РОЗДІЛ 2
ХАРАКТЕРИСТИКИ ВИКОРИСТАНИХ МАТЕРІАЛІВ І РЕАГЕНТІВ.
МЕТОДИКИ ДОСЛІДЖЕННЯ
2.1. Характеристики використаних матеріалів і реагентів
2.1.1. Плівкові іонообмінні смоли
Об'єктами дослідження слугували перфторсульфовані мембрани - Nafion 417 виробництва фірми E.I. du Pont de Nemours & Co. (USA) (№ коду продукції 08119MU) та МФ-4-СК виробництва НВО "Пластполімер"(м. Санкт-Петербург, Російська Федерація). Останні були люб'язно надані нам співробітником НВО "Пластполімер" д.х.н. С.В.Тимофєєвим. Фізико-хімічні властивості досліджуваних мембран наведені в таблиці 2.1 [102-107].
Таблиця 2.1
Фізико-хімічні властивості перфторсульфованих мембран
Параметр Досліджувані мембраниНафіон 417МФ-4-СКТовщина мембрани, мм0,430,20Повна обмінна ємність, мг·екв/г0,910,83Кількість адсорбованої мембраною води, %, (мас.) : при вимочуванні у воді (25оС)
при кип'ятінні у воді (100оС)
20
30-32
18-20
28-30Вологоємність?, моль H2O/ моль -SO3-мембрани : вимоченої у воді (25оС)
прокип'яченої (100оС)
14
20-22
13,3
20Максимальна температура експлуатації
мембрани, оС180180Продовження табл. 2.1Питома протонна провідність,
? (См · см-1)6 · 10-2(5-6) · 10-2Газопроникність, см3/(см2·год.·атм.)2 · 10-34 · 10-3Гідродинамічна проникність,
см3/(см2·с·атм.)0,2 · 10-70,4 · 10-7Механічна міцність на розрив, кг/см2250225Примітка: ? Мембрана МФ-4-СК залежно від способу формування, містять від 11 до 36 молекул води на одну сульфогрупу [109].
2.1.2. Гранульовані іонообмінні смоли
В роботі, поряд з дослідженням мембран, визначались каталітичні властивості гранульованого перфторсульфованого катіоніту марки Nafion NR-50 виробництва фірми E.I. du Pont de Nemours & Co., Inc. (USA) (№ коду продукції 03230EI-101) та гранульованих дивінілбензолстирольних сульфокатіонітів марки MSC-H виробництва фірми DOW (USA) (№ коду продукції 500998.00PR) і Purolite CT-275 виробництва фірми Purolite International Limited (UK) (№ коду продукції SR 503307/2). Фізико-хімічні властивості катіонітів наведено в таблиці 2.2
Таблиця 2.2
Фізико-хімічні властивості гранульованих іонообмінних смол
ПоказникТип сульфокатіонітуMSC-HPurolite
CT-275Nafion
NR-50Іонна форма (товарна)Н+Н+Н+Повна обмінна ємність, мг·екв/г4,95,40,80Продовження табл. 2.2Кількість сульфогруп на одне бензольне кільце1> 1-Масова частка вологи, %, мас.53,050-6020-22Розмір зерен, мм0,3-1,20,3-1,20,18-0,24Об'ємна частка робочої
фракції, %99,099,099,0Насипна маса, кг/м3760,0760,01300Питома поверхня, м2/г30,030,0-Розмір пор, нм20,020,0-Максимальна температура
експлуатації, оС150150180
2.1.3. Реагенти
Вихідними реагентами в дослідженні реакції гідратації слугували пропен і дистильована вода (ГОСТ 6709-72) з жорсткістю не більше 0,0264 моль/дм3. Пропен одержували шляхом дегідратації ізопропілового спирту (ГОСТ 9805-84) за методикою, викладеною в роботі [151]. Дегідратацію ізопропанолу проведено в проточному реакторі за температури 275-300 оС на промисловому каталізаторі ?-Al2O3 марки АОА-1 (ГОСТ 8136-85) з використанням фракції 1-2 мм. Сировину (ізопропанол) подавали в реактор з масовою швидкістю 1 год-1. Чистоту пропену, одержаного шляхом дегідратації ізопропанолу, визначали за результатами газохроматографічного аналізу за методикою, описаною в розділі 2.2.5.2. Результати наведено в таблиці 2.3.
Таблиця 2.3
Якість пропену, одержаного за методикою [151]
Найменування показника ПоказникМасова частка пропену, % 98,8Масова частка води, % 1,08Масова частка ізопропанолу, % 0,1Масова частка гексенів, % 0, 02
2.1.4. Допоміжні речовини
Перелік допоміжних речовин, використаних при виконанні експериментальних досліджень, подано в таблиці 2.4.
Таблиця 2.4
Характеристики допоміжних речовин
№ п/пНайменування речовинХарактеристикаНормативна документація1.Пудра алюмінієвах. ч.ГОСТ 5494-952.Свинець металічнийвисокої чистотиГОСТ 22861-933.г-Al2O3активнийГОСТ 8136-854.Формалін х. ч.ГОСТ 1625-895.Срібла нітрат х. ч.ТУ 6-09-05-1458-976.Нікелю сульфатх. ч.ГОСТ 4465-747.Паладію хлоридх. ч.ТУ 6-09-2025-728.Калію гідроксидх. ч.ГОСТ 24363-809.Аміак воднийх. ч.ГОСТ 3760-79Продовження табл. 2.410.Сульфатна кислотач.ГОСТ 4204-7711.Хлоридна кислотач.ГОСТ 3118-7712.Аргон (газ) техн., сорт вищийГОСТ 10157-7913.Водень (газ) техн., марка АГОСТ 3022-8014.Повітря стиснутетехн.ГОСТ 17433-8015.Цеоліт СаА-ТУ 38 103218-8016.Поліетиленгліколь ПЕГ-1500ч.д.а.Виробництво фірми "Лахема", Чехія17.Хроматон N-AW-HMDS, зернистістю 0,25-0,30 ммч.д.а.Виробництво фірми "Лахема", Чехія
2.2. Методики дослідження протонопровідних і каталітичних
властивостей мембран
2.2.1. Установка для дослідження протонопровідних і каталітичних властивостей мембран за підвищених температур і тисків
Реакція гідратації олефінів перебігає в умовах підвищених температур і тисків, тому реактор для її дослідження має витримувати температури до 200 оС і тиск не менш, як 2,0 МПа. Саме такі основні параметри були покладені в основу створення лабораторної установки (фотографія якої наведена на рис. 2.1), конструкція якої при дослідженні гранульованих і плівкових (мембранних) каталізаторів відрізнялася лише типом реактора - проточного для гранульованих і мембранного для плівкових.
Установка (принципова схема якої подана на рис. 2.2) складається з чотирьох основних блоків: реакторного, блоку подачі сировини, блоку виділення готової продукції, блоку контролю та регулювання. Головним вузлом установки є трикамерний мембранний реактор 1. Його обігрів здійснювався за допомогою електронагрівачів 3, температура контролювалася термопарами 2, підключеними до автоматичного потенціометру типу КСП-4 і підтримувалась в діапазоні 40-200 оС з точністю до 1,0-1,5 оС. Однаковий тиск в камер