РОЗДІЛ 2
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА
2.1. Реактиви та прилади
В роботі без додаткового очищення використовували наступні реактиви кваліфікації "х.ч." та "ч.д.а.": бромат калію, малонова кислота, сірчана кислота, сульфат мангану(II), 1,10-фенантролін, акриламід, N,N' - метиленбісакриламід, триетаноламін, пероксисульфат амонію.
Для приготування розчинів використовували двічі перегнану воду. Для запобігання процесу гідролізу розчин сульфату мангану(II) готували розчиненням відповідної наважки у розчині сірчаної кислоти концентрацією 0.01 М.
Розчин трис(1,10-фенантролінату заліза (II)) (Fe(phen)32+, фероїн) готували за стандартною методикою [159]. Для цього до суспензії 1,10-фенантроліну (1.875?10-2 моль, 3.7168 г) при постійному перемішуванні додавали стехіометричну кількість сульфату заліза одноводного (6.25?10-3 моль, 1.0620 г). Суміш перемішували протягом трьох годин за допомогою магнітної мішалки. Отриманий розчин кількісно переносили до мірної колби об'ємом 250 мл та доводили до мітки. Приготований розчин з концентрацією фероїну 2.5?10-2 М перед використанням відфільтровували.
Експерименти по вивченню впливу кисню на перехідні режими реакції БЖ проводили з використанням азоту та кисню. Вміст сторонніх інертних компонентів у використовуваних газів (обидва гази 1-й сорт) не перевищував 0.1% (об.). Експерименти по вивченню впливу швидкості перемішування на перехідні режими реакції БЖ проводили в атмосфері аргону як інертного газу-розріджувача. Вміст кисню в аргоні (1-й сорт) не перевищував 0.0014% (об.), парів води - 0.03 г/м3.
Для досліджень впливу швидкості оновлення реактору (k0) та іонів мангану (II) на реакцію БЖ, що каталізується фероїном, було сконструйовано установку, що зображено на рис. 2.1.
Установка складається з термостатованого проточного реактора постійного перемішування (ПРПП), внутрішній діаметр якого становить 40 мм, а висота - 60 мм. Об'єм розчину в реакторі становить 41 мл. Реакційну суміш в реакторі перемішували з приблизно однаковою швидкістю 800 об/хв. за допомогою встановленої зверху електромеханічної мішалки. Реактиви
Рис.2.1 Схематичне зображення установки для вивчення впливу швидкості оновлення реактору та іонів мангану(ІІ) на перебіг реакції БЖ, що каталізується фероїном.
подавали по двом каналам за допомогою гідростатичного насосу, щоб запобігти періодичним збурюванням та для повільного варіювання значення швидкості оновлення реактору. Гідростатичний насос забезпечує постійну висоту вхідних реагентів над реактором в спеціальних камерах. Такі камери підтримують постійність подачі вхідних реагентів. В такому випадку швидкість оновлення реактору в кожному каналі залежить від висоти камери з розчином над реактором, довжини та діаметру шлангів між камерою та реактором. Розчини вхідних реагентів подавались в камери перистальтичними насосом із швидкістю більшою, ніж швидкість подачі вхідних реагентів в реактор. Надлишок суміші вхідних реагентів виливались з камери в ємність з початковими реагентами. Така конструкція дозволяє підтримувати постійний рівень вхідних реагентів в камерах та постійну швидкість вхідних реагентів в реактор. Щоб отримати залежність швидкості потоку вхідних реагентів в кожній камері від відносної висоти, кожна камера була відкалібрована. Похибка у підтриманні постійної швидкості потоку в кожній камері не перевищувала 0.5%. Постійний об'єм реакційної суміші в реакторів підтримували шляхом з'єднання отвора для зливу реагентів з водоструминним насосом.
На рис. 2.2 схематично зображено установку, яка була використана для дослідження впливу кисню, що знаходиться в газовій фазі та швидкості перемішування на реакцію БЖ. Установка складається з термостатованого закритого реактора інтенсивного перемішування (ЗРІП), що являє собою циліндричну скляну посудину із внутрішнім діаметром 37 мм, та висотою 110 мм. Реакційну суміш в реакторі перемішували з приблизно однаковою швидкістю 740 об/хв. за допомогою тефлонової магнітної мішалки. Зверху реактор накривали тефлоновою кришкою, в якій передбачені отвори для точкового платинового електроду (ТПЕ), сольового містка та наливання вихідних реагентів.
Термостатування реакторів здійснювалось за допомогою термостату, що забезпечувало фіксування температури в об'ємі реакційної суміші з точністю 0.10 K.
Рис.2.2 Схематичне зображення установки для вивчення впливу кисню в газовій фазі на перехідні режими в реакції БЖ, що каталізується фероїном.
Температуру розчину в реакторі контролювали за допомогою ртутного термометра. Точність реєстрації значення температури в хімічній системі становила 0.05 K.
За перебігом процесів в ПРПП та ЗРІП спостерігали за зміною в часі потенціалу точкового платинового електрода (ЭПВ-1) відносно хлорсрібного електрода порівняння з подвійним дифузійним шаром (OP-8201 Radelkis). В експериментах у ПРПП об'єм реактора і розчин, в якому знаходиться електрод порівняння, з'єднували за допомогою сольового містка. Сольовим містком слугував розчин нітрату калію(I) в агар-агарі.
Автоматичне вимірювання та запис залежності потенціалу точкового платинового електроду (ТПЕ) у часі проводили наступним чином: різницю між потенціалом точкового платинового та хлорсрібного електродів вимірювали за допомогою вольтметра, аналоговий сигнал з якого подавався на вхід аналого-цифрового перетворювача. Отриманий на виході цифровий сигнал у бітовому вираженні подавався на вхід одного з портів комп'ютеру. Обробку стану порту та запис інформації проводили за допомогою програми на мові програмування TURBO Pascal (Version 3.01A), яка дозволяє під час проведення експерименту спостерігати за зміною потенціалу ТПЕ в реакторі у вигляді графічної залежності на екрані комп'ютера. По закінченню експерименту користувач отримує в цифровому вигляді файл виду "час вимірювання - потенціал ТПЕ", придатний для обробки та побудови графіків будь-якими програмами.
Дослідження реакції полімеризації акриламіду,