакционной способности соединений щелочноземельных металлов в процессах взаимодействия их с органическими галогенсодержащими соединениями.
Разработана методика определения малых (10-50 мг) количеств карбоната кальция, заключающаяся в хроматографическом определении выделяющегося при взаимодействии СаС03 с кислотой диоксида углерода. Положения, выносимые на защиту.
1. Результаты изучения процесса окислительной термодеструкции ПТФЭ в неизотермических и изотермических условиях.
-
Влияние температурных и временных условий на процесс взаимодействия ПТФЭ с оксидами и гидроксидами магния, кальция и бария.
-
Кинетические параметры реакций дегидратации гидроксидов магния и кальция.
-
Кинетические параметры процессов взаимодействия ПТФЭ с оксидами и гидроксидами магния и кальция.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференции Института технической химии (1996г.), на международной научно-технической конференции "Перспективные химические технологии и материалы" (г.Пермь, 1997г.), на II Уральской конференции "Наукоемкие полимеры и двойные технологии технической химии" (г.Пермь, 1997г.), на VII Международном экологическом симпозиуме "Урал атомный, Урал промышленный" (г.Екатеринбург, 1999г.), на II Всероссийской конференции с международным участием "Химическое разоружение-2000. Экология и технология. CHEMDET-2000" (г.Ижевск, 2000г.). Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ. Объем и структура работы. Диссертация изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 74 рисунка и 33 таблицы, состоит из введения, 6 глав, выводов и библиографии, содержащей 50 наименований.
Работа выполнена в соответствии с планами НИР Института технической химии УрО РАН на 1995-1999гг. по теме «Изучение механизма и кинетики каталитических реакций глубокого окисления спиртов и галогенсодержащих органических веществ» (номер государственной регистрации 01.9.60 001329).