Растворимость в воде перекиси водорода: ICSC 0164 — ПЕРОКСИД ВОДОРОДА (>60% РАСТВОР В ВОДЕ)

Растворимость в воде перекиси водорода: ICSC 0164 — ПЕРОКСИД ВОДОРОДА (>60% РАСТВОР В ВОДЕ)

Содержание

Перекись водорода растворимость — Справочник химика 21





    Сообщалось, что выходы эпоксидных соединений можно увеличить, применяя надуксусную кислоту, без выделения ее из реакционной смеси (уксусн.ая кислота, перекись водорода и серная кислота смешивались и выдерживались 20 ч ири комнатной температуре или 2 ч при 57°С). Необходимо, чтобы перемешивание было не интенсивным, так как последнее приводит к снижению содержания эпоксидов, очевидно благодаря тому, что не растворимые в воде эпоксидные соединения при лучшем.контакте с водной фазой, содержащей сильную минеральную ки слоту, быстрее гидролизуются с раскрытием цикла [c.226]









    В рамках данного проекта проводятся исследования перспективного метода синтеза циклогексаноноксима — исходного продукта в производстве е-капролактама окислительным аммонолизом циклогексанона. Реакция окислительного амманолиза осуществляется при взаимодействии циклогексанона с аммиаком и перекисью водорода при 10-20°С. В качестве катализатора нами использовались растворимые в водной фазе соединения вольфрама. Стабилизация распада перекиси водорода осуществлялась с помощью трилона-Б Было установлено, что при молярном соотношении циклогексанон перекись водорода аммиак = 14 5 выход циклогексаноноксима составляет 93-95% на загруженный циклогексанон при практически полной его конверсии. С целью выяснения механизма реакции окислительного аммонолиза циклогексанона была изучена кинетика процесса и показано, что он протекает через промежуточное образование гидропероксициклогексиламина Для получения циклогексанона и перекиси водорода предложено использовать жидкофазное окисление цикJюгeк aнoлa В зтой связи подробно изучена реакция окисления циклогексанола — температура, продолжительность реакции, концентрация катализатора, выделение смеси циклогексанона и перекиси водорода, которая непосредственно была использована для получения циклогексаноноксима. Изучена кинетика реакции окислительного аммонолиза циклогексанона и предложен механизм реакции [c.53]

    Окисление. Перекись водорода является очень удобным окислителем, так как она имеет низкий молекулярный вес, растворима в воде и органических растворителях. Например, аллиловый спирт количественно превращается в глицерин (стр. 747). [c.217]

    В оставшийся раствор добавили перекись водорода для перевода железа из двух- в трехвалентное состояние, затем избыток перекиси удалили кипячением. После добавления раствора гидроокиси аммония выпал осадок гидроокиси железа. Гидроокись цинка растворима в избытке аммиака вследствие образования комплексного соединения. [c.180]

    Перекись водорода — сиропообразная жидкость, в 1,5 раза тяжелее воды. При —2° С она превращается в белую кристаллическую массу, хорошо растворима в воде, спирте, эфире. [c.167]

    Все растворимые соединения ряда окиси хрома легко окисляются в щелочных растворах в соли хромовой кислоты (хромиты переходят в хроматы). Составьте уравнения происходящих при этом реакций взяв в качестве окислителей а) хлор б) перекись водорода. [c.245]

    Соли таллня применяются для обнаружения и количественного определения многих ионов. Гидроокись одновалентного таллия рекомендуется в качестве реактива на озон [552, 614] и перекись водорода [801]. Нитрат одновалентного таллия позволяет обнаруживать едкую щелочь в присутствии растворимых сульфидов [229], иодиды в присутствии бромидов [550]. Растворимые соли одновалентного таллия находят широкое применение в качестве реактивов в микрокристаллоскопии [103]. В последнее время для этой же цели рекомендуются соли трехвалентного таллия [793]. Соли одновалентного таллия предлагаются для идентификации органических [c.8]










    В качестве реагентов используют иодат [206, 567, 1473, 1474, 1541] или перйодат калия [539, 1667, 2000, 2001] и йодную кислоту [99, 1161, 2003]. Обычно реакцию осаждения иодата тория Th(JOз)4 иодатом калия проводят примерно в 6Л/ азотнокислом растворе. Для определения следов тория раствор должен быть 0,5—Ш по НЫОз, так как при более высокой кислотности не достигается количественное выделение иодата тория, правда, избыток иодата понижает растворимость иодата тория. Определению мешают 2г и Т1. и Се [464, 1467] осаждаются иодатом вместе с торием. Поэтому первый предварительно окисляют перекисью водорода [206] для восстановления церия используют перекись водорода или сернистую кислоту [1467]. Небольшие количества фосфатов не мешают. Обычно метод состоит в осаждении иодата тория иодатом калия из холодного раствора, промывании полученного осадка раствором, содержащим иодат калия и азотную кислоту, растворении в избытке азотной кислоты, переосаждении в виде иодата. [c.36]

    Инициаторами полимеризации в этом случае являются свободные радикалы, образующиеся в качестве промежуточных продуктов при окислительно-восстановительных реакциях. Резкое снижение энергии активации разложения перекиси в присутствии восстановителя позволяет проводить полимеризацию с достаточно высокой скоростью при низкой температуре. Можно подобрать пары окислитель — восстановитель , растворимые в воде (например, перекись водорода — сульфат двухвалентного железа) или в органических растворителях (например, органические перекиси — амины), и, таким «Образом, инициировать полимеризацию как в водной, так и в органической среде. [c.33]

    Перекись водорода осаждает желтоватую перекись урана, не растворимую в соляной кислоте. Присутствие сульфат-иона препятствует осаждению. Перекись урана растворяется в растворе карбоната аммония, образуя темножелтый раствор. Бели осадок, образованный -перекисью водорода, растворить в серной кислоте и раствор взболтать с небольшим количеством эфира, то последний окрашивается (в синий цвет- [c.591]

    Эмульсионная полимеризация проводится в водной среде в присутствии эмульгатора и растворимого в воде инициатора. В качестве эмульгаторов применяются различные мыла. Инициаторами служат перекись водорода, персульфаты и т, п. ПВХ образуется в виде тонкодисперсного латекса. Ввиду большой поверхности эмульсионного ПВХ и большого количества эмульгатора его удаление из готового продукта затруднено. Поэтому эмульсионный ПВХ по степени чистоты уступает суспензионному. Главным, достоинством эмульсионного ПВХ является возможность переработки его в пасты (см. переработку ПВХ). [c.40]

    Наиболее широкое распространение получили растворимые в воде неорганические перекиси (персульфаты, пербораты, перекись водорода и т. д.) и частично растворимые в воде гидроперекиси, а также окислительно-восстановительные инициирующие системы (ОВС) [40, с. 13 41, с. 120 42 43 44, с. 73]. Вследствие наличия водной фазы нельзя использовать для инициирования эмульсионной полимеризации большинство каталитических систем ионной полимеризации, систем типа Циглера—Натта и др., хотя не следует забывать работы об использовании родиевых катализаторов для инициирования ЭП бутадиена [45, 46]. [c.13]

    Для приготовления водной эмульсии к воде добавляют эмульгатор (мыло, некаль-натриевая соль изобутилнафталинсульфо-кислоты), регулятор среды и инициатор полимеризации, растворимый в воде (перекись водорода, персульфат натрия). Иногда вводят стабилизатор эмульсии желатин или поливиниловый спирт. В охлажденную воду, содержащую указанные вспомогательные материалы, под давлением вводят сжиженный хлористый винил, который хорошо в этой среде эмульгирует. [c.123]

    Исследованием растворимости в системах гидроокись щелочноземельного металла — перекись водорода — вода в широком интервале температур и концентрации перекиси водорода и изучением термической устойчивости твердых фаз, образующихся в этих системах, разработаны рациональные способы синтеза перекисей кальция, стронция и бария. [c.100]

    Растворимые сульфаты переводят в хлориды обработкой хлоридом бария другие соли обычно переводят в хлориды повторным выпариванием с соляной кислотой, которую заменяют метиловым спиртом, насыщенным хлористым водородом, когда хотят превратить в хлориды растворимые бораты Бромиды и иодиды лучше всего превращать в хлориды выпариванием с соляной кислотой, содержащей перекись водорода (но не в платиновой посуде) [c.1005]

    В качестве инициаторов при эмульсионном методе применяются как перекись бензоила, так и перекись водорода. Растворимые в воде инициаторы приводят к более высокодисперс- [c.332]

    При использовании смеси мономеров, один из которых растворим в воде, а другой — в масле, были получены in situ блок-сополимеры [99, 100]. Акриловую или метакриловую кислоту растворяли в воде, а стирол эмульгировали в водной фазе. В присутствии растворимого в воде инициатора — персульфата калия или системы перекись водорода — сульфат железа (II) — происходила полимеризация акриловой кислоты в водной фазе до тех пор, пока растущие цепи не начинали диффундировать в мицеллы, содержавнгие стирол, в результате чего начинался рост полистирольной цепи на цепи полиакриловой кислоты, приводивший к образованию блок-сополимера. [c.271]










    Крепкая перекись водорода смешивается со спиртом, ацетоном, пиридином и т. п. обычными растворителями во многих случаях лучше, чем вода. Например, в анилине, как и в этилацегате,. растворимость перекиси водорода не ограничена, тогда как вода растворима в них в количестве всего ок. 3,5%. ] [c.60]

    В воде, серной, соляной и фосфорной кислотах трехокись не растворяется медленно растворяется в горячих концентрированных растворах щелочи, образуя ренаты. В органических растворителях не растворима [16]. Азотная кислота, перекись водорода, бромная вода окисляют КеОз до ННе04 [14 ]. [c.281]

    Хорошо фильтруюш,ийся осадок получается при осаждении из сульфатных сред (Ф. П. Кондрашова, 1953 г.). Растворимость пероксида в воде составляет десятые доли миллиграмма плутония на литр раствора, а в слабокислых растворах 5—10 мг л плутония. Пероксид плутония ле. ко растворяется в кислых растворах в присутствии окислителей или восстановителей, разру-шаюш,их перекись водорода. Прокаливание пероксида приводит к образованию двуокиси плутония. [c.89]

    Большое значение имеет природа инициатора, так как образующиеся при его распаде радикалы должны легко отрывать водород от полимерной молекулы. Эффективными инициаторами являются персульфаты, перекись водорода, некоторые органические пероксиды.. Как уже отмечалось в разделе 1.3, именно таким способом получаются привитые сополимеры ВА и ПВС при эмульсионной полимеризации ВА в присутствии защитного коллоида. При проведении эмульсионной сополимеризации ВА с этиленом под давлением более 2—3 МПа в водном растворе ПВС возчожна также прививка к защитному коллоиду и этилена. В результате ухудшения растворимости в воде образующегося привитого сополимера может произойти коагуляция дисперсии. [c.45]

    В качестве катализаторов полимеризации чаще всего применяют водорастворимые перекисные соединения, дающие при разложении свободные радикалы. Такими соединениями являются перекись водорода, перекись калия [85], персульфаты и пербо-раты. Перекисным соединением, растворимым в мономере, является перекись бензоила [86]. Найдено также, что диазоаминобензол активхтрует полимеризацию бутадиена [87]. В качестве катализаторов реакции используют третичные амины, растворимые по меньшей мере в одном из полимеризуемых компонентов [88]. [c.52]

    Реакция окисления — восстановления проходит в среде, содержащей мономер, с образованием инициирующих полимеризацию свободных радикалов. Можно подобрать пары окислитель — восстановитель, растворимые в воде [например, перекись водорода—сульфат железа (II) или в органических растворителях (напримёр, перекись бензоила — диметиланилин). В соответствии с этим радикальную полимеризацию можно инициировать как в водных, так и в органических средах. Например, распад перекиси водорода в присутствии солей железа (II) может быть представлен следующими уравнениями  [c.43]

    Метод, приведенный на стр. 56, основан на реакции образования растворимого комплексного соединения красного цвета при взаимодействии нонов магния с солохром цианином R 200 в аммиачном растворе при pH 11. Предварительно магний отделяют осаждением гидроокиси магния нз щелочного раствора, содержащего перекись водорода и цианид калия. Перекись водорода предотвращает осаждение гидроокиси титана, способствуя образованию растворимого иероксидного комплекса титана цианид калия образует растворимые комплексы с медью и никелем, подавляя таким образом влияние этих элементов на протекание последующей цветной реакции. [c.52]

    Несмотря на то что кислород воздуха обычно применяют для получения комплексов Со(1И), могут быть использованы и другие окислители. Многие из них в состоянии окислить Со(П) в Со(1И) в присутствии подходящих лигандов однако не все они удобны для применения. Такие окислители, как перманганат калия и бихромат калия, вводят в реакционную смесь ионы, трудно отделимые от продуктов реакции. Другие же окислители, например кислород и перекись водорода, не вводят в реакционную смесь посторонних ионов металлов. Подходящими окислителями являются также те, продукты восстановления которых не растворимы в воде и их можно отделить фильтровяние.м. Примерами являются РЬОз, который восстанавливается до РЬ , отделяемый в виде нерастворимого РЬС1г, и ЗеОо, который дает при восстановлении нерастворимый селен. [c.102]

    Эмульсионная полимеризация может быть двух вариантов — латексная и суспензионная. Водно-суспензионный способ характеризуется применением перекиси бензоила, порофора М, не растворимых в воде, но растворимых в мономере. При полимеризации получаются довольно крупные гранулы полимера. При латексном способе применяются водорастворимые инициаторы— персульфаты и перекись водорода. Полимер получается в тонкодисперсном виде. В качестве эмульгаторов латексной полимеризации используют некали (натриевые соли алкил-нафталинсульфокислоты), алкилсульфонаты и др. Вода должна быть дистиллированная или очищенная ионитами. [c.328]

    Нами предложен способ реактивации отработанных алюмоплатиновых катализаторов смесью соляной кислоты и перекиси водорода [472]. Действие НС1 и Н2О2 на кристаллы платины объясняется следующим образом [471]. Перекись водорода в кислой среде при нагревании разлагается с выделением атомарного кислорода, который взаимодействует с поверхностью платины и переводит ее в ионную форму, хорошо растворяющуюся в соляной кислоте. Возможно также, что выделяющийся кислород вступает в реакцию с НС1 с образованием хлора, который активно реагирует с платиной, не только разрушая крупные частицы металла, но и переводя платину в ионную форму, растворимую в соляной кислоте. Такая схема хорошо объясняет более эффективный перевод крупных частиц металла в растворимое состояние и увеличение дисперсности платины при действии на прокаленные модельные алюмоплатиновые катализаторы смеси НС1 и Н2О2 по сравнению с действием только одной НС1. [c.181]

    НИИ цепи — Ме — О — Ме — или—Ме Ме совершенно естественно ожидать, что два различных металла могут войти в одну цепь полимерного иона оксо- или гидроксокомплекса, особенно если численные значения растворимости гидроокисей мало отличаются. Подобные явления хорошо известны в аналитической химии ниобия и тантала, которые в обычных (не комплексантах) кислотах находятся.в виде различных полимерных гидроксокомплексов. В связи с этими явлениями многие свойства ниобия и тантала в смеси отличаются от их свойств, когда они находятся в отдельности [55]. Например, ниобий -связывает в комплекс перекись водорода, образуя прочное соединение, имеющее характерную полосу поглощения в ультрафиолете и очень медленно реагирующее с перманганатом [75]. Тантал в солянокислых или сернокислых растворах находится в полимерной форме и при небольших концентрациях перекиси водорода почти не образует комплекса в обычных условиях перекисный комплекс образуется лишь из фторотантала, если прибавить к нему Н2О2 и А1С1з. Таким образом, в обычных условиях можно рассчитывать, что тантал не будет препятствовать фотометрическому или титриметрическому определению ниобия. Однако нри совместном присутствии тантал и ниобий образуют смешанные гидроксокомплексы и ниобий теряет те особые свойства и отличия от тантала, которые присущи ему в растворе, не содержащем тантала [76]. [c.361]


Свойства перекиси водорода | Дистанционные уроки

15-Апр-2014 | Нет комментариев | Лолита Окольнова

Это вещество продается во всех аптеках, т.е. его может приобрести любой человек.  Химик Л. Ж. Тенар считается первооткрывателем «окисленной воды»

 

Давайте подробно разберем

 

 

 

Строение молекулы

 

 

  • валентность O = 2
  • степень окисления O = -1
  • молекула полярна

 

Физические свойства перекиси водорода

 

жидкое бесцветное вещество без запаха; с «металлическим» привкусом

очень хорошо растворимо в воде, точнее, перекись может смешиваться с h3O в любых соотношениях;

хорошо растворяется в полярных (органических) растворителях).

 

Химические свойства перекиси водорода

 

  • Часто можно наблюдать, как капелька перекиси водорода «пузырит» — вещество очень легко разлагается на свету — образуется вода и выделяется кислород:

 

2H2O2 = 2H2O + O2

 

Поэтому перекись нельзя держать открытой на воздухе — со временем в склянке останется только вода.

 

пероксид водорода проявляет свойства очень слабой кислоты (слабее угольной):

 

 

с.о. -1 делает возможным и окислительные — восстановление до O(-2), и восстановительные  — окисление до O2, свойства:

 

Окислительные свойства перекиси водорода

Восстановительные свойства перекиси водорода

В кислой среде H2O2 восстанавливается до H2O:

H2O2 +2H(+) +2e(-) = 2H2O

KNO2 + H2O2 = KNO3 + H2O

В щелочной или нейтральной — до OH-:

H2O2 +2e(-)= 2OH(-)

2KI + H2O2 = I2 + 2KOH

Если реакция идет с сильными окислителями, то образуется кислород:

H2O2-2e(-) = O2 + 2H(+)

H2O2 + Ag2O -> 2Ag + O2 + H2O

Если реакция идет с сильными окислителями, то образуется кислород:

H2O2 -2e(-)-> O2 + 2H(+)

H2O2 +2OH(-) -2e(-) ->O2 + 2H2O

2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 5O2 + K2SO4 + 8H2O

3H2O2 + 2KMnO4 = 2MnO2 + 2KOH + 3O2 + 2H2O

 

 

 

Биологические свойства перекиси водорода

 

 — безвредное для организма противомикробное средство,  дезинфицирующее средство

 

Методы получения:

 

  • лабораторный:

 

 

  • промышленный:

 

 

Благодаря своим сильным окислительным свойствам пероксид водорода нашёл широкое применение в быту и в промышленности, где используется, например, как отбеливатель, в аналитической химии, в медицине — как антисептик, в производстве дезинфицирующих и отбеливающих средств.

Перекись водорода применяется также для обесцвечивания волос (пергидроль) и отбеливания зубов, однако эффект в обоих случаях основан на окислении, а следовательно, разрушении тканей, и потому такое применение (особенно в отношении зубов) не рекомендуется специалистами.

 

Еще на эту тему:

Обсуждение: «Свойства перекиси водорода»

(Правила комментирования)

Перекись водорода внезапно возникла в микрокаплях воды

Разбрызгивание микрокапель воды на индикатороную полоску для перекиси водорода

Jae Kyoo Lee and Hyun Soo Han

Ученые обнаружили, что перекись водорода H2O2 может самопроизвольно образовываться на поверхности небольших водяных капель, что противоречит распространенному мнению о стабильности и химической инертности воды. Открытие может стать основой новых способов химического
синтеза, методов очистки и обработки еды, пишут авторы в статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Вода встречается
повсеместно на поверхности Земли, в верхних слоях коры и атмосфере. Несмотря на
основополагающую роль этого соединения для любых известных форм жизни, многие физические
и химические свойства воды пока остаются без полноценного
теоретического объяснения. Например, некоторые особенности
льда привели к появлению теории, что вода — смесь двух разных жидкостей. Однако более тщательные дальнейшие эксперименты не
подтвердили этой идеи, так как ученым не удалось обнаружить предсказываемые
фазовые переходы.

Химическая стабильность
воды считается хорошо установленным фактом. Однако часть молекул воды
постоянно диссоциирует на ионы, то есть одна молекула теряет протон, а
другая присоединяет его, в результате чего
получаются соединения ОН и Н3О+, соответственно. При нормальных условиях также
существует еще одна близкая к воде связанная форма водорода и кислорода —
перекись водорода H2O2,
которая встречается намного реже из-за нестабильности.

Химики из США и
Южной Кореи под руководством Ричарда Заре (Richard Zare) из Стэнфордского
университета описали результаты экспериментов, которые противоречат мнению о химической устойчивости воды.
Ученые выяснили, что в небольших каплях воды без каких-либо внешних воздействий
образуется перекись водорода. Более того, концентрация перекиси возрастала с
уменьшением капель и снижалась при добавлении чистого кислорода.

Исследователи изначально
пытались улучшить методы синтеза золотых наночастиц в микрокаплях воды, но
обратили внимание на аномальные результаты, которые говорили о новых свойствах
воды в таком виде. Они стали проводить опыты с различными комбинациями параметров.
Самым простым вариантом было распыление микрокапель размером от 1 до 20 микрон
на индикаторную полоску, чей цвет меняется в присутствии перекиси.

Оказалось, что даже
чистая вода в случае распыления на малые капли окрашивает полоску. Авторы
подтвердили происходящий в каплях синтез альтернативными методами, в том числе
расщеплением (4-карбоксифенил)борной кислоты на борную кислоту и гидроксибензойную
кислоту, а также превращением фенилборной кислоты в фенолы.

Также ученые проводили
эксперименты, в которых для распыления использовались различные газы: сухой
воздух, молекулярный азот и молекулярный кислород. Воздух и азот приводили к примерно
одинаковому образованию перекиси в концентрации около 30 микромоль на литр (примерно
одна миллионная), в то время как распыление с помощью кислорода уменьшило
концентрацию.

Авторы делают вывод, что
дополнительный кислород появлялся именно из воды, а не растворялся из
окружающего газа. Насыщение воды растворенным кислородом путем предварительного
пробулькивания газа в течение разного времени также привело к уменьшению
концентрации перекиси. Следовательно, растворенный кислород также ни при чем.

Химики предлагают
несколько гипотез, объясняющих появление перекиси:
трибоэлектрический эффект, асимметричное разделение зарядов, контактная
электризация и окисление воды вследствие поверхностного электрического
потенциала на границе с воздухом. Авторы называют последний вариант, в рамках которого перекись образуется из двух гидроксилов, наиболее
вероятным.

Полученные в данной
работе результаты могут пригодиться как для фундаментальных исследований, так и в
прикладных областях. В частности, подобный процесс может быть ответственен
за образования перекиси в дождевых каплях. Если в дневное время за образование перекиси в каплях, скорее всего, отвечают фотохимические реакции с участием озона,
то наблюдаемая в ночных дождях перекись может образовываться именно благодаря
малой величине некоторых капель.

С точки зрения технологий открытие может лечь
в основу новых методов получения перекиси, которая является важным коммерческим
и промышленным реактивом. В основном нашли применение окислительные свойства перекиси, которая распадается с выделением атомарного кислорода. Перекись используется как отбеливатель, ракетное топливо (как в качестве окислителя, так и в однокомпонентном виде), катализатор и в синтезе многих химических соединений, в том числе лекарств.

Высокая реактивность перекиси позволяет делать с ее помощью в том числе взрывоопасные смеси, о которых мы недавно выпустили тест. О некоторых вариантах использования перекиси мы говорили с британским химиком Грэмом Хатчингсом в интервью.

Тимур Кешелава

Описание и растворимость

Раствор
водорода пероксида

бесцветная прозрачная жидкость без
запаха слабокислой реакции среды.

Магния
пероксид

белый порошок без запаха. Практически
нерастворим в воде, растворим в разведенных
минеральных кислотах и кипящей кислоте
уксусной разведенной с выделением
водорода пероксида:

МgO2
+ MgO + 2H2SO4
→ 2MgSO4
+ H2O2
+ H2O

Гидроперит

белый кристаллический порошок. Легко
растворим в воде, растворим в этаноле.

Подлинность

1.
Общая
реакция – реакция образования надхромовых
кислот
.
Основана на окислительных свойствах
водорода пероксида. Калия дихромат в
кислой среде окисляется водорода
пероксидом до перекисных соединений.
Образуются надхромовая кислота и хрома
пентаоксид, неустойчивые в водной среде.
Продукты окисления извлекают в слой
эфира, который окрашивается в синий
цвет.

K2Cr2O7
+ H2SO4
 H2Cr2O7
+ K2SO4

Двухромовая
кислота

Магния
пероксид для проведения этой реакции
растворяют в кислоте серной разведенной.

2.
Специфические
реакции.

2.1.
Магния
пероксид
.
Доказывают катион магния (после
растворения ЛВ в кислоте серной
разведенной) по реакции осаждения с
натрия гидрофосфатом в присутствии
аммония гидроксида и аммония хлорида:

NH4Cl

MgSO4
+ Na2HPO4
+ NH4OH
→ MgNH4PO4
+ Na2SO4
+ H2O

Образуется
белый кристаллический осадок магния
аммония фосфата, растворимый в разведенных
минеральных кислотах и в кислоте
уксусной.

2.2.
Гидроперит.
Доказывают
присутствие мочевины биуретовой
реакцией. При медленном нагревании
мочевины до 150-160
0
С
образуется биурет, который в щелочной
среде с солями меди (II) образует комплексные
соединения, окрашенные в фиолетовый
цвет:

Фиолетовое
окрашивание

Чистота

У
раствора
водорода пероксида

определяют рН потенциометрическим
методом (рН должно быть 3,8-5,6).

В
магния пероксиде и гидроперите

определяют:

1.
Допустимые общие примеси – хлориды,
сульфаты, кальций, железо.

2.
Потерю в массе при высушивании.

Количественное определение

1.
Перманганатометрический
метод
.
Основан на восстановительных свойствах
водорода пероксида, который окисляется
до кислорода и восстанавливает Mn (+7) до
Mn (+2). Титрование проводят в присутствии
кислоты серной разведенной без индикатора
до появления устойчивого розового
окрашивания:

5H2O2
+ 2KMnO4
+ 3H2SO4
→ 5O2
+ 2MnSO4
+ K2SO4
+ 8H2О

H2O2
–2ē → 2H+
+ O2

fэкв.(водорода
пероксида)

= 1/2

Магния
пероксид предварительно растворяют в
кислоте серной разведенной и затем
титруют выделившийся водорода пероксид.

1 Молекула МgO2 → 1 молекула h3o2

fэкв.(магния
пероксида)

= 1/2

2.
Йодометрический
метод.

Основан на окислительных свойствах
водорода пероксида, который окисляет
калия йодид до йода в кислой среде.
Выделившийся йод титруют раствором
натрия тиосульфата (титрование по
заместителю). Индикатор – крахмал.

H2O2
+ 2KI + H2SO4
→ I2
+ K2SO4
+ 2H2O

I2
+ 2Na2S2O3
→ 2NaI + Na2S4O6

H2O2
+ 2H+
+2ē → 2H2O

fэкв.(водорода
пероксида)

= 1/2

6. Техническая характеристика дезинфицирующих средств на основе перекиси водорода

6. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДЕЗИНФИЦИРУЮЩИХ СРЕДСТВ

НА ОСНОВЕ ПЕРЕКИСИ ВОДОРОДА

 

6.1. Средство «Оксилизин» — бесцветная жидкость, хорошо смешивающаяся с водой. Активным веществом является перекись водорода (пероксид) — 30%, pH средства равен 2,0 — 4,0.

Рабочие растворы «Оксилизина» используют для профилактической дезинфекции оборудования, инвентаря, тары и других объектов, изготовленных из нержавеющей, хромникелевой, низкоуглеродистой стали, железа и алюминия, стеклоэмали, материалов, покрытых никелем и латунью, пластмассы. Эффективен «Оксилизин» для дезинфекции производственных помещений (полы, стены).

Срок годности рабочих растворов — 5 суток при хранении в закрытой емкости в прохладном, сухом, защищенном от прямых солнечных лучей и нагрева помещении.

В виде концентрата «Оксилизин» годен 1 год с даты изготовления при температуре от минус 20 до 35 °C при условии обеспечения герметичности упаковки.

6.2. Средство «Дивосан форте» представляет собой прозрачный бесцветный жидкий концентрат с резким специфическим уксусным запахом. Содержит в качестве действующих веществ перекись (пероксид) водорода, уксусную и надуксусную кислоты, воду.

При рекомендуемых к использованию концентрациях образует прозрачные растворы со значением pH, близким к нейтральному. Средство обладает неограниченной растворимостью в воде. Недопустимо смешивание и хранение препарата со щелочами, восстановителями, растворителями, солями металлов и горючими веществами.

Средство «Дивосан форте» является высокоэффективным антимикробным дезинфектантом в отношении грамотрицательных и грамположительных бактерий, в том числе бактерий группы кишечных палочек, стафилококков, стрептококков, сальмонелл. В присутствии загрязнений органического происхождения (жир, белок) дезинфицирующая активность раствора снижается.

Рабочие растворы средства «Дивосан форте» используют для дезинфекции любых видов оборудования, изготовленного из нержавеющей хромникелевой стали, стеклоэмали, пластмассы, низкоуглеродистой стали, резины, стекла и полимерных материалов при кратковременных (5 — 7 мин.) контактах, трубопроводов, деталей оборудования, инвентаря, тары, а также производственных помещений.

Срок годности рабочих растворов — 1 сутки, при условии их хранения в герметичной нержавеющей (хромникелевой), стеклянной или эмалированной (без повреждения эмали) емкости в сухом прохладном месте, защищенном от прямых солнечных лучей и нагрева.

Дезинфицирующее средство «Дивосан форте» поставляется в специальных пластиковых канистрах вместимостью 32 кг и бочках вместимостью 200 кг. Гарантийный срок хранения препарата «Дивосан форте» — 1 год со дня изготовления в герметично закрытой таре предприятия-изготовителя в сухом, прохладном (от 20 °C до 35 °C), в хорошо проветриваемом помещении.

6.3. Препарат «ПВК» — дезинфицирующее средство, содержащее в качестве действующих веществ перекись водорода и алкилдиметилбензиламмоний хлорид. По внешнему виду препарат представляет собой бесцветную пенящуюся жидкость со слабым специфическим запахом моющего средства. С водой смешивается в любых соотношениях.

Препарат «ПВК» обладает широким спектром действия в отношении вирусов, грибов и споровых форм микроорганизмов.

По уровню острой токсичности препарат относится к умеренно опасным веществам и обладает выраженным местно-раздражаюшим действием на кожу и слизистые оболочки глаз. Концентрированный препарат вызывает ожоги кожи и слизистых оболочек.

Препарат экологически безопасен. Основными продуктами его распада являются вода и кислород. Рабочие растворы сохраняют антимикробную активность в течение 30 суток, не оказывают отрицательного воздействия на обрабатываемые объекты.

Наличие на обеззараживаемой поверхности органических загрязнений снижает дезинфекционную активность препарата.

Рабочие растворы применяют методом орошения с помощью пневматических распылителей эжекционного типа или установок, создающих давление в протоке раствора (УДП, ЛСД, ТАН, ПАК и др.).

Категорически запрещается использовать при работе с препаратом «ПВК» аппараты и установки, создающие давление в емкости с раствором (типа «Авомакс», ДУК и т.п.).

При отрицательной температуре применяют растворы ПВК, добавляя 10% поваренной соли.

Норма расхода раствора — 0,3 — 0,5 л/м2, экспозиция — 3 ч.

Препарат выпускают расфасованным по 20 дм3 в стеклянные бутыли или по 40 — 60 дм3 в полиэтиленовые бочки. Бутыли и бочки закрыты пробками, имеющими отверстия для выхода газов. Стеклянные бутыли помещают в деревянные ящики с уплотнением из негорючего материала или в полиэтиленовые барабаны.

Транспортируют препарат в упаковке изготовителя в крытых транспортных средствах железнодорожным и автомобильным транспортом в соответствии с правилами перевозки грузов.

Хранят препарат в упаковке изготовителя в вентилируемых крытых темных складских помещениях, обеспечивая защиту от воздействия солнечных лучей, на расстоянии не менее 1 м от нагревательных приборов при температуре не выше 30 °C.

Гарантийный срок годности — 1,5 года со дня изготовления препарата. По истечении гарантийного срока хранения препарат может быть использован после определения содержания в нем перекиси водорода и с внесением соответствующей поправки при приготовлении рабочих растворов.

Пергидроль для бассейна-один из способов очистки воды

Насколько эффективна пергидроль для бассейна? Каждый владелец собственного водоема на открытом воздухе рано или поздно задается данным вопросом. Очистка воды в бассейне является очень актуальной темой в летнее время. Вряд ли кому-то понравится купаться в цветущей зеленой воде.

Существует много способов и методов дезинфекции воды в бассейне. Попробуем разобраться насколько эффективна перекись водорода в данном вопросе.

+7(831) 215-09-39

Пергидроль для бассейна — на чем основан метод?

При очистке бассейна перекисью водорода она растворяется без выделения газа и запахов. Пергидроль окисляет органику, растворенные в воде металлы, остатки удобрений и распадется на активный кислород и воду. Кислород в такой концентрации убивает микроорганизмы и бактерии. Окисленные химические и органические соединения переходят из растворенной в твердую форму, в которой легко удаляются из воды.

Перекись водорода для бассейна — дозировка

Обычно берут следующую дозировку перекиси водорода для бассейна – от 0,5 до 0,7 кг перекиси водорода концентрации 37-39% на 1 тонну воды. Следует иметь ввиду, что активный кислород, образующийся в реакции, имеет двоякие свойства. В излишней дозировке перекись водорода в бассейне  может быть  опасна для человека и вызвать ожоги кожи. Не зря волосы обесцвечивают на два-три тона именно пергидролью. Только имея правильную дозировку можно добиться воздействия на бактерии и микроорганизмы, правда  не на все виды. Успокаивает то, что перекись водорода в бассейне полностью распадается. Через 24 часа обнаружить остатки перекиси водорода невозможно.

Дезинфекция воды в бассейне перекисью водорода – порядок действий

  • наденьте защитные средства – резиновые перчатки, маску на лицо;
  • подготовьте необходимое оборудование – шланги, канистру с перекисью водорода;
  • разместите все это у кромки бассейна;
  • один конец шланга вставьте в канистру с раствором перекиси водорода, другой конец опустите в бассейн непосредственно рядом с форсункой насоса на расстоянии примерно 20 см;
  • включите циркуляционный насос для забора воды через шланг и ее последующей фильтрации.

Продолжайте действие пока весь раствор из канистры не окажется в бассейне.

Далее воду в бассейне необходимо оставить в покое минимум на 1 сутки, при большом загрязнении и высокой дозировке пергидроля – на срок до 3 суток.

Недопустимо купание людей в бассейне в период разложения перекиси водорода!

После проведения всех необходимых манипуляций вода в бассейне станет прозрачной и кристально чистой. Срок действия – примерно 1 месяц. Далее процедуру нужно повторить.

 

Очистка воды в бассейне перекисью водорода – отзывы о методе

На выбор способа очистки воды в бассейне влияют многие факторы. У любого средства существуют свои достоинства и недостатки:

  1. Препараты, содержащие хлор, эффективны в широком спектре микроорганизмов в малых дозах, но пагубно влияют на кожу и слизистые оболочки человека, особенно, если ошибиться с дозировкой.
  2. Очистка воды при помощи серебряного фильтра (олигодинамирование) не дает гарантию полного уничтожения  вирусов и бактерий.
  3. Если бюджет позволяет, можно оборудовать бассейн ультрафиолетовой установкой, озонатором, но действие его на состав воды ограничено: такая установка не обезвредит химию и не удалит взвешенные частицы. Европейские и австралийские нормы рекомендуют использовать перекись водорода для бассейна именно с совокупности  с озонированием воды.

Российские санитарные правила отличаются крайней консервативностью. Упор в них делается в первую очередь на обеспечение микробиологической безопасности и, соответственно, использование хлорсодержащих препаратов. Так сказать, как меньшее зло. Такой подход оправдан для публичных бассейнов в спорткомплексах и СПА. За день через них проходят сотни не всегда здоровых людей, а за дозировкой и содержанием остаточного хлора в воде там следят сотрудники оборудованных лабораторий.

Возможно,  такой  подход  отчасти может быть  оправдан для бассейна на своем садовом участке, если в нем купаются все соседи, родственники и друзья.

Анализ мировой практики, отзывы и собственный личный опыт, говорят, что использование перекиси водорода для бассейна на участке эффективно в качестве начальной меры. В небольших домашних водоемах для купания этот способ очистки удобно применять в качестве начального, так называемого шокового средства, когда на стенках и дне расплодилось много видимой глазу органики. После этого в качестве средства для постоянной дезинфекции бассейна можно добавлять хлорсодержащие препараты, если сочтете необходимым. Обработка бассейна перекисью водорода — залповая. Пергидроль распадется и не будет оказывать пролонгированного воздействия на воду и купающихся в ней людей.

Многие решаются именно на данный способ обработки воды прежде всего из-за доступной цены и отсутствия «побочных эффектов» в виде хлорного запаха. Кстати, множество препаратов для реагентной обработки воды в бассейне, в том числе известных мировых брендов содержат перекись водорода, а чаще всего  – перекись водорода, воду, какой-нибудь непонятный  компонент в микродозе и рекламный бюджет на продвижение разбавленного пергидроля под брендом.

Окончательный выбор и решение – за Вами!

Если Вы хотите купить перекись водорода для бассейна – звоните нам!

+7(831)215-09-39

Перекись водорода ГОСТ 177-88

Перекись водорода (пероксид водорода), H2O2 — простейший представитель пероксидов. Бесцветная жидкость с «металлическим» вкусом, неограниченно растворимая в воде, спирте и эфире. Концентрированные водные растворы взрывоопасны. Пероксид водорода является хорошим растворителем. Из воды выделяется в виде неустойчивого кристаллогидрата H2O2∙2H2O.

Молекула пероксида водорода имеет следующее строение: 

Вследствие несимметричности молекула H2O2 сильно полярна (μ = 0,7⋅10−29 Кл·м). Относительно высокая вязкость жидкого пероксида водорода обусловлена развитой системой водородных связей. Поскольку атомы кислорода имеют неподелённые электронные пары, молекула H2O2 также способна образовывать донорно-акцепторные связи.

Химические свойства

Оба атома кислорода находятся в промежуточной степени окисления −1, что и обусловливает способность пероксидов выступать как в роли окислителей, так и восстановителей. Наиболее характерны для них окислительные свойства:

Na2SO3 + H2O2 → Na2SO4 + H2O

Mn(OH)2 + H2O2 → MnO(OH)2 + H2O

При взаимодействии с сильными окислителями пероксид водорода выступает в роли восстановителя, окисляясь до атомарного кислорода:

2AgNO3 + H2O2 → 2Ag + 2O + 2HNO3

Молекула пероксида водорода сильно полярна, что приводит к возникновению водородных связей между молекулами. Связь O—O непрочна, поэтому H2O2 — неустойчивое соединение, легко разлагается. Также этому может поспособствовать присутствие ионов переходных металлов. В разбавленных растворах пероксид водорода тоже неустойчив и самопроизвольно диспропорционирует на H2O и O. Реакция диспропорционирования катализируется ионами переходных металлов, некоторыми белками:

2H2O2 → 2H2O + O2

Однако очень чистый пероксид водорода вполне устойчив.

Пероксид водорода проявляет слабые кислотные свойства (К = 1,4⋅10−12), и поэтому диссоциирует по двум ступеням:

H2O2 ⇄ H+ + HO2 ;  HO2 ⇄ H+ + O22−

При действии концентрированного раствора H2O2 на некоторые гидроксиды в ряде случаев можно выделить пероксиды металлов, которые можно рассматривать как соли пероксида водорода (Li2O2, MgO2 и др.):

H2O2 + 2NaOH → Na2O2 + 2H2O

H2O2 + Ba(OH)2 → BaO2↓ + 2H2O

Пероксид водорода может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Например, при взаимодействии с оксидом серебра он является восстановителем:

H2O2−1  + Ag2O ⟶ 2Ag + O20 + H2

В реакции с нитритом калия соединение служит окислителем:

KNO2 + H2O2−1 ⟶ KNO3−2 + H2O

Пероксидная группа [—O—O—] входит в состав многих веществ. Такие вещества называют пероксидами, или пероксидными соединениями. К ним относятся пероксиды металлов (Na2O2, BaO2 и др.). Кислоты, содержащие пероксидную группу, называют пероксокислотами, например, пероксомонофосфорная H3PO5, пероксодисерная H2S2O8 и пероксоазотная HNO4 кислоты.

Окислительно-восстановительные свойства

Пероксид водорода обладает окислительными, а также восстановительными свойствами. Он окисляет нитриты в нитраты, выделяет йод из йодидов металлов, расщепляет ненасыщенные соединения по месту двойных связей. Пероксид водорода восстанавливает соли золота и серебра, а также марганец при реакции с водным раствором перманганата калия в кислой среде.

При восстановлении H2O2 образуется H2O или ОН-, например:

H2O2 + 2KI + H2SO4 → I2 + K2SO4 + 2H2

При действии сильных окислителей H2O2 проявляет восстановительные свойства, выделяя свободный кислород:

O22− → O2 + 2e

например:

3H2O2 + 2KMnO4 → 2MnO2 + 2KOH + 3O2↑ + 2H2O

Реакцию KMnO4 с H2O2 используют в химическом анализе для определения содержания H2O2:

5H2O2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 → 5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

Окисление органических соединений пероксидом водорода (например, сульфидов и тиолов) целесообразно проводить в среде уксусной кислоты.

Биологические свойства

Пероксид водорода относится к реактивным формам кислорода и при повышенном образовании в клетке вызывает оксидативный стресс. Некоторые ферменты, например глюкозоксидаза, образуют в ходе окислительно-восстановительной реакции пероксид водорода, который может играть защитную роль в качестве бактерицидного агента. В клетках млекопитающих нет ферментов, которые бы восстанавливали кислород до перекиси водорода. Однако несколько ферментных систем (ксантиноксидаза, НАДФ•H-оксидаза, циклооксигеназа и др.) продуцируют супероксид, который спонтанно или под действием супероксиддисмутазы превращается в пероксид водорода.

Получение

Исторически первым промышленным методом синтеза пероксида водорода был электролиз серной кислоты или раствора сульфата аммония в серной кислоте, в ходе которого образуется пероксодисерная кислота, с последующим гидролизом последней до пероксида и серной кислоты:

H2S2O8 + 2H2O → H2O2 + 2H2SO4

С середины XX века персульфатный процесс синтеза пероксида водорода был вытеснен антрахиноновым процессом, разработанным компанией BASF в 1930-х. В этом процессе формально идет окисление водорода кислородом воздуха с катализом алкилпроизводными антрахинона:

Процесс основан на автоокислении алкилантрагидрохинонов (обычно 2-этил-, 2-трет-бутил- и 2-пентилантрагидрохинонов) кислородом воздуха с образованием антрахинонов и пероксида водорода. Реакция проводится в растворе алкилантрагидрохинонов в бензоле с добавлением вторичных спиртов, по завершении процесса пероксид водорода экстрагируют из органической фазы водой. Для регенерации исходных антрагидрохинонов бензольный раствор антрахинонов восстанавливают водородом в присутствии каталитических количеств палладия.

Пероксид водорода также может быть получен каталитическим окислением изопропилового спирта:

(CH3)2CHOH + O2 → (CH3)2 CO + H2O2,

при этом ценным побочным продуктом этой реакции является ацетон, однако в широких масштабах в промышленности этот метод в настоящее время не используется.

В лабораторных условиях для получения пероксида водорода используют реакцию:

BaO2 + H2SO4 → BaSO4↓ + H2O2

Концентрирование и очистку пероксида водорода проводят осторожной перегонкой.

В последнее время (кон. XX в.) удалось синтезировать H2O3 и H2O4. Эти соединения весьма неустойчивы. При обычных температурах (н.у.) они разлагаются за доли секунды, однако при низких температурах порядка −70 °C существуют часами. Спектро-химическое исследование показывает, что их молекулы имеют зигзагообразную цепную структуру (подобную сульфанам): H—O—O—O—H, H—O—O—O—O—H.

Применение

3 % раствор перекиси водорода

Благодаря своим сильным окислительным свойствам пероксид водорода нашёл широкое применение в быту и в промышленности, где используется, например, как отбеливатель на текстильном производстве и при изготовлении бумаги. Применяется как ракетное топливо, в качестве окислителя или как однокомпонентное (с разложением на катализаторе), в том числе для привода турбонасосных агрегатов. Используется в аналитической химии, в качестве пенообразователя при производстве пористых материалов, в производстве дезинфицирующих и отбеливающих средств. В промышленности пероксид водорода также находит своё применение в качестве катализатора, гидрирующего агента, как эпоксидирующий агент при эпоксидировании олефинов.

Хотя разбавленные растворы перекиси водорода применяются для небольших поверхностных ран, исследования показали, что этот метод, обеспечивая антисептический эффект и очищение, также продлевает время заживления. Обладая хорошими очищающими свойствами, пероксид водорода на самом деле не ускоряет заживление ран. Достаточно высокие концентрации, обеспечивающие антисептический эффект, могут также продлевать время заживления из-за повреждения прилегающих к ране клеток. Более того, пероксид водорода может мешать заживлению и способствовать образованию рубцов из-за разрушения новообразующихся клеток кожи. Однако в качестве средства для очистки глубоких ран сложного профиля, гнойных затёков, флегмон и других гнойных ран, санация которых затруднена, пероксид водорода остаётся предпочтительным препаратом, так как он обладает не только антисептическим эффектом, но и создаёт большое количество пены при взаимодействии с ферментом каталазой. Это в свою очередь позволяет размягчить и отделить от тканей некротизированные участки, сгустки крови, гноя, которые будут легко смыты последующим введением в полость раны антисептического раствора. Без предварительной обработки пероксидом водорода антисептический раствор не сможет удалить эти патологические образования, что приведет к значительному увеличению времени заживления раны и ухудшит состояние больного.

Перекись водорода применяют для растворения пробок в слуховых каналах. Раствор вступает в реакцию с ушной серой и растворяет пробку.

Пероксид водорода применяется также для обесцвечивания волос и отбеливания зубов, однако эффект в обоих случаях основан на окислении, а следовательно — разрушении тканей. Во время отбеливания зубов, однако, не происходит разрушения тканей. Пигментированные белки дентина начинают раскручиваться до первичной структуры (как если бы белок яйца из варёного стал более сырым), при этом связи не разрушаются, то есть этот процесс обратим. Эмаль сама по себе прозрачна, и эффект отбеливания достигается за счет разницы в отражении света дентином.

В пищевой промышленности растворы пероксида водорода применяются для дезинфекции технологических поверхностей оборудования, непосредственно соприкасающихся с продукцией. Кроме того, на предприятиях по производству молочной продукции и соков, растворы перекиси водорода используются для дезинфекции упаковки (технология «Тетра Пак»). Для технических целей пероксид водорода применяют в производстве электронной техники.

В быту применяется также для выведения пятен MnO2, образовавшихся при взаимодействии перманганата калия («марганцовки») с предметами (ввиду его восстановительных свойств).

3%-ный раствор пероксида водорода используется в аквариумистике для оживления задохнувшейся рыбы, а также для очистки аквариумов и борьбы с нежелательной флорой и фауной в аквариуме.

С 90-х годов ХХ века 3%-ный раствор пероксида водорода продвигался целителем И. П. Неумывакиным для приёма внутрь как универсальное средство лечения и оздоровления человека. Научного подтверждения допустимости и эффективности данный метод не имеет.

Перекись водорода используется в известном опыте, демонстрирующем многократное увеличение объёма вещества в результате химической реакции.

Формы выпуска

Выпускается в виде водных растворов, стандартная концентрация 1-6 %, 30, 38, 50, 60, 85, 90 и 98 %. 30 % водный раствор пероксида водорода, стабилизированный добавлением фосфатов натрия, называется пергидролем. Выпускаемый в виде таблеток твёрдого клатрата с мочевиной пероксид водорода называется гидроперитом.

Опасность применения

Кожа после попадания на неё концентрированного раствора перекиси водорода.

Несмотря на то, что пероксид водорода нетоксичен, его концентрированные растворы при попадании на кожу, слизистые оболочки и в дыхательные пути вызывают ожоги. В больших концентрациях недостаточно чистый пероксид водорода может быть взрывоопасен. Опасен при приёме внутрь концентрированных растворов. Вызывает выраженные деструктивные изменения, сходные с действиями щелочей. Летальная доза 30%-го раствора пероксида водорода (пергидроля) — 50—100 мл.

Стоматологические препараты (АТХ код A01A)

Препараты для профилактики кариеса
  • Натрия фторид
  • Натрия монофторфосфат*
  • Олафлур*
  • Олова фторид*
  • Натрия фторид в комбинациях с другими препаратами

Препараты для местного лечения заболеваний полости рта

— противомикробные препараты
  • Водорода пероксид
  • Хлоргексидин
  • Амфотерицин B
  • Полиноксилин*
  • Домифен*
  • Оксихинолин*
  • Неомицин**
  • Миконазол**
  • Натамицин**
  • Гексэтидин
  • Тетрациклин**
  • Бензоксония хлорид*
  • Тибезония йодид*
  • Мепартрицин*
  • Метронидазол**
  • Клотримазол
  • Натрия перборат*
  • Хлортетрациклин*
  • Доксициклин**
  • Миноциклин**
— глюкокортикостероиды
  • Триамцинолон**
  • Дексаметазон**
  • Гидрокортизон**
— прочие препараты
  • Эпинефрин**
  • Бензидамин
  • Ацетилсалициловая кислота**
  • Адреналон*
  • Амлексанокс*
  • Бекаплермин*

* — препарат не зарегистрирован в России
** — препарат зарегистрирован, но соответствующие лекарственные формы отсутствуют

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.
    Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г.,
    браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.
    Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie
потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт
не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к
остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.
    Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г.,
    браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.
    Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie
потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт
не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к
остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Перекись водорода | Encyclopedia.com

ОБЗОР

Перекись водорода (HY-druh-jin per-OK-side) представляет собой прозрачную бесцветную, несколько нестабильную жидкость с горьким вкусом. В абсолютно чистом виде соединение довольно стабильно. Однако даже небольшие количества примесей (таких как железо или медь) действуют как катализаторы, которые увеличивают его склонность к разложению, иногда бурному, на воду и образующийся кислород (O). Чтобы предотвратить разложение, к чистым растворам перекиси водорода и перекиси водорода добавляют небольшие количества ингибиторов, таких как ацетанилид или станнат натрия.

ОСНОВНЫЕ ФАКТЫ

ДРУГИЕ НАИМЕНОВАНИЯ:

Двуокись водорода; гидропероксид; пероксид

ФОРМУЛА:

H 2 O 2

ЭЛЕМЕНТЫ:

Водород; кислород

ТИП СОЕДИНЕНИЯ:

Оксид (неорганический)

СОСТОЯНИЕ:

Жидкость

МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ВЕС:

34,02 г / моль

ТОЧКА ПЛАВЛЕНИЯ:

−0,43 ° C

−0,43 ° C (−31 ° C) ТОЧКА:

150,2 ° C (302,4 ° F)

РАСТВОРИМОСТЬ:

Хорошо растворим в воде; растворим в эфире

Перекись водорода была открыта в 1818 году французским химиком Луи Жаком Тенаром (1777–1857).Впервые он был использован в коммерческих целях в 1800-х годах, в основном, для отбеливания шляп. Сегодня промышленные процессы производят около 500 миллионов килограммов (1 миллиард фунтов) перекиси водорода в год для использования в самых разных областях, от отбеливания зубов до запуска ракет.

КАК ЭТО ПРОИЗВОДИТСЯ

Перекись водорода встречается в природе в очень малых количествах. Он образуется, когда кислород воздуха реагирует с водой с образованием H 2 O 2 . Перекись водорода также присутствует в клетках растений и животных как побочный продукт метаболических реакций, происходящих в этих клетках.

Большие количества перекиси водорода, используемые в промышленности, получают в сложной серии реакций, которые начинаются с любого из семейства соединений, известных как алкилантрагидрохиноны, таких как этилантрагидрохинон. Антрагидрохиноны представляют собой трехкольцевые соединения, которые можно преобразовывать туда и обратно между двумя или более подобными структурами. Во время преобразования одной структуры в другую в качестве побочного продукта образуется перекись водорода. Антрахинон непрерывно регенерируется во время производства перекиси водорода, что делает процесс очень эффективным.

Также доступны другие методы получения перекиси водорода. Например, электролиз серной кислоты приводит к образованию родственного соединения, пероксисерной кислоты (H 2 SO 5 ), которое затем реагирует с водой с образованием пероксида водорода. Третий метод приготовления включает нагревание изопропилового спирта [2-пропанол; (CH 3 ) 2 CHOH] при высокой температуре и давлении, что приводит к образованию пероксида водорода как одного из продуктов реакции.

ОБЫЧНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ОПАСНОСТЬ

Большинство применений перекиси водорода зависит от того факта, что она имеет тенденцию разрушаться с высвобождением одного атома образующегося кислорода (O):

H 2 O 2 → H 2 O + (O)

Термин «образующийся кислород» относится к одиночному атому кислорода, структуре, которая химически очень активна. Образующийся кислород обычно является очень сильным окислителем. Например, перекись водорода, с которой, вероятно, знакомо большинство людей, используется в качестве антисептика, вещества, используемого для уничтожения микробов.Перекись водорода обеспечивает такой результат, потому что выделяемый ею кислород уничтожает бактерии, грибки и другие микроорганизмы, вызывающие болезни.

Интересные факты

  • Перекись водорода продается в концентрациях от 3 процентов (для домашнего использования) до 90 процентов (для промышленного применения).
  • Ученые обнаружили перекись водорода в атмосфере Марса.

Важнейшее промышленное применение перекиси водорода — ее использование в целлюлозно-бумажной промышленности — также зависит от ее окислительных свойств.В этом случае он используется для отбеливания материалов, из которых сделана бумага, превращая цветные соединения в бесцветные. Для этой цели используется около 55 процентов всей перекиси водорода, производимой в США. Еще девять процентов используется для отбеливания других материалов, таких как текстиль, меха, перья и волосы. Еще одно важное применение перекиси водорода — в очистных сооружениях воды и сточных вод, где ее антибактериальное действие уничтожает болезнетворные организмы в воде.Некоторые дополнительные применения перекиси водорода включают:

  • В пекарнях для кондиционирования теста и облегчения работы с ним;
  • Для очистки металлов;
  • В качестве ракетного топлива;
  • При получении других органических и неорганических соединений;
  • Как нейтрализующий агент при производстве вин; и
  • В качестве дезинфицирующего средства при обработке семян для сельскохозяйственных целей.

Растворы перекиси водорода, с которыми люди контактируют дома, не представляют практически никакой опасности для здоровья, поскольку концентрация соединения очень низкая, обычно около 3 процентов.Однако длительное использование перекиси водорода может вызвать ожоги кожи, а более концентрированные растворы, используемые в промышленности, представляют более серьезную опасность. Они могут быть токсичными при проглатывании и взрывоопасны при неправильном хранении.

Слова, которые нужно знать

КАТАЛИЗАТОР
Материал, который увеличивает скорость химической реакции без каких-либо изменений в своей химической структуре.
ИНГИБИТОР
Вещество, добавляемое к другому веществу для предотвращения или замедления нежелательной реакции.
МЕТАБОЛИЗМ
Процесс, который включает в себя все химические реакции, происходящие в клетках, посредством которых расщепляются жиры, углеводы и другие соединения с образованием энергии и соединений, необходимых для создания новых клеток и тканей.
ОКИСЛЕНИЕ
Химическая реакция, при которой кислород вступает в реакцию с каким-либо другим веществом или, альтернативно, при которой одни вещества теряют электроны в пользу другого вещества, окислителя.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

«Перекись водорода (> 60% раствор в воде).»Международная организация труда. Http://www.ilo.org/public/english/protection/safework/cis/products/icsc/dtasht/_icsc01/icsc0164.htm (по состоянию на 12 октября 2005 г.).

» Введение в Перекись водорода ». Перекись США. Http://www.h302.com/intro/overview.html (по состоянию на 12 октября 2005 г.).

« Рецепт смерти? »CBSNews.com http: //www.cbsnews .com / stories / 2005/01/12 / 60II / main666489.shtml (доступ 12 октября 2005 г.)

Получение, характеристика и антиоксидантная активность водорастворимого олигохитозана

Получение олигохитозана путем гетерогенного разложения хитозан / H 2 O 2 в сочетании с гомогенной реакцией хитозана с H 2 O 2 под действием гамма-излучения.Олигохитозан со средневесовой молекулярной массой (M w ) менее 10 кДа может быть эффективно получен гамма-облучением раствора хитозана (4%) и перекиси водорода (0,5%) в дозах от 8 до 24. кГр. M w , химическая структура и кристалличность хитозана и олигохитозана были охарактеризованы с помощью GPC, FT-IR и XRD. Исследовали растворимость и антиоксидантную активность хитозана и олигохитозана с разной молекулярной массой.Результаты показали, что олигохитозан CS 5 (20 кГр) и CS 6 (24 кГр) обладают хорошей растворимостью в диапазоне pH от 3 до –11. Процент поглощения CS 5 радикала 2,2-азино-бис (3-этилбензотиазолин-6-сульфоновой кислоты) (ABTS) составляет 99,2% за 90 мин. Антиоксидантная активность олигохитозана проявляется в короткие сроки; следовательно, он имеет потенциальное применение как эффективный и естественный антиоксидант.

1 Введение

Хитозан является вторым по распространенности природным полисахаридом после целлюлозы.Это полимер, состоящий из звеньев N-глюкозамина и N-ацетилглюкозамина, связанных β-1,4-гликозидом. Благодаря своим многочисленным уникальным свойствам, таким как биоразлагаемость, биосовместимость, нетоксичность, антибактериальные и противогрибковые свойства, а также способность стимулировать устойчивость к болезням, среди других особых характеристик, хитозан широко применяется во многих областях.

Обычно хитозан, полученный деацетилированием хитина, имеет высокую молекулярную массу и особые характеристики.Однако хитозан можно растворить только в кислой среде; поэтому его применение ограничено [1]. В последние годы хитозан и олигохитозан с низкой молекулярной массой привлекли большое внимание исследователей из-за их хорошей растворимости и лучших свойств, таких как повышенная сопротивляемость болезням, стимуляция развития растений или животных, противогрибковая активность, антибактериальная активность и высокая антиоксидантная активность по сравнению с обычным хитозаном [2], [3], [4].

Существует множество методов, которые можно использовать для получения олигомеров хитозана [5], [6], [7], [8], [9], [10]. Среди этих методов процесс гамма-излучения имеет много преимуществ. Например, его можно проводить при температуре окружающей среды, чтобы получить продукты с высокой чистотой. Этот метод также может применяться в промышленных масштабах производства. Кроме того, исследования разложения хитозана гамма-облучением в сочетании с H 2 O 2 показали, что этот метод может эффективно разлагать хитозан и снижать дозу облучения, тем самым создавая удобные условия для развертывания производства [9], [10] .

На основании ранее опубликованных работ [8], [9], [10] в данной работе мы исследовали получение водорастворимого олигохитозана методом гамма-излучения Co 60 . Целью данного исследования является снижение энергозатрат при облучении и повышение эффективности процесса деградации хитозана. Мы объединяем гетерогенную деградацию хитозана посредством окисления H 2 O 2 и гомогенную деградацию хитозана посредством излучения γ / H 2 O 2 .Мы также используем молочную кислоту в качестве растворителя вместо уксусной кислоты, которая является наиболее распространенным растворителем хитозана. Использование молочной кислоты помогает избежать неприятного запаха уксусной кислоты и облегчает применение хитозана / олигохитозана с низкой молекулярной массой, получаемого после облучения, в качестве биотических элиситоров для растений. Кроме того, в этом отчете также исследуются растворимость и антиоксидантная активность олигохитозана с разной молекулярной массой.

2 Материалы и методы

2.1 Материалы

Хитозан из хитина панциря крабов со степенью деацетилирования 82,3% (DD%) и средневесовой молекулярной массой (M w ) 109,34 кДа был поставлен Центром ВИНАГАММА. 2,2-Азино-бис (3-этилбензотиазолин-6-сульфоновая кислота) (ABTS) была получена от Biobasic Canada. H 2 O 2 30% (d: 1,11 г / мл) был приобретен у Merck, Германия. Все другие химические вещества, включая молочную кислоту, NaOH, NH 4 OH 25% и этиловый спирт, были реактивными.Во всех препаратах использовалась дистиллированная вода.

2.2 Приготовление хитозана, раствора хитозана и γ-облучение

2.2.1 Гетерогенное разложение хитозана за счет окисления H

2 O 2 :

Хитозан в форме хлопьев вымачивали в стеклянном стакане, содержащем H 2 O 2 с различными концентрациями (мас. / Об.) 0,5%, 1% и 2% за 24 часа. Смеси пропускали через тканевый фильтр и несколько раз промывали дистиллированной водой для удаления H 2 O 2 .Затем образцы растворяли в 1% (мас. / Об.) Молочной кислоте. Растворы фильтровали через сетку из нержавеющей стали и нейтрализовали 5% (об. / Об.) Раствором NH 4 OH. Затем при перемешивании медленно добавляли этиловый спирт. Осадок хитозана отфильтровывали, несколько раз промывали спиртом, а затем сушили при 60 ° C в сушильном шкафу [9]. Высушенный образец хитозана измельчали ​​в порошок для последующих исследований методом ГПХ, ИК-Фурье и РФА.

2.2.2 Гомогенное разложение хитозана под действием γ / H

2 O 2 :

После пропитывания хитозана в растворе H 2 O 2 с концентрацией 1% и 2% за 24 часа 2% (мас. / Об.) Молочной кислоты добавляли до полного растворения хитозана.Растворы фильтровали через сетку из нержавеющей стали. Затем к растворам добавляли перекись водорода (30% H 2 O 2 ) и воду, чтобы приготовить растворы 4% (мас. / Об.) Хитозана / 0,5% (мас. / Об.) H 2 O 2 . . Полученные растворы облучали на гамма-облучателе SVST Co-60 / B с диапазоном поглощенных доз до 24 кГр. CS 1 , CS 2 , CS 3 , CS 4 , CS 5 и CS 6 представляли образцы хитозана, облученные дозами 4, 8, 12, 16, 20 и 24 кГр соответственно.После облучения растворы нейтрализовали NH 4 OH 5%. Образцы хитозана осаждали абсолютным спиртом, несколько раз промывали спиртом, а затем сушили в сушильном шкафу при 60 ° C [9]. Высушенные образцы хитозана измельчали ​​в порошок для анализов GPC, FT-IR, XRD, UV-Vis и антиоксидантной активности.

2.3 Характеристика

Образцы хитозана M w были измерены с помощью Agilent GPC (LC-20AB Shimadzu, Япония) с детектором RI-10 A и колонкой с ультрагидрогелем модели 250 из Water (США).Эталоном для калибровки колонок служил пуллулан с M w 780–380 000 Да. Элюент — водный раствор 0,25 м CH 3 COOH / 0,25 м CH 3 COONa со скоростью потока 1 мл / мин [11].

ИК-спектры записаны на спектрометре FT-IR 8400S (Shimadzu, Япония) в таблетках KBr. DD% рассчитывали на основе спектров FT-IR согласно следующему уравнению [12]:

(1) DD% = 100 — ([A1320 / A1420–0,3822] / 0,03133),

, где A 1320 и A , 1420, — абсорбция хитозана при 1320 и 1420 см -1 соответственно.Рентгенограммы образцов хитозана регистрировали в диапазоне рассеяния (2θ) 5–40 ° с шагом 0,01 ° / мин. Спектры записаны при 40 кВ и 40 мА.

Оценка водорастворимости проводилась путем добавления воды к 6,25 мл раствора 4% (мас. / Об.) Хитозана / 0,5% (мас. / Об.) H 2 O 2 после облучения для приготовления 50- мл раствора хитозана с концентрацией 0,5%. Уровни pH пяти образцов 0,5% хитозана были доведены до 3, 5, 7, 9 и 11, соответственно, с использованием 0.1 н. Растворы HCl или 0,1 н. NaOH. Зависимость растворимости хитозана в воде от pH оценивали по турбидиметрии раствора хитозана. Пропускание раствора при 600 нм регистрировали на спектрофотометре UV-vis (V-630, Jacco, Japan) с использованием кварцевой кюветы с длиной оптического пути 1 см [13].

Анализ антиоксиданта in vivo проводили растворением 2,2-азино-бис (3-этилбензотиазолин-6-сульфоновой кислоты) (ABTS) в воде с концентрацией 7,4 мМ. Затем 2 мл раствора ABTS смешали с 2 мл K 2 S 2 O 8 с концентрацией 2.6 мм для создания катиона свободного радикала, ABTS˙ + . Раствор ABTS˙ + выдерживали в темноте 24 ч. Раствор ABTS® + разбавляли водой до получения оптической плотности (OD) 1 ± 0,1 при длине волны 734 нм, после чего раствор также разбавляли водой для контроля. Для исследования антиоксидантной активности образцы хитозана и олигохитозана с концентрацией 0,2% смешивали с 0,1% уксусной кислотой. Примерно 0,6 мл образца раствора добавляли в кювету, содержащую 1 мл раствора ABTS˙ + .В противном случае контрольный образец создавали добавлением 0,6 мл дистиллированной воды в кювету, содержащую 1 мл раствора ABTS˙ + . ОП образцов измеряли с течением времени на спектрофотометре УФ-видимой области при макс = 734 нм. Эффективность захвата свободных радикалов рассчитывалась следующим образом:

(2) Эффективность (%) = 100 × (ODAC – ODAS) / ODAC,

, где OD AC — OD контрольного образца (вода и ABTS˙ + ) и OD AS — OD раствора, содержащего хитозан или олигохитозан, и ABTS˙ + [14], [15].

3 Результаты и обсуждение

3.1 Влияние гетерогенного разложения хитозана окислением H

2 O 2 на M w и DD

Результаты в таблице 1 показывают, что молекулярная масса хитозана после гетерогенного деградация имела тенденцию к снижению по мере увеличения концентрации H 2 O 2 с 0,5% до 2%. В частности, при замачивании хитозана в растворе H 2 O 2 с концентрацией 0.5% (мас. / Об.) Через 24 часа, M w хитозана снизился с 109,34 до 66,58 кДа. Когда концентрация раствора H 2 O 2 увеличилась более чем на 0,5%, эффективность разложения хитозана увеличилась, и M w хитозана снизился более чем на 50% по сравнению с M w исходного хитозана. Однако на структуру хитозана могут повлиять условия интенсивного окисления или использование более высокой концентрации H 2 O. Следовательно, концентрация раствора H 2 O 2 не должна быть слишком высокой.В предыдущем отчете Tian et al. [7] изучили разложение хитозана H 2 O 2 и выбрали раствор H 2 O 2 с концентрацией от 0,5% до 2%. Hien et al. [16], успешно разложили хитозан на 1,5% (мас. / Об.) H 2 O 2 . Qun et al. [17] также изучали разложение хитозана с H 2 O 2 , используя H 2 O 2 с концентрацией 2,5% (мас. / Об.). Результаты показали, что чем быстрее протекал процесс разложения хитозана, тем значительнее снижалась молекулярная масса, что одновременно влияло на DD% хитозана.Таким образом, исходя из результатов предыдущих исследований, концентрации раствора H 2 O 2 , использованного в этом исследовании, варьировались от 0,5% до 2% для гетерогенного разложения хитозана. Как показано в таблице 1, концентрации H 2 O 2 , которые оказались эффективными для гетерогенного разложения, не влияя на DD хитозана, варьировались от 1% до 2%. Механизм деполимеризации системы хитозана с H 2 O 2 показан ниже [7].

Таблица 1:

Влияние концентраций H 2 O 2 на M w и DD хитозана до облучения.

Образцы До гетерогенной деградации После гетерогенной деградации
M w (кДа) PI DD (%) M w 9047 (kDa) DD (%)
CS / 0,5% H 2 O 2 66.58 2,97 88,2
CS / 1% H 2 O 2 109,34 1,71 92,7 45,48 3,37 91,4 9050% 2 O 2 35,29 3,44 87,1

(3) R-Nh3 + H + ⇌R-Nh4 +

(4) h3O−2 9⇌H ++ HOO (5) h3O2 + R-Nh3 + H + ⇌R-Nh4 ++ HOO− + H +.

Анион гидропероксида очень нестабилен и легко разлагается на гидроксильный радикал с высокой реакционной способностью (HO˙).

(6) HOO− → OH− + O •

(7) h3O2 + HOO− → HO • + O2 • — + h3O.

Было показано, что основным химическим действием HO˙ с полисахаридом является отщепление водорода; здесь HO˙ отрывает атом водорода хитозана и соединяется с ним с образованием воды.

(8) (GlcN) m− (GlcN) n + HO • → (GlcN) m • — (GlcN) n + h3O

(9) (GlcN) m • — (GlcN) n + h3O → (GlcN ) m− (GlcN) n.

3.2 Влияние гомогенного разложения хитозана на M

w и DD посредством излучения γ / H 2 O 2

Разложение хитозана методом облучения в сочетании с H 2 O 2 раствор классифицируется как гомогенная деструкция.Это отличается от гетерогенного процесса деградации на первом этапе; таким образом, концентрация H 2 O 2 не должна быть слишком высокой. H 2 O 2 раствор с концентрацией 0,5% подходит для окислительной реакции в мягких условиях. В этом исследовании мы использовали молочную кислоту в качестве растворителя вместо уксусной кислоты, наиболее распространенного растворителя хитозана. Использование молочной кислоты помогло избежать неприятного запаха уксусной кислоты. Кроме того, хитозан и олигохитозан с низкой молекулярной массой, полученные после облучения, могут быть непосредственно использованы в качестве биотических элиситоров для растений.

Изменения молекулярной массы хитозана в зависимости от доз показаны на рисунке 1 и в таблице 2. Результаты показали, что M w и среднечисловая молекулярная масса (M n ) образцов хитозана быстро уменьшались, когда доза облучения была увеличивалась до 10 кГр, а затем медленно снижалась, когда доза увеличивалась до более чем 10 кГр. Индекс полидисперсности (ИП) образцов хитозана также постепенно снижался с увеличением дозы, указывая на то, что молекулярные распределения хитозана и олигохитозана с низкой молекулярной массой, которые были получены после облучения, были более узкими и более однородными, чем образцы CS 02 , полученные после выдержка в H 2 O 2 без облучения.PI и DD хитозана также менялись в процессе облучения. Эти результаты совпадают с результатами, полученными в предыдущих исследованиях [9], [10], [18].

Рисунок 1:

Взаимосвязь между M n хитозана и дозировкой.

Таблица 2:

M w (кДа), M n (кДа), PI и DD (%) образцов хитозана, обработанных H 2 O 2 и гамма-излучением.

4

4

50 9050

50 9050

50 9050

5019

9050 9050 9050

Разложение хитозана происходит за счет комбинации гамма Co 60 лучевой обработки и H 2 O 2 на основе механизма синергетического эффекта разложения.Об этом явлении сообщалось в предыдущих исследованиях [1], [9], [10], которые предполагают, что комбинированная обработка H 2 O 2 и гамма-излучением усиливает разложение хитозана. Это связано с образованием гидроксильных радикалов HO˙ в результате радиолиза воды и H 2 O 2 .

(10) h3O → hvh3, h3, O2, eaq−, H •, • OH, h4O +

(11) h3O2 → hv2 • OH.

Кроме того, во время облучения eaq- и H˙ могут реагировать с H 2 O 2 .

(12) H • + h3O2 → h3O + • OH

(13) eaq− + h3O2 → • OH + OH−.

Гидроксильные радикалы, служащие мощным окислителем, вступают в реакцию с хитозаном за счет отщепления связанных с углеродом атомов водорода. Образующиеся в результате углеродные радикалы могут затем вызвать прямой разрыв глюкозидной связи путем перегруппировки [19].

(14) R + • OH → R • + h3O

(15) R + • H → R • + h3

(16) R • → R1 + R2.

3.3 ИК-Фурье спектры

Как показано в таблице 2, при облучении образца хитозана, пропитанного 1% раствором H 2 O 2 , его DD было меньше, чем DD образцов хитозана, пропитанных 2% H. 2 O 2 ; однако деполимеризация хитозана гамма-излучением оказалась неэффективной.Олигохитозаны с M w в диапазоне от 7,00 до 3,00 кДа были получены путем облучения образцов хитозана, пропитанных 2% H 2 O 2 , в дозах от 8 до 24 кГр. Согласно результатам, ранее опубликованным Qin et al. [6], Feng et al. [20] и других авторов, олигохитозан с M w около 2,00–3,00 кДа обладает хорошей растворимостью в воде. Таким образом, образцы хитозана, пропитанные 2% H 2 O 2 и облученные различными дозами, были отобраны в текущем исследовании для дальнейшей характеристики.

FT-IR спектры CS 01 (исходный хитозан), CS 02 (образец хитозана, пропитанный 2% H 2 O 2 и без излучения) и хитозанов с диапазоном M w от 15,85 до 3,70 кДа, полученные после облучения в дозах 4–24 кГр, показаны на рисунке 2. Спектры FT-IR исходного хитозана показывают характерные поглощения. Пики при 3200–3500 см −1 (OH, NH), 1655 см −1 (на фоне I), 1595 см −1 (на фоне II), 1420 см −1 (симметричная деформация — CH 3 и -CH 2 ) и 1320 см -1 относятся к поглощению CN в CH 3 CONH- (амид III).Пики при 1072, 1028 и 1153-895 см -1 отнесены к валентному колебанию CO, валентному колебанию COC в круге глюкозы и особым пикам поглощения β (1–4) гликозидной связи в хитозан соответственно. По сравнению со спектрами FT-IR исходного хитозана (CS 01 ), FT-IR спектры CS 02 и облученных образцов хитозана (Рисунок 2) показали, что основные функциональные группы этих материалов все еще присутствовали. после облучения, и что основная структура цепи полисахарида осталась неизменной во время процесса разложения.

Рисунок 2:

FT-IR спектры исходного хитозана (CS 01 ), хитозана, пропитанного 2% H 2 O 2 (CS 02 ), и хитозана, облученного при 4 (CS 1 ), 8 (CS 2 ), 12 (CS 3 ), 16 (CS 4 ), 20 (CS 5 ), 24 кГр (CS 6 ).

3.4 XRD-анализ

На рисунке 3 показаны дифрактограммы XRD исходных образцов хитозана и хитозана после облучения гамма-лучами в присутствии H 2 O 2 .Как можно видеть, структура исходного хитозана показывала один пик при 2θ, равном 20,2 °, без пика примерно при 9–10 °. Это отличается от предыдущих отчетов [1], [9], [10]. Было предложено шесть полиморфов хитозана: «сухожилие», «отожженный», «I-2», «L-2», «форма-I» и «форма-II» [21]. Кристалл формы II также является ромбическим с элементарной ячейкой a = 4,4, b = 10,0, c = 10,3 Å (ось волокна). Самый сильный рефлекс появляется при 2θ 20,1 °, что также соответствует рефлексу (100) [7], [17], [21].Как показано на рисунке 3, исходный хитозан показывает самое сильное отражение при 2θ, равном 20,2 °, что совпадает по схеме с кристаллом формы II. Для хитозана, пропитанного 2% раствором H 2 O 2 (CS 02 ), картина имела два пика: пик при 2θ 20,2 ° и новый появляющийся пик при 2θ 10,2 °. Такой узор характеризует полиморф хитозана, который называют «полиморфом L-2».

Рисунок 3:

XRD исходного хитозана CS 01 , хитозана, пропитанного H 2 O 2 CS 02 , и олигохитозанов: CS 1 (M w = 15.85 кДа), CS 3 (M w = 7,03 кДа), CS 5 (M w = 4,07 кДа).

Между тем, по сравнению с образцом CS 02 , CS 1 не отличался от CS 02 : пики при 10,2 ° и 20,2 ° остались. Это могло быть связано с тем, что доза в 4 кГр для получения CS 1 была слишком низкой для нарушения кристалличности хитозана. Для CS 3 и CS 5 основным отличием олигохитозанов, по-видимому, является исчезновение пика 10.2 ° и оставшийся пик 20,2 ° с меньшей интенсивностью. Эти результаты показали, что увеличение дозы облучения привело к синергетическому разложению хитозана под действием γ-лучей / H 2 O 2 , что, в свою очередь, вызвало разрушение кристалличности хитозана. Во время деполимеризации изменение пиков может быть вызвано разложением аморфной части хитозана, тогда как кристаллическая часть может временно сохраняться. Однако для CS 5 пик появился при 13,9 °. Это явление необъяснимо и требует дальнейшего изучения.

3.5 Растворимость разрушенного хитозана под действием γ-лучей / H

2 O 2

Свойства водорастворимости олигохитозанов с разной молекулярной массой, полученных в результате облучения, были подтверждены исследованием пропускания раствора хитозана при различных pH. ценности. Результаты представлены на рисунке 4. Все испытанные образцы показали хорошую растворимость при pH ≤ 5. CS 1 с M w 15,85 кДа, полученный при облучении в дозе 4 кГр, показал ограниченную растворимость и легко переходил в осадок при pH> 5, тогда как олигохитозаны CS 2 (M w = 7.05 кДа) и CS 3 (M w = 7,03 кДа) были растворимы в более широком диапазоне pH. Эти два образца можно растворить как в кислой, так и в нейтральной среде. Однако в диапазоне pH примерно 7,5–8 происходило осаждение, и их растворимость снижалась, когда pH постепенно увеличивался. По сравнению с CS 1 , CS 2 , CS 3 и CS 4 образцы CS 5 , CS 6 растворимы в воде в широком диапазоне pH от 3 до 11. Коэффициент пропускания CS 6 в диапазоне pH 3–11 составлял более 90%, указывая на то, что растворимость в воде, очевидно, зависит от молекулярной массы хитозана.Казалось, что высокая растворимость хитозана с низкой молекулярной массой может быть объяснена уменьшением межмолекулярных взаимодействий, таких как силы Ван-дер-Ваальса и водородная связь [6]. Кроме того, во время разложения хитозана γ-излучением / H 2 O 2 его кристалличность постепенно разрушалась, создавая тем самым аморфную структуру. Таким образом, CS 5 и CS 6 обладают высокой растворимостью.

Рисунок 4:

Зависимость растворимости в воде хитозана с разной молекулярной массой от pH: CS 1 (M w = 15.85 кДа), CS 2 (M w = 7,05 кДа), CS 3 (M w = 7,03 кДа), CS 4 (M w = 5,17 кДа), CS 5 (M w = 4,07 кДа), CS 6 (M w = 3,70 кДа).

Из результатов испытаний растворимости олигохитозанов в чистой воде, таблица 3 показывает, что CS 5 и CS 6 почти полностью растворены. Однако в растворе все еще можно наблюдать крошечные нерастворимые частицы. Олигохитозаны растворяют в водной кислоте, после чего их pH доводят до нейтрального; таким образом, их растворимость оказалась выше, чем в чистой воде.Этот результат предполагает, что ионная энергия может быть причиной этого явления [18].

Таблица 3:

Растворимость CS 3 , CS 4 , CS 5 и CS 6 в чистой воде.

Доза (кГр) CS 02
0
CS 1
4
CS 2
8
CS 3

82

12

CS 3

82

12

CS 5
20
CS 6
24
1% H 2 O 2 M w 45.48 26,31 11,20 6,14
M n 13,51 8,62 8,62
PI 3,37 3,05 2,57 2,14
DD 91,3 93,2
2% H 2 O 2 M w 35,29 15,85 7,05 7,03

7,05 7,03501

7,05 3,70
M n 10,26 5,42 3,20 3,17 2,62 2,22 2,16
PI44 2,92 2,22 2,20 1,98 1,83 1,72
DD 87,1 77,3 72,9 72.955

4

Образец M w (кДа) T (%)
CS 3 7,03 77,7
CS 80,4
CS 5 4.07 93,7
CS 6 3,70 93,1

3,6 Активность по улавливанию радикалов ABTS

На рисунке 5 показаны результаты исследований антиоксидантной активности образцов хитозана с различной молекулярной массой. Как видно, чем меньше была молекулярная масса хитозана, тем выше продемонстрированная антиоксидантная эффективность. Эффективность антиоксидантной активности хитозана рассчитывали по уравнению (2).Через 90 мин эффективность ABTS˙ + по улавливанию радикалов CS 01 (M w = 109,34 кДа), CS 02 (M w = 35,29 кДа), CS 3 (M w = 7,03 кДа) и CS 5 (M w = 4,07 кДа) составляли 34,8%, 69,6%, 84,5% и 99,2% соответственно.

Рисунок 5:

Эффективность антиоксидантной активности хитозана и олигохитозана в зависимости от времени реакции.

Антиоксидантная активность хитозана четко показана на Рисунке 6.Как видно, раствор ABTS был бесцветным, а раствор ABTS˙ + — зеленого цвета. В том же наблюдении, когда хитозаны с разными молекулярными массами добавляли к раствору ABTS˙ + , хитозаны с более низким M w показали более высокую восстанавливаемость. В частности, восстанавливаемость CS 5 была наивысшей, что быстро превратило ABTS˙ + в ABTS. Таким образом, после реакции раствор был бесцветным и прозрачным. Между тем, решение ABTS˙ + с присутствием CS 1 все еще оставалось зеленым.Это говорит о том, что олигохитозан не только преодолевает предел растворимости высокомолекулярного хитозана, но также обладает особой антиоксидантной активностью. Его антиоксидантная активность была лучше, чем у обоих хитозанов с M w > 100,00 кДа и LMWC с 10,00 w <100,00 кДа. Казалось, что чем ниже M w олигохитозана, тем выше эффективность его антиоксидантной активности. Tomida et al. [4] также пришли к такому же выводу в своем исследовании антиоксидантной активности хитозана и олигохитозана с M w в диапазоне от 2.От 8 до 931 кДа.

Рисунок 6:

(A) Решения ABTS и ABTS˙ + ; (B) ABTS˙ + с присутствием H 2 O, уксусной кислоты (AAc), олигохитозана CS 5 (M w = 4,07 кДа), CS 3 (M w = 7,03 кДа), CS 02 (M w = 35,29 кДа), CS 01 (M w = 109,34 кДа).

Между тем исследование Feng et al. [20] о повышении антиоксидантной активности хитозана путем облучения также показали, что образец хитозана, облученный при 20 кГр, проявлял наивысшую антиоксидантную активность.Процент поглощения хитозана, облученного в дозе 0, 2 и 10 кГр, против гидроксильного радикала составлял 16,6%, 41,1% и 47,1% соответственно. Ян и др. [22] предположили, что гидроксильные и аминогруппы хитозана и олигохитозана играют важную роль в улучшении активности поглощения. По сравнению с хитозаном, олигохитозан имеет очень короткую цепь, при этом способность образовывать внутримолекулярные водородные связи и силы Ван-дер-Ваальса резко снижаются, то есть активируются гидроксильные и аминогруппы. Это способствует эффективным реакциям со свободными радикалами.

4 Выводы

Олигохитозан с M w <10,00 кДа был эффективно получен путем сочетания гетерогенного разложения хитозана / H 2 O 2 и гомогенного разложения хитозана / H 2 O 2 с гамма-излучение. Характеристика структуры разрушенного хитозана методом FT-IR показала, что основная структура хитозана сохраняется после облучения. Олигохитозаны с M w от 4.07 и 3.70 кДа, полученные при облучении в дозах 20 и 24 кГр, обладают хорошей растворимостью в широком диапазоне pH от 3 до 11. Кроме того, CS 5 (M w = 4,07 кДа) обладает наивысшей антиоксидантной активностью и наиболее эффективным очищающим действием в кратчайшие сроки. Это показывает, что олигохитозан может применяться в качестве эффективного и природного антиоксиданта.

Это исследование финансировалось Вьетнамским национальным университетом Хошиминь (VNU-HCM) в рамках гранта № C2016-18-09.

Ссылки

[1] Кан Б., Дай Ю.Д., Zhang HQ, Чен Д. Polym. Деграда. Укол . 2007, 92, 359–362. Искать в Google Scholar

[2] Qin CQ, Du YM, Xiao L, Li Z, Gao XH. Внутр. J. Biol. Макромол . 2002, 31, 111–117. Искать в Google Scholar

[3] Родригес А.Т., Рамирес М.А., Карденас Р.М., Эрнандес А.Н., Веласкес М.Г., Баутиста С. Pestic. Biochem. Physiol . 2007, 89, 206–215. Искать в Google Scholar

[4] Tomida H, Fujii T, Furutani N, Michihara A, Yasufuku T, Akasaki K, Maruyama T, Otagiri M, Gebicki JM, Anraku M. Carbohydr. Res . 2009, 344, 1690–1696. Искать в Google Scholar

[5] Qin CQ, Du YM, Xiao L . Polym. Деграда. Укол . 2002, 76, 211–218. Искать в Google Scholar

[6] Qin CQ, Du YM, Xia L. Polym. Деграда. Укол . 2003, 80, 435–441. Искать в Google Scholar

[7] Tian F, Liu Y, Hu K, Zhao B. Cabohydr. Полим . 2004, 57, 31–37. Искать в Google Scholar

[8] Васикевич JM, Yoshii F, Nagasawa N, Wach RA, Mitomo H. Radiat. Phys. Chem . 2005, 73, 287–295. Искать в Google Scholar

[9] Duy NN, Phu DV, Anh NT, Hien NQ. Radiat. Phys. Chem . 2011, 80, 848–853. Искать в Google Scholar

[10] Hien NQ, Phu DV, Duy NN, Kim Lan NT. Углеводы. Полим . 2012, 87, 953–938. Искать в Google Scholar

[11] Джонатан З.К., Мохаммад Р.К., Буй В.Т., Кребер КАМ. Банка. J. Chem. 1998, 76, 1699–1706. Искать в Google Scholar

[12] Brugnerotto J, Lizardi J, Goycoolea FM, ArguÈelles-Monal W, DesbrieÁres J, Rinaudo M. Полимеры. 2001, 42, 3569–3580. Искать в Google Scholar

[13] Fan M, Hu QL, Shen K. Cabohydr. Полим . 2009, 78, 66–71. Искать в Google Scholar

[14] Роберт Р., Николетт П., Анна П., Анант П., Ян М., Кэтрин Р.Э. Free Radical Biol. Med. 1999, 26, 1231–1237. Искать в Google Scholar

[15] Тайпонг К., Бунпракоб У., Кевин С., Луис Ч.З., Дэвид Х.Б. J. Food Comp. Анал . 2006, 19, 669–675. Искать в Google Scholar

[16] Hien NQ, Phu DV, Phu BP, Huy HT. J. Nucl. Sci. Technol. 2008, 4, 44–51. Искать в Google Scholar

[17] Qun G, Ajun W, Yong Z. J. Appl. Polym. Sci. 2007, 104, 2720–2728. Искать в Google Scholar

[18] Qin CQ, Li H, Xiao Q, Liu Y, Zhu J, Du YM. Carbohydr. Полим . 2006, 63, 367–374. Искать в Google Scholar

[19] Ulanski P, Sonntag C. J. Chem. Soc . 2000, 2, 2022–2028. Искать в Google Scholar

[20] Feng T, Du YM, Hu Y, John FK. Carbohydr.Полим . 2008, 73, 126–132. Искать в Google Scholar

[21] Samuels RJ. J. Polym Sci .: Polym. Chem . 1981, 19, 1081–1105. Искать в Google Scholar

[22] Ян Ю.М., Шу Р., Шао Дж., Сюй Г.Ф., Гу XX. Eur. Еда. Res. Технол . 2006, 222, 36–40. Искать в Google Scholar

Получено: 2016-7-16

Принято: 2016-11-15

Опубликовано в Интернете: 2017-27

Опубликовано в печати: 2017-9- 26

© 2017 Walter de Gruyter GmbH, Берлин / Бостон

Эта статья распространяется на условиях Некоммерческой лицензии Creative Commons Attribution, которая разрешает неограниченное некоммерческое использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии, что оригинальная работа правильно процитирована.

Отбеливание перекисью водорода — растворимость газообразного кислорода

Стадия щелочной перекиси водорода под давлением была адаптирована в качестве эффективного метода отбеливания TCF. Хотя особенности стадии РО под давлением обычно наблюдались в промышленности, термохимия и кинетика реакции этого процесса еще недостаточно изучены.

Термохимическое моделирование ПО-отбеливания

Стадия щелочной перекиси водорода под давлением адаптирована в качестве эффективного метода отбеливания TCF.Хотя особенности стадии РО под давлением обычно наблюдались в промышленности, термохимия и кинетика реакции этого процесса еще недостаточно изучены.

Настоящая схема исследования была разработана для получения таких термохимических и кинетических данных, что обесцвечивание ПО может быть описано с помощью физико-химических моделей.

ВВЕДЕНИЕ

Стадия PO-отбеливания, то есть использование перекиси водорода вместе с кислородом под давлением в щелочной среде, недавно была адаптирована как эффективный метод для TCF-отбеливания.Усиленное отбеливание при одновременном использовании перекиси водорода и кислорода в щелочной среде часто рассматривается как результат повышенного содержания пергидроксильных (OOH-) ионов в системе, что связано с диссоциацией пероксида и его равновесием с щелочным гидроксидом / 1 / . В данной работе была построена термодинамическая многокомпонентная модель водной системы h3O2-NaOH-O2. Модель была разработана с использованием данных измерения pH отбеливающего раствора. Пероксид водорода был введен в модель как метастабильное вещество, что позволило одновременно рассчитать равновесия диссоциации пероксида и растворимость кислорода в щелочной системе.Модель была использована для оценки начальных концентраций активных ионных частиц в условиях отбеливания при различных температурах и давлениях. Кроме того, для оценки кинетики ПО-реакции была протестирована общая модель снижения числа каппа.

ТЕРМОХИМИЯ ОТБЕЛИВАЮЩЕГО РАСТВОРА

Термодинамическая модель была разработана для использования многокомпонентной процедуры минимизации энергии Гиббса, такой как Chemsage of Solgasmix / 2 /. С помощью такой процедуры равновесный состав химической многокомпонентной системы может быть рассчитан вместе с такими интенсивными величинами, как температура, давление и pH.Для отбеливающего раствора стехиометрия водной системы h3O2-NaOH-O2 описана в таблице 1. Чтобы обеспечить одновременный расчет диссоциации метастабильной (и слабокислой) перекиси водорода и растворимости кислорода в системе, Использовалась методика расчета составляющих изображения. С помощью этого метода конкретное вещество может быть выбрано отдельно от остальной системы, что позволяет проводить расчеты метастабильных равновесий или систем с кинетическими ограничениями.Техника изображения описана более подробно, например, в / 3 /.

Здесь, выбирая газообразный и растворенный кислород в качестве отдельных видов изображения, можно рассчитать отдельную равновесную растворимость для кислорода, в то время как перекись водорода не может разлагаться на кислород и воду в термодинамической системе. Конечным результатом является модель метастабильной системы перекись водорода — кислород в щелочном растворе. Метод расчета изображения разумен, так как перекись водорода действительно остается метастабильной в отбеливающем растворе и ее разложение даже при повышенных температурах идет относительно медленно / 4 /.Состав модели представлен в таблице 1.

Более полная модель должна учитывать влияние возможных примесей и стабилизаторов, но для нашей цели их концентрации считались незначительными.

Таблица 1. Компоненты системы, используемые в термодинамической модели (q обозначает ионный заряд в водном растворе).

Фаза Компонент Система-
компоненты
газ O Na H q
H 2 O 1 0 2 0
H 2 O 2 2 0 2 0
O 2 * 2 0 0 0
H 2 O 1 0 2 0
жидкость H 2 O 2 2 0 2 0
O 2 * 0 0 0
Na + 0 1 0 1
ОН 1 0 1 –1
OOH 2 0 1 –1
H + 0 0 1 1
цельный NaOH 1 1 1 0

Для расчета pH раствора требуется модель для коэффициентов ионной активности.По избыточной энергии Гиббса системы (Gex) коэффициенты активности дают

где Yi — коэффициент активности иона, v — сумма стехиометрических чисел диссоциированных ионов, nw — количество молей воды, Mw — молярная масса воды, T — температура, R — газовая постоянная. Индекс i относится к ионным видам. Для Gex была применена широко используемая модель вириального расширения Питцера / 5 / для растворенных веществ с такой модификацией, которая учитывала взаимодействие между ионными и нейтральными растворенными частицами / 6 /.С этой модификацией средний коэффициент активности электролита 1-1 в водном растворе имеет следующий вид:

Вот ионная сила раствора. Питцер определил значения для констант a = 2 (кг / моль) и b = 1,2 (кг / моль). Af является температурно-зависимым параметром Дебая-Хюккеля и представляет собой сумму стехиометрических чисел диссоциированных ионов. Индекс 2 относится к нейтральному, а 3 — к ионному взаимодействию. Параметры,, представляют собой параметры бинарного ион-ионного взаимодействия в уравнении Питцера, L 23 представляет собой бинарный параметр нейтрального иона, а G 233 представляет собой тройной параметр нейтральный ион-ион.Эти параметры зависят от температуры и давления. L 23 может быть связано с обычным высаливанием Сетченова / с коэффициентом k23 / 7 / для растворенного газа.

Процедура минимизации энергии Гиббса ChemSageÒ / 2 / была использована для расчета одновременной растворимости кислорода и метастабильного разложения h3O2 на протон и пергидроксильный анион путем отрицания образования кислорода из реакции 4.

Таким образом, метастабильные равновесия для системы h3O2-NaOH-h3O-O2 могут быть рассчитаны, а затем измерены pH.Расчетные и измеренные значения pH при 22 ° C в зависимости от массовой доли h3O2 показаны на рисунке 1. Добавление параметров взаимодействия Питцерса в стабилизированную h3O2-систему фиксирует модель для измерений. Значения параметров для Na + и OH- приведены в литературе / 8 /.

Параметры взаимодействия, а для Na + и OOH были подогнаны к экспериментальным данным pH 0,06 м% раствора NaOH в воде, который был начальной концентрацией в экспериментах по отбеливанию, 13,5 (NaOH) г / кг целлюлозы в 5 % последовательность.

Дальнейшие эксперименты проводились с более высокими концентрациями, вплоть до 0,3 м% растворов NaOH. Скорректированные значения параметров оставались постоянными, и были рассчитаны более концентрированные растворы. Значения pH, полученные с помощью модели, соответствуют экспериментальным данным, по крайней мере, в концентрациях от 0,03 м% до 0,3 м% (0,0075M-0,075M) NaOH- и 0M-0,2M H 2 O 2 -концентраций. Таким образом, выбранная методика моделирования представляется жизнеспособной для прогнозирования термохимических свойств отбеливающего раствора.Чтобы получить критическую оценку значений параметров взаимодействия, необходимо провести больше экспериментов и применить строгую процедуру подбора параметров.

Рис. 1. Зависимость pH от массовой доли h3O2 для системы NaOH-h3O2-h3O-O2 при температуре 22 ° C.

Поскольку параметры зависят от температуры и давления, можно расширить модель для оценки свойств системы при их значениях в условиях процесса.В этой работе модель использовалась для оценки растворимости кислорода, для которой также были найдены экспериментальные данные с точки зрения температуры, давления и концентрации щелочи. На рисунке 2 показана растворимость кислорода при температурах от 80 до 120 ° C. Обнаруженный минимум около 100 ° C соответствует экспериментальным данным Бродена и Саймонсона / 9 /.

Рис. 2. Расчетная растворимость кислорода в чистой воде и 0,06 м% растворе NaOH как функция температуры при парциальном давлении кислорода 10 бар.Расчеты сравниваются с экспериментальным значением, полученным Броденом и Симонсоном / 9 /.

В таблице 2 модельные значения растворимости кислорода сравниваются с значениями, полученными для чистой воды по закону Генри. Отчетливо видно легкое высаливание NaOH. На рисунке 3. эффект показан для температур 100, 110 и 120 ° C.

T = 22 ° C Закон Генри
0,06м%
NaOH
Pitzer-
Наборы.
0,30m%
NaOH
Pitzer-
Наборы.
1 м% NaOH
Pitzer-
Наборы.
P (O 2 ) /
бар
м (O 2 ) /
ммоль / кг
м (O 2 ) /
ммоль / кг
м (O 2 ) /
ммоль / кг
м (O 2 ) /
ммоль / кг

1

1,328

1,320

1,287

1,197

2,5

3 321

3 300

3 219

2,994

3

3,985

3,960

3 863

3,593

5

6 642

6,601

6,439

5,988

7

9 298

9 240

9 013

8,383

10

13 283

13 201

12 876

11 975

Таблица 2. Зависимость растворимости кислорода в растворах NaOH от его парциального давления при температуре 22 ° C; рассчитанные значения по модели Питцера-Сетченова путем минимизации свободной энергии Гиббса.

Рис. 3. Растворимость кислорода, полученная по модели Питцера-Сетченова, как функция моляльности NaOH при температурах 100, 110 и 120 ° C и парциальном давлении кислорода 5 бар.

Многокомпонентная модель может также использоваться для оценки концентраций ионов как функции температуры и давления.Модель предполагает, что равновесное значение OOH- -иона имеет тенденцию несколько уменьшаться с повышением температуры. Давление не влияет на равновесные концентрации в диапазоне 2-15 бар. Кривые, полученные для моляльности OOH- в зависимости от температуры, показаны на фиг. 4. Хотя начальное количество пергидроксильного аниона уменьшается с прибл. 20% между 80 ° C и 120 ° C, маловероятно, что это падение окажет заметное влияние на последующую кинетику пероксидной реакции.

Рисунок 4. Модель прогнозирования концентрации OOH- с подачей 0,06 м% NaOH.

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И ДАВЛЕНИЯ НА СКОРОСТИ РЕАКЦИИ

Кинетику процесса отбеливания ПО изучали с помощью серии экспериментов по отбеливанию. В этих экспериментах определяли расход перекиси, концентрацию щелочи, pH, а также качество целлюлозы при различных температурах и давлениях в зависимости от времени реакции.

Эксперименты проводились с образцами крафт-целлюлозы массой 25 г при консистенции пульпы около 5% и начальном k-числе 10-13.Примеси металлов поддерживались на низком уровне с помощью DTPA-хелатного соединения. Испытания проводились в автоклаве Parr 4522 (2000 см3) со всеми внутренними частями, покрытыми тефлоном. Подробная настройка, а также процедура отбора проб были объяснены ранее / 4 /. В кинетических экспериментах, в частности, отслеживали влияние температуры и давления в течение времени реакции, и, таким образом, химические подачи поддерживались постоянными. Подача пероксида составляла 25 г / кг пульпы и NaOH 13,5 г / кг пульпы. Начальный pH целлюлозной смеси составлял прибл.11,2 (измерено при температуре окружающей среды). Продолжительность всего пробного запуска обесцвечивания составляла около 120 минут. Воспроизводимость экспериментов с разными образцами пульпы была хорошей / 10 /.

Влияние температуры на реакции отбеливания отслеживали при 95-120 ° C. С повышением температуры скорость потребления h3O2 и NaOH увеличивается, pH раствора снижается быстрее, и, по мере того, как результаты отбеливания достигаются улучшенной белизной и более низким значением k при меньшем времени удерживания.Соответственно, потеря вязкости при этом несколько выше / 10 /.

В наших экспериментах со всеми внутренними поверхностями экспериментального оборудования, покрытыми тефлоном, остаточный пероксид оставался на уровне 40-50% от загрузки после 120-минутных пробных запусков. Поскольку k-восстановление также выравнивается в это время, мы пришли к выводу, что концентрация пероксида достигает остаточного уровня в чистой (хелатной) системе и разлагается, но медленно в отсутствие катализаторов переходных металлов и соответствующих участков на поверхности. Катализируемое щелочью разложение также замедляется в конце из-за снижения pH в результате процесса отбеливания.Кроме того, по-видимому, не существует такого органического продукта реакций отбеливания, который мог бы вызвать постоянное потребление пероксида в растворе.

Вместо этого можно заметить, что pH постоянно снижается в высокотемпературных (120 ° C) экспериментах / 4,10 / и, соответственно, расходуется щелочь. На рисунке 5 показаны зависимости расхода щелочи от расхода перекиси в наших экспериментах при 95, 110 и 120 ° C. Интересно отметить изменение характера расхода щелочи при 120 ° C.Взаимозависимость этих двух компонентов заметно отличается при этой температуре, чем при двух более низких температурах, и даже когда h3O2 остается относительно стабильным, количество щелочи продолжает неуклонно уменьшаться.

Эффекты давления изучались при указанных выше температурах (95–120 ° C) при парциальном давлении кислорода 1–12 бар. При любой постоянной температуре давление не влияет на скорость разложения пероксида / 4 /, а также отсутствует какой-либо общеизвестный эффект давления на скорость химического расхода в реакциях отбеливания.Небольшое увеличение k-восстановления и, что более очевидно, несколько улучшенная яркость достигается за 120 мин при повышении давления при постоянной температуре / 4 /.

Из данных, полученных в результате экспериментов, представлено в таблице 3.

Таблица 3. Каппа-числа, полученные в результате экспериментов при парциальном давлении кислорода 5 бар.

Для определения значений параметров k, a, b и g использовался нелинейный алгоритм Левенберга-Маргардта. Значения, полученные для a, b и g, приведены в таблице 4 со сравнением значений Moldenius для реакции отбеливания h3O2 (без давления) / 11 /.

Таблица 4. Параметры скорости реакции для k-восстановления

Рис. 6. График Аррениуса lnk против 1 / T для обезжиривания числа каппа и наилучшей прямой линии. Наклон дает -E a / R, а пересечение при 1 / T = 0 дает lnA. E a = 64334 Дж / моль и A / A ° = 86804

Рис. 7. Модель Аррениуса, рассчитанная по уравнению 5 и экспериментам для каппа при 95 ° C, 110 ° C и 120 ° C и парциальном давлении кислорода 5 бар.

Очевидно, что РО-стадия сочетает в себе преимущества щелочного кислородного отбеливания и обработки перекисью. В динамике реакции участвует как растворенный кислород, так и стабилизированная перекись водорода в качестве активных частиц, и, таким образом, явления PO-отбеливания можно лучше понять с помощью термохимии щелочных растворов перекиси водорода. Считается, что усиленное отбеливание при одновременном использовании перекиси водорода и кислорода в щелочной среде происходит из-за повышенного содержания пергидроксильных (OOH-) ионов в системе.Пока еще предварительная термодинамическая модель, представленная в этом исследовании, предсказывает, что равновесная концентрация OOH- немного уменьшается с повышением температуры. Однако, поскольку скорости реакции увеличиваются с повышением температуры обычным способом Аррениуса, вероятно, что это мало влияет на фактический процесс отбеливания. Однако это говорит о том, что при работе при высоких температурах полезно поддерживать достаточно высокий уровень остаточной перекиси.

Единственный печально известный эффект, который увеличение давления оказывает на параметры процесса в увеличении (по Генриану) растворимости кислорода, которое также может быть показано с помощью термодинамической модели.Когда рассматриваются как экспериментальные, так и модельные наблюдения за отбеливанием ПО, можно обнаружить, что повышенная температура оказывает большое влияние на скорости реакции, а также на время реакции для достижения желаемых результатов отбеливания. Подача давления, в первую очередь, позволяет работать при температурах около 100 ° C. Поскольку давление влияет только на растворимость кислорода в системе и незаметно для кинетики реакции, можно сделать вывод, что улучшенные результаты отбеливания (яркость) при более высоких давлениях обусловлены повышенной растворимостью и улучшенным массопереносом кислорода в такие условия.Фактически это согласуется с данными о влиянии давления кислорода на процессы кислородной делигнификации / 1, с. 233 /.

СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ:

Dence, C.V. и Рив, Д. У .: Отбеливание целлюлозы, принципы и практика, TAPPI Press, Атланта, Джорджия, 1996,

.

Хак, К. (редактор): Сборник прецедентов SGTE: Термодинамика в действии, 118-128, Институт материалов, Борнмут, 1996

Куккари П., Лаукканен И. и Лиукконен С. Сочетание общей скорости реакции с минимизацией энергии Гиббса, уравнение жидкой фазы.(в печати)

Куккари П. и Салминен Дж .: Термохимия и кинетика реакции ПО-отбеливания, 9-й ISWPC, Монреаль, Канада 9.-12.6. 1997г., 50 / 1-5

Питцер К., С. Термодинамика электролитов. 1. Теоретические основы и общие уравнения, J. Phys. Chem, 77 (1973) № 2, 268-277

Салминен Дж. Растворимость газов в водных растворах, магистерская диссертация, Хельсинкский технологический университет, 1997 г. (на финском языке)

Корти Х., Пабло Дж. И Праусниц Дж. Фазовые равновесия для водных систем, содержащих соли и диоксид углерода.Применение теории Питцера к растворам электролитов, J. Phys. Chem., 94 (1990) 7876-7880
& nbnsp;
Харви К., Моллер Н. и Уир Дж., Прогнозирование растворимости минералов в природных водах: система Na-K-Mg-Ca-H-Cl-SO4-OH-HCO3-CO3-CO2-h3O с высоким содержанием ионов прочность при 25 ° C, Геохим. Космохим. Акта, 48 (1984) 723-751

Броден А. и Саймонсон Р.: Растворимость кислорода, Часть 2, Svensk Papperstidning, № 16, 1979, 487-491

Салминен Дж. И Куккари П.: Влияние температуры и давления при отбеливании перекисью, Кемия ’97, Хельсинки 11.-13.11. 1997

Цянь X. и Тессье П .: Динамическое моделирование и контроль процесса отбеливания перекисью водорода, Pulp & Paper Canada 98: 9 (1997), T340-T344

Лахеналь Д., Кардона Д., Шират К. Основы расширенного кислородного отбеливания, 9-й ISWPC, Монреаль, Канада 9.-12.6. 1997, Д1-1-Д1-5

Повышенная растворимость носителя в трехмерной печатной структуре на основе FDM с использованием перекиси водорода под действием ультразвука

Моделирование наплавленного осаждения (FDM), один из типичных процессов трехмерной печати, обычно требует поддерживающих структур, соответствующих частям напечатанной модели, которые в основном имеют поднутрения или нависающие черты.Таким образом, удаление опоры является важным этапом постобработки после процесса FDM. Здесь мы представляем эффективный и быстрый метод удаления поддерживающей части продукта, изготовленного из FDM, с использованием явления окислительной деструкции перекиси водорода. Этот механизм был значительно эффективен в отношении поливинилового спирта (ПВС), который широко использовался в качестве материала подложки в процессе FDM. По сравнению с водой, перекись водорода обеспечивает в два раза более высокую скорость растворения материала ПВС.Его можно увеличить еще в два раза, обработав растворитель ультразвуком. В дополнение к быстродействию, мы подтвердили, что количество удаленных остатков подложки увеличилось, что в основном было вызвано шероховатостью поверхности детали, изготовленной с помощью FDM. Кроме того, мы продемонстрировали отсутствие ухудшения механических свойств или геометрической формы полученных деталей, напечатанных на 3D-принтере. Ожидается, что в совокупности эти результаты помогут повысить производительность FDM за счет сокращения времени постобработки и позволят удалить сложные и тонкие опорные конструкции, тем самым улучшив конструктивные возможности метода FDM.

1. Введение

Для традиционных производственных технологий, таких как процессы механической обработки и формования, были приложены огромные усилия для повышения их производительности за счет сокращения времени выполнения заказа, затрат и расхода материалов. В последнее время, учитывая такие производственные проблемы, процесс трехмерной (3D) печати вызвал большой интерес в качестве альтернативы. Благодаря характерной для него процедуре послойной интеграции, он позволяет изготавливать трехмерные объекты произвольной формы на основе цифровых данных САПР при минимальном расходе материалов и максимальной свободе проектирования изделий [1–5].Более того, поскольку тенденции в производственных технологиях изменились от массового производства к массовой настройке небольшими партиями, применение методов 3D-печати экспоненциально увеличивалось в различных отраслях, включая аэрокосмическую, автомобильную, медицинскую, строительную и электронную [6–6]. 8].

В ASTM F2792-12a [9] типы 3D-печати были разделены на семь классов в соответствии с их технологическими характеристиками: распыление связующего, прямое нанесение энергии, экструзия материала, распыление материала, плавление слоя порошка, ламинирование листа и фотополимеризация в ванне. .Моделирование методом наплавления (FDM), которое изначально было изобретено на заре 3D-печати, относится к группе методов экструзии материалов, которые используют сопло или отверстие для выборочного дозирования материала. Благодаря своим различным преимуществам, таким как низкая стоимость материала / принтера, простой рабочий механизм и универсальность использования материалов, FDM является одной из наиболее часто и широко используемых систем не только в промышленности, но и в исследовательском сообществе. .

Типичный процесс FDM обязательно включает в себя набор компонентов для сборки и поддержки.Опорная структура играет роль в предотвращении провисания или сжатия выступающей или поднутренной формы строительной конструкции во время процесса послойной печати. Как показано на рисунке 1, могут быть внутренние и внешние опорные конструкции в зависимости от структурной морфологии строительной конструкции. В случае системы FDM с одним соплом, поскольку и опорная, и строительная части напечатаны из одного и того же материала, опорные части необходимо снимать вручную, что неизбежно оставляет некоторые дефектные заусенцы на поверхности строительной детали.Кроме того, в ручном процессе невозможно полностью удалить внутренние опорные части, которые встроены в конструкцию сборки, в том числе те, которые находятся в пустоте или полости. Чтобы преодолеть эти проблемы, растворимые материалы использовались в качестве поддерживающих материалов в системах печати с двумя соплами. Среди различных растворимых материалов поливиниловый спирт (ПВС) привлек большое внимание в качестве материала носителя из-за его водорастворимости, биосовместимости, механической гибкости и низкой стоимости [10–13].Несмотря на то, что PVA показал свою пригодность для использования в качестве поддерживающей части FDM, все еще существует ограничение процесса удаления в отношении времени растворения и возможности образования остатков. В особенности для полых строительных конструкций, таких как показанная на рисунке 1 (а), удаление встроенной внутренней опорной конструкции по существу занимает значительное время. Чтобы повысить эффективность удаления подложек из ПВС в детали, напечатанной на 3D-принтере, в нескольких исследованиях были предприняты попытки отрегулировать параметры процесса, такие как температура растворителя и применение перемешивания для улучшения растворения растворителя [14, 15].

Здесь мы представляем эффективный физико-химический метод повышения растворимости деталей носителя из ПВС с помощью перекиси водорода (H 2 O 2 ) и обработки ультразвуком. Эффект окислительной деструкции ПВС в H 2 O 2 был исследован в области текстильной и фармацевтической промышленности, а также в промышленности на основе моющих средств или клея [16, 17]. Основная цель этого исследования состояла в том, чтобы изучить возможность применения H 2 O 2 для удаления опор из ПВС в детали, напечатанной на 3D-принтере.Сначала мы экспериментально сравнили растворимость ПВС в воде и H 2 O 2 , нанеся каждый растворитель на две разные детали, напечатанные на 3D-принтере: деталь, состоящую только из ПВС, и деталь для сборки с подложкой из ПВС. Превосходная скорость растворения в H 2 O 2 была подтверждена и была дополнительно увеличена путем обработки растворителя ультразвуком. Помимо высокой скорости растворения, мы исследуем остатки материала подложки, оставшиеся на деталях сборки после процесса растворения.Кроме того, путем механических испытаний образцов, обработанных H 2 O 2 и необработанных, мы подтвердили, что не было никакого ухудшения или деградации деталей конструкции с точки зрения механических свойств и геометрических форм. В целом, мы продемонстрировали превосходные возможности реагента на основе H 2 O 2 в сочетании с обработкой ультразвуком в отношении эффективности удаления подложки ПВС. Ожидается, что эти экспериментальные результаты будут полезны для постобработки деталей, напечатанных на 3D-принтере, особенно для большого количества опорных деталей или деталей очень сложной формы, которые трудно удалить.

2. Материалы и методы

Для 3D-печати конструкции и несущих конструкций использовались две различные термопластические нити из поликарбоната (PC; Samyang Corp., Южная Корея) и поливинилового спирта (PVA; ESUN, Китай) соответственно. . Эти нити имели стандартный диаметр 1,75 мм для 3D-принтера на основе FDM. Печатная машина представляла собой индивидуализированную систему, оснащенную двумя отдельными экструдерами, которые могли раздельно распределять строительные и вспомогательные материалы. Для стабильной печати материалов температурные параметры сопла ПВС, сопла ПК и камеры в системе могут быть установлены до 220 ° C, 240 ° C и 100 ° C соответственно.В оптимальных условиях были изготовлены образцы призматической формы из деталей, состоящих только из ПВС и комбинированных из ПВС / ПК, как репрезентативные конструкции с внешней и внутренней опорными частями соответственно.

Для процесса растворения печатных деталей использовались H 2 O (дистиллированная вода) и H 2 O 2 (30 мас.% В H 2 O, Sigma-Aldrich) и сравнивались друг с другом. с точки зрения скорости растворения. Отпечатанные детали погружали в 500 мл каждого растворителя в химический стакан, который загружали в ультразвуковой аппарат с постоянной температурой (TI-h20, Германия), который устанавливали на температуру растворителя 80 ° C и используемую частоту 25 кГц.Для анализа остатков ПВС на поверхности детали конструкции был проведен энергодисперсионный рентгеновский микроанализ (EDX, X-act, Великобритания) с использованием четырех типов 3D-печатных образцов: по одному для каждого из ПВС и ПК и двух ПК-ПВС. сложные образцы. Образцы ПВС и ПК были приготовлены в качестве контрольных образцов. Два образца комплекса ПК-ПВС были приготовлены и растворены в H 2 O и H 2 O 2 отдельно. Для оценки изменения механических свойств после обработки растворителем образцы для испытаний на растяжение были подготовлены в соответствии со стандартом ASTM D638-1 и помещены на универсальную испытательную машину (EZ20, Instruments, Великобритания).Испытания на растяжение проводились со скоростью 5 мм / мин.

3. Результаты и обсуждение
3.1. Двойная печать конструктивных и вспомогательных деталей

На рис. 2 (а) показана разработанная нами система трехмерной печати, которая экструдирует стандартные термопластические нити методом FDM. Он был оснащен двумя модулями экструдера, которые могли печатать два разных материала для одной детали. В частности, 3D-принтер включал в себя несколько систем термостатического контроля для регулирования условий окружающей среды при печати, таких как температура окружающего воздуха в камере для печати.Использование условий с контролируемой температурой не только в сопле, но и в камере вместо комнатной температуры было необходимо для стабильной печати и интеграции трехмерных структур без дефектов или расслоений в конечном продукте. В таблице 1 показаны оптимальные условия для 3D-печати нитей ПК и ПВС, которые использовались для изготовления и вспомогательных материалов соответственно. При таких параметрах процесса на разработанной машине FDM можно было изготавливать бездефектные детали.


Условия печати ПВА-нить ПК-нить

Температура в камере 100 ° C
Скорость сопла 80 мм / с
Плотность заполнения 80%, 50% 100%
Высота слоя 0.2 мм. 2 (б) и 2 (в) соответственно. Мы выбрали два разных типа опорных конструкций, то есть внешние и внутренние, как показано на рисунке 1. Внешние опоры необходимы ниже строительных конструкций, которые имеют форму поднутрения или выступа (например.г., в форме буквы «Т»). Обычно, поскольку большая часть поверхностей внешних носителей может подвергаться воздействию растворителя, их относительно легко удалить путем растворения. Между тем, опоры внутреннего типа должны быть по существу согласованы с строительными конструкциями с полостями или пустотами. Из-за их ограниченной площади поверхности, на которую воздействует растворитель, обычно требуется больше времени для растворения подложки внутри строительной части. Принимая во внимание разницу в открытой площади опорных поверхностей, мы спроектировали полностью открытую деталь из ПВС и деталь из ПВС, окруженную ПК, с одной открытой поверхностью, которая соответствовала внешней и внутренней опорам, соответственно.Как показано на рисунке 2, оба типа образцов, особенно с внутренними опорами, могут быть изготовлены с хорошей воспроизводимостью с использованием условий процесса, указанных в таблице 1.

3.2. Повышенная растворимость в перекиси водорода с помощью ультразвуковой обработки

Используя образцы в исходном состоянии, мы сначала проверили растворимость в воде внутренних и внешних деталей. На рисунках 3 и 4 показано изменение формы и веса каждого образца с увеличением времени растворения. В то время как внешний датчик проверялся каждые полчаса, внутренний измерялся с интервалом в четыре часа из-за его относительно низкой скорости растворения.В результате потребовалось 246 минут для полного растворения PVA-носителя внешнего типа с начальной массой 6,8 г, что соответствует скорости растворения 0,4032% / мин. В случае носителя внутреннего типа для полного растворения потребовалось 1680 минут при скорости 0,0595% / мин, что было медленнее, чем у образца внешнего носителя в 6,78 раза. Эти результаты, по сути, были ожидаемыми из-за разницы в площади экспонируемой поверхности. Далее те же образцы с внутренней и внешней опорными частями были испытаны в H 2 O 2 .Изменение формы и веса измеряли таким же образом, как и при испытании растворимости в воде. В испытании H 2 O 2 потребовалось 123 и 830 минут для полного растворения образцов внешнего и внутреннего типов, соответственно, что соответствует скоростям растворения 0,8131 и 0,1205% / мин, что в целом было вдвое больше. быстро растворяется в воде. На рисунке 5 показана скорость растворения каждого носителя ПВС в H 2 O и H 2 O 2 . Мы подтвердили более быстрое удаление обоих типов опор из ПВС в H 2 O 2 , чем в H 2 O в тот же момент времени.



Считается, что превосходная растворяющая способность H 2 O 2 по сравнению с H 2 O является результатом дополнительного разложения, вызванного ионами кислорода в растворителе. ПВС хорошо известен как водорастворимый и гидрофильный полимер. Поскольку молекулы воды проникают между полимерными цепями ПВС во время поглощения воды, полимер набухает и переходит в растворенное состояние из-за более слабой водородной связи между полимерными цепями (рис. 6 (а)) [18–20].Помимо растворимости в воде, разложение ПВС было изучено с использованием фотохимических, электрохимических и фотокаталитических методов, которые можно рассматривать как метод удаления отходов [21–24]. Эти исследования показали, что разложение ПВС ускоряется добавлением H 2 O 2 в процесс реакции, в котором образуются более реакционноспособные частицы, включая гидроксильные и пероксильные радикалы, и более активно происходит разрыв полимерных цепей [16–18, 24] . Мы экспериментально подтвердили, что растворение ПВС в H 2 O 2 было значительно улучшено по сравнению с процессом, проводимым в воде.Считалось, что такие улучшения можно отнести к окислительной деградации, вызванной реактивными радикалами, которые будут влиять на растворение синергетически с ослаблением водородных связей (рис. 6 (b)).

Для дальнейшего подтверждения эффективности удаления ПВС был проведен EDX-анализ с использованием четырех типов образцов, напечатанных на 3D-принтере: по одному, состоящему из ПВС и ПК, и двух, состоящему из комплексов ПК-ПВС. Эти образцы растворяли отдельно в H 2 O и H 2 O 2 (Рисунок 7).Поскольку ПВС является относительно богатым кислородом полимером, как и ожидалось, образец ПВС показывает более высокое пиковое и массовое содержание кислородного элемента, чем образец ПК, в их спектрах EDX и их полуколичественных данных о составе элементов, соответственно, как показано на рисунках 7 (a ) и 7 (б). Оба образца ПК-ПВС, растворенного в H 2 O и H 2 O 2 (рисунки 7 (c) и 7 (d)), показали немного более высокое содержание кислорода, чем образец, содержащий только ПК (рисунок 7 ( б)). Эти результаты были связаны с возможным остатком ПВА, прилипшим к поверхности ПК даже после растворения, поскольку печатные детали на основе FDM по существу имели на своей поверхности многочисленные крошечные гребневые канавки.Сравнение двух образцов друг с другом показало, что образец, обработанный H 2 O 2 , имел содержание кислорода, которое было ниже и более похоже на образец PC, чем образец, обработанный H 2 O, как показано на данные на рисунках 7 (c) и 7 (d). Это означает, что растворение H 2 O 2 было более эффективным, чем обработка H 2 O с точки зрения удаления ПВС.

Затем мы попытались еще больше усилить растворение H 2 O 2 путем обработки ультразвуком в процессе растворения ПВС.На рисунке 8 показано сравнение процессов растворения в зависимости от того, применялась ли обработка ультразвуком для растворителя H 2 O 2 . Под действием ультразвука опоры из ПВС внешнего и внутреннего типа были полностью удалены примерно за один и девять часов соответственно. Это соответствовало скоростям растворения 1,67 и 0,1851% / мин, которые были быстрее в 2,05 и 1,54 раза по сравнению со скоростью растворения в статических условиях в том же растворителе. В области химической инженерии ультразвуковая обработка доказала свое благоприятное воздействие на разложение или диспергирование веществ в некоторых системах растворителей [25, 26].Результаты этого эксперимента согласуются с предыдущими работами, посвященными ускоряющему влиянию ультразвуковой обработки на растворение или разложение полимера. Считалось, что высокоэнергетическая ультразвуковая волна способствует вышеупомянутым механизмам разложения на основе кислорода и проникновения воды. Из экспериментальных результатов мы могли четко подтвердить возможность применения физико-химического метода растворения ПВС с использованием H 2 O 2 и обработки ультразвуком.

3.3. Устойчивые свойства обработки для удаления подложки

После процесса удаления подложки, упомянутого выше, на конструктивную часть не должны влиять условия реактивного растворения, то есть H 2 O 2 и обработка ультразвуком. Чтобы проанализировать влияние условий растворения на конструктивную деталь, были подготовлены два типа образцов ПК для испытаний на растяжение, как показано на рисунке 9. Как правило, детали, напечатанные методом FDM, проявляют механически анизотропные свойства, которые зависят от направления траектории печати.Точно так же на рисунке 9 (а) показаны различные значения прочности на разрыв образцов ПК, которые были напечатаны отдельно в продольном и поперечном направлениях по отношению к направлению растягивающей нагрузки. Продольные и поперечные образцы обеспечили среднюю прочность на разрыв 53,28 и 25,92 МПа соответственно. После замачивания образцов в течение двух часов в H 2 O 2 значения прочности на разрыв продольных и поперечных образцов составили 52,98 и 26,15 МПа соответственно, которые не изменились по сравнению со значениями необработанных образцов.В дополнение к неповрежденным механическим свойствам, не было потери веса между образцами до и после обработки H 2 O 2 , как показано на Рисунке 9 (b).

На рис. 10 показана оценка изменения размеров до и после растворения H 2 O 2 с использованием двух различных частей для сборки-опоры с 80% и 60% степени заполнения опоры. Когда опорная часть сборки с 80% внутренней опоры была погружена в H 2 O 2 на 9 часов, сборочная часть показала небольшое искажение (рис. 10 (а)), которое могло быть связано с набуханием опоры. и инфильтрация H 2 O 2 .Когда степень заполнения опорной части была уменьшена до 60%, растворение основы было завершено за 5 часов, и мы могли получить незначительное изменение размеров (рис. 10 (б)). Мы также оценили изменение размеров, используя практическую часть, как показано на рисунке 11. Мы разработали конструкцию Lego с внутренней полостью. Для более эффективного воздействия растворяющего агента внутренняя поддерживающая структура была спроектирована в виде попеременно наполовину заполненной формы, что обеспечивает легкое и быстрое растворение (рис. 11 (а)).На рисунке 11 (b) показана полученная печатная часть в соответствии с конструкцией из двух частей и ее удаленная часть из ПВС после растворения H 2 O 2 в течение 50 минут. Было подтверждено, что не было никаких изменений размеров во время процесса удаления опоры, как показано на рисунке 11 (c). Из-за безупречных размеров детали, подвергшейся постобработке, рисунок 11 (d) показывает, что она могла быть хорошо собрана с исходной частью Lego с эталонной формой, которая была идентична модели САПР на этапе проектирования.В целом, мы продемонстрировали возможность удаления опорной части из ПВС с точки зрения сохранности геометрии и механических свойств.

4. Заключение

Для визуализации стабильной 3D-архитектуры в 3D-печати на основе FDM необходимо эффективно сформировать опорную структуру вместе с формой строительной детали. Настоящее исследование показало наши первоначальные усилия по использованию реакционной способности H 2 O 2 в сочетании с обработкой ультразвуком для эффективного растворения структур ПВС.ПВС широко используется в качестве водорастворимого материала-носителя в области 3D-печати. Насколько нам известно, о применении физико-химического метода для удаления основы на основе ПВА в процессе 3D-печати до сих пор редко сообщалось. Два образца различных типов, состоящие из ПВС и ПВС-ПК, которые использовались в качестве репрезентативных образцов с внешней и внутренней опорами, соответственно, были испытаны в нескольких условиях в зависимости от применения H 2 O 2 и обработки ультразвуком.Сравнивая этот метод с обычным растворением на водной основе, мы подтвердили более чем двукратное увеличение скорости растворения и даже четырехкратное улучшение в случае носителя внешнего типа. Кроме того, применимость реактивного метода была подтверждена на основании неизменных свойств с точки зрения механической прочности и геометрии формы. Эти результаты в совокупности предполагают, что предлагаемый метод имеет потенциал для повышения производительности процесса удаления опоры и преодоления препятствий, связанных с трудноразрушаемыми опорами сложной формы.На основе представленных здесь результатов проводятся дальнейшие исследования с другими материалами, применимыми к FDM, чтобы оценить осуществимость предлагаемого метода в приложениях для 3D-печати.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Эта работа была поддержана Программой развития промышленных фундаментальных технологий, финансируемой Министерством торговли, промышленности и энергетики (MOTIE) Кореи (10051680, Разработка высокопрочного и экологически чистого полимера для 3D-печати) и KITECH ( Корейский институт промышленных технологий) внутренний проект.

Вода | Бесплатный полнотекстовый | Перенос газообразного пероксида водорода и озона в объемную воду по сравнению с электрораспылительным аэрозолем

4.1. Растворение O

3 и H 2 O 2 в объемной воде

На рисунке 3 показано количество растворенных O 3 и H 2 O 2 в основной воде при различных объемах воды и различных условиях обработки ) раз. Сольватация как O 3 , так и H 2 O 2 почти линейно зависит от времени обработки.Интересно сравнить растворенные молярные количества O 3 и H 2 O 2 : в то время как O 3 растворяется с максимумом 0,9 нмоль (расход газа 0,8 л / мин, время взаимодействия 4 мин в Рисунок 3a), H 2 O 2 растворяется до 10 мкмоль на рисунке 3c при аналогичных условиях. Это согласуется с гораздо более высоким коэффициентом закона Генри kH H 2 O 2 по сравнению с O 3 ; однако измеренная разница составляет всего четыре, а не семь порядков величины, как можно было бы ожидать, исходя из разницы kH.

Площадь поверхности основной воды оставалась постоянной (133 мм 2 ) для всех испытанных объемов. Никакого влияния объема воды (т.е. высоты водяного столба в объемном реакторе) не было обнаружено в течение того же времени обработки. Это также показывает, что общая площадь поверхности раздела газ-вода является ключевым параметром, определяющим сольватацию.

При более высокой скорости потока газа время пребывания газа внутри реактора; таким образом, время взаимодействия газ-жидкость было короче, а количество растворенного O 3 уменьшилось, несмотря на большее количество O 3 , доставленное в реактор в единицу времени (рис. 3a, b).С другой стороны, для H 2 O 2 более высокая скорость потока газа привела к немного более высокой сольватации из-за большего количества H 2 O 2 , доставляемого в реактор в единицу времени (Рисунок 3c , г), несмотря на меньшее время взаимодействия газ – жидкость.

4.3. Растворение O

3 и H 2 O 2 в каплях электрораспыленной воды

В соответствии с экспериментом с объемной водой количество растворенных O 3 и H 2 O 2 в каплях ES увеличивается с увеличением время обработки, как показано на рисунке 7a, b для O 3 и на рисунке 8b, c для H 2 O 2 .Однако эта скорость сольватации медленнее, чем линейно пропорциональна времени, как это наблюдалось в эксперименте с объемной водой. Растворенные O 3 и H 2 O 2 также увеличиваются с увеличением V a и Q w (Рисунок 7c, d для O 3 и Рисунок 8a, b для H 2 O 2 ), хотя эффект от увеличения Q w в некоторых случаях не так значителен.

Как и в массовом эксперименте, количество растворенного H 2 O 2 намного выше, чем у O 3, , но не на семь порядков, как можно было бы ожидать из соотношения их коэффициентов закона Генри. .Чтобы понять это, необходимо учитывать количество молекул в газе, доступных для сольватации в жидкости, и количество, необходимое для достижения насыщенной концентрации c i satur. (индекс i обозначает i-й вид, в данном случае H 2 O 2 или O 3 ). Растворимость O 3 низкая, и в газовой фазе имеется достаточно частиц для достижения насыщенной концентрации в воде, т. Е. Степени насыщения ξ i , определяемой как ξ i (t) = c i ( t) / c i satur , может приближаться к единице без значительного истощения плотности газа O 3 .Следует отметить, что уменьшение концентрации O 3 в газовой фазе не было измерено с разрешением 0,3 ppm с помощью используемого газового датчика O 3 .

С другой стороны, наблюдалось измеримое истощение H 2 O 2 в газовой фазе как в объемных, так и в ES-экспериментах. Это согласуется с результатами моделирования, представленными в [57,58]. Измеренное молярное количество (число молей) растворенного H 2 O 2 хорошо согласуется с молярным количеством H 2 O 2 , обедненного из газовой фазы (рис. 8c, d) в пределах экспериментальной неопределенности.Недостаточное количество H 2 O 2 , остающееся в газовой фазе, является фактором, ограничивающим концентрацию H 2 O 2 , достижимую в жидкой фазе. Просто не хватает H 2 O 2 молекулы в газовой фазе для достижения насыщенной концентрации в воде. Насыщенная концентрация H 2 O 2 в жидкой воде составляет ~ 10 М. С газовой концентрацией H 2 O 2 ~ 100 ppm (~ 2,46 × 10 15 см -3 ), приблизительно 6 × 10 21 молекул должны быть растворены для достижения насыщения в используемом реакторе, и потребуется более 2 × 10 3 л газа, проходящего через реактор.При расходе газа 1 л / мин при входной концентрации 100 ppm, даже если предположить, что весь H 2 O 2 растворен и ничего не уходит из реактора, такой эксперимент может занять более 30 часов. Во время эксперимента с продолжительностью обработки 2 мин наивысшая достижимая концентрация, таким образом, составляет порядка 10 -3 от концентрации насыщения, т. Е. Степень насыщения H 2 O 2 ξ h3O2 достигает порядка Только 0,001 (рисунок 9).В действительности, не все молекулы H 2 O 2 , проходящие через реактор, могут быть растворены. Эффективность сольватации η h3O2 , которая определяет, сколько из общего количества молекул H 2 O 2 из газа растворено по отношению ко всем доступным молекулам H 2 O 2 , составила 0,5 дюйма. объемный эксперимент. Этот результат показывает, что H 2 O 2 хорошо растворяется даже в объемной воде, и поэтому его невозможно существенно увеличить с помощью ES.На рисунке 10 показана эффективность сольватации, полученная в эксперименте H 2 O 2 ES с Q w 200, 500 и 1000 мкл / мин, время обработки 1 мин, при скорости потока газа 1 л / мин. Если сравнить эксперимент с объемной жидкостью с 500 мкл воды, где η h3O2 ≈ 0,52, с экспериментом ES (рис.10), при 7,5 кВ и Q w = 500 мкл / мин, эффективность сольватации также будет примерно 0,5 Однако следует подчеркнуть, что в экспериментах ЭС вода распыляется в реактор постепенно, тогда как в массовых экспериментах вся вода находится внутри реактора все время с момента запуска.Среднее время, в течение которого вода подвергается воздействию газообразного H 2 O 2 в эксперименте ES, составляет только половину времени обработки в массовом эксперименте. Таким образом, более разумно сравнивать эффективность сольватации из экспериментов ES с половиной эффективности сольватации, полученной в экспериментах с объемной жидкостью (рисунок 10). Таким образом, даже при низком напряжении 7,5 кВ было достигнуто усиление сольватации H 2 O 2 в ЭС по сравнению с массой. Даже если эффективность сольватации ЭС сравнивается с половиной эффективности сольватации в объеме (~ 0.25), максимальное теоретически достижимое улучшение с помощью ES составляет четыре раза. Таким образом, полный потенциал увеличения сольватации микрокаплями не может быть продемонстрирован на H 2 O 2 из-за его чрезвычайно высокой растворимости, вызывающей его истощение в газовой фазе и достижения 50% эффективности сольватации даже в массовом эксперименте. Поэтому в следующих разделах основное внимание будет уделено молекуле O 3 с плохой растворимостью, где более высокое увеличение растворенных молекул было достигнуто в ES (рис. 7c, d).

Наибольшая концентрация O 3 в воде была получена в эксперименте ES при Q w = 1000 мкл / мин, где было растворено в ~ 10 раз больше O 3 по сравнению с экспериментом с объемной жидкостью. Однако общая площадь поверхности раздела микрокапель была увеличена намного больше (самый высокий измеренный коэффициент увеличения общей площади поверхности составил 190 при 13 кВ и 500 мкл / мин). Это означает, что увеличение площади поверхности — не единственный важный параметр, который следует учитывать при сравнении ES и сольватации жидкости в объеме.Еще один важный параметр — время взаимодействия.

В процессе ЭС микрокапли летят из сопла иглы к дну реактора. Таким образом, соответствующее время жизни микрокапель — это не продолжительность эксперимента, а время между их образованием и моментом, когда они достигают дна реактора. Срок службы этих микрокапель можно рассчитать, исходя из пройденного ими пути и скорости v d . На рисунке 11 показано распределение их скорости в зависимости от их диаметра, измеренное камерой HS.Кратчайший путь капли, движущейся перпендикулярно земле, составляет 2,5 см, но реальный путь капли, отклоненной от оси реактора, может достигать ~ 3 см. Для самых больших и самых медленных микрокапель (v d ~ 3,5 м / с) может быть достигнуто максимальное время жизни до ~ 9 мс.

По сравнению со временем взаимодействия (т.е. обработки) в массовом эксперименте (1–4 мин, т.е. порядка 100 с) время жизни летающих микрокапель на 4–5 порядков меньше. Учитывая, что общая площадь поверхности микрокапель ES увеличивается намного меньше по сравнению с основной массой в связи с их гораздо более коротким сроком службы, на самом деле следует ожидать меньшего количества растворенного O 3 в каплях ES, чем в основной воде.Это противоречит экспериментальным результатам. Чтобы решить эту проблему, необходимо учитывать влияние микрокапель, которые остаются в виде отдельных микрокапель в течение определенного времени даже после того, как они ударяются о дно реактора. Они могут оставаться на дне гораздо дольше, чем несколько миллисекунд, прежде чем они сольются, образуя более крупные капли и, в конечном итоге, однородную объемную жидкость.

В реальном эксперименте ES с постоянным Q w , работающим в течение определенного времени обработки, общее количество растворенных молекул O 3 (и H 2 O 2 ) определяется как сумма растворенных молекул. в течение короткого времени жизни летающих микрокапель, затем молекулы поглощаются микрокаплями, сидящими на дне реактора, и, наконец, сливающимися более крупными каплями (в конечном итоге образующими объемную жидкость), образовавшимися позже во время эксперимента.Также есть несколько микрокапель, разбрызгиваемых на стенки реактора во время процесса ES. Количество этих распыленных капель увеличивается с увеличением Q w , V a и времени обработки. Вклад в сольватацию O 3 в жидкую воду различных фаз (летающих, донных и разбрызгиваемых капель, помимо образовавшегося объема) будет обсуждаться в следующем подразделе на основе сравнения теоретических расчетов с экспериментальными результатами.

4.4. Массоперенос озона из газа в жидкую фазу. Роль площади поверхности

В упрощенной теории, изложенной в разделе 2, было получено уравнение (8), которое можно использовать для описания динамики сольватации микрокапель. Уравнение (8) справедливо как для объемной жидкости, так и для микрокапель. Если рассматривать только сферические капли диаметром d k , можно окончательно вывести выражение, где m O3 — масса молекул O 3 , а τ — характерное время установления равновесия по закону Генри:

cO3 (t) = pO3kHO3 (1 — exp (−6tNAdkkHO32πmO3kBT)) = pO3kHO3 (1 — exp (−tτ)).

(9)

Это показывает, что концентрация водного озона cO3 (t) сходится к насыщенной концентрации cO3satur. с увеличением времени. В упрощенной теории, использованной для вывода этого уравнения, предполагалось, что парциальное давление O 3 не изменяется во времени и что концентрация в жидкой фазе однородна. Реальная ситуация сложнее, и этой простой теории сольватации недостаточно. Уравнение (9) предсказывает очень быстрое насыщение воды растворенным озоном даже для крупных капель с d k = 3 мм.Характерное время уравновешивания по закону Генри, предсказываемое этой теорией, намного короче, чем τ, полученное с помощью более сложной модели, представленной Kruzselnicki et al. [57]. Первое предположение в этой модели, постоянная плотность O 3 в газовой фазе, согласуется с результатами, представленными в литературе [57,58]. По этой причине основная проблема приведенных выше теоретических рассуждений заключалась в предположении, что растворенные молекулы немедленно распространяются внутри всей капли.Быстро насыщается только тонкая граница раздела газ / жидкость с характерной шириной в несколько нанометров [62,63,64,65]. Чтобы исправить эту теорию, необходимо учитывать тот факт, что концентрация растворенного O 3 внутри жидкости выравнивается очень медленно за счет диффузии. Сначала будет обсуждаться сольватация с диффузией в объемную жидкость, где вычисления проще, поскольку ее можно рассматривать как одномерную задачу.

4.4.1. O

3 Диффузия в объемную жидкость

В одномерной ситуации (объемная жидкость) расстояние L, на которое O 3 будет диффундировать в течение заданного времени, можно оценить с помощью простого уравнения

где D O3 — коэффициент диффузии O 3 в воде.При 300 К D O3 = 2 × 10 −5 см 2 / с [66]. Для упрощения расчета можно предположить, что площадь поверхности быстро насыщается растворенными молекулами O 3 и их концентрацию там можно считать постоянной (cO3satur.). Одномерную теорию диффузии можно использовать для описания эволюции концентрации во времени и по глубине h объемной жидкости.

cO3 (h, T) = cO3satur.exp (−h34DO3t).

(11)

Интегрирование от 0 до H (общая глубина объема жидкости) дает среднюю концентрацию в каждый момент времени и, следовательно, степень насыщения ξ O3 как функцию времени и H (уравнение (12))

ξO3 (H, t) = ∫0Hexp (−h34DO3t) dxH.

(12)

На рисунке 12 показаны рассчитанные изменения степени насыщения во времени для трех различных значений объемной глубины воды H: 1,51, 3,77 и 7,54 мм (они соответствуют объемам воды 200, 500 и 1000 мкл в объемном реакторе, соответственно). При H = 3,77 мм и времени обработки 4 мин (240 с) теоретическая средняя концентрация O 3 должна достигать только около 32% от уровня насыщения. Для H = 7,54 мм это число еще меньше (16%). Теоретические кривые сравниваются с экспериментальными результатами на рисунке 12.В пределах экспериментальной неопределенности наблюдается относительно хорошее согласие, за исключением H = 1,51 мм, где экспериментальные значения ниже теоретических. При H = 1,51 мм объем воды очень мал (200 мкм). Даже незначительные колебания и дрожание поверхности воды из-за потока газа могут иметь значительное влияние на сольватацию O 3 в объеме жидкости.

4.4.2. O

3 Диффузия в микрокаплях

Как и в случае с объемной жидкостью, расчет в микрокаплях ES проще в предположении, что площадь поверхности быстро насыщается молекулами O 3 и концентрация здесь может считаться постоянной (cO3satur.). Затем оценивается степень насыщения ξ O3 в каплях как функция времени и r k (радиус капли). Концентрация растворенного O 3 внутри капли как функция времени и радиальной координаты r аппроксимируется функцией

cO3 (r, t) = cO3satur.exp (- (rk − r) 24DO3t).

(13)

Степень насыщения озоном ξ O3 как функция времени и r k в сферических координатах затем может быть рассчитана по уравнению (14)

ξi (r, t) = 3 × ∫0rkr2exp (- (rk − r) 24Dit) drrk3.

(14)

На рисунке S1 (дополнительные материалы) показана оценочная степень насыщения O 3 для летающих микрокапель разного диаметра в масштабе времени до 10 мс, что приблизительно соответствует наибольшему ожидаемому сроку службы сгенерированных микрокапель (рисунок 11). Увеличение ξ O3 , рассчитанное по уравнению (14) (рисунок S1), может быть аппроксимировано формулой, эквивалентной уравнению (9) с гораздо более длительным характерным временем установления равновесия по закону Генри τ. Kruzselnicki et al.рассчитанные τ составляют примерно 30, 100 и 300 мкс для микрокапель диаметром 30, 100 и 300 мкм соответственно [57]. Значения, полученные с помощью нашего подхода, примерно на порядок выше. Однако характерное время установления равновесия по закону Генри τ из модели Kruzselnicki et al. [57] не очень хорошо согласуется с приведенными экспериментальными данными. Наблюдалось время жизни микрокапель более 1 мс (Рисунок S1), и почти все они имели диаметр менее 300 мкм (Рисунок 5). Согласно τ из модели [57], микрокапли должны быть насыщены O 3 относительно вскоре после того, как они созданы, задолго до того, как они упадут на дно реактора.В таком случае всегда будет собираться вода, насыщенная O 3 , и никакой зависимости измеренной концентрации O 3 в воде от приложенного напряжения и расхода воды не будет обнаружено (Рисунок 7). Таким образом, можно предположить, что наша оценка τ, подтвержденная экспериментами, более реалистична. На основании полученных результатов (Рисунок S1) можно сделать вывод, что только очень маленькие микрокапли диаметром менее ~ 40 мкм могут быть насыщены в течение этого временного диапазона. ~ 10 мс.Для достижения наивысшей скорости сольватации было бы предпочтительно, чтобы все капли имели этот или меньший диаметр. Полученные измерения показывают, что большинство обнаруженных капель имеют немного больший диаметр, около 50 мкм (рис. 5). В реальном ES средний размер микрокапель может быть еще меньше, потому что было невозможно обнаружить капли диаметром менее ~ 20 мкм с помощью используемого метода визуализации с разрешением 21,875 мкм / пиксель. Однако распределение капель по размерам было невозможным. гистограммы, показанные на рисунке 5, не отражают того, что общая степень насыщения существенно зависит от объема капель.Если 10 крошечных капель, насыщенных озоном (d k = 10 мкм), были объединены с 1 более крупной каплей с d k = 200 мкм и ξ O3 = 0,1, то полученное значение ξ O3 было бы только 0,100125, т. Е. , преобладает крупная капля. По этой причине данные на Рисунке 5a были пересчитаны, чтобы показать относительный вклад капель разного диаметра в общий объем P v (d k ). В этом представлении (рис. 13) вклад крошечных капелек минимален.Для проверки была искусственно изменена гистограмма распределения по размерам, измеренная при 13 кВ и 300 мкл / мин. Количество мелких микрокапель диаметром 20–40 мкм было удвоено и добавлены капли диаметром менее 20 мкм, как если бы их относительное количество составляло ~ 37%. Тем не менее, влияние этой модификации на P v (d k ) было практически незначительным (Рисунок 13). Можно увидеть значительную разницу между P v (d k ) при 9 и 13 кВ, хотя разница между 9 и 13 кВ казалась незначительной на исходной гистограмме распределения размеров капель (рис. 5a).На рисунке 13 также показано ξ fin (d k ), степень насыщения O 3 в конце срока службы капли (рисунок 11, путь 3 см) в зависимости от диаметра капель. Наконец, эффективная степень насыщения ξ eff капель, ударяющихся о дно реактора, может быть определена путем интегрирования произведения P v (d k ) на ξ fin (d k ) по всей длине реактора. диапазон диаметров:

ξeff = ∫dkξfin (dk) Pv (dk) ddk,

(15)

На рисунке 14 показано значение ξ eff , рассчитанное для всех V a и Q w , которое увеличивается с приложенным напряжением, которое смещает относительное распределение вклада в сторону капель меньшего диаметра (рисунок 13).Как показано на рисунке 14, нет значительной зависимости ξ eff от Q w , хотя ξ eff , вероятно, немного меньше при 500 мкл / мин, чем при более низком Q w . В среднем это может означать немного более крупные капли. С другой стороны, ξ eff , рассчитанное при 100 мкл / мин, вероятно, немного выше, чем при более высоком Q w , за исключением V a = 13 кВ, когда на образование микрокапель наиболее вероятно повлияло начало коронный разряд.Увеличение ξ eff с увеличением V a может частично объяснить увеличение количества растворенного O 3 с увеличением V a (Рисунок 7). Для более точного объяснения наблюдаемой зависимости сольватации от V a необходимо также учитывать микрокапли, сидящие на дне.

Чтобы оценить роль микрокапель, сидящих на дне реактора, следует учесть некоторые упрощения. Мы будем рассматривать эти нижние микрокапли как полусферы (с углом контакта 90 °), имеющие тот же объем, что и их родительские микрокапли из ES.Следовательно, их диаметр d s будет немного больше диаметра их родительских микрокапель (d s ~ 1,26 d k ). Далее, степень насыщения, достигаемая в этих донных микрокаплях, может быть оценена, если известен их срок службы (τ с ). Расход воды Q w постоянен во время эксперимента, и если они не коагулируют, их средний срок службы будет равен половине общего времени обработки. Таким образом, для Q w 200 мкл / мин общий объем воды 1 мл будет собран на дне за 5 мин (300 с), а средний срок службы донных микрокапель составит 150 с.

В эксперименте ES капли распыляются под относительно широким телесным углом. В результате в начальной фазе они распределяются по всему дну реактора (даже по стенкам). Постепенно более крупные капли образуются в местах с наибольшим потоком сливающихся капель. Этот процесс уменьшает средний срок службы донных микрокапель. Более того, по мере того, как дно реактора постепенно все больше и больше покрывается большими каплями, все больше и больше поступающих микрокапель попадает в эти большие капли вместо чистой поверхности дна реактора, таким образом, время жизни дна τ с = 0 с.Правильная оценка времени жизни донных капель потребует дальнейших исследований. Здесь в качестве первого приближения степень насыщения донных микрокапель с использованием τ с до 10 с была рассчитана по уравнению (14). Для d с = 300 мкм (соответствует исходным микрокаплям с d k = 238 мкм) получается, что степень насыщения превысит 90% в пределах τ с = 10 с, даже начиная со степени насыщения. 0 (рис. S2 в дополнительных материалах).Это показывает, что сольватация в донные микрокапли играет важную роль в эксперименте, даже если их среднее время жизни порядка 1 с, что все же намного больше, чем время жизни летающих микрокапель (~ 10 мс).

4.4.3. Роль летающих микрокапель, микрокапель с сидящим дном и сольватация в сформированном объеме

Рассчитанная эффективная степень насыщения ξ eff летающих микрокапель (рисунок 14) может помочь оценить важность летающих микрокапель по сравнению смикрокапли сидящего дна в сравнении с сольватацией O 3 образовавшейся массы воды. ξ eff с измеренными значениями ξ O3 следует сравнить в различных экспериментальных условиях. Это показано на рисунке 15. Во-первых, посмотрев на эксперимент ES с Q w , 500 мкл / мин и время обработки 2 мин, общее количество собранной воды составляет 1000 мкл. Q w является относительно высоким, и основная жидкость быстро образуется и затем существует в течение большей части времени обработки.Таким образом, вклад донных микрокапель должен быть небольшим. Вклад сольватации в образовавшуюся массу можно оценить из эксперимента с объемной водой объемом 1000 мкл (H = 7,54 мм) и продолжительностью 1 мин (половина времени эксперимента ES, потому что в эксперименте ES среднее содержание воды время внутри реактора составляет половину времени обработки), где была достигнута степень насыщения только около 0,045 (красная пунктирная линия внизу рисунка 15). Таким образом, в эксперименте ES даже при низком V a = 7.5 кВ, где ξ O3 значительно выше (~ 0,25), чем в объеме (0,045), насыщение должно достигаться в основном за счет летающих микрокапель. Это может объяснить хорошую корреляцию между измеренными ξ O3 и ξ eff для Q w = 500 мкл / мин на рисунке 15.

Во-вторых, давайте рассмотрим эксперимент ES с Q w только 100 мкл / мин, без образования массы и образования больших капель в течение большей части времени обработки. Таким образом, вклад донных капель должен быть решающим, а вклад сольватации O 3 в образовавшийся объем должен быть небольшим, хотя в эксперименте с объемной водой с объемом 200 мкл (H = 1.51 мм) и длительностью 1 мин достигнута степень насыщения ξ O3 ≈ 0,23. В эксперименте ES даже при низком V a 7,5 кВ, ξ O3 достигло почти 0,4. Вклад образованной объемной сольватации будет еще менее важным при более высоких значениях V a , где преимущество летающих и донных микрокапель уже ясно видно, поскольку ξ O3 растет с увеличением V a до 1,12 ± 0,57. При сравнении эксперимента ES с Q w = 500 мкл / мин и 100 мкл / мин значительное увеличение ξ O3 должно происходить в основном из-за находящихся на дне капель.Этим же объясняется высокая экспериментальная погрешность измеренного ξ O3 . Коагуляция микрокапель и образование больших капель существенно различаются в каждом отдельном эксперименте.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *