CC BY
27
рактеристики. Подобные исследования нами также были проведены, однако их обсуждение выходит за рамки данной работы.
В ходе исследований динамики угла смачивания на текстурированных поверхностях были выявлены следующие факты: 1) Внедрения молекул воды в силиконовую матрицу практически не происходит; 2) угол оттекания составляет порядка 130 градусов, что вполне достаточно для предотвращения образования адсорбционных пленок воды на поверхности изоляторов.
Список литературы
1. Бойнович, Л.Б. Особенности взаимодействия силиконовых резин электротехнического назначения с водными средами.- С. 1
2. Старцев, В.В. Новые технологии и конструкции наружной высоковольтной изоляции/Академия Энергетики, №10, 2006. 4 Всеросс. Энергет. форум "ТЭК России в XXI веке"
3. Quere, D. Rep. Prog.Phys, 2005,68, 2495 .
4. Genser, J. / J. Genser, K. Efimenko Biofouling, 2006, 22, 339.
5. Marmur, A. Langmuir. 2003, 19, 8343.
6. Sun, T. / T. Sun, L. Feng, X. Gao, L. Jiang. //Acc. Chem. Res., 38, 644 (2005)
7. Бойнович, Л.Б. / Л.Б. Бойнович, А.М. Емельяненко //Успехи химии В печати, 2008.
8. Erbil, H. Y. / H. Y. Erbil, A. L. Demirel, Y. Avci, O. Mert. //Science, 299, 1377 (2003).
9. Guo, Z.G. / Z.G.Guo, F.Zhou, J.C.Hao, W.M.Liu. //J.Am.Chem.Soc. 127, 15670 (2005).
10. Zimmermann, J. / J. Zimmermann, G. R. J. Artus, S. Seeger//Appl. Surf. Sci., 253, 5972 (2007).
11. Zimmermann,J. / J. Zimmermann, F. A. Reifler, U. Scharade, G. R. J. Artus, S. Seeger. //Colloids. Surf. A, 302, 234 (2007).
12. Бойнович, Л.Б. Автоматизированная установка для измерения поверхностного натяжения жидкостей и краевых углов смачивания/ Л.Б. Бойнович, А.М.Емельяненко // Приборы и техника эксперимента. - 2002. - №2. - С.167
13. Емельяненко, А.М. Разработка новых физических и математических методов исследования равновесия в зоне трехфазного контакта. Дис. ... д.ф.-м.н. М., 2004.
14. Dettre, R.H. / Dettre R.H., Johnson R.R..// Jr Contact Angle, Wettability and Adhesion (Advances in Chemistry Series, Vol. 43) Washington, 1963.-Р. 136.
15. Zisman, W.A. In Contact Angle, Wettability and Adhesion (Advances in Chemistry Series, Vol. 43), American Chemical Society, Washington, 1963.-Р. 1
16. Thorpe, A.A. / A.A. Thorpe, V. Peters, J. R. Smith, T. G. Nevell, J. Tsibouklis //J. Fluor. Chem., 104, 37 (2000)
17. Chen, W. / W. Chen, A. Fadeev, M. Hsieh, D. Oner, J. Youngblood, T. J. McCarthy //Langmuir, 15, 3395 (1999)
18. Genser, J. / J. Genser, K. Efimenko //Biofouling, 22, 339 (2006)
19. Nishino, T. / T. Nishino, M. Meguri, K. Nakamae, M. Matsushita, Y. Ueda.//Langmuir, 15, 4321 (1999)
20. Woodward, I. / I. Woodward, W.C.E. Schofield, V.Roucoules, J.P.S. Badyal //Langmuir, 19, 3432 (2003)
УДК 541.1
Е.Н. Голубина, Н.Ф. Кизим, Н.А. Никитина
Новомосковский институт Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева, Новомосковск, Россия
ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССА НА ИНТЕНСИВНОСТЬ РЕЭКСТРАКЦИИ КИСЛОТЫ
Influence of heights of water and organic phases, increase in density of a water phase, introduction in system extraction agent (D2EHPA) and addition to a cell of a grid on process stripping the nitric acid is studied.
Изучено влияние высот водной и органической фаз, увеличения плотности водной фазы, введения в систему экстрагента (Д2ЭГФК) и помещения в ячейку сетки на процесс реэкстракции азотной кислоты.
Поверхность раздела жидкость-жидкость является энергетически неоднородной, что обусловливает наличие градиентов поверхностного натяжения, высокие значения которых приводят к возникновению спонтанной поверхностной конвекции (СПК). Возникновение и развитие СПК приводит к интенсификации процесса межфазного массопереноса. Одновременно с этим, СПК может приводить к спонтанному эмульгированию.
Изучению конвективной неустойчивости Марангони в процессе экстракции и абсорбции газа посвящено значительное число работ [1-3]. Если массоперенос через межфазную поверхность осложнён химической реакцией, протекающей на границе раздела фаз, то в условиях межфазной неустойчивости химическая реакция может влиять на градиенты концентраций и температур на поверхности. Исследование колебательной неустойчивости Рэлея-Марагони-Бенара в двухслойных жидких системах представлено в работе [4]. Неустойчивость Рэлея при экстракции рассмотрена Имаши и Фуджинава [5], в процессах испарения - Каминским В.А. и Дильманом В.В. [6]. Авторами работы [6] получены критические условия возникновения неустойчивости данного типа.
Дальнейшее развитие эксперимента в этой области является весьма актуальным, как в смысле получения новой информации, так и стимулирования тех теоретических работ, для которых необходима количественная оценка результатов исследования.
В данном сообщении представлены результаты исследований влияния условий проведения процесса реэкстракции кислоты на его интенсивность.
Эксперимент проводился следующим образом. В ячейку конусообразной формы с площадью межфазной поверхности 6,55 см2 наливали 8 мл водной фазы, затем осторожно, по стенке, приливали 2 мл экстракта. Экстракт готовили путем умеренного встряхивания в делительной воронке равных объемов толуола (квалификации «х.ч.») и 6 М азотной кислоты (ч.д.а.) в течение 5 минут, последующего 30 минутного расслаивания и отделения органической фазы. В качестве водной фазы использовали насыщенный толуолом бидистиллат, получение которого идентично получению экстракта, но вместо раствора кислоты использовали свежеприготовленный бидистиллат. Переносимым веществом являлась азотная кислота, реэкстракция которой сопровождалась перераспределением и других компонентов системы, хотя и в существенно меньшей мере. Время опыта фиксировали с момента попадания первой капли приливаемой другой жидкости на поверхность первой, налитой ранее. Далее через определенные моменты времени измеряли электропроводность принимающей фазы с помощью кондуктометра «Эксперт-002», данные с которого передавались на персональный компьютер. Затем по калибровочным зависимостям определяли концентрацию кислоты. Калибровочные зависимости получали путем измерения электропроводности водных растворов кислоты (HNO3) известной концентрацией. Для оценки влияния различных факторов на процесс массопереноса кислоты использовали эффективный коэффициент массопередачи. Эффективный коэффициент массопередачи при реэкстракции кислоты рассчитывали по известной методике [7, 8].
Развитие СПК в системе толуол, HNO3 / вода было показано ранее [9]. Помутнение органической фазы и экстремальная зависимость её оптической плотности от времени указывают на развитие в системе спонтанного эмульгирования.
На рис. 1 представлена зависимость эффективного коэффициента массопередачи от времени для исходной системы (кривая 1). Такой характер зависимости указывает на развитие СПК и, возможно, неустойчивости Рэлея-Тейлора. Увеличение плотности водной фазы путём добавления сахара (до концентрации 1М), увеличивает градиент плотности в начале процесса, что должно привести к увеличению коэффициента массопередачи в начальное время. Однако этого не произошло, что, по-видимому, связано с одновременным увеличением вязкости раствора.
Увеличение высоты органической фазы в 1,5 раза приводит к более низким значениям эффективного коэффициента массопередачи во всём диапазоне времён (кривая 3. рис. 1), что, по-нашему мнению, связано с уменьшением мощности энергии СПК, генерируемой в динамическом межфазном слое, приходящейся на единицу объёма органической фазы. Влияние высоты водной фазы на процесс реэкстракции кислоты изучено путём создания трёхслойной системы. Для того чтобы сохранить неизменной величину межфазной поверхности и вместе с тем уменьшить высоту водной фазы в систему была добавлена «подложка» из тетрахлорметана. Уменьшение высоты водной фазы приводит к снижению эффективного коэффициента массопередачи (кривая 4).
к-103 см/с к-103 см/с
1,5 1 \ • 15 - > П
1, 0, о\ 1 <ъз 10 -5 1 1
0 500 1000 1500 с 0 500 1000 ^ с
Рис. 1. Зависимость эффективного коэффициента массопередачи при реэкстракции кислоты в системе толуол-НЧО3-вода. 1 - 8 мл воды в контакте с 2 мл экстракта, 2 - 8 мл водного раствора сахара (1 М) с 2 мл экстракта; 3 - 8 мл воды с контакте с 5,3 мл экстракта; 4 - 4 мл СС14, 4 мл воды с 2 мл экстракта. Рис. 2. Зависимость эффективного коэффициента массопередачи от времени при реэкстракции Н!ЧО3 из 0,01 М раствора Д2ЭГФК в толуоле: 1 - 8 мл воды в контакте с 2 мл экстракта, 2 - то же самое с наличием ячейки в сетки.
Введение в изучаемую систему экстракционного реагента ди-(2-этилгексил)фосфорной кислоты (Д2ЭГФК) несколько изменяет протекание процесса реэкстракции кислоты (НЫО3). Являясь поверхностно-активным веществом Д2ЭГФК должна адсорбироваться на межфазной поверхности и можно ожидать снижение скорости реэкстракции азотной кислоты. Однако представленная на рис. 2 (кривая 1) зависимость эффективного коэффициента массопередачи от времени осциллирует. Это может быть результатом наложения двух процессов: адсорбции Д2ЭГФК, которая уменьшает скорость процесса, и развитие СПК, которая увеличивает скорость процесса. Разное влияние этих двух процессов приводит к тому, что в некотором диапазоне времён эффективный коэффициент массопередачи принимает более высокие значения, чем в системе без Д2ЭГФК (кривая 1, рис. 1), и наличию осцилляций на зависимости эффективного коэффициента массопередачи от времени.
Чтобы уменьшить влияние конвекции на течение процесса реэкстракции кислоты в экспериментальную ячейку была введена полимерная сетка с площадью ячейки 1 мм2. Сетку, свёрнутую спиралью так, что расстояние между витками составляет примерно 1 мм, помещали в водную фазу таким образом, чтобы высота свободной водной фазы составляла примерно 1 мм. В этом случае эффективный коэффициент массопере-дачи ниже, чем в случае отсутствия сетки, и на зависимости эффективного коэффициента массопередачи от времени практически не наблюдается осцилляций (рис. 2, кривая 2). Такой характер зависимости объясняется тем, что в отсутствии сетки спонтанная поверхностная конвекция возбуждает развитие неустойчивости Рэлея-Тейлора, которая приводит к подводу к межфазной поверхности обеднённых по кислоте (HNO3) частиц водной фазы, обуславливая тем самым увеличение интенсивности реэкстракции.
Таким образом, варьирование условий проведения процесса позволяет влиять на разные его составляющие, а именно, развитие в системе СПК, спонтанное эмульгирование и неустойчивость Рэлея-Тейлора.
Список литературы
1. Шервуд, Т. Массоперередача/ Шервуд Т., Пигфорд Р., Уилки Ч.. - М.: Химия, 1982. - 696 с.
2. Скурыгин, Е.Ф. О конвективной неустойчивости Марангони в процессе абсорбции, сопровождающейся объемной химической реакцией/ Е.Ф.Скурыгин, В.В.Дильман// Теор. основы хим. технол. - 2006. - 40, № 2. - С. 115-123.
3. Лукашев, Е.А. Диффузионная и кинетическая неустойчивость при массопереносе через жидкую мембрану // Химия и технология воды. - 1991. - Т.13. - № 6. - С. 483-486.
4. Liu, Q. S. Oscillatory instability of Rayleigh-Marangoni-Benard convection in two-layer liquid systems/ Liu Q. S., Zhou B. H., Tang Z. M // J. Non-Equilibr. Thermodyn. - 2005. - 30, № 3. - С. 305-319.
5. Imashi, N. Theoretical study of the stability of two fluid layers/ Imashi N., Fujinawa K. // J. Chem. Eng. Jap. - 1966. - V. 21. - № 6/7. - Р. 583-607.
6. Каминский, В.В. Неустойчивость Рэлея в процессах испарения/ В.В.Каминский, В.В.Дильман // Журн. физич. химии. - 2004. - Т. 78. - № 3. - С. 558 - 562.
7. Тарасов, В. В. Динамический межфазный слой при жидкостной экстракции // Нетрадиционные экстракционные системы: Тез. докл. и лекций XII Рос. конф. по экстракции, V школы-семинара по экстракции. - М., 2001. - С. 102 - 105.
8. Тарасов, В.В. Динамический межфазный слой в неравновесных системах жидкость/жидкость // Докл. АН. - 1996. - Т. 350. - № 5. - С. 647-649.
9. Кизим, Н.Ф. Среднечастотное волновое движение жидкостей при спонтанной поверхностной конвекции/ Н.Ф.Кизим, Е.Н.Голубина // Журн. физич. химии. - 2003. - Т. 77. - № 12. - С. 2286 - 2290.
УДК 539.23;241.183;541.64
А.Л. Дубае, М.А. Калинина, В.В. Арсланов
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия Институт физической химии и электрохимии РАН, Москва, Россия
САМОСБОРКА НАНОРАЗМЕРНЫХ ПЛАНАРНЫХ И ГЛОБУЛЯРНЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ ЭПОКСИДНОГО ОЛИГОМЕРА И ЦИКЛЕНА
