Научная статья на тему 'Исследование каталитических свойств гуминовых кислот в реакциях жидкофазного окисления сульфита натрия'

Исследование каталитических свойств гуминовых кислот в реакциях жидкофазного окисления сульфита натрия Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
451
113
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
СибСкрипт
ВАК
Область наук
Ключевые слова
СУЛЬФИТ НАТРИЯ / ХЛОРИДЫ МЕДИ И ЖЕЛЕЗА / ГУМУСОВАЯ КИСЛОТА / SODIUM SULFITE / COPPER AND IRON CHLORIDES / HUMIC ACID

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Кадырова Аякоз Бактыгаликызы, Маркабаева Айдана Галимжановна, Ешова Жания Турлухановна, Каирбеков Жаксынтай Каирбекович, Акбаева Дина Наурызбаевна

Предметом исследования является модельная реакция окисления сульфита натрия до сульфата натрия кислородом в мягких условиях (Т = 30-60 оС, Р О2 = 1 атм) в водных средах в присутствии хлоридов меди(II) и железа(III), модифицированных гумусовыми кислотами. Целью работы является разработка новых эффективных гомогенных катализаторов жидкофазного окисления сульфита натрия в водной среде для очистки отходящих газов от диоксида серы. Методами кинетики, волюмометрии, редокс-потенциометрии, ИК-спектроскопии, гравиметрии исследованы кинетика, механизм, промежуточные и конечные продукты, определены оптимальные условия, кинетические и активационные параметры реакции жидкофазного окисления Na 2SO 3 кислородом в водных средах. Изучено влияние концентраций реагентов (хлорной меди, хлорного железа, гумусовой кислоты, жёлтого фосфора) и температуры на скорость реакций. Обнаружена каталитическая активность хлоридов меди и железа на скорость окисления сульфита натрия кислородом в водных растворах до сульфата натрия. Оптимальные условия реакции и хороший выход сульфата натрия достигаются при 60 о С при мольном соотношении реагентов [FeCl 3]:[Na 2SO 3] = (0,1:1,0) и [CuCl 2]:[Na 2SO 3]:[НГум] = (0,129:1,0:0,005). Рассчитаны кинетические и активационные параметры и установлено, что изученные процессы протекают по окислительно-восстановительному механизму и состоят из двух ключевых стадий: восстановления Cu(II) и Fe(III) cульфитом натрия до Cu(0) и Fe(I) с образованием сульфата натрия и окисления Cu(I) до Cu(II), Fe(II) до Fe(III) кислородом. Результаты исследования могут служить основой для разработки эффективных каталитических систем для очистки отходящих газов нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности от диоксида серы. Таким образом, установлено, что в мягких условиях (Т = 30 – 60 o C Р О2 = 0 – 1 атм) сульфит натрия эффективно окисляется кислородом в водных растворах хлоридов меди(II) и железа(III) до сульфата натрия с высокими выходами (90 – 100 %).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Кадырова Аякоз Бактыгаликызы, Маркабаева Айдана Галимжановна, Ешова Жания Турлухановна, Каирбеков Жаксынтай Каирбекович, Акбаева Дина Наурызбаевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

STUDY OF HUMIC ACIDS CATALYTIC PROPERTIES IN REACTIONS OF SODIUM SULFITE LIQUID-PHASE OXIDATION

The paper focuses at researching the model reaction of sodium sulfite oxidation in soft conditions (T = 30 – 60 o C, P O2 = 1 atm) in water solutions in the presence of copper (II) and iron (III) chlorides modified by humic acids to give sodium sulfate oxygen. The purpose of the research is developing new effective homogeneous catalysts of sodium sulfite liquid-phase oxidation in water solutions for purification of flue gases from sulfur dioxide. Using the methods of kinetics, volumometric, redox-potentiometry, IR-spectroscopy, gravimetry the kinetics, mechanism, intermediate and final products, optimum conditions, kinetic and activation parameters of the reaction of Na 2SO 3 liquid-phase oxidation in water solutions have been defined. Influence of the concentration of reagents (chloric copper, chloric iron, humic acid, yellow phosphorus) and temperature on the speed of reactions was studied. Catalytic effecty of copper and iron chlorides on the speed of sodium sulfite oxidation with oxygen in water solutions to get sodium sulfate was found. Optimum conditions for reaction and good exit of sulfate of sodium are reached at 60° C at the molar ratio of reagents [FeCl 3]:[Na 2SO 3] = (0,1:1,0) and [CuCl 2]:[Na 2SO 3]: [HHum] = (0,129:1,0:0,005). Kinetic and activation parameters were calculated. The studied processes proceeds were found to follow the oxidation-reduction mechanism and to consist of two key stages: Cu(II) and Fe(III) reduction with sodium sulfite to Cu(0) and Fe(I) with formation of sodium sulfate and Cu(I) oxidation to Cu(II) with Fe(II) oxidation to Fe(III) with oxygen. The results of the research can form a basis for developing effective catalytic systems for purification of flue gases from sulfur dioxide in the oil-processing and petrochemical industry. Thus, sodium sulfite was found to be effectively oxidized with oxygen in soft conditions

Текст научной работы на тему «Исследование каталитических свойств гуминовых кислот в реакциях жидкофазного окисления сульфита натрия»

УДК 542.943'7

ИССЛЕДОВАНИЕ КАТАЛИТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГУМИНОВЫХ КИСЛОТ В РЕАКЦИЯХ ЖИДКОФАЗНОГО ОКИСЛЕНИЯ СУЛЬФИТА НАТРИЯ

А. Б. Кадырова, А. Г. Маркабаева, Ж. Т. Ешова, Ж. К. Каирбеков, Д. Н. Акбаева

STUDY OF HUMIC ACIDS CATALYTIC PROPERTIES IN REACTIONS OF SODIUM SULFITE LIQUID-PHASE OXIDATION

A. B. Kadyrova, A. G. Markabaeva, Zh. T. Eshova, Zh. K. Kairbekov, D. N. Akbayeva

Работа выполнена по гранту МОН PK № 505, по приоритету 5.1. «Фундаментальные исследования в области естественных наук», по программе "Разработать научные основы переработки горючих ископаемых и получения новых материалов.

Предметом исследования является модельная реакция окисления сульфита натрия до сульфата натрия кислородом в мягких условиях (Т = 30-60оС, РО2 = 1 атм) в водных средах в присутствии хлоридов меди(11) и же-леза(Ш), модифицированных гумусовыми кислотами. Целью работы является разработка новых эффективных гомогенных катализаторов жидкофазного окисления сульфита натрия в водной среде для очистки отходящих газов от диоксида серы. Методами кинетики, волюмометрии, редокс-потенциометрии, ИК-спектроскопии, гравиметрии исследованы кинетика, механизм, промежуточные и конечные продукты, определены оптимальные условия, кинетические и активационные параметры реакции жидкофазного окисления Na2SO3 кислородом в водных средах. Изучено влияние концентраций реагентов (хлорной меди, хлорного железа, гумусовой кислоты, жёлтого фосфора) и температуры на скорость реакций. Обнаружена каталитическая активность хлоридов меди и железа на скорость окисления сульфита натрия кислородом в водных растворах до сульфата натрия. Оптимальные условия реакции и хороший выход сульфата натрия достигаются при 60о С при мольном соотношении реагентов [FeCl3]:[Na2SO3] = (0,1:1,0) и [СиС12]:[№2803]:[НГум] = (0,129:1,0:0,005). Рассчитаны кинетические и активационные параметры и установлено, что изученные процессы протекают по окислительновосстановительному механизму и состоят из двух ключевых стадий: восстановления Cu(II) и Fe(III) сульфитом натрия до Си(0) и Fe(I) с образованием сульфата натрия и окисления Cu(I) до Cu(II), Fe(II) до Fe(III) кислородом. Результаты исследования могут служить основой для разработки эффективных каталитических систем для очистки отходящих газов нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности от диоксида серы. Таким образом, установлено, что в мягких условиях (Т = 30 - 60o C РО2 = 0 - 1 атм) сульфит натрия эффективно окисляется кислородом в водных растворах хлоридов меди(П) и железа(Ш) до сульфата натрия с высокими выходами (90 - 100 %).

The paper focuses at researching the model reaction of sodium sulfite oxidation in soft conditions (T = 30 - 60o C, P02 = 1 atm) in water solutions in the presence of copper (II) and iron (III) chlorides modified by humic acids to give sodium sulfate oxygen. The purpose of the research is developing new effective homogeneous catalysts of sodium sulfite liquid-phase oxidation in water solutions for purification of flue gases from sulfur dioxide. Using the methods of kinetics, volumometric, redox-potentiometry, IR-spectroscopy, gravimetry the kinetics, mechanism, intermediate and final products, optimum conditions, kinetic and activation parameters of the reaction of Na2S03 liquid-phase oxidation in water solutions have been defined. Influence of the concentration of reagents (chloric copper, chloric iron, humic acid, yellow phosphorus) and temperature on the speed of reactions was studied. Catalytic effecty of copper and iron chlorides on the speed of sodium sulfite oxidation with oxygen in water solutions to get sodium sulfate was found. Optimum conditions for reaction and good exit of sulfate of sodium are reached at 60° C at the molar ratio of reagents [FeCl3]:[Na2S03] = (0,1:1,0) and [CuCl2]:[Na2S03]: [HHum] = (0,129:1,0:0,005). Kinetic and activation parameters were calculated. The studied processes proceeds were found to follow the oxidation-reduction mechanism and to consist of two key stages: Cu(II) and Fe(III) reduction with sodium sulfite to Cu(0) and Fe(I) with formation of sodium sulfate and Cu(I) oxidation to Cu(II) with Fe(II) oxidation to Fe(III) with oxygen. The results of the research can form a basis for developing effective catalytic systems for purification of flue gases from sulfur dioxide in the oil-processing and petrochemical industry. Thus, sodium sulfite was found to be effectively oxidized with oxygen in soft conditions (T = 30 - 60o C P02 = 0-1 atm) in water solutions of copper(II) and iron(III) chlorides to sodium sulfate with high yields (90 - 100 %).

Ключевые слова: сульфит натрия, хлориды меди и железа, гумусовая кислота.

Keywords: sodium sulfite, copper and iron chlorides, humic acid.

Диоксид серы входит в состав многих промышленных отходов. Реакция окисления 802 в 803 используется для получения И2804 и очистки отходящих газов от 802 [1]. Без катализаторов реакция окисления 802 в 803 кислородом не протекает, так как запрещена по спину и симметрии. В нефтеперераба-

тывающей и нефтехимической промышленности диоксид серы является характерным кислым веществом, который наряду с диоксидом углерода, сероводорода и оксидов азота, выбрасывается в атмосферу. Несмотря на то, что на сегодняшний момент известен ряд гетерогенно-каталитических методов окисления 802 и

SO3 [2; 3], данная реакция в присутствии гомогенных каталитических систем остаётся всё ещё практически малоизученной. Для этой цели нами впервые в качестве иммобилизаторов использованы гумусовые кислоты, выделенные экстракцией из бурого угля казахстанского месторождения Ой-Карагай.

В данной работе приводятся результаты по исследованию модельной реакции окисления сульфита натрия до сульфата кислородом при 30 - 60о С и РО2 =

1 атм в водных средах в присутствии гомогенных катализаторов на основе хлоридов меди(11) и железа(Ш), модифицированных гумусовыми кислотами (1).

2Na2SO3 + О2 ^ 2N2SO4. (1)

Процессы окисления Na2SO3 кислородом в водных растворах хлоридов меди и железа М"С1П (М = Cu, п = 2; М = Fe, п = 3) протекают через ключевые реакции восстановления МпС1п (Cu(II), Fe(III)) сульфитом натрия до сульфата (2) и окисления М(п-2)С1(п-2) (Cu, FeCl) соединениями МпС1п (3).

N2SO3 + МпОп + Н2О ^ Na2SO4 +

+ М(п-2)а(п-2) + 2HC1. (2)

М(п-2)а(п-2) + Мпап о 2М(п-1)а(п-1). (3)

Образующиеся М(п-1)0(п-1) быстро окисляются кислородом до Мпап (4).

2М(п-1)0(п-1) + ^O2 + 2HC1 ^ 2МпОп + H2O. (4) В результате протекания стадий (3, 4) компоненты CuC12 и FeC13 возвращаются в каталитический цикл. Из этих стадий следует, что сульфит натрия непосредственно с кислородом не взаимодействует. Роль окислителя сульфита натрия в стадии (2) выполняют комплексы Cu(II) и Fe(III), являющиеся эффективными акцепторами электронов.

Материалы и методы

Кинетику реакции изучали волюмометрическим методом по поглощению кислорода на термостатированной установке с интенсивно встряхиваемым реактором непроточным стеклянным безградиентным реактором типа «каталитическая утка», снабженным потенциометрическим устройством и соединенным с газометрической бюреткой. Потенциал каталитического раствора измеряли при помощи устройства, состоящего из платинового и каломельного электродов со шлифом в качестве электролитического ключа. Хлориды CuC12-2H2O, FeХ3•6H2O и Na2SO3 использовали марки “х. ч.” и вводили в реакцию без предварительной осушки. Гумусовые кислоты выделяли из угля Ой-Карагайского месторождения экстракцией 0,1 % водным раствором NaOH. Концентрацию гумусовых кислот в Na-форме определяли потенциометрическим титрованием 0,1 М водным раствором HC1 по известной методике [4]. Выделенную смесь гумусовых кислот анализировали на спектрометре Фурье ИК-спектрометр Spectrum 65 в диапазоне 4000 - 450 см-1. Жидкие образцы (водные) снимали в кювете из CaF2, а твердые в таблетках с KBr и идентифицировали по полосам поглощения групп О-Н (фенолы) (2500 -3200 см-1) и С=О (карбоновые кислоты) (1700 см-1).

Эксперименты проводили по следующей методике. В реактор объемом 150 мл заливали 10 мл дистиллированной воды, засыпали навеску катализатора (CuC12-2H2O, FeХ3•6H2O) и продували 100% кислоро-

дом. Нагревали реактор и бюретку до температуры опыта, пока катализатор не растворится полностью и измеряли начальный редокс-потенциал раствора. Затем в токе кислорода вносили водный раствор гумусовых кислот и сульфит натрия и включали электромотор. В течение опыта непрерывно замеряли объем поглощенного кислорода и значение потенциала в реакционном растворе, определяемое соотношением пары Си(11)/Си(1), Ре(Ш)/Ре(П) (ф, В), и замеряемое погруженным в раствор платиновым электродом относительно каломельного полуэлемента с помощью потенциометра рН-340, и затем пересчитывали по водородной шкале. Температуру поддерживали с точностью ±0,5о С с помощью термостата и-8. Когда скорость поглощения кислорода из бюретки падала ниже 0,1 мл/мин, реакцию считали законченной, раствор из реактора сливали и проводили гравиметрический анализ на количественное содержание сульфата натрия.

В ходе опыта измеряли скорость поглощения О2 реакционным раствором Wo2 (моль-л-1-мин-1), количество поглощенного кислорода Р (моль-л-1) и редокс-потенциал каталитического раствора ф (В) в момент времени х (мин). По экспериментальным данным зависимости ф, Wo2 от времени х строили потенциометрические (ф-х) и кинетические ^О2-х) кривые, а конверсионные ^О2-Р) кривые также по данным зависимости скорости поглощения кислорода от количества прореагировавшего кислорода. Количественный анализ сульфита натрия определяли гравиметрическим методом [4].

Результаты и обсуждение

Установлено, что сульфит натрия быстро окисляется 02 при 30 - 60° С в водных растворах в присутствии хлоридов меди(11) СиС12 и железа(Ш) БеС13 с образованием сульфата натрия (90 - 100 %) (1). Скорость реакции окисления №2803 кислородом и выход сульфата натрия растут с увеличением температуры и концентрации Си(11), Ре(Ш). На окисление одного моля №2803 расходуется 0,5 молей кислорода, что соответствует стехиометрии реакций (1). Условия реакции и выходы продуктов окисления сульфита натрия кислородом в водных растворах СиС12 и БеС13 представлены в таблицах 1 и 2.

Окисление Ка2803 кислородом в водных растворах СиС12

Таблица 1

Состав раствора, моль/л о и 10?.

[СиС12-2Н20] [Ш2Б03] [Н2О] [ЯиГум] С 5^ моль/(л -мин)

Варьирование температуры

0,053 0,41 56 - 30 0,50

0,053 0,41 56 - 40 0,56

0,053 0,41 56 - 50 0,70

0,053 0,41 56 - 60 0,93

Варьирование концентрации катализатора

0,053 0,41 56 - 60 0,55

0,110 0,41 56 - 60 0,93

0,210 0,41 56 - 60 1,04

0,410 0,41 56 - 60 2,44

Варьирование концентрации фульво-кислоты, выделенной из угля Ой-Карагайского месторождения

0,053 0,41 52 0,0010 60 1,16

0,053 0,41 51 0,0015 60 1,62

0,053 0,41 50 0,0020 60 1,74

0,053 0,41 44 0,0040 60 1,74

0,053 0,41 38 0,0060 60 1,74

Таблица 2

Окисление Ка2803 кислородом в водных растворах РеС1з

Состав раствора. моль/л Т0 с и 10

[ЖвСїз 6Н20] [Я^БОз] [Н2О] [ЯиГум] моль/(л -мин)

Варьирование температуры

0,04 0,41 56 - 30 3,56

0,04 0,41 56 - 40 5,04

0,04 0,41 56 - 50 5,68

0,04 0,41 56 - 60 6,38

Варьирование концентрации катализатора

0,04 0,41 56 - 60 6,38

0,05 0,41 56 - 60 6,03

0,20 0,41 56 - 60 3,25

0,40 0,41 56 - 60 0,29

В отсутствие катализаторов СиС12 и БеС13 реакция окисления сульфита натрия кислородом протекает очень медленно и поглощение кислорода водным раствором сульфита натрия не наблюдается. Повышение концентрации СиС12 с 0,053 до 0,41 моль/л приводит к повышению скорости поглощения кислорода почти в 2,5 раза (рисунок 1а). Количество поглощенного кислорода не зависит от [СиС12] и соответствует стехиометрии. Порядок реакции, найденный из зависимости ^ Wmax от ^ [СиС12], близок к первому. Внесение навески №2803 в зеленый водный раствор СиС12 в атмосфере 02 сопровождается смещением редокс-потенциала пары Си(11)/Си(0) (фСи) в катодную сторо-

ну от 0,4 до 0,2 В в течение 2 - 5 минут, изменением исходного зелёного цвета раствора, образованием сначала коричневого осадка и началом поглощения О2 (рисунок 1б). По мере поглощения кислорода потенциал фСи постепенно сдвигается в анодную область, цвет раствора возвращается к исходному зеленому. В случае повышения концентрации БеС13 с 0,04 до 0,4 моль/л величина Wмакс уменьшается с 6,38 до 0,29 моль/(л-мин) (таблица 2). Следует отметить, что Wмакс поглощения О2 в присутствии БеС13 в 3 раза выше, чем в присутствии хлорной меди.

Рис. 1. Кинетические (а) и потенциометрические (б) кривые окисления ^^03 кислородом в водной среде в присутствии хлорида меди (II). Условия реакции, моль/л: [СиС12] 0,053; ^а^03] 0,41; [Н2О] 56;

Р02 1 атм; Т,оС: 1 - 30; 2 - 40; 3 - 50; 4 - 60

х, мин

х. мин

Конверсионные и кинетические кривые имеют экстремальный характер для систем с СиС12, а для систем с РеС13 они имеют ниспадающий вид. Скорость реакции, незначительная в начале опыта, быстро увеличивается и достигает точки максимума, затем постепенно падает до нуля. Экстремальный характер кинетических и конверсионных кривых симбатен смещению фСи на потенциометрических кривых. Потенциометрические кривые каталитического окисле-

ния №2803 кислородом проходят через минимум, симбатный начальному участку кинетической кривой поглощения. Установлены первые порядки по концентрации реагентов и катализатора. Увеличение температуры в интервале 30 - 60° С положительно сказывается на скорости реакции (1) и выходе целевого продукта (таблицы 1, 2). Максимальная скорость поглощения кислорода наблюдается при 60о С.

Рис. 2. Конверсионные (а) и потенциометрические (б) кривые окисления ^^03 кислородом в водной среде в присутствии хлорида меди (II) и гумусовой кислоты, выделенной из угля Ой-Карагайского месторождения. Условия реакции, моль/л: [СиС12] 0,053; ^а^03] 0,41; [Н2О] 38-52; 60С; Р02 1 атм; ^аГум]: 1 - 0,001;

2 - 0,0015; 3 - 0,002; 4 - 0,004; 5 - 0,006

х, мин

Скорость каталитической реакции (1) в присутствии СиС12 определяется соотношением скоростей стадий (2 - 4) и характеризуется наличием максимума на кинетических и конверсионных кривых. Как видно из потенциометрических кривых процесса, редокс-потенциал раствора смещается в катодную сторону мгновенно, что свидетельствует о высокой скорости восстановления Си(11) до Си(0). Скорость суммарного каталитического процесса (1) определяется скоростью самой медленной реакции и характеризуется наличием максимума на кривых поглощения кислорода. На восходящих участках превалирует реакция восста-

новления иона металла ^в), что вызывает катодное смещение редокс-потенциала, на ниспадающих -окисление ^ок) восстановленной формы металла, сопровождающееся анодным смещением потенциала системы. В точке максимума скорости реакций равны:

^^тах = Wв = Wок.

Концентрации гумусовых кислот, выделенных из бурого угля Ой-Карагайского месторождения, варьировали в интервале от 0,001 до 0,006 моль/л. При увеличении концентрации гумусовой кислоты в систему СиС12-№2803-Н2О скорость поглощения кислорода растёт и при увеличении концентрации гумусовой ки-

слоты до 0,002 моль/л она перестаёт меняться (таблица 1, рис. 2). Конверсионные и кинетические кривые после добавки МаГум имеют ниспадающий вид и скорость поглощения кислорода Wмакс повышается в 3 раза. Это свидетельствует о том, что добавка гумусовой кислоты ускоряет стадию восстановления ионов меди(11) сульфитом натрия. Добавка гумусовых кислот в систему РеС13-№2803-Н2О приводит к резкому снижению скорости поглощения кислорода каталитическим раствором почти в 4 - 6 раз. Данное обстоятельство можно объяснить с закомплексованностью ионов Ре(Ш), ответственных за катализ, гумусовыми кислотами за счёт функциональных групп -ОН и -СООН.

Увеличение температуры в интервале 40 - 60о С положительно сказывается на скорости реакции (1) в случае хлорной меди и максимальная скорость реакции наблюдается при 60оС (таблица 1), а в случае хлорного железа величина Wмакс проходит через максимум. Анализ экспериментальных данных показал, что за окисление сульфита натрия ответственны СиС12 и БеС13.

Кинетические закономерности окисления сульфита натрия кислородом в водных растворах катализаторов М"С1П хорошо описываются уравнением (5), полученным методом стационарных концентраций [5]:

Из таблицы 1 видно, что кв в случае катализаторов СиС12 и БеС13 близки между собой и больше кок на 2 порядка. Это свидетельствует о том, что реакция восстановления МПС1П сульфитом натрия до сульфата (2) протекает намного быстрее, чем реакция окисления М(п-2)С1(п-2) (Си, БеС1) соединениями МПС1П (3), что подтверждается кинетическими исследованиями. Рассчитанные значения энергии активации Е# для СиС12 уменьшатся в 1,5 раза при добавлении в раствор гумусовой кислоты, а для БеС13 она увеличивается в

2 раза. Отрицательные значения энтропии активации стадии восстановления Д8# свидетельствуют о координационном механизме окисления сульфита натрия кислородом в водных растворах СиС12 и БеС13.

Реакция окисления 802 в 8О3 используется для получения Н28О4 и очистки отходящих газов от 802 [1]. Равновесие реакции

28О2 + О2 ^ 28О3 (Д2°298 = -133 кДж/моль) при нормальных температурах сдвинуто вправо. При 700о С преобладает обратный процесс, поэтому кинетические уравнения высокотемпературных процессов

У0 = кв К« [ N4 ЗД Н 2оцм-С1п |1 |Р:| (5)

0 2 кок [02] + кв [ т2 5О3 ][ н 20] ’

где кв и кж - константы ключевых реакций (2 - 4); [№28О3], [Н2О], [МПС1П], [О2] - концентрации соответствующих реагентов, моль/л.

Кинетические закономерности окисления сульфита натрия в присутствии в присутствии комплексов СиС12 и БеС13 и изменении концентрации компонентов каталитического раствора в интервале:

[Ма28О3] = 0,41; [СиС12] = 0,053 - 0,41;

[РеС13] = 0,01 - 0,05; [Н20] = 38 - 56; рЧаГум] = 0,001 - 0,006;

[02] = 4,46-10-2 моль/л достаточно хорошо описываются уравнением (5).

Графическим решением уравнения (5) были вычислены значения кв и кок. Из данных по влиянию температуры на скорость поглощения кислорода в координатах Аррениуса ^к - 1/Т рассчитаны значения энергии (Е#) и энтропии активации (Д8#). Вычисленные кинетические и активационные параметры ключевых стадий каталитического окисления №2803 кислородом в водных растворах СиС12 и БеС13 в отсутствии и присутствии гумусовых кислот при 60° С приведены в таблице 3.

всегда учитывают вклады прямой и обратной реакций.

Если реакция окисления 8О2 в 8О3 дикислородом не протекает без катализаторов, так как запрещена по спину и по симметрии, то при координации О2 с ^металлами снимается запрет по спину и симметрии. Координированная О2 легко реагирует с 802. Особые свойства 8О2 обусловлены тем, что у нее две ВЗМО, сосредоточенные на 8- и О-атомах. ВЗМО, локализованная на О-атоме, предпочитает зарядное, а на 8-атоме - орбитальное сочетание. НСМО находится у 8-атома и предпочитает умеренно орбитальное связывание. При окислении 8О2 в 8О3 валентность 8-атома возрастает от 4 до 6. Поэтому в переходном комплексе стадии окисления 8-атом сам реагирует с двумя другими атомами, а О-атом не принимает участия в процессе. От природы и заряда атома металла зависит электрофильность 8-атома 8О2, требующаяся для эффективного взаимодействия с нуклеофильным О-ато-мом. При координации 802 с орбитальными металлами за счет повышенного вклада я-дативной компоненты увеличивается нуклеофильность 8-атома, пре-

Таблица 3

Кинетические и активационные параметры жидкофазного окисления сульфита натрия в водных растворах СиС12 и ЕеС13 при 60оС

Параметр Каталитический раствор

Н2О-СиС12 Н2О-НГум-СиС12 Н2О-¥вС13 Н2О-НГум-¥вС13

кв, л2/(моль2-мин) 1,5 -102 2,5-102 5,1-103 2,0-102

кок, л/(моль-мин) 1,1-104 5,9-104 4,6-105 0,6-105

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Б#, кДж/моль 8,6 5,9 13,6 25,9

Д8#, Дж/моль-К -166,4 -161,2 -148,0 -161,8

пятствующая атаке О-атома. При адсорбции 8О2 на оксидах благодаря усиленному ст-донорно-акцеп-торному переносу электронов возрастают нужные для реакции с О-атомом акцепторные параметры 8-атома.

Таким образом, изучены влияние температуры и концентрации компонентов каталитического раствора на скорость образования и выход сульфата натрия,

кинетика и ключевые стадии, найдены оптимальные условия протекания жидкофазного окисления сульфита натрия. Установлено положительное влияние гумусовых кислот для систем с хлорной медью, температуры и катализатора на скорость каталитического окисления сульфита натрия. Выход сульфата натрия составил 90 - 100 %.

Литература

1. Дорфман, Я. А. Катализаторы и механизмы гидрирования и окисления / Я. А. Дорфман. - Алматы: Наука, 1984. - 352 с.

2. Страус, В. Промышленная очистка газов / В. Страус. - М.: Химия, 1981. - 616 с.

3. Белов, П. С. Экология производства химических продуктов из углеводородов нефти и газа / П. С. Белов, И. А. Голубева, С. А. Низова. - М.: Химия, 1984. - 256 с.

4. Злобина, Е. В. Задания и методические указания для лабораторных занятий по аналитической химии: уч.-метод. пособие / Е. В. Злобина, Н. Д. Долгова. - Алматы: Казак; университет^ 2010. - 114 с.

5. Moelwyn-Hughes, Е. А. The chemical statics and kinetics on solutions / Е. А. Moelwyn-Hughes. - NY: Academic Press, 1971. - 470 p.

Информация об авторах:

Кадырова Аякоз Бактыгаликызы - бакалавр факультета химии и химической технологии, кафедра физической химии, катализа и нефтехимии Казахского национального университета им. аль-Фараби, 8-775-706-85-86, avok.92@mail.ru.

Ayakoz B. Kadyrova - Bachelor’s Degree student at the Department Physical Chemistry, Catalysis and Petroleum Chemistry, Al-Farabi Kazakh National University.

Маркабаева Айдана Галимжановна - бакалавр факультета химии и химической технологии, кафедра физической химии, катализа и нефтехимии Казахского национального университета им. аль-Фараби, 8-775-615-97-01, 8-777-872-72-50, aidoka markabaeva@mail.ru.

Aidana G. Markabaeva - Bachelor’s Degree student at the Department Physical Chemistry, Catalysis and Petroleum Chemistry, Al-Farabi Kazakh National University.

Ешова Жания Турлухановна - кандидат химических наук, доцент кафедры физической химии, катализа и нефтехимии Казахского национального университета им. аль-Фараби, 8-701-654-24-76, zh_yeshova@mail.ru.

Zhaniya T. Eshova - Candidate of Chemistry, Assistant Professor at the Department Physical Chemistry, Catalysis and Petroleum Chemistry, Al-Farabi Kazakh National University.

Каирбеков Жаксынтай Каирбекович - доктор химических наук, профессор кафедры физической химии, катализа и нефтехимии Казахского национального университета им. аль-Фараби, 8-701-158-44-00,

Zhaxyntay.Kairbekov@kaznu.kz.

Zhaksyntay K. Kairbekov - Doctor of Chemistry, Professor at the Department Physical Chemistry, Catalysis and Petroleum Chemistry, Al-Farabi Kazakh National University.

Акбаева Дина Наурызбаевна - доктор химических наук, профессор кафедры физической химии, катализа и нефтехимии Казахского национального университета им. аль-Фараби, 8-700-458-59-65, 8-778-601-18-01, dnakbayeva@inbox.ru.

Dina N. Akbaeva - Doctor of Chemistry, Professor at the Department Physical Chemistry, Catalysis and Petroleum Chemistry, Al-Farabi Kazakh National University.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.