CC BY
23
УДК 614.841.13
*
С. М. Михайлова, Л. Р. Шарифуллина
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 * [email protected]
ВЛИЯНИЕ СВОЙСТВ СОРБЕНТОВ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОДУКТОВ ПИРОЛИЗА ГОРЮЧИХ МАТЕРИАЛОВ
При горении многих современных синтетических материалов возможно выделение чрезвычайно токсичных веществ в малых количествах. В этом случает при проведении пробоотбора воздуха с места пожара важным является возможность улавливания следовых количеств компонентов смеси для возможности дальнейшей их идентификации. В работе рассмотрены виды углей, их адсорбционная способность. Отмечена важность изучения функций структуры микропор угля, определяющих как сорбционные, так и десорбционные их возможности.
Ключевые слова: продукты горения синтетических материалов, пиролиз горючих материалов, адсорбция, свойства сорбентов
Продукты горения многих современных синтетических материалов являются сложным объектом для анализа, поскольку возможно выделение чрезвычайно токсичных веществ в малых количествах. Важным аспектом является определение содержания чрезвычайно опасных хлорорганических соединений, попадающих в атмосферный воздух при пиролизе горючих материалов. Для улавливания золы используют различные фильтры, из которых целевые соединения экстрагируют органическими
растворителями или методом СФЭ. В последнем случае искомые соединения выделяют из низко и высокоуглеродистой летучей золы (образующейся при сжигании ТБО) с помощью СФЭ (СО2 с добавкой 10% толуола) или методом ускоренной экстракции толуолом при повышенном давлении и температуре [1].
Для отбора проб воздуха широко используют угли различных марок. За рубежом - в основном активный уголь из скорлупы кокосовых орехов или нефтяной кокс. В нашей стране для этих целей обычно применяют активные угли марок СКТ и БАУ. Основную роль в процессе адсорбции играют микропоры. Однако если адсорбент пронизан микропорами различной длины, то адсорбция происходит медленно, так как путь, проходимый адсорбируемыми молекулами в микропорах, очень велик. Если же микропоры пересекаются микропорами, то путь уменьшается, и скорость адсорбции возрастает. Если скорость адсорбции зависит главным образом от структуры пор, по которым адсорбируемые молекулы передвигаются к микропорам, то она может быть значительно повышена посредством измельчения угля, - это сокращает путь перемещения молекул. Адсорбционная способность является функцией структуры микропор [2].
Активный уголь из кокосового ореха приобрел статус почти универсального твердого сорбента. Уголь из нефти менее активен, но его также часто используют для пробоотбора. Уголь очень эффективный сорбент, его обычно используют для улавливания из воздуха неполярных соединений. Уголь может концентрировать и полярные вещества,
но эти соединения очень трудно извлекаются из сорбента. Тем не менее, многие органические соединения, которые являются
реакционноспособными, полярными или
легкоокисляемыми могут быть успешно собраны на трубке с углем и затем достаточно полно извлечены из сорбента.
Сорбционное извлечение примесей токсичных веществ из загрязненного воздуха является главным и широко применяемым способом проботбора как в России, так и за рубежом [3]. Этот способ универсален и позволяет извлекать из воздуха с одновременным концентрированием контролируемых компонентов практически весь спектр загрязняющих веществ (кроме твердых частиц и аэрозолей) - от газов до высококипящих органических соединений. При этом эффективность извлечения очень высока и может достигать 95-100%.
Воздух с помощью различного рода аспирационных устройств пропускают через трубку с сорбентом, а после завершения проботбора транспортируют ее в лабораторию, где сконцентрированные примеси извлекают и анализируют подходящим методом. Типичными трубками с сорбентами, используемыми для проботбора воздуха из атмосферы являются трубки с активированным углем - наиболее дешевые и эффективные пробоотборные устройства. Количество сорбента может быть увеличено для повышения сорбционной емкости трубки, а увеличение внутреннего диаметра можно использовать для снижения сопротивления потоку воздуха и достижения более высоких скоростей пробоотбора [4].
Исследование влияния различных параметров на степень извлечения токсичных веществ с использованием экстрагентов повышенной летучести (анализ методом ВЭЖХ/УФД) показало, что наиболее эффективное извлечение достигается при использовании органических растворителей и СФЭ (СО2) в статических условиях в течение 5 минут. При этом скорость потока флюида не имеет особого значения.
Чувствительные элементы хроматографических детекторов, особенно ионизационных,
корродируются хлором, что приводит к значительному снижению их чувствительности. Поэтому для соединений хлора применяют метод реакционной газовой хроматографии,
заключающийся в получении органических производных, фиксируемых с очень высокой чувствительностью селективными детекторами. Очень низкое содержание хлора можно обнаружить методом жидкостной или газовой хроматографии после улавливания газа раствором 2-нафтола и определения образовавшегося 1-хлор-2-нафтола [5].
Селективное определение низких содержаний хлора в присутствии аммиака и некоторых других газов возможно после превращения его в 4-хлор-2,6-диметилфенол по реакции с диметилфенолом в водном растворе [6]. Дальнейшее определение хлора хроматографическим методом анализа в присутствии воды может быть осуществлено на высокоэффективном жидкостном хроматографе с флуорисцентным детектором или детектором на диодной матрице, а также хромато-масс-спектрометрически в режиме селективного детектирования ионов. Для определения галогенсодержащих легколетучих органических соединений чаще всего используют
электронозахватный детектор, который хорошо зарекомендовал себя при прямых анализах «чистых» образцов - питьевых и подземных вод. ЕРА рекомендуется для анализа галогенсодержащих
соединений детектор Холла, но, хотя эта комбинация является вполне дееспособной, сотрудники европейских лабораторий предпочитают при проведении подобных работ использовать селективный масс-спектрометрический детектор. Для того чтобы исключить ложную информацию о природе элюируемого вещества при работе с селективными детекторами рекомендуются двухколоночные схемы анализа.
Установленные для некоторых соединений предельные содержания близки к пределам детектирования (до 1 мкг/л), поэтому их определение требует использования новейшего аналитического оборудования. Появление новых аналитических подходов, базирующихся на сочетании различных методов хроматографического разделения и детектирования на основе гибридных методов (ГХ/МС, ГХ/ИК-Фурье, ГХ/МС/АЭД, ГХ/МС/ВЭЖХ, и др.) помогает решать проблемы, связанные с анализом органических загрязнителей. В случае комбинированной системы, состоящей из газовой хроматографии и ИК-Фурье спектроскопии, ИК-спектры элюируемых компонентов регистрируются последовательно по мере их выхода из колонки, что естественным образом дополняет информацию, полученную из масс-спектров, особенно при необходимости определения изомеров, масс-спектры которых очень близки и поэтому неинформативны.
Михайлова Софья Максимовна, магистр 1 года обучения кафедры техносферной безопасности РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Шарифуллина Лилия Ринатовна, к.х.н., РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
доцент кафедры техносферной безопасности
Литература
1. Другов А.С., Родин Ф.Ф. Мониторинг органических загрязнений природной среды 500 методик: практическое руководство / Ю. С. Другов, А. А. Родин. 3-е изд. (эл.). М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. 893 с.
2. Другов Ю.С., Беликов А.Б., Дьякова Г.А., Тульчинский В.М. Методы анализа загрязнений воздуха. М.: Химия, 1984, с.384.
3. Berezkin V.G., Drugov Yu.S. Gas chromatography in air Pollution/ Amsterdam e.a.: Elsevier,1991,p.211.
4. Каталог средств измерений, приборов и оборудования, применяемых в промышленной санитарии, медицине и экологии. ЗАО «Химко». М.: НПО «Химавтоматика», 2000, с.19.
5. Gaind V.S. e.a. J. High Res. Chromatogr., 1992, v. 15, №12, p.840-842.
6. Cheplen J. M. e.a. Anal. Chem. 1984, v.56, №7, p.1194-1196.
Mihailova Sofia Maksimovna, Sharifullina Liliya Rinatovna
Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * [email protected]
INFLUENCE OF PROPERTIES SORBENTS FOR CHROMATOGRAPHIC STUDY OF THE PRODUCTS OF PYROLYSIS OF COMBUSTIBLE MATERIALS
Abstract
During the combustion of many modern synthetic materials can be released extremely toxic substances in small quantities. In this case, a sampling air from the fire site is an important opportunity to capture trace amounts of a mixture of components to allow further identification. The paper discusses the types of coals, their adsorption capacity. The importance of studying the structure of the functions of coal micropores determining how the sorption and desorption of their opportunities.
Keywords: the combustion products of synthetic material, the pyrolysis of combustible material, the adsorption, properties of sorbents
