Каталитическая очистка газовых выбросов от СО2

Процессы сгорания углеводородных систем в двигателях транспортных средств и печах приводят к резкому увеличению СО₂ в атмосфере. Сжигание нефти, газа и угля сопровождается выбросом до 5 млрд т в год углекислого газа. На фоне уменьшения площади лесов наблюдается рост концентрации СО₂ в атмосфере (от 0,03 до 0,041%) [1]. Поэтому проблема очистки отходящих газов от диоксида углерода является на сегодняшний день одной из самых актуальных проблем. Недостатками существующих на сегодняшний день способов удаления диоксида углерода являются недостаточно высокая степень очистки отходящих газов, высокие эксплуатационные затраты при их реализации, а также возможность их реализации только при высоких концентрациях загрязнителей в отходящих газах [2]. Возникает также вопрос об утилизации СО₂ : куда девать вещество после того, как оно выделено из дыма? Целью исследования является определение оптимальных параметров каталитической очистки отходящих газов от двуокиси углерода в растворах трифторуксусной кислоты (ТФК). Поставленная задача достигается описываемым способом очистки дымовых газов, включающим прокачивание потока газов через емкость, заполненную 5,0-10,0 М водным раствором трифторуксусной кислоты, насыщенной кислородом, отделение образовавшихся побочных продуктов, утилизацию последних, регенерацию отработанного раствора трифторуксусной кислоты путем насыщения кислородом и рециркуляцию регенерированного раствора на прокачивание. Исследовались абсорбционные способности растворов трифторуксусной кислоты в зависимости от концентраций растворов и значения pH. Абсорбцию диоксида углерода в растворах трифторуксусной кислоты исследовали при комнатной температуре и атмосферном давлении. TФК предварительно отгоняли (т. кип. 72,4 °C) и чистоту контролировали методом УФ-спектроскопии. Непрореагировавший СO₂ на выходе из системы поглощали в съемных ловушках раствором NaOH, рН которого непрерывно контролировали с помощью стеклянного электрода. Количество гидрокарбоната и карбоната натрия, образующихся при взаимодействии СО₂ с раствором NaOH, определяли путем потенциометрического титрования. Количество прореагировавшего СO₂ рассчитывали по результатам титрования за время пропускания отходящего газа через ловушку. Показано, что очистка дымовых газов от диоксида углерода при использовании растворов трифторуксусной кислоты как катализатора производится при комнатной температуре и атмосферном давлении с эффективностью 100%.

1. Абросимов А. А. Экология переработки углеводородных систем. – М.: Химия, 2002. – 608 с.

2. Лаптев А. Г., Фарахов М. И. Гидромеханические процессы в нефтехимии и энергетике: Пособие к расчету аппаратов. – Казань: Изд-во Казанск. гос. ун-та, 2008. – 729 с.

3. Якимова И. Ю., Савицкая Ю. В., Вишнецкая М. В. Каталитическая очистка газовых выбросов от SO2 // Технологии нефти и газа. – 2008. – №2. – С. 56-58.

4. Вишнецкая М. В., Иванова М. С., Солкан В. Н., Жидомиров Г. М., Мельников М. Я. Активация молекулярного кислорода в трифторуксусной кислоте // Журнал физической химии. – 2012. – Т. 86. – №5. – С. 889-891.

5. Clark F. R. S., Norman R. O. C., Thomas C. B., Wilson J. S. Reactions of Palladium (II) with organic compounds. Part II. Oxidation of some Benzenoid compounds in trifluoroacetic acid // J. Chem. Soc. Perkin Trans. I. – 1974. – Р. 1289-1294.

6. Luo C, Dong W, GuY. Theory-guided access to efficient photodegradation of the simplest perfluorocarboxylic acid: trifluoroacetic acid // Chemosphere. – 2017. – V.181. – P. 26-36.

7. Вишнецкая М. В., Иванова М. С., Свичкарев О. М., Будынина Е. М., Мельников М. Я. Превращения CO2 в растворах трифторуксусной кислоты // Журнал физической химии. – 2013. – Т. 87. – №5. – С. 742-744.

8. Вишнецкая М. В., Мельников М. Я. Особенности превращения органических и неорганических веществ в трифторуксусной кислоте // Журнал физической химии. – 2016. – Т. 90. – №9. – С. 1434-1436.

9. Мацуо М., Отоси С. Соединения фтора. – М.: Мир, 1990.

10. Асланов Л. А., Захаров М. А., Абрамычева Н. Л. Ионные жидкости в ряду растворителей. – М.: МГУ, 2005. – 272 с.

11. Koshi J. K. Formation and oxidation of alkyl radicals by cobalt (III) complexes // J. Am. Chem. Soc. – 1968. – V. 90. – № 19. – P. 5196-5207.

12. Гехман А. Е., Столяров И. П., Ершова Н. В., Моисеева Н. И., Моисеев И. И. Гидропероксидное окисление трудноокисляемых субстратов: беспрецедентный разрыв связи С-С в алканах, окисление молекулярного азота // Кинетика и катализ. – 2004. – Т. 45. – № 1. – С. 45-66.

13. Гехман А. Е., Моисеева Н. И., Моисеев И. И. Разложение пероксида водорода, катализируемое соединениями ванадия (V): пути образования озона // Изв. Акад. наук. Серия химическая. – 1995. – № 4. – С. 605-618.

14. Гехман А. Е., Моисеева Н. И., Моисеев И. И. Пероксокомплексы ванадия в катализе превращений пероксида водорода в трифторуксусной кислоте / Координац. химия. – 1992. – Т. 18. – С. 3. 12.

15. Гехман А. Е., Моисеева Н. И., Блюмберг Э. А., Моисеев И. И. Образование О3 при каталитическом разложении Н2О2 // Изв. Акад. наук. Серия химическая. – 1985. – С. 2653.

16. Hart H., Buehler C. A. Peroxytrifluoroacetic acid-boron fluoride as a source of positive hydroxyl // J. Org. Chem. – 1964. – V. 29. – №8. – P. 2397-2400.

17. Моисеева Н. И., Гехман А. Е., Блюмберг Э. А., Моисеев И. И. Катализируемое ванадием (+5) окисление бензола и его производных гидропероксидами // Кинетика и катализ. – 1988. – Т. 29. – С. 970-974.

18. Бучаченко А. Л. Комплексы молекулярного кислорода с органическими молекулами // Успехи химии. – 1985. – Т. 54. – Вып. 2. – С. 195-212.

19. Сидоренкова И. А., Якимова И. Ю., Вишнецкая М. В., Пономарева О. А. Сверхкислоты как катализаторы окислительных процессов // Журнал физической химии. – 2005. – №8. – С. 1526-1527.

20. Вишнецкая М. В., Якимова И. Ю., Сидоренкова И. А. Сверхкислоты как катализаторы окисления неорганических субстратов // Журнал физической химии. – 2006. – № 2. – С. 236-238.