Из углекислого газа получить карбонат натрия из: Как из Na2CO3 получить CO2

Содержание

Платформа для репетиторов от создателей «Незнайки»

Задание № 20538

1) Запишите в молекулярном виде оговорённое в тексте уравнение реакции образования гидрокарбоната натрия, которая происходит при пропускании аммиака и углекислого газа через раствор поваренной соли.

2) Какая реакция среды в растворе карбоната натрия?

Карбонат натрия (кальцинированная сода, Na2CO3) используют в стекольном производстве, мыловарении и производстве стиральных и чистящих порошков, эмалей, для получения ультрамарина. Также он применяется для смягчения воды паровых котлов и вообще для уменьшения жёсткости воды. В пищевой промышленности карбонаты натрия зарегистрированы в качестве пищевой добавки Е500 — регулятора кислотности, разрыхлителя, препятствующего комкованию и слёживанию.

Теоретически карбонат натрия можно получить взаимодействием соответствующих оксидов — кислотного и основного. В 1861 году бельгийский инженер-химик Эрнест Сольве запатентовал метод производства соды, который используется и по сей день. В насыщенный раствор хлорида натрия пропускают одинаковые количества газообразных аммиака и диоксида углерода. Выпавший остаток малорастворимого гидрокарбоната натрия отфильтровывают и кальцинируют (прокаливают) нагреванием до 140—160°С, при этом он переходит в карбонат натрия.

Римский врач Диоскорид Педаний писал о соде как о веществе, которое шипело с выделением газа при действии на него известных к тому времени кислот — уксусной СН3СООН и серной H2SO4.


Показать ответ

Комментарий:

1) NaCl + NH3 + СO2 + Н2O = NaHCO3 + NH4Cl

2) В растворе карбоната натрия — щелочная среда за счёт гидролиза соли, об­разованной сильным основанием и слабой кислотой.

Ответ:

Нашли ошибку в задании? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Предложи свой вариант решения в комментариях 👇🏻

Качественная реакция на углекислый газ. Учебно-методическое пособие Качественные реакции в химии кислород углекислый газ

1 / 5

Оксид углерода(IV) не поддерживает горения . В нём горят только некоторые активные металлы: :

2 M g + C O 2 → 2 M g O + C {\displaystyle {\mathsf {2Mg+CO_{2}\rightarrow 2MgO+C}}}

Взаимодействие с оксидом активного металла:

C a O + C O 2 → C a C O 3 {\displaystyle {\mathsf {CaO+CO_{2}\rightarrow CaCO_{3}}}}

При растворении в воде образует угольную кислоту :

C O 2 + H 2 O ⇄ H 2 C O 3 {\displaystyle {\mathsf {CO_{2}+H_{2}O\rightleftarrows H_{2}CO_{3}}}}

Реагирует со щёлочами с образованием карбонатов и гидрокарбонатов:

C a (O H) 2 + C O 2 → C a C O 3 ↓ + H 2 O {\displaystyle {\mathsf {Ca(OH)_{2}+CO_{2}\rightarrow CaCO_{3}\downarrow +H_{2}O}}} (качественная реакция на углекислый газ) K O H + C O 2 → K H C O 3 {\displaystyle {\mathsf {KOH+CO_{2}\rightarrow KHCO_{3}}}}

Биологические

Организм человека выделяет приблизительно 1 кг углекислого газа в сутки .

Этот углекислый газ переносится от тканей, где он образуется в качестве одного из конечных продуктов метаболизма, по венозной системе и затем выделяется с выдыхаемым воздухом через лёгкие. Таким образом, содержание углекислого газа в крови велико в венозной системе, и уменьшается в капиллярной сети лёгких, и мало в артериальной крови. Содержание углекислого газа в пробе крови часто выражают в терминах парциального давления, то есть давления, которое бы имел содержащийся в пробе крови в данном количестве углекислый газ, если бы весь объём пробы крови занимал только он .

Углекислый газ (CO 2) транспортируется в крови тремя различными способами (точное соотношение каждого из этих трёх способов транспортировки зависит от того, является ли кровь артериальной или венозной).

Гемоглобин, основной кислород-транспортирующий белок эритроцитов крови, способен транспортировать как кислород, так и углекислый газ . Однако углекислый газ связывается с гемоглобином в ином месте, чем кислород. Он связывается с N-терминальными концами цепей глобина , а не с гемом . Однако благодаря аллостерическим эффектам, которые приводят к изменению конфигурации молекулы гемоглобина при связывании, связывание углекислого газа понижает способность кислорода к связыванию с ним же, при данном парциальном давлении кислорода, и наоборот — связывание кислорода с гемоглобином понижает способность углекислого газа к связыванию с ним же, при данном парциальном давлении углекислого газа. Помимо этого, способность гемоглобина к преимущественному связыванию с кислородом или с углекислым газом зависит также и от pH среды. Эти особенности очень важны для успешного захвата и транспорта кислорода из лёгких в ткани и его успешного высвобождения в тканях, а также для успешного захвата и транспорта углекислого газа из тканей в лёгкие и его высвобождения там.

Углекислый газ является одним из важнейших медиаторов ауторегуляции кровотока. Он является мощным вазодилататором . Соответственно, если уровень углекислого газа в ткани или в крови повышается (например, вследствие интенсивного метаболизма — вызванного, скажем, физической нагрузкой, воспалением, повреждением тканей, или вследствие затруднения кровотока, ишемии ткани), то капилляры расширяются, что приводит к увеличению кровотока и соответственно к увеличению доставки к тканям кислорода и транспорта из тканей накопившейся углекислоты. Кроме того, углекислый газ в определённых концентрациях (повышенных, но ещё не достигающих токсических значений) оказывает положительное инотропное и хронотропное действие на миокард и повышает его чувствительность к адреналину , что приводит к увеличению силы и частоты сердечных сокращений, величины сердечного выброса и, как следствие, ударного и минутного объёма крови. Это также способствует коррекции тканевой гипоксии и гиперкапнии (повышенного уровня углекислоты).

Ионы гидрокарбоната очень важны для регуляции pH крови и поддержания нормального кислотно-щелочного равновесия. Частота дыхания влияет на содержание углекислого газа в крови. Слабое или замедленное дыхание вызывает респираторный ацидоз , в то время как учащённое и чрезмерно глубокое дыхание приводит к гипервентиляции и развитию респираторного алкалоза .

Кроме того, углекислый газ также важен в регуляции дыхания. Хотя наш организм требует кислорода для обеспечения метаболизма, низкое содержание кислорода в крови или в тканях обычно не стимулирует дыхание (вернее, стимулирующее влияние нехватки кислорода на дыхание слишком слабо и «включается» поздно, при очень низких уровнях кислорода в крови, при которых человек нередко уже теряет сознание). В норме дыхание стимулируется повышением уровня углекислого газа в крови. Дыхательный центр гораздо более чувствителен к повышению уровня углекислого газа, чем к нехватке кислорода. Как следствие этого, дыхание сильно разрежённым воздухом (с низким парциальным давлением кислорода) или газовой смесью, вообще не содержащей кислорода (например, 100 % азотом или 100 % закисью азота) может быстро привести к потере сознания без возникновения ощущения нехватки воздуха (поскольку уровень углекислоты в крови не повышается, ибо ничто не препятствует её выдыханию). Это особенно опасно для пилотов военных самолётов, летающих на больших высотах (в случае аварийной разгерметизации кабины пилоты могут быстро потерять сознание). Эта особенность системы регуляции дыхания также является причиной того, почему в самолётах стюардессы инструктируют пассажиров в случае разгерметизации салона самолёта в первую очередь надевать кислородную маску самим, прежде чем пытаться помочь кому-либо ещё — делая это, помогающий рискует быстро потерять сознание сам, причём даже не ощущая до последнего момента какого-либо дискомфорта и потребности в кислороде .

Дыхательный центр человека пытается поддерживать парциальное давление углекислого газа в артериальной крови не выше 40 мм ртутного столба. При сознательной гипервентиляции содержание углекислого газа в артериальной крови может снизиться до 10-20 мм ртутного столба, при этом содержание кислорода в крови практически не изменится или увеличится незначительно, а потребность сделать очередной вдох уменьшится как следствие уменьшения стимулирующего влияния углекислого газа на активность дыхательного центра. Это является причиной того, почему после некоторого периода сознательной гипервентиляции легче задержать дыхание надолго, чем без предшествующей гипервентиляции. Такая сознательная гипервентиляция с последующей задержкой дыхания может привести к потере сознания до того, как человек ощутит потребность сделать вдох. В безопасной обстановке такая потеря сознания ничем особенным не грозит (потеряв сознание, человек потеряет и контроль над собой, перестанет задерживать дыхание и сделает вдох, дыхание, а вместе с ним и снабжение мозга кислородом восстановится, а затем восстановится и сознание). Однако в других ситуациях, например, перед нырянием, это может быть опасным (потеря сознания и потребность сделать вдох наступят на глубине, и в отсутствие сознательного контроля в дыхательные пути попадёт вода, что может привести к утоплению). Именно поэтому гипервентиляция перед нырянием опасна и не рекомендуется.

Получение

В промышленных количествах углекислота выделяется из дымовых газов, или как побочный продукт химических процессов, например, при разложении природных карбонатов (известняк , доломит) или при производстве алкоголя (спиртовое брожение). Смесь полученных газов промывают раствором карбоната калия, которые поглощают углекислый газ, переходя в гидрокарбонат. Раствор гидрокарбоната при нагревании или при пониженном давлении разлагается, высвобождая углекислоту. В современных установках получения углекислого газа вместо гидрокарбоната чаще применяется водный раствор моноэтаноламина , который при определённых условиях способен абсорбировать СО₂, содержащийся в дымовом газе, а при нагреве отдавать его; таким образом отделяется готовый продукт от других веществ.

Также углекислый газ получают на установках разделения воздуха как побочный продукт получения чистого кислорода, азота и аргона .

В лабораторных условиях небольшие количества получают взаимодействием карбонатов и гидрокарбонатов с кислотами, например мрамора , мела или соды с соляной кислотой , используя, например, аппарат Киппа . Использование реакции серной кислоты с мелом или мрамором приводит к образованию малорастворимого сульфата кальция, который мешает реакции, и который удаляется значительным избытком кислоты.

Для приготовления напитков может быть использована реакция пищевой соды с лимонной кислотой или с кислым лимонным соком. Именно в таком виде появились первые газированные напитки. Их изготовлением и продажей занимались аптекари.

Применение

В пищевой промышленности углекислота используется как консервант и разрыхлитель , обозначается на упаковке кодом Е290 .

Устройство для подачи углекислого газа в аквариум может включать в себя резервуар с газом. Простейший и наиболее распространенный метод получения углекислого газа основан на конструкции для изготовления алкогольного напитка браги . При брожении, выделяемый углекислый газ вполне может обеспечить подкормку аквариумных растений

Углекислый газ используется для газирования лимонада и газированной воды . Углекислый газ используется также в качестве защитной среды при сварке проволокой, но при высоких температурах происходит его распад с выделением кислорода. Выделяющийся кислород окисляет металл . В связи с этим приходится в сварочную проволоку вводить раскислители, такие как марганец и кремний . Другим следствием влияния кислорода, также связанного с окислением, является резкое снижение поверхностного натяжения, что приводит, среди прочего, к более интенсивному разбрызгиванию металла, чем при сварке в инертной среде.

Хранение углекислоты в стальном баллоне в сжиженном состоянии выгоднее, чем в виде газа. Углекислота имеет сравнительно низкую критическую температуру +31°С. В стандартный 40-литровый баллон заливают около 30 кг сжиженного углекислого газа, и при комнатной температуре в баллоне будет находиться жидкая фаза, а давление составит примерно 6 МПа (60 кгс/см²). Если температура будет выше +31°С, то углекислота перейдёт в сверхкритическое состояние с давлением выше 7,36 МПа. Стандартное рабочее давление для обычного 40-литрового баллона составляет 15 МПа (150 кгс/см²), однако он должен безопасно выдерживать давление в 1,5 раза выше, то есть 22,5 МПа,- таким образом, работа с подобными баллонами может считаться вполне безопасной.

Твёрдая углекислота — «сухой лёд» — используется в качестве хладагента в лабораторных исследованиях, в розничной торговле, при ремонте оборудования (например: охлаждение одной из сопрягаемых деталей при посадке внатяг) и т. д. Для сжижения углекислого газа и получения сухого льда применяются углекислотные установки .

Методы регистрации

Измерение парциального давления углекислого газа требуется в технологических процессах, в медицинских применениях — анализ дыхательных смесей при искусственной вентиляции лёгких и в замкнутых системах жизнеобеспечения. Анализ концентрации CO 2 в атмосфере используется для экологических и научных исследований, для изучения парникового эффекта . Углекислый газ регистрируют с помощью газоанализаторов основанных на принципе инфракрасной спектроскопии и других газоизмерительных систем . Медицинский газоанализатор для регистрации содержания углекислоты в выдыхаемом воздухе называется капнограф . Для измерения низких концентраций CO 2 (а также ) в технологических газах или в атмосферном воздухе можно использовать газохроматографический метод с метанатором и регистрацией на пламенно-ионизационном детекторе .

Углекислый газ в природе

Ежегодные колебания концентрации атмосферной углекислоты на планете определяются, главным образом, растительностью средних (40-70°) широт Северного полушария.

Большое количество углекислоты растворено в океане.

Углекислый газ составляет значительную часть атмосфер некоторых планет Солнечной системы : Венеры , Марса .

Токсичность

Углекислый газ нетоксичен, но по воздействию его повышенных концентраций в воздухе на воздуходышащие живые организмы его относят к удушающим газам (англ.) русск. . Незначительные повышения концентрации до 2-4 % в помещениях приводят к развитию у людей сонливости и слабости. Опасными концентрациями считаются уровни около 7-10 %, при которых развивается удушье, проявляющее себя в головной боли, головокружении, расстройстве слуха и в потере сознания (симптомы, сходные с симптомами высотной болезни), в зависимости от концентрации, в течение времени от нескольких минут до одного часа. При вдыхании воздуха с высокими концентрациями газа смерть наступает очень быстро от удушья .

Хотя, фактически, даже концентрация 5-7 % CO 2 не смертельна, уже при концентрации 0,1 % (такое содержание углекислого газа наблюдается в воздухе мегаполисов) люди начинают чувствовать слабость, сонливость. Это показывает, что даже при высоких содержаниях кислорода большая концентрация CO 2 сильно влияет на самочувствие.

Вдыхание воздуха с повышенной концентрацией этого газа не приводит к долговременным расстройствам здоровья и после удаления пострадавшего из загазованной атмосферы быстро наступает полное восстановление здоровья .

Тема: Простые химические реакции – действие разбавленных кислот на карбонаты, получение и изучение свойств углекислого газа.

Цели обучения: — Изучить действие кислот на карбонаты и сделать общие выводы.

Понимать и выполнять качественное испытание углекислого газа.

Ожидаемые результаты: Посредством химического эксперимента на основании наблюдений, анализа результатов эксперимента учащиеся делают выводы о способах получения углекислого газа, его свойствах, и действии углекислого газа на известковую воду. Путем сравнения способов получения водорода и углекислого газа действием разбавленных кислот на металлы и карбонаты у ченики делают выводы о разных продуктах химических реакциях, полученных действием разбавленных кислот.

Ход урока:

    Организационный момент: 1) Приветствие. 2) Определение отсутствующих. 3) Проверка готовности учащихся и кабинета к уроку

    Опрос домашнего задания: Презентация видеоролика по теме: « Простые химические реакции, водород». Проведение взаимооценивания домашнего задания, техника «Две звезды и одно пожелание». Цель: Взаимооценивание, повторение изученного материала по теме простые химические реакции; водород способы получения и свойства.

Деление класса на группы. Стратегия: по счёту.

    Изучение нового материала . Организует работу в группах для изучения теоретического ресурса по теме простые химические реакции – углекислый газ, получение и изучение свойств углекислого газа. Учитель организует взаимоконтроль изученного, ФО техника — составить одно предложение, в котором необходимо выразить ответ на поставленный учителем вопрос.

Что нового вы узнали о свойствах кислот?

Цель: о ценить качество каждого ответа быстро и в целом. Отметить идентифицируют ли ученики основные понятия пройденного материала и их взаимосвязи.

    1. Учитель организует повторение правил техники безопасности при работе с кислотами и щелочами (известковой водой) – химический диктант – 4 мин. ФО – техника – самоконтроль по образцу – вставить пропущенные слова, работа с текстом. Цель проверить уровень знаний правил проведения безопасного эксперимента.

Диктант

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С КИСЛОТАМИ

Кислоты вызывают химический ………………….кожи и других тканей.

По быстроте действия и по скорости разрушения тканей тела кислоты располагаются в следующем порядке, начиная с наиболее сильных: ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

При разбавлении кислот, ……………… льют по ………………… палочке с предохранительным резиновым кольцом внизу.

Склянку с кислотой нельзя ……………… руками к груди, т.к. возможно ………………… и …………..

Первая помощь. Пораженный кислотой участок кожи ………. струей холодной ………….. в течение ………………. мин. Пос ле ………………… на обожженное место накладывают пропитанную вод ным раствором …………. марлевую повязку или ват ный тампон. Через 10 мин. повязку ……….., кожу …………., и смазывают глицерином для уменьшения болевых ощу щений.

    1. Выполнение лабораторного опыта: «Получение углекислого газа и изучение его свойств».

Учащиеся выполняют эксперимент, заполненяют таблицу наблюдений и выводов, производят запись видео наблюдений для размещения в YouTube для того, чтобы их увидели родители.

    Рефлексия занятия: учитель просит выразить отношение к формам проведениям урока, высказать свои пожелания уроку. Учащиеся заполняют цветные стикеры –«Светофор»

«Красный» – тема мне не ясна, осталось много вопросов.

«Желтый» – тема мне понятна, но остались вопросы.

«Зеленый» – тема мне понятна.

    Домашнее задание : Изучить теоретический ресурс. Письменно сравнить результаты действия разбавленных кислот на металлы и карбонаты, сравнить газы водород и углекислый газ – мини – эссе. Оформить видеоролик и разместить его на YouTube . Группам оценить видеоролики других учащихся ФО – техника — «Две звезды и одно пожелание».

Использованная литература:

    Активные методы преподавания и обучения WWW . CPM . KZ

    Формативное оценивание в начальной школе. Практическое пособие для учителя/ Сост. О. И. Дудкина, А. А. Буркитова, Р. Х. Шакиров. – Б.: «Билим», 2012. – 89 с.

    Оценивание учебных достижений учащихся. Методическое руководство/Сост.Р. Х. Шакиров, А.А. Буркитова, О.И. Дудкина. – Б.: «Билим», 2012. – 80 с.

Приложение 1
Теоретический ресурс
Углекислый газ
Молекула СО 2
Физические свойства

Оксид углерода (IV) – углекислый газ, газ без цвета и запаха, тяжелее воздуха, растворим в воде, при сильном охлаждении кристаллизуется в виде белой снегообразной массы – «сухого льда». При атмосферном давлении он не плавится, а испаряется, минуя жидкое агрегатное состояние – это явление называется сублимация , температура сублимации -78 °С. Углекислый газ образуется при гниении и горении органических веществ. Содержится в воздухе и минеральных источниках, выделяется при дыхании животных и растений. Мало растворим в воде (1 объем углекислого газа в одном объеме воды при 15 °С).

Получение

Получают углекислый газ действием сильных кислот на карбонаты:

metal carbonate + acid → a salt + carbon dioxide + water

CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + CO 2 + H 2 O

карбонат кальция + соляная кислота = углекислый газ + вода

calcium carbonate + hydrochloric acid → calcium chloride + carbon dioxide + water

Na 2 CO 3 + 2HCl = 2NaCl + CO 2 + H 2 O

карбонат натрия + соляная кислота = углекислый газ + вода

sodium carbonate + hydrochloric acid → sodium chloride + carbon dioxide + water

Химические свойства

Качественна реакция

Качественной реакцией для обнаружения углекислого газа является помутнение известковой воды:

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.

известковая вода + углекислый газ = + вода

В начале реакции образуется белый осадок, который исчезает при длительном пропускании CO 2 через известковую воду, т.к. нерастворимый карбонат кальция переходит в растворимый гидрокарбонат:

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = С a(HCO 3 ) 2 .

Приложение 2

Лабораторный опыт №7

«Получение углекислого газа и его распознавание»

Цель работы: экспериментально получить углекислый газ и провести опыт, характеризующий его свойства.

Оборудование и реактивы: штатив с пробирками, штатив лабораторный, пробирки, газоотводная трубка с резиновой пробкой, прибор для получения углекислого газа, мел (карбонат кальция),карбонат меди ( II ), карбонат натрия, раствор уксусной кислоты, известковая вода.

Ход работы:

    Подготовьте заранее пробирку с 3 мл известковой воды.

    Соберите прибор для получения газа (как показано на рисунке 1). Поместите в пробирку несколько кусочков мела, налейте до 1/3 объема пробирки уксусной кислоты и закройте пробкой с газоотводной трубкой, конец которой направлен вниз. Сделайте вывод о способе получения углекислого газа (_______________________?) .

    Погрузите газоотводную трубку в пробирку с известковой водой так, чтобы конец газоотводной трубки был ниже уровня раствора. Пропускайте углекислый газ до выпадения осадка. Если продолжать дальше пропускать углекислый газ то осадок исчезнет. Сделайте вывод о химических свойствах углекислого газа.

По итогам проведенных опытов заполните таблицу, сделайте вывод.

Образец выполнения работы

    Собрали прибор для получения углекислого газа, поместили в пробирку кусочки мела и прилили соляную кислоту. Наблюдаю: выделение пузырьков газа.

Углекислый газ можно получить действием уксусной кислоты на:

    мел (карбонат Вывод: Получили углекислый газ и изучили его свойства.

Прежде чем рассматривать химические свойства углекислого газа, выясним некоторые характеристики данного соединения.

Общие сведения

Является важнейшим компонентом газированной воды. Именно он придает напиткам свежесть, игристость. Данное соединение является кислотным, солеобразующим оксидом. углекислого газа составляет 44 г/моль. Этот газ тяжелее воздуха, поэтому скапливается в нижней части помещения. Данное соединение плохо растворяется в воде.

Химические свойства

Рассмотрим химические свойства углекислого газа кратко. При взаимодействии с водой происходит образование слабой угольной кислоты. Она практически сразу после образования диссоциирует на катионы водорода и анионы карбоната или гидрокарбоната. Полученное соединение вступает во взаимодействие с активными металлами, оксидами, а также со щелочами.

Каковы основные химические свойства углекислого газа? Уравнения реакций подтверждают кислотный характер данного соединения. (4) способен образовывать карбонаты с основными оксидами.

Физические свойства

При нормальных условиях данное соединение находится в газообразном состоянии. При повышении давления можно перевести его до жидкого состояния. Этот газ не имеет цвета, лишен запаха, обладает незначительным кислым вкусом. Сжиженная углекислота является бесцветной, прозрачной, легкоподвижной кислотой, аналогичной по своим внешним параметрам эфиру либо спирту.

Относительная молекулярная масса углекислого газа составляет 44 г/моль. Это практически в 1,5 раза больше, чем у воздуха.

В случае понижения температуры до -78,5 градусов по Цельсию происходит образование Он по своей твердости аналогичен мелу. При испарении данного вещества образуется газообразный оксид углерода (4).

Качественная реакция

Рассматривая химические свойства углекислого газа, необходимо выделить его качественную реакцию. При взаимодействии данного химического вещества с известковой водой происходит образование мутного осадка карбоната кальция.

Кавендишу удалось обнаружить такие характерные физические свойства оксида углерода (4), как растворимость в воде, а также высокий удельный вес.

Лавуазье был проведен в ходе которого он пытался из оксида винца выделить чистый металл.

Выявленные в результате подобных исследований химические свойства углекислого газа стали подтверждением восстановительных свойств данного соединения. Лавуазье при прокаливании окиси свинца с оксидом углерода (4) сумел получить металл. Для того чтобы удостовериться в том, что второе вещество является оксидом углерода (4), он пропустил через газ известковую воду.

Все химические свойства углекислого газа подтверждают кислотный характер данного соединения. В земной атмосфере данное соединение содержится в достаточном количестве. При систематическом росте в земной атмосфере данного соединения возможно серьезное изменение климата (глобальное потепление).

Именно диоксид углерода играет важную роль в живой природе, ведь данное химическое вещество принимает активное участие в метаболизме живых клеток. Именно это химическое соединение является результатом разнообразных окислительных процессов, связанных с дыханием живых организмов.

Углекислый газ, содержащийся в земной атмосфере, является основным источником углерода для живых растений. В процессе фотосинтеза (на свету) происходит процесс фотосинтеза, который сопровождается образованием глюкозы, выделением в атмосферу кислорода.

Диоксид углерода не обладает токсичными свойствами, он не поддерживает дыхания. При повышенной концентрации данного вещества в атмосфере у человека возникает задержка дыхания, появляются сильные головные боли. В живых организмах углекислый газ имеет важное физиологическое значение, к примеру, он необходим для регуляции сосудистого тонуса.

Особенности получения

В промышленных масштабах углекислоту можно выделять из дымового газа. Кроме того, СО2 является побочным продуктом разложения доломита, известняка. Современные установки для производства углекислого газа предполагают использование водного раствора этанамина, адсорбирующего газ, содержащийся в дымовом газе.

В лаборатории диоксид углерода выделяют при взаимодействии карбонатов или гидрокарбонатов с кислотами.

Применение углекислого газа

Данный кислотный оксид применяется в промышленности в качестве разрыхлителя или консерванта. На упаковке продукции данное соединение указывается в виде Е290. В жидком виде углекислоту используют в огнетушителях для тушения пожаров. Оксид углерода (4) используют для получения газированной воды и лимонадных напитков.

Газировка, вулкан, Венера, рефрижератор – что между ними общего? Углекислый газ. Мы собрали для Вас самую интересную информацию об одном из самых важных химических соединений на Земле.

Что такое диоксид углерода

Диоксид углерода известен в основном в своем газообразном состоянии, т.е. в качестве углекислого газа с простой химической формулой CO2. В таком виде он существует в нормальных условиях – при атмосферном давлении и «обычных» температурах. Но при повышенном давлении, свыше 5 850 кПа (таково, например, давление на морской глубине около 600 м), этот газ превращается в жидкость. А при сильном охлаждении (минус 78,5°С) он кристаллизуется и становится так называемым сухим льдом, который широко используется в торговле для хранения замороженных продуктов в рефрижераторах.

Жидкая углекислота и сухой лед получаются и применяются в человеческой деятельности, но эти формы неустойчивы и легко распадаются.

А вот газообразный диоксид углерода распространен повсюду: он выделяется в процессе дыхания животных и растений и является важной составляющей частью химического состава атмосферы и океана.

Свойства углекислого газа

Углекислый газ CO2 не имеет цвета и запаха. В обычных условиях он не имеет и вкуса. Однако при вдыхании высоких концентраций диоксида углерода можно почувствовать во рту кисловатый привкус, вызванный тем, что углекислый газ растворяется на слизистых и в слюне, образуя слабый раствор угольной кислоты.

Кстати, именно способность диоксида углерода растворяться в воде используется для изготовления газированных вод. Пузырьки лимонада – тот самый углекислый газ. Первый аппарат для насыщения воды CO2 был изобретен еще в 1770 г., а уже в 1783 г. предприимчивый швейцарец Якоб Швепп начал промышленное производство газировки (торговая марка Schweppes существует до сих пор).

Углекислый газ тяжелее воздуха в 1,5 раза, поэтому имеет тенденцию «оседать» в его нижних слоях, если помещение плохо вентилируется. Известен эффект «собачьей пещеры», где CO2 выделяется прямо из земли и накапливается на высоте около полуметра. Взрослый человек, попадая в такую пещеру, на высоте своего роста не ощущает избытка углекислого газа, а вот собаки оказываются прямо в густом слое диоксида углерода и подвергаются отравлению.

CO2 не поддерживает горение, поэтому его используют в огнетушителях и системах пожаротушения. Фокус с тушением горящей свечки содержимым якобы пустого стакана (а на самом деле — углекислым газом) основан именно на этом свойстве диоксида углерода.

Углекислый газ в природе: естественные источники

Углекислый газ в природе образуется из различных источников:

  • Дыхание животных и растений.
    Каждому школьнику известно, что растения поглощают углекислый газ CO2 из воздуха и используют его в процессах фотосинтеза. Некоторые хозяйки пытаются обилием комнатных растений искупить недостатки . Однако растения не только поглощают, но и выделяют углекислый газ в отсутствие света – это часть процесса дыхания. Поэтому джунгли в плохо проветриваемой спальне – не очень хорошая идея: ночью уровень CO2 будет расти еще больше.
  • Вулканическая деятельность.
    Диоксид углерода входит в состав вулканических газов. В местностях с высокой вулканической активностью CO2 может выделяться прямо из земли – из трещин и разломов, называемых мофетами. Концентрация углекислого газа в долинах с мофетами столь высока, что многие мелкие животные, попав туда, умирают.
  • Разложение органических веществ.
    Углекислый газ образуется при горении и гниении органики. Объемные природные выбросы диоксида углерода сопутствуют лесным пожарам.

Углекислый газ «хранится» в природе в виде углеродных соединений в полезных ископаемых: угле, нефти, торфе, известняке. Гигантские запасы CO2 содержатся в растворенном виде в мировом океане.

Выброс углекислого газа из открытого водоема может привести к лимнологической катастрофе, как это случалось, например, в 1984 и 1986 гг. в озерах Манун и Ньос в Камеруне. Оба озера образовались на месте вулканических кратеров – ныне они потухли, однако в глубине вулканическая магма все еще выделяет углекислый газ, который поднимается к водам озер и растворяется в них. В результате ряда климатических и геологических процессов концентрация углекислоты в водах превысила критическое значение. В атмосферу было выброшено огромное количество углекислого газа, который наподобие лавины спустился по горным склонам. Жертвами лимнологических катастроф на камерунских озерах стали около 1 800 человек.

Искусственные источники углекислого газа

Основными антропогенными источниками диоксида углерода являются:

  • промышленные выбросы, связанные с процессами сгорания;
  • автомобильный транспорт.

Несмотря на то, что доля экологичного транспорта в мире растет, подавляющая часть населения планеты еще не скоро будет иметь возможность (или желание) перейти на новые автомобили.

Активное сведение лесов в промышленных целях также ведет к повышению концентрации углекислого газа СО2 в воздухе.

CO2 – один из конечных продуктов метаболизма (расщепления глюкозы и жиров). Он выделяется в тканях и переносится при помощи гемоглобина к легким, через которые выдыхается. В выдыхаемом человеком воздухе около 4,5% диоксида углерода (45 000 ppm) – в 60-110 раз больше, чем во вдыхаемом.

Углекислый газ играет большую роль в регуляции кровоснабжения и дыхания. Повышение уровня CO2 в крови приводит к тому, что капилляры расширяются, пропуская большее количество крови, которое доставляет к тканям кислород и выводит углекислоту.

Дыхательная система тоже стимулируется повышением содержания углекислого газа, а не нехваткой кислорода, как может показаться. В действительности нехватка кислорода долго не ощущается организмом и вполне возможна ситуация, когда в разреженном воздухе человек потеряет сознание раньше, чем почувствует нехватку воздуха. Стимулирующее свойство CO2 используется в аппаратах искусственного дыхания: там углекислый газ подмешивается к кислороду, чтобы «запустить» дыхательную систему.

Углекислый газ и мы: чем опасен СO2

Углекислый газ необходим человеческому организму так же, как кислород. Но так же, как с кислородом, переизбыток углекислого газа вредит нашему самочувствию.

Большая концентрация CO2 в воздухе приводит к интоксикации организма и вызывает состояние гиперкапнии. При гиперкапнии человек испытывает трудности с дыханием, тошноту, головную боль и может даже потерять сознание. Если содержание углекислого газа не снижается, то далее наступает черед – кислородного голодания. Дело в том, что и углекислый газ, и кислород перемещаются по организму на одном и том же «транспорте» – гемоглобине. В норме они «путешествуют» вместе, прикрепляясь к разным местам молекулы гемоглобина. Однако повышенная концентрация углекислого газа в крови понижает способность кислорода связываться с гемоглобином. Количество кислорода в крови уменьшается и наступает гипоксия.

Такие нездоровые для организма последствия наступают при вдыхании воздуха с содержанием CO2 больше 5 000 ppm (таким может быть воздух в шахтах, например). Справедливости ради, в обычной жизни мы практически не сталкиваемся с таким воздухом. Однако и намного меньшая концентрация диоксида углерода отражается на здоровье не лучшим образом.

Согласно выводам некоторых , уже 1 000 ppm CO2 вызывает у половины испытуемых утомление и головную боль. Духоту и дискомфорт многие люди начинают ощущать еще раньше. При дальнейшем повышении концентрации углекислого газа до 1 500 – 2 500 ppm критически , мозг «ленится» проявлять инициативу, обрабатывать информацию и принимать решения.

И если уровень 5 000 ppm почти невозможен в повседневной жизни, то 1 000 и даже 2 500 ppm легко могут быть частью реальности современного человека. Наш показал, что в редко проветриваемых школьных классах уровень CO2 значительную часть времени держится на отметке выше 1 500 ppm, а иногда подскакивает выше 2 000 ppm. Есть все основания предполагать, что во многих офисах и даже квартирах ситуация похожая.

Безопасным для самочувствия человека уровнем углекислого газа физиологи считают 800 ppm.

Еще одно исследование обнаружило связь между уровнем CO2 и окислительным стрессом: чем выше уровень диоксида углерода, тем больше мы страдаем от , который разрушает клетки нашего организма.

Углекислый газ в атмосфере Земли

В атмосфере нашей планеты всего около 0,04% CO2 (это приблизительно 400 ppm), а совсем недавно было и того меньше: отметку в 400 ppm углекислый газ перешагнул только осенью 2016 года. Ученые связывают рост уровня CO2 в атмосфере с индустриализацией: в середине XVIII века, накануне промышленного переворота, он составлял всего около 270 ppm.

О химических разрыхлителях для теста

Чтобы получить объемные изделия с нежным пористым мякишем, в хлебопекарном деле используют дрожжи. А вот применить их в кондитерской сфере можно далеко не всегда – дрожжи не работают в тесте с малым содержанием влаги и большим количеством сахара и жира.

Чтобы получить объемные изделия с нежным пористым мякишем, в хлебопекарном деле используют дрожжи. А вот применить их в кондитерской сфере можно далеко не всегда – дрожжи не работают в тесте с малым содержанием влаги и большим количеством сахара и жира. Поэтому для придания пышности песочному печенью, пряникам, медовым коржам необходимы особые ингредиенты – химические разрыхлители.

Благодаря разрыхляющим веществам можно существенно расширить ассортимент предприятия

Что относится к современным пищевым химическим разрыхлителям?

  • Сода (гидрокарбонат натрия). Разлагается с выделением углекислого газа в двух ситуациях: при нагревании до 80–90 оС и при взаимодействии с кислыми ингредиентами (медом, кисломолочкой, фруктами-ягодами, уксусом, лимонным соком). Если в тестовой массе отсутствуют кислотосодержащие компоненты, то из соды помимо газа и воды образуется карбонат натрия. Он придает тесту специфический привкус, а еще увеличивает щелочность готовой продукции, что может привести к превышению допустимого нормативами показателя.
  • Смесь соды и кислоты. Этот вариант разрыхлителя не позволяет появиться карбонату натрия, а значит, кондитерские изделия не защелочатся. Используют лимонную, винную, уксусную кислоты.

Чаще всего с содой используют лимонную кислоту. По сравнению с винной, она дешевле и требуется в меньших количествах. По сравнению с уксусной, она удобнее в применении, поскольку ее выпускают в порошке, который можно заранее соединить с содой (добавив в качестве инертной составляющей муку или крахмал). И, замешивая тесто, не придется высчитывать каждый раз пропорции смеси.

  • Карбонат либо гидрокарбонат аммония. При нагревании до 60 оС или при растворении в воде распадаются на углекислый газ и аммиак. Последний испаряется, источая сильный неприятный запах, который чувствуется на горячих изделиях, но исчезает после их остывания. Впрочем, при передозировке разрыхляющего вещества в тесте запах может оставаться. Соли аммония следует хранить в тщательно запечатанной таре, поскольку на воздухе они быстро разлагаются.

Несколько слов о дозировке

На одну тонну печенья, пряников или коржей потребуется карбоната аммония 0,6–1 кг, гидрокарбоната натрия 5–7 кг. Чтобы погасить 5 кг соды, необходимо 4,5 кг винной кислоты, либо 4,2 кг лимонной, либо 3,6 кг уксусной.

Требования к пищевым химическим разрыхлителям

Почему список разрыхляющих веществ для кондитерской промышленности такой короткий? Потому что сегодня к ним предъявляют строгие требования. Эти ингредиенты должны:

  • характеризоваться пищевой безвредностью, подтвержденной исследованиями;
  • не требовать специальных мер безопасности при применении;

При работе с разрыхлителями не нужны особые средства защиты – достаточно обычной формы, соответствующей санитарным требованиям

  • не нуждаться в особых подготовительных процедурах перед закладкой в тестомесильную машину;
  • поддерживать более-менее стабильное состояние при хранении;
  • эффективно воздействовать на тестовую массу малым количеством;
  • отличаться спокойным (невзрывообразным) процессом газообразования;
  • не оказывать выраженного негативного влияния на вкус, запах, цвет готовой продукции.

Плюсы и минусы химических разрыхлителей

Использование этих веществ, так же как и применение пищевых красителей, вызывает множество дискуссий о пользе и вреде. Если посмотреть на эти ингредиенты в целом, можно отметить следующие их достоинства и недостатки.

+

Быстрота процесса разрыхления. Тестовые заготовки не надо отправлять на расстойку, к примеру, в установку микроклимата Miratek LV-8, в ожидании, когда образуется газ. Они станут пышными сразу в печи

Влияние остаточных веществ на вкус, цвет, запах изделий. Современные технологии минимизируют его, но все-таки изменения органолептических характеристик присутствуют

Простота применения. Не нужны сложные манипуляции – соду, кислоту, аммоний добавляют вместе с мукой

Невозможность контролировать скорость реакции. Брожение дрожжей можно замедлить или прервать, а преобразование химического разрыхлителя – нет

Возможность точной дозировки

Способность воздействовать на виды теста, в которых не работает разрыхляющая микрофлора

Невысокая стоимость

Как видите, преимущества химических разрыхлителей перевешивают их недостатки. Главное – соблюдать дозировку, чтобы свести к минимуму негативное воздействие на выпечку веществ, которые остаются после выделения углекислого газа.

Получение — карбонат — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Получение — карбонат

Cтраница 3

Предложения по переработке сернистощелочных сточных вод в слабовосстановительных газовых средах с получением карбоната натрия [370, 377, 378] неприемлемы по экономическим и экологическим причинам. При получении соды вся сера, содержащаяся в сточных водах, переходит в дымовые газы. Переработка этих газов на элементную серу или серную кислоту экономически невыгодна ввиду низких концентраций SO2 в дымовых газах и малых масштабов выхода этих газов. Таким образом, вся сера сточных вод теряется.  [31]

Карбонат калия ( поташ), К2С03, получают по методу Леблана ( см. выше о получении карбоната натрия), а также кальцинированием формиата калия или ионообменным способом.  [32]

Какие условия ( температура, концентрация исходных растворов, порядок их сливания) должны быть выбраны при получении карбонатов цинка, никеля. Какой раствор, карбоната или гидрокарбоната натрия, следует взять при этом.  [33]

Завод перерабатывает в сутки 10 т сульфида бария с соответствующим количеством соды и 35 т воды с целью получения карбоната бария и раствора сульфида натрия. Переработка ведется в пятиступенчатой противоточной батарее. Осадок карбоната бария во время процесса удерживает двойное ( по массе) количество воды. В результате переработки получается 10 % раствор сульфида натрия. Желательно добиться 98 % извлечения сульфида натрия. Определить: а) потерю сулр фида натрия в остатке, б) количество воды, которое необходимо добавить в качестве растворителя, в) концентрации в каждом сгустителе.  [34]

Завод перерабатывает в сутки 10 т сульфида бария с соответствующим количеством соды и 35 т воды с целью получения карбоната бария и раствора сульфида натрия. Переработка ведется в пятиступенчатой противоточной батарее. Осадок карбоната бария во время процесса удерживает двойное ( по массе) количество воды. В результате переработки получается 10 % раствор сульфида натрия. Желательно добиться 98 % — го извлечения сульфи-ла натрия. Определить: а) потерю сульфида натрия в остатке; б) 1 количество воды, которое необходимо добавить в качестве растворителя; в) концентрации в каждом сгустителе.  [35]

Другой способ заключается в применении гидроокиси магния с углекислотой, бикарбонатом кальция или бикарбонатом магния, которые могут присутствовать в воде или их можно добавлять для получения карбоната магния, который поглощает кремнекислоту. Удаление растворенной кремнекислоты более затруднительно и способы ее удаления в настоящее время находятся в стадии изучения.  [36]

Образовавшийся в результате этой реакции бикарбонат натрия, как менее растворимая соль, выпадает из раствора в виде кристаллического осадка, после чего отфильтровывается и подвергается прокаливанию ( кальцинации) согласно реакции ( 2) для получения карбоната натрия — кальцинированной соды.  [37]

Еще в древние времена было известно моющее действие золы растений, которое-связано с присутствием в ней карбоната калия. Получение карбоната калия из древесной золы было известно уже древним грекам и римлянам, однако они не отличали полученную таким образом соль от встречающейся в природе соды.  [38]

Еще в древние времена было известно моющее действие золы растений, которое связано с присутствием в ней карбоната калия. Получение карбоната калия из древесной золы было известно уже древним грекам и римлянам, однако они не отличали полученную таким образом соль от встречающейся в природе соды. Алхимики готовили чистый карбонат калия прокаливанием виннокаменной соли КК ЩОд, а позднее путем сжигания ее с селитрой.  [39]

Еще в нревние времена было известно моющее действие золы растений, которое связано с присутствием в ней карбоната калия. Получение карбоната калия из древесной золы было известно уже древним грекам и римлянам, однако они не отличали полученную таким образом соль от встречающейся в природе соды. Алхимики готовили чистый карбонат калия прокаливанием виннокаменной соли КНС4Н4Ов, а позднее путем сжигания ее с селитрой.  [40]

Написать уравнения реакций получения карбоната и бикарбоната кальция, учитывая, что во второй реакции кроме двуокиси углерода принимает участие вода.  [41]

Ответить на поставленный по ходу работы вопрос. Написать уравнения реакций получения карбоната и бикарбоната кальция, учитывая, что во второй реакции, кроме углекислого газа, принимает участие вода.  [42]

Известно, что по аммиачно-хлоридному способу производства соды раствор хлористого натрия, насыщенный аммиаком, подвергается карбонизации с помощью двуокиси углерода, что приводит к образованию бикарбоната натрия, который выпадает в осадок и отделяется фильтрацией. Бикарбонат далее прокаливается для получения карбоната натрия, в то время как маточный раствор после кристаллизации бикарбоната подвергается переработке с целью регенерации аммиака. Водный маточный раствор содержит в основном хлорид аммония, но если конверсия хлористого натрия неполная, то он также присутствует в растворе в достаточно большом количестве. В маточном растворе присутствует в незначительном количестве свободный аммиак и его летучие соединения, например бикарбонат и карбонат аммония, а также некоторые примеси из исходного раствора.  [43]

В основе метода лежит получение карбонатов щелочных металлов с последующим переводом в сульфаты, которые являются весовой формой. Метод может быть применен для определения содержания щелочных металлов в силикатах.  [44]

Например, такая кривая показывает, что кристаллогидрат оксалата кальция СаС2О4 — Н2О устойчив лишь при температуре не выше 100 С. Последняя при 420 С разлагается с получением карбоната кальция СаСОз. Далее при 660 С начинается распад карбоната на окись кальция и двуокись угле — рода. Этот процесс заканчивается при температуре 840 С.  [45]

Страницы:      1    2    3    4

СОДА | Энциклопедия Кругосвет

СОДА – карбонат натрия Na2CO3, бесцветное кристаллическое вещество, очень гигроскопичное, плавящееся при 858° С и хорошо растворимое в воде. При охлаждении насыщенных водных растворов соды ниже 32–35° С из них выделяются кристаллы десятиводного карбоната натрия Na2CO3·10H2O – декагидрата карбоната натрия. Если упаривать водный раствор соды, то при температуре выше 113° С будет кристаллизоваться безводный карбонат натрия Na2CO3. Безводный карбонат натрия в технике и быту называют кальцинированной содой, а десятиводный – кристаллической содой. Есть еще гидрокарбонат натрия NaHCO3, более известный в быту и в медицине как питьевая, или пищевая, сода.

Сода была известна человеку примерно за полторы-две тысячи лет до нашей эры, а может быть и раньше. Ее добывали из содовых озер и извлекали из немногочисленных месторождений в виде минералов натрона Na2CO3·10H2O, термонатрита Na2CO3·H2O и троны Na2CO3·NaHCO3·2H2O.

Первые сведения о получении соды путем упаривания воды содовых озер относятся к 64 и приведены в сочинении римского врача Диоскорида Педания о лекарственных веществах. И ему, и алхимикам всех стран вплоть до 18 в. сода представлялась неким веществом, которое шипело с выделением какого-то газа при действии на него известных к тому времени кислот – уксусной CH3COOH и серной H2SO4.

Теперь известно, что шипение – это результат выделения газообразного диоксида углерода (углекислого газа) CO2 в результате реакций

Na2CO3 + 2 CH3COOH = Na(CH3COO) + CO2­ + Н2О,

Na2CO3 + 2 H2SO4 = 2 NaHSO4 + CO2­ + Н2О,

где образуются еще ацетат натрия Na(CH3COO) и гидросульфат натрия NaHSO4.

Во времена Диоскорида Педания о составе соды никто не имел понятия, ведь и диоксид углерода открыл голландский химик Ян ван Гельмонт (назвавший его «лесным газом»). только через шестьсот лет

Искусственную соду научились получать после долгих и мучительных поисков только в 18 в. Но сначала следовало определить состав этого вещества, выделив его в достаточно чистом виде. В 1736 французский химик, врач и ботаник Анри Луи Дюамель де Монсо, пользуясь водой содовых озер и применив метод перекристаллизации, впервые выделил чистую соду. Ему удалось установить, что сода содержит химический элемент «натр». Годом позже Дюамель и немецкий химик Андреас Сигизмунд Маргграф пришли к выводу, что сода Na2CO3 и поташ (карбонат калия K2CO3) – разные вещества, а не одно и то же, как считалось ранее.

Дюамель пытался получить соду, действуя уксусной кислотой CH3COOH на сульфат натрия Na2SO4. С точки зрения современного химика, это совершенно бессмысленно, но Дюамель не знал состава ни того, ни другого из взятых им исходных веществ. Ему было также неизвестно, что сильную кислоту (серную) нельзя вытеснить из солей слабой кислотой (уксусной). Тем не менее, Дюамель сделал интересное наблюдение: при нагревании смеси сульфата натрия с уксусной кислотой начали выделяться пары, которые загорелись от пламени свечи. Это была довольно летучая и горючая уксусная кислота…

История знает немало других, иногда и опасных попыток получить соду. Так, Маргграф с этой целью смешивал нитрат натрия с углем, а потом нагревал смесь. Опыт завершился вспышкой смеси, которая обожгла ему лицо и руки. Маргграф не учел, что достаточно к смеси нитрата натрия (натриевой селитры) и угля добавить серу, как получится один из видов пороха.

Правда, при проведении реакции

4NaNO3 + 5C = 2Na2CO3 + 3CO2­ + 2N2­

удалось получить немного соды, но какой ценой!

Первый промышленный способ получения соды зародился в России. В 1764 российский химик, швед по происхождению академик Эрик Густав Лаксман сообщил, что соду можно получить спеканием природного сульфата натрия с древесным углем.

При этом протекает реакция:

2Na2SO4 + 3C + 2O2 = 2Na2CO3 + CO2­ + 2SO2­

Здесь помимо карбоната натрия Na2CO3 образуются два газообразныx вещества – диоксид углерода CO2 и диоксид серы SO2.

Поскольку природный сульфат натрия часто содержит примесь карбоната кальция CaCO3 (известняка), то этой реакции сопутствует вторая:

CaCO3 + C + Na2SO4 = Na2CO3 + 4CO­ + CaS,

где выделяется газообразный монооксид углерода СО и получается малорастворимый сульфид кальция CaS, который при обработке смеси водой отделяется от карбоната натрия. Последняя стадия процесса – выпаривание раствора, отфильтрованного от осадка, и кристаллизация карбоната натрия.

Лаксман осуществил получение соды по своему способу в 1784 на собственном стекольном заводе в Тальцинске недалеко от Иркутска. К сожалению, дальнейшего развития этот способ не получил и вскоре был забыт. А ведь еще Петр I в 1720, отвечая на вопрос князя Голицына, зачем нужна «зода», писал: «Зодою умягчают шерсть». В 1780 российский академик Гильденштедт отмечал, что «зуду можно почесть важным товаром в российской торговле. Стекольщики и красильщики много ее издерживают, а впредь еще и больше оной расходиться будет, когда больше станут делать белых стекол».

«Зодой» или «зудой» называли в России соду. Несмотря на обилие собственного сырья для производства соды ее ввозили в Россию из-за границы вплоть до 1860.

В 1791 французский врач и химик-технолог Никола Леблан, ничего не зная о способе Лаксмана, получил патент на «Способ превращения глауберовой соли в соду» (глауберова соль – декагидрат сульфата натрия Na2SO4·10H2O). Леблан предложил для получения соды сплавлять смесь сульфата натрия, мела (карбоната кальция) и древесного угля. В описании изобретения он указывал: «Над поверхностью плавящейся массы вспыхивает множество огоньков, похожих на огни свечей. Получение соды завершается, когда эти огоньки исчезают».

При сплавлении смеси протекает восстановление сульфата натрия углем:

Na2SO4 + 4C = Na2S + 4CO­

Образовавшийся сульфид натрия Na2S взаимодействует с карбонатом кальция CaCO3:

Na2S + CaCO3 = Na2CO3+ CaS

После полного выгорания угля и монооксида углерода CO («огоньки исчезают») расплав охлаждают и обрабатывают водой. В раствор переходит карбонат натрия, а сульфид кальция остается в осадке. Соду можно выделить упариванием раствора.

Свою технологию получения соды Леблан предложил герцогу Филиппу Орлеанскому, личным врачом которого он был. В 1789 герцог подписал с Лебланом соглашение и выделил ему двести тысяч серебряных ливров на строительство завода. Содовый завод в пригороде Парижа Сен-Жени назывался «Франсиада – Сода Леблана» и ежедневно давал 100–120 кг соды. Во время Французской революции в 1793 герцог Орлеанский был казнен, собственность его конфискована, а содовый завод и сам патент Леблана – национализированы. Лишь через семь лет Леблану вернули разоренный завод, восстановить который ему уже не удалось. Последние годы Леблана прошли в нищете, а в 1806 он покончил жизнь самоубийством.

Технологию производства соды по Леблану стали использовать во многих странах Европы. Первый содовый завод такого типа в России был основан промышленником М.Прангом и появился в Барнауле в 1864. Но уже через несколько лет в районе теперешнего города Березники был построен крупный содовый завод фирмы «Любимов, Сольве и К°», где выпускалось 20 тысяч тонн соды в год. Этот завод использовал новую технологию производства соды – аммиачный способ, изобретенный бельгийским инженером-химиком Эрнестом Сольве. С этого времени заводы в России и в других странах, использовавшие метод Леблана, не выдержав конкуренции, стали постепенно закрываться: технология Сольве оказалась более экономичной.

Аммиачный способ получения соды был предложен еще в 1838–1840 английскими инженерами-химиками Г.Грей-Дьюаром и Д.Хеммингом. Они пропускали через воду газообразные аммиак NH3 и диоксид углерода CO2, которые при взаимодействии дают раствор гидрокарбоната аммония NH4HCO3:

NH3 + CO2 + H2O = NH4HCO3,

а затем добавляли к этому раствору хлорид натрия NaCl, чтобы выделить малорастворимый на холоде гидрокарбонат натрия NaHCO3:

NH4HCO3 + NaCl = NaHCO3Ї + NH4Cl

Гидрокарбонат натрия отфильтровывали и нагреванием превращали в соду:

2 NaHCO3 = Na2CO3 + CO2­ + H2

Диоксид углерода CO2, необходимый для проведения процесса, получали из карбоната кальция СаСО3 – мела или известняка – при прокаливании:

CaCO3 = CaO + CO2­,

а оксид кальция CaO, который при этом получался, после обработки водой давал гидроксид кальция Ca(OH)2:

CaO + H2O = Ca(OH)2,

необходимый для получения аммиака NH3 из хлорида аммония NH4Cl:

2 NH4Cl + Ca(OH)2 = 2 NH3­ + CaCl2 + 2 H2O

Таким образом, аммиак все время находился в обращении и не расходовался, отходом производства оставался только хлорид кальция CaCl2.

Эрнест Сольве не внес принципиальных новшеств в химическую основу содового процесса английских инженеров, он только технологически оформил производство, однако, это тоже непросто. В частности, он применил здесь аппараты колонного типа, которые позволили вести процесс непрерывно и достичь высокого выхода продукта.

Преимущества аммиачного метода над способом Леблана состояли в получении более чистой соды, меньшем загрязнении окружающей среды и экономии топлива (поскольку температура здесь ниже). Все вместе это привело к тому, что в 1916–1920-х закрылись почти все заводы, работавшие по методу Леблана.

Первыми в мире заводами, использующими аммиачный способ получения соды, стали бельгийский завод в Куйе, построенный по проекту самого Сольве в 1865, и Камско-Содовый завод Лихачева в России, который начал работать в 1868. Российский завод был создан полковником Иваном Лихачевым в его имении на берегу реки Камы в Казанской губернии. Лихачев добывал аммиак NH3 путем сухой перегонки отходов, которые ему поставляли почти двести кожевенных мастерских со всей округи. Диоксид углерода СО2 получали прокаливанием известняка, найденного поблизости. Завод просуществовал недолго и уже через четыре года был закрыт из-за нерентабельности: сильно подорожали и кожевенные отходы, и поваренная соль NaCl.

Сейчас в мире производится несколько млн тонн соды в год.

Карбонат натрия применяется в стеклоделии (это составная часть шихты – смеси исходных веществ, из которой выплавляется стекло), для получения мыла и других моющих средств, в целлюлозо-бумажной промышленности (для варки целлюлозы). Много соды потребляется в технологическом процессе получения алюминия, именно сода идет на обработку исходного сырья алюминиевой промышленности – бокситов. Карбонатом натрия нейтрализуют кислоты в промышленных стоках, в том числе – при очистке нефтепродуктов, осаждают из растворов солей нерастворимые карбонаты и гидроксиды, которые после прокаливания используются как пигменты:

Гидрокарбонат натрия тоже не остается без применения – он служит источником углекислого газа при выпечке хлеба и кондитерских изделий, газированных напитков, а также в огнетушителях. Кроме того, питьевая сода по-прежнему занимает свое законное место в домашней аптечке как одно из самых простых и дешевых, но очень нужных лекарственных средств.

Людмила Аликберова

Захваченный CO2 превращается в щавелевую кислоту для обработки редкоземельных элементов

Группа под руководством С. Комара Каватры, профессора химического машиностроения Мичиганского технологического университета, его аспирантов Шрирама Валлури и Виктора Кларембу и студента Сэма Рута разработала скруббер для углекислого газа с целью преобразования углекислого газа, который они захват в щавелевую кислоту.

Рут и Валлури представляют свои исследования на ежегодном собрании Общества горнодобывающей, металлургической и геологоразведочной промышленности на этой неделе в Денвере.

Щавелевая кислота используется в промышленности для выщелачивания редкоземельных элементов из рудных тел. Редкоземельные элементы в настоящее время не производятся в Соединенных Штатах; Китай производит 90% и более редкоземельных элементов в мире. Каватра сказал, что, производя щавелевую кислоту внутри страны, можно выгодно извлекать редкоземельные элементы в США.

Группа установила свой скруббер углекислого газа на паровой установке Michigan Tech, где они проводят испытания с настоящим дымовым газом в масштабе пилотной установки.Паровая установка производит дымовой газ, содержащий 8% углекислого газа. Скруббер инженеров-химиков снизил выбросы до 4%; их цель — снизить его ниже 2%.

В паровой установке они отбирают пробный поток дымовых газов из главного выхлопного трубопровода котла. Дымовой газ выходит из горелки при температуре 300-350 градусов по Фаренгейту. Образец сжимается через фильтр, который удаляет частицы, затем проходит через охлаждающую установку, прежде чем попасть в нижнюю часть скрубберной колонны.

Раствор карбоната натрия закачивается в верхнюю часть скрубберной колонны высотой 11 футов. Дымовой газ барботируется вверх через колонну. По мере продвижения вверх карбонат натрия или кальцинированная сода удаляют большую часть углекислого газа из газа.

Джон Симмонс, выпускник Мичиганской технической академии в Технологическом институте и председатель Carbontec Energy в Бисмарке, Северная Дакота, поддерживает исследования Каватры. Он говорит, что экономия для промышленности от такого скруббера двуокиси углерода огромна.

Обычный метод удаления двуокиси углерода из выбросов использует амины, химические соединения на основе азота, которые связывают двуокись углерода. Но амины стоят 20 000 долларов за тонну, сказал Симмонс. Карбонаты, такие как кальцинированная сода, которую использует команда Каватры, стоят 200 долларов за тонну.

Технология, получившая торговое название «Процесс улавливания/использования углекислого газа Clearite VI», была запатентована (патент № US7,919,064B2) изобретателями С. Комаром Каватрой, Тимом Эйзелем и Джоном Симмонсом и передана Технологическому институту штата Мичиган.Carbontec Energy Corporation, спонсор технологии, является эксклюзивным лицензиатом во всем мире и планирует коммерциализировать технологию через совместные предприятия и сублицензии.

Открытие первой в своем роде демонстрационной технологии улавливания и преобразования углерода в Техасе

Открытие первой в своем роде демонстрационной технологии улавливания и преобразования углерода в Техасе Carbon

ВАШИНГТОН — Сегодня Министерство энергетики и Skyonic Corporation отметили открытие крупной демонстрации проекта по преобразованию двуокиси углерода (CO2) в коммерческие продукты.Этот новый завод будет использовать первый в своем роде процесс для улавливания 75 000 тонн CO2 на цементном заводе в Сан-Антонио, штат Техас, и преобразования парниковых газов в другие продукты, включая карбонат натрия и бикарбонат натрия, соляную кислоту и отбеливатель.

Проект SkyMine, изобретенный Skyonic, уже оказал существенное влияние на местную экономику, создав более 250 рабочих мест во время строительства и создаст более 40 новых постоянных рабочих мест с полной занятостью. Этот проект стоимостью почти 40 миллионов долларов включал гранты на сумму 28 миллионов долларов, предоставленные в соответствии с Законом США о реинвестировании и восстановлении.

«Сегодняшнее объявление демонстрирует диапазон и потенциал технологий улавливания углерода, — сказал министр энергетики Эрнест Мониз. сокращение выбросов углерода.»

Технология SkyMine была разработана для модернизации существующих установок по сжиганию угля, но также имеет потенциальное применение в тяжелой промышленности, включая производство цемента, стекла, стали и природного газа.Побочные продукты, полученные в результате этого процесса, компенсируют другие продукты с более высоким углеродным следом и могут безопасно храниться в течение неопределенного времени. Компания также планирует протестировать эти продукты в качестве сырья для биотоплива, полученного из водорослей.

Технология основана на многолетнем моделировании, тестировании и анализе, выполненном Skyonic при поддержке Министерства энергетики. Этот процесс также удалит большую часть оксидов серы, оксидов азота, ртути и других тяжелых металлов из дымовых газов.

###

Преобразование диоксида углерода в реактивное топливо с использованием катализатора Fe-Mn-K, синтезированного органическим сжиганием возможности — и основные научные задачи — по преобразованию CO

2 в устойчивое синтетическое углеводородное топливо, особенно в синтезе возобновляемого авиационного топлива. В основе любого прогресса в этой области лежит важнейший процесс конверсии, тесно связанный с разработкой передовых высокоэффективных катализаторов для реакции гидрирования CO 2 .Таким образом, использование новых методов приготовления катализатора представляет собой важную стратегию для производства усовершенствованных каталитических составов, обладающих высокими уровнями эффективности. Среди методов синтеза катализаторов так называемый OCM признан энергоэффективным и экономически жизнеспособным подходом к однореакторному синтезу различных наноструктурированных твердых катализаторов. В этом способе использование органического топлива, имеющего также характер комплексообразования катионов, для получения гомогенного окислительно-восстановительного раствора различных предшественников металлов является очень выгодным.Кроме того, относительно умеренная самоподдерживающаяся экзотермическая реакция окислительно-восстановительного геля может быть полезной для производства необходимых наноструктурированных катализаторов с эффективным промоторным эффектом благодаря хорошо контролируемому водному химическому составу пути приготовления и последующих условий горения.

Характеристики Fe–Mn–K катализаторов гидрирования CO

2

С точки зрения превращения CO 2 и H 2 в На рис. .1; в частности, как превращения, так и селективность гидрирования CO 2 показаны для времени реакции 20  часов на различных катализаторах на основе Fe. Спектр ГХ-МС собранных жидких продуктов гидрирования СО 2 на катализаторе Fe–Mn–K также показан на рис. 1ж. На дополнительном рис.1.

Рис. 1: Характеристики катализатора для гидрирования CO 2 с использованием катализатора Fe–Mn–K.

a % превращения CO 2 и H 2 в зависимости от времени реакции гидрирования CO 2. b Селективность различных углеводородных продуктов в зависимости от времени реакции гидрирования CO 2 c Молярное отношение олефина к парафину для диапазона C 2 –C 4 со временем реакции гидрирования CO 2. d График ASF и значения α при времени реакции 20 ч. e Конверсия и селективность по СО при гидрировании СО 2 при времени реакции 20 ч на различных катализаторах. f Селективность продуктов гидрирования CO 2 при времени реакции 20 ч на различных катализаторах. г ГХ-МС Общая ионная хроматограмма (TIC) углеводородного топлива после гидрирования CO 2 на катализаторе Fe–Mn–K. Показаны углеводороды диапазона реактивного топлива (от C 8 до C 16 ).

Данные на рис. 1 показывают, что катализатор Fe–Mn–K проявляет высокую активность при гидрировании СО 2 . Конверсия CO 2 и H 2 быстро увеличивалась с началом реакции в первые 5 часов, достигая стабильного значения около 40%. Селективность по метану снижалась с 30 до 10% от начала реакции до 20 часов и уменьшалась на небольшую величину еще через 20 часов. Напротив, селективность по легким олефинам (C 2 – C 4 олефинов) увеличилась до кажущегося предельного значения 25% при времени реакции 10 часов и выше.Селективность жидкого продукта (C 5 + ) была стабильной на уровне около 60% и показала небольшое увеличение со временем реакции. Как и в случае с FTS, углеводородные продукты гидрирования CO 2 на Fe–Mn–K обычно следуют распределению ASF. Рисунок 1D показывает двойное распределение продукта ASF 53 , вероятности роста цепь, чьи I I ) составляет 0,79 для α 1 в пределах C 1 -C 12 диапазон углерода и α 2 равно 0.57 для C 12+ (т.е. тяжелые углеводороды). Высокая вероятность роста цепи ( α 1 ) означает низкую селективность по метану, в то время как рост цепи уменьшается, когда число атомов углерода выше 12, что указывает на более низкую селективность по более высоким (более тяжелым) углеводородам.

По сравнению с литературными результатами в таблице 1 приготовленный катализатор Fe-Mn-K показал более высокий выход жидких продуктов (C 5+ ), при этом катализатор демонстрирует как высокую конверсию CO 2 , так и высокую степень C 5+ селективность.

Интересно, что селективность по метану резко снижается в начале реакции из-за того, что основной реакцией является метанирование CO 2 на активных центрах катализатора (χ-Fe 5 C 2 ). Они произвели высокое давление воды и непрореагировавшего CO 2 , который, что важно, может затем окислить χ-Fe 5 C 2 до Fe 3 O 4 . CO, полученный в результате реакции RWGS на активном центре Fe 3 O 4 , реагирует с H 2 (синтез Фишера-Тропша (FTS)), и конверсия CO 2 быстро увеличивается (рис.1а). Затем селективность по продукту была стабильной после времени реакции 10  часов.

Катализатор также показал высокую селективность в отношении производства легких олефинов по сравнению с алканами с молярными отношениями этилена к этану, пропилена к пропану и бутана к бутану 5, 8,5 и 7 соответственно ( Рис. 1с). Хроматограммы GC-FID (дополнительный рисунок 1) также показывают, что олефины были доминирующими продуктами в углеводородных фракциях C 2 – C 4 . В целом катализатор Fe–Mn–K показал высокую активность в реакциях гидрирования CO 2 и высокую селективность по жидким углеводородам и легким олефиновым продуктам.

Спектр ГХ-МС собранных жидких продуктов четко демонстрирует, что катализатор Fe-Mn-K обладает высокой селективностью в отношении углеводородов ряда реактивного топлива в качестве жидких продуктов; селективность по углеводородам всего диапазона реактивных топлив составляет до 47,8% среди всех углеводородов. Соответствующий выход углеводородов ряда реактивного топлива составил 17,2% при конверсии CO 2 38,2%.

Характеристика катализатора

Предшественник катализатора был сначала активирован in situ синтез-газом (H 2 :CO = 2:1) перед оценкой каталитических характеристик с GHSV (часовая объемная скорость газа) в условиях 1000 мл г − 1  ч −1 при атмосферном давлении, температуре 320 °C и продолжительности 24 ч.Спектры порошковой рентгеновской дифракции (XRD) предшественника катализатора вместе с активированными и использованными катализаторами Fe-Mn-K показаны на рис. 2 (а).

Рис. 2. Спектры РФА и РФЭС катализатора Fe–Mn–K.

a Порошковые рентгеновские спектры предшественника катализатора, активированного и использованного катализатора. Соответствующие номера JCPDS для Fe 2 O 3 : 00-020-0508; χ-Fe 5 С 2 : 00-024-0081; Fe 3 O 4 : 03-065-3107; б Обзорный спектр РФЭС катализатора Fe–Mn–K; в РФЭС-спектры высокого разрешения в области пика Fe 2p на катализаторе Fe–Mn–K; d РФЭС-спектры Mn 2p на катализаторе Fe–Mn–K; e РФЭС-спектры O 1s на катализаторе Fe–Mn–K; f РФЭС-спектры C 1s на катализаторе Fe–Mn–K.

Из рис. 2а видно, что все отражения от предшественника катализатора можно отнести к Fe 3 O 4 , но, что важно, все отражения от активированного катализатора можно отнести к χ- Fe 5 C 2 , что указывает на то, что Fe 3 O 4 полностью науглероживается до χ-Fe 5 C 2 при обработке синтез-газом (отношение CO/H

1 2 :2). Рефлексы на порошковой дифрактограмме от использованной фазы катализатора значительно сложнее и состоят из смесей Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 и χ-Fe 5 C 2 .Важно отметить, что широко известно, что χ-Fe 5 C 2 является активным каталитическим соединением в гидрировании in situ СО и/или СО 2 , и эта фаза карбида железа играет решающую роль в последующем С–С цепные реакции роста 54,55,56,57 .

Мы наблюдали, что предшественник катализатора почти полностью превращается в χ-Fe 5 C 2 в процессе активации in situ, в то время как Fe 3 O 4 частично регенерируется в течение первых часов каталитического процесса. реакции, что объясняет увеличение конверсии H 2 и CO 2 в течение этого периода.Это открытие полностью согласуется с признанным «тандемным механизмом», в котором эти две каталитически активные фазы (χ-Fe 5 C 2 и Fe 3 O 4 ) ответственны за превращение CO 2 и H 2 в синтетический газ и для последующего этапа роста цепи C–C для производства реактивного топлива 44,58,59,60 .

Образование Fe 2 O 3 в отработанном катализаторе, вероятно, происходит в результате окисления Fe 3 O 4 CO 2 и/или водой во время реакции, в то время как Fe 2 O 3 был восстановлен до Fe 3 O 4 в присутствии H 2 (показано на дополнительном рис.24).

Размеры кристаллитов были рассчитаны с использованием уравнения Шеррера для предшественника катализаторов на основе Fe, они перечислены в таблице 2. Размер кристаллитов для катализатора Fe-Mn-K обычно составляет около 14 нм, что отражено в наблюдаемых широких рефлексах. в спектре XRD предшественника катализатора (как показано на рис. 2).

Таблица 2 Размеры кристаллитов приготовленных катализаторов (с различными промоторами на основе переходных металлов) методом лимонной кислоты.

Элементный состав поверхности и степени окисления металлов анализировали с помощью РФЭС в области 0–800 эВ.Обзорный спектр (рис. 2б) ясно показывает, что образец содержит Fe, Mn, K и O. На рис. 2в показан РФЭС-спектр области Fe 2p, который может быть аппроксимирован двумя спин-орбитальными дублетами, соответствующими области Fe 2p. 3/2 и Fe 2p 1/2 пики с шириной запрещенной зоны 13,7 эВ и сателлитом встряски, который отнесен к Fe 3+ , что согласуется с таковыми для Fe 3 O 4 61 . Измеренное молярное соотношение Fe 2+ : Fe 3+ составляет 1:2.38, что приближается к стехиометрии Fe 3 O 4 (соотношение Fe 2+ :Fe 3+ для Fe 3 O 4 равно 1:2). На рис. 2d показаны спектры XPS Mn 2p, в которых обнаружен спин-орбитальный дублет пиков Mn 2p3/2 и Mn 2p1/2 с шириной запрещенной зоны 11,6 эВ, которую можно отнести к Mn 2 O 3 . Кроме того, на рис. 2e показаны спектры O 1s, XPS с основным пиком при 529,4 эВ, явно обусловленным наличием связей металл-O.

XPS-спектры присутствующих C 1s (рис. 2f) показали, что около 40% C sp2 с характерным пиком энергии связи 284,7  эВ; около 15% C=O при пике энергии связи 288,4 эВ; и, наконец, 45% C sp3 при пике энергии связи 285,3 эВ. C sp2 обусловлен углеродным остатком из-за прокаливания лимонной кислоты, а пик C=O и C sp3 можно отнести к остаткам лимонной кислоты, которые не полностью разложились.

Результаты температурно-программируемого окисления (ТПО) предшественника катализатора Fe-Mn-K, приготовленного методом сжигания лимонной кислоты, показаны на дополнительном рисунке.24 выявили небольшое количество (около 3,5 мас.%) углеродистого остатка после прокаливания при 350 °С. Сообщается, что присутствие этого небольшого количества углерода в катализаторе полезно для более высокой селективности образования олефинов. Таким образом, в предыдущей работе 62, 63 сообщалось, что окружающее углеродистое вещество действительно может способствовать образованию карбидов железа во время активации, тем самым улучшая более высокую селективность по жидким продуктам.

Изображения сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) как предшественника катализатора, так и использованных катализаторов показаны на рис.3. Прекурсор состоит из плотно упакованных частиц правильной формы (рис. 3а). После реакции происходят явные изменения в морфологии катализатора (рис. 3б). Изображения STEM-BF предшественника катализатора и использованного катализатора также были записаны, как показано на рис. 4.

Рис. 3: СЭМ-изображения катализатора Fe-Mn-K.

a Предшественник катализатора Fe–Mn–K; b отработанный катализатор Fe–Mn–K.

Рис. 4: STEM-BF-изображения Fe–Mn–K в различных наномасштабах.

a c Прекурсор катализатора Fe–Mn–K; d f отработанный катализатор Fe–Mn–K.

Из рис. 4а–в видно, что предшественник катализатора состоит из наночастиц размером ~15 нм. Интересно, что после реакции гидрирования не наблюдалось явного изменения размера частиц катализатора (рис. 4d). В предшественнике катализатора (рис. 4б, в) измеренные периоды решетки 0,25 и 0,3 нм соответствуют плоскостям (311) и (220) Fe 3 O 4 соответственно. Помимо фазы Fe 3 O 4 (рис. 4д), в отработанных катализаторах также наблюдалась фаза χ-Fe 5 C 2 (рис.4е). Это было предложено в качестве источника каталитически активных центров для гидрирования CO и/или CO 2 до углеводородов, как сообщалось ранее 54,55,56,57 .

Влияние промоторов переходных металлов

Соединения марганца широко используются в качестве промоторов в катализаторах на основе железа для FTS, где добавление Mn обычно улучшает активность, увеличивает основность поверхности и усиливает науглероживание катализатора 64,65 . В дополнение к Mn Zn 66,67 и Cu 43,68 также использовались в качестве промоторов для катализаторов на основе Fe для FTS.Таким образом, катализаторы Fe–Zn–K и Fe–Cu–K были приготовлены тем же способом, что и катализатор Fe–Mn–K. Каталитические характеристики гидрирования CO 2 с использованием этих различных катализаторов показаны на рис. 1e, f.

Данные на рис. 1е показывают, что даже железо-катализатор без промотора показал высокую активность в гидрировании СО 2 , что отражено в высоких значениях конверсии. Однако из рис. 1f видно, что селективность по метану была очень высокой и достигала 32,2%, в то время как селективность по жидким продуктам была очень низкой.

Напротив, катализаторы Fe-Zn-K, Fe-Cu-K и Fe-Mn-K с добавлением промотора показали высокую конверсию CO 2 и селективность по углеводородам в широком диапазоне реактивного топлива. Не было существенной разницы между характеристиками этих трех катализаторов, но катализатор Fe-Mn-K показал несколько лучшую селективность для синтеза реактивных топлив (47,8%), чем катализаторы Fe-Cu-K (40,8%) и Fe-Zn- К (45,1%).

Влияние промоторов на основе неблагородных металлов

Влияние соединений калия (K) на характеристики катализаторов на основе железа для FTS было тщательно изучено 69,70 .K, как известно, способствует образованию углеводородов с более длинной цепью, науглероживанию поверхностного Fe и подавлению образования CH 4 , все из которых выгодны для синтеза жидких углеводородов. В дополнение к K различные соединения неблагородных металлов Na также использовались в качестве промоторов для катализаторов FTS 71,72 . Поэтому эти неблагородные металлы также были протестированы в качестве промоторов каталитического гидрирования CO 2 , и их различные каталитические характеристики представлены на рис.1д, ф.

Из данных на рис. 1e видно, что все промоторы на основе Na, K и Cs демонстрируют как высокую активность в отношении гидрирования CO 2 , так и высокую селективность в отношении углеводородов в диапазоне реактивного топлива. Однако промотированный Li катализатор показал высокую селективность в отношении образования метана, но не длинноцепочечных углеводородов (рис. 1f). Нет больших различий в каталитической активности между катализаторами Fe-Mn-K, Fe-Mn-Na и Fe-Mn-Cs. Однако катализатор Fe-Mn-K показал более высокую селективность C 8 -C 16 (47.8 %), чем Fe–Mn–Na (44,4 %) или Fe–Mn–Cs (44,0 %).

Размеры кристаллитов, рассчитанные с использованием уравнения Шеррера для различных предшественников катализаторов, промотированных неблагородными металлами, перечислены в таблице 3. Катализаторы имеют разные размеры кристаллитов в диапазоне от 19 до 32 нм.

Таблица 3 Размер кристаллитов различных приготовленных катализаторов (различные неблагородные металлы) методом лимонной кислоты.

Воздействие органических топливных соединений

Недавно был разработан метод органического сжигания (ОСМ), также известный как метод сжигания в растворе, для приготовления высокоактивных металлических катализаторов для различных процессов 73 .Чтобы исследовать фундаментальные, лежащие в основе усилия органических топливных соединений, был также синтезирован катализатор, приготовленный без топлива. Видно, что катализатор, приготовленный без топлива, показал более низкую каталитическую активность (СО 2 конверсия 28,6%) по сравнению с катализатором, приготовленным с лимонной кислотой (СО 2 конверсия 38,2%). В дополнение к использованию лимонной кислоты в качестве топлива при приготовлении катализатора OCM мы также исследовали другие органические химические вещества в качестве потенциальных источников топлива.Поэтому был приготовлен ряд катализаторов типа Fe–Mn–K с различными органическими соединениями при приготовлении катализатора по способу сжигания, и их каталитические характеристики для гидрирования CO 2 перечислены в таблице 4.

Таблица 4 Эффект органических (топливных) соединений на работу катализатора гидрирования СО 2 . Все реакции проводили при 1 МПа, 300 °С, GHSV 2400 мл г –1  ч –1 и H 2 :CO 2 (3:1) на катализаторе Fe–Mn–K.

Таким образом, ясно, что по сравнению с катализатором, приготовленным без органического топлива, все катализаторы Fe-Mn-K, приготовленные с органическими соединениями, в целом показали как более высокую конверсию CO 2 , так и более высокую селективность по углеводородам в диапазоне реактивного топлива. Катализаторы, приготовленные с ЭДТА, лимонной кислотой, щавелевой кислотой, NTA, DTPA, винной кислотой, HEDTA и салициловой кислотой, также продемонстрировали хорошие каталитические характеристики как для конверсии CO 2 , так и для селективности по реактивному топливу. В общем, все эти органические топлива могут также действовать как хелатирующие агенты и, следовательно, способствовать образованию наноструктурированных катализаторов.

Спектры XRD различных катализаторов показаны на дополнительном рисунке 4. Катализатор, приготовленный без топлива, показал характерные отражения, относящиеся к Fe 2 O 3 . Однако большинство катализаторов, приготовленных с органическими топливными соединениями, показали Fe 3 O 4 в качестве преобладающей кристаллической фазы, что ясно указывает на то, что часть Fe 3+ , присутствующая в Fe 2 O 3 , была частично восстановлена ​​до Fe 2+ в Fe 3 O 4 на стадии приготовления катализатора.Катализатор, приготовленный со щавелевой кислотой, показал рефлексы XRD, соответствующие Fe 2 O 3 вместо Fe 3 O 4 . Это означает, что в условиях, примененных в этом исследовании, щавелевая кислота не восстанавливала Fe 2 O 3 до Fe 3 O 4 в соответствии с ее низкой восстановительной способностью по сравнению с другими органическими видами топлива.

Размеры кристаллитов катализаторов, рассчитанные по уравнению Шеррера, приведены в таблице 5.Важно отметить, что катализаторы, приготовленные с рядом различных органических соединений, показали меньшие размеры кристаллитов, чем катализатор, приготовленный без топлива. Мы связываем эти различия в размерах кристаллитов с возможной причиной более высокой активности катализаторов, приготовленных с использованием органического топлива.

Таблица 5 Размер кристаллитов катализаторов, приготовленных с использованием различных органических соединений.

По сравнению с методом соосаждения, широко применяемым при приготовлении катализаторов на основе Fe 49,50,51,52 , мы показываем, что ОКМ является особенно простым производственным процессом, в котором, помимо высоких выходов и селективности для топлива для реактивных двигателей дополнительными преимуществами являются экономия энергии и времени 74 .

Оптимальное органическое соединение в нашем препарате катализатора должно действовать как восстановитель и ненасильственно реагировать с нитратами, производить нетоксичные газы, а также действовать как эффективный хелатирующий агент для катионов металлов.

Катализаторы, приготовленные с использованием органического топлива, показали высокую активность, поскольку стабильные органические хелатные соединения, образованные с катионами металлов, особенно подходят для образования однородных высокодисперсных металлооксидных катализаторов методом сжигания.

Газообразные продукты реакций горения органических соединений и нитратов: N 2 , CO 2, и H 2 O.На примере лимонной кислоты стехиометрические реакции можно описать следующим образом, согласно принципу химии топлива:

$$54\;{\mathrm{Fe}}\left( {\mathrm{NO}}_3} \ справа) _3 \, 9 {\ mathrm {H}} _2 {\ mathrm {O}} + 46 \; {\ mathrm {C}} _6 {\ mathrm {H}} _8 {\ mathrm {O}} _7 \, {\ mathrm {H}} _2 {\ mathrm {O}} \\ \ quad \ to 18 \; {\ mathrm {Fe}} _3 {\ mathrm {O}} _4 + 81 \; {\ mathrm { N}}_2 + 276\;{\mathrm{CO}}_2 + 716\;{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}$$

$$9\;{\mathrm{Mn}} \left( {{\mathrm{NO}}_3} \right)_2\,4{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}} + 5\;{\mathrm{C}}_6{\mathrm {H}} _8 {\ mathrm {O}} _7 {\ mathrm {H}} _2 {\ mathrm {O}} \\ \ до 9 \; {\ mathrm {MnO}} + 9 \; {\ mathrm { N}}_2 + 30\;{\mathrm{CO}}_2 + 61\;{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}$$

Эти реакции горения сильно экзотермичны и приводят к быстрому выделение большого количества газообразных продуктов в процессе приготовления катализаторов.Это высвобождение газа истощает теплоту сгорания топлива и, следовательно, ограничивает быстрое повышение температуры, тем самым предпочтительно уменьшая любое преждевременное локальное частичное спекание частиц первичных оксидов металлов. Выделение газа также приводит к ограничению любого расширенного роста кристаллов или контакта между частицами, тем самым способствуя получению катализаторов с меньшим размером частиц 75 .

Хотя сжигание номинально проводилось при 350 °C, температура пламени на месте во время горения может быть очень высокой из-за сгорания газов, образующихся при разложении нитратов металлов и органических соединений.Эта высокая температура сохраняется в течение нескольких минут и исчезает, вызывая эффект быстрого тушения 76 . который, как известно, усиливает взаимодействие между Fe 3 O 4 и промотором, дополнительно улучшая каталитическую эффективность. Интересно, что большая часть окислительно-восстановительного геля при сжигании при температуре прокаливания 350 °C дает Fe 3 O 4 без какого-либо явного участия O 2 из атмосферы. Однако основными продуктами являются Fe 2 O 3 при повышении температуры прокаливания до 500 °С явно предполагают участие атмосферного кислорода и/или сопутствующих кислородов из комплексообразующих лигандов.

В целом катализаторы Fe-Mn-K, синтезированные с карбоновыми кислотами и поликарбоновыми кислотами в качестве топлива, показали более высокие каталитические характеристики, чем катализаторы, приготовленные с использованием мочевины и сахара (глюкозы), и катализатор, приготовленный без топлива. Мы утверждаем, что эта тенденция, вероятно, проистекает из двух важнейших ролей (т. е. как хелатирующего агента, так и топлива), которые эти органические молекулы играют в подходе, основанном на сжигании органических веществ. Первая роль может повысить гомогенность раствора за счет близости между входящими в его состав прекурсорами металлов (Fe, Mn, K), тем самым препятствуя их осаждению или агрегации во время образования геля, в то время как вторая (топливная) функция может точно контролировать серьезность реакция горения и, следовательно, агрегация наноструктурированных катализаторов.Очевидно, это приводит к изменению размеров кристаллитов, что показывает, что катализаторы Fe-Mn-K с размерами частиц от 7 до 28 нм, обычно приготовленные на топливе типа карбоновой кислоты, значительно более активны и селективны, чем катализаторы с большими размерами кристаллитов ( т. е. 56–74 нм).

Наконец, мы также исследовали коммерческие порошки сахара и муки в качестве возможных видов топлива в процессе приготовления катализатора. Катализаторы, приготовленные с использованием этих топлив, также показали высокую активность при гидрировании СО 2 и селективность по углеводородам в диапазоне реактивных топлив.Каталитические характеристики гидрирования CO 2 катализаторов, приготовленных с использованием различных видов топлива, показаны на дополнительных рисунках. 10–22.

Схема реакции

Карбид Хэгга (χ-Fe 5 C 2 ) широко признан активным каталитическим веществом в FTS, и эта фаза карбида железа играет решающую роль в реакциях роста цепи C–C. 54,55,56,57 . χ-Fe 5 C 2 обычно получают активацией гематита в атмосфере синтез-газа при температуре 200–450 °C, весь процесс активации включает трехстадийный процесс восстановления Fe 2 O 3 до Железо (Fe 2 o 3 → Fe 3 → FE 4 → FEO → FE), а затем сопровождается карбюрированием Fe до χ-Fe 5 C 2 77 .В наших экспериментах χ-Fe 5 C 2 восстанавливался и науглероживался из Fe 3 O 4 в процессе магнетита (Fe 3 O 4 ) → Owüstite металлическое железо (Fe) → карбид Хэгга (χ-Fe 5 C 2 ). Вэй и др. 44 предложили комплексную схему реакции, в которой χFe 5 C 2 участвует в гидрировании CO 2 до углеводородов бензинового топливного диапазона с использованием многофункционального катализатора Na-Fe 3 O 4 /цеолита. .Мы полагаем, что здесь действует родственная, но несколько иная схема реакции для гидрирования CO 2 в авиационное реактивное топливо, что схематически показано на рис. 5.

Рис. 5: Схема реакции для CO 2 гидрирование до углеводородов ряда реактивных топлив.

Процесс гидрирования CO 2 с получением углеводородов ряда реактивных топлив по тандемному механизму, в котором Fe 3 O 4 катализируют реакцию конверсии водяного газа (RWGS) и реакцию синтеза Фишера-Тропша (FTS). и χ-Fe 5 C 2 соответственно.

В отличие от отчета Wei et al. 44 , который описал катализаторы, приготовленные с использованием однореакторного синтезированного катализатора Na-Fe 3 O 4 с цеолитом, мы приготовили катализаторы, используя прямой способ OCM, который показал более высокий выход жидких продуктов при гидрировании CO 2 . Таким образом, предшественник катализатора Fe 3 O 4 полностью науглероживается до χ-Fe 5 C 2 во время нашего процесса активации (восстановления) катализатора, в то время как Fe 3 O 4 частично регенерируется в результате окисления. χ-Fe 5 C 2 CO 2 /вода в первые часы каталитической реакции.Синтез реактивного топлива путем гидрирования CO 2 первоначально происходит по реакции RWGS (CO 2  + H 2  → CO + H 2 ) на каталитически активных центрах Fe и 5 6 O 40045 3 9004 Впоследствии по реакциям FTS (CO + H 2 → C N H M + H 2 + H 2 o) на каталитически активных местах на χ-Fe 5 C 2 54,5556, 57 .

При использовании катализаторов на основе железа для синтеза ФТ при соответствующих условиях реакции может происходить быстрый и обратимый обмен Fe 3 O 4 на карбиды Fe x C y и наоборот.Это относительно легкое и обратимое фазовое превращение делает возможным включение атомов углерода с поверхности карбида в продукты реакции по механизму Марса-ван Кревелена, как это было определено Gracia et al. 78 посредством компьютерного исследования гидрирования CO на поверхности карбида железа. Примечательно, что этот механизм, подобный Марсу-ван Кревелену, на катализаторах Fe на носителе рационализировал повышенную реакционную способность высокодисперсных частиц карбида железа при инициировании роста цепи в синтезе F-T 79 .

Насколько нам известно, в научной литературе нет ни одного сообщения о механизме Марса-ван Кревелена, действующем в реакции гидрирования СО 2 на катализаторах Fe. Очевидно, что эта реакция является более сложной, чем обычный синтез ФТ, поскольку катализатор должен иметь превосходный баланс активных центров (фаз) для катализа — в тандемном режиме — реакции конверсии водяного газа (или частичного гидрирования CO 2 ), а также гидрирование CO посредством реакции FT для производства реактивного топлива.Наш тандемный механизм с участием Fe 3 O 4 и χ-Fe 5 C 2 может легко рационализировать образование реактивного топлива и дать более широкую картину эволюции газовой, жидкой и твердой фаз в процессе каталитическая реакция. Необходима дальнейшая работа, чтобы лучше понять возможное возникновение механизма, подобного Марсу-ван Кревелену, на стадии FT с помощью исследований мечения изотопов углерода. В системе с проточным газом это явно будет экспериментально — и финансово (!) — сложно.

Карбидная фаза, обнаруженная с помощью порошковой дифракции XRD, представляла собой χ-Fe 5 C 2 , которая играет основную роль в образовании углеводородов посредством реакции FT 54,55,56,57 . Согласно литературным данным и нашим собственным результатам, процесс науглероживания наночастиц Fe во время каталитической реакции образует фазу карбида Fe, которая через путь FT способствует реакциям конденсации C-C с образованием крупных углеводородов в диапазоне авиационного топлива. В наших экспериментах χ-Fe 5 C 2 образуется в процессе активации/восстановления катализатора, в начале реакции происходит в основном CO 2 реакция метанирования на χ-Fe 5 C 2 , относительно высокое давление воды может затем окислить χ-Fe 5 C 2 до Fe 3 O 4 , а Fe 3 O одновременно науглероживается CO 4 9004 80 .В модельных экспериментах Fe 2 O 3 было получено окислением Fe 3 O 4 CO 2 /H 2 O, а Fe 2 O 39045 устойчиво восстанавливалось. до Fe 3 O 4 по H 2 в реакционной системе (дополнительный рисунок 23). Таким образом, Fe 3 O 4 , χ-Fe 5 C 2, и Fe 2 O 3 сосуществуют в ходе реакции. Использование соединений Mn в качестве промотора заметно улучшило активность FTS катализатора, повысило основность поверхности катализатора и усилило науглероживание катализатора 64,65 .Добавление соединений K способствовало образованию молекул углеводородов с более длинной цепью, науглероживанию поверхностного Fe и подавлению образования CH 4 , что сильно способствует синтезу жидких углеводородов 69,70 . Мы также обнаружили, что добавление как Mn, так и K в качестве промоторов улучшало характеристики Fe-катализатора, напрямую превращая CO 2 в углеводороды диапазона реактивного топлива с высокой эффективностью.

Возобновляемое топливо для реактивных двигателей и экономика замкнутого цикла

Экономика замкнутого цикла (CE) представляет собой привлекательную целостную концепцию, постепенно и неуклонно позиционирующую себя в качестве альтернативы и надежной альтернативы существующей «обычной», неустойчивой линейной экономике ( LE) на основе парадигмы «Возьми, сделай и утилизируй» 71 .В настоящее время исследователи столкнулись с проблемой изменения климата и выдвинули концепцию так называемой «экономики замкнутого цикла CO 2 », которая напрямую интегрирует улавливание CO 2 из воздуха (Direct Air Capture, DAC) и преобразует CO 2 в продукты с добавленной стоимостью 81,82,83,84 . Эта CO 2 экономика замкнутого цикла является действенной и очень мощной альтернативой простому захоронению огромных объемов захваченного CO 2 под землей, и будущие поколения, несомненно, ожидают, что мы сформируем важный аспект устойчивого управления CO 2 .

Возобновляемое топливо для реактивных двигателей предлагает значительный потенциал в мировом стремлении к будущему устойчивой экономике замкнутого цикла Будущее для авиационной отрасли. Видение сосредоточено на преобразовании CO 2 как неотъемлемой части переработки углерода. Достижения, о которых здесь сообщается, предлагают путь выхода из нынешнего мирового LE для реактивного топлива, основанного на (нынешней) структуре «Производство-Потребление-Утилизация/Выбросы», где ценный природный ресурс, сырая нефть, добывается, перевозится через океаны, преобразуется в топливо для реактивных двигателей, а затем сжигается, при этом продукты сгорания либо выбрасываются в атмосферу, либо улавливаются и закапываются под землю (путем улавливания и хранения углерода).С другой стороны, подход CE основан на принципиально иной структуре «Производство-Потребление-Переработка/Утилизация» или «Улавливание и использование углерода», где в этом случае CO 2 действительно признан мощным «Ресурсом», подлежащим рециркуляции. использование возобновляемых источников энергии для получения углеродно-нейтрального реактивного авиационного топлива.

Очевидно, что наш прогресс может внести значительный вклад в более устойчивый процесс производства топлива, если мы включим возобновляемую энергию в цепочку преобразования CO 2 в авиационное топливо для реактивных двигателей в качестве дополнительной движущей силы для неизбежного и крайне необходимого перехода к круговой экономии топлива. сосредоточено на использовании возобновляемых источников CO 2 .

В рамках экономики реактивного топлива CO 2 Экономика замкнутого цикла «Товары» (здесь топливо для реактивных двигателей) постоянно перерабатываются в закрытой среде, что сохраняет природные ископаемые ресурсы и сохраняет окружающую среду, а также, конечно, создает значительные количество новых рабочих мест, новых экономик и новых рынков.

На рис. 6 мы пытаемся показать сравнение линейной экономики авиационного реактивного топлива и циклической экономики авиационного реактивного топлива. В последнем случае Green H 2 получают из возобновляемых источников энергии, а CO 2 напрямую преобразуют в топливо для авиационных реактивных двигателей с использованием наших новых катализаторов с CO 2 , улавливаемых из атмосферы («Улавливание воздуха»).Обратите внимание на фундаментальное различие между линейной экономикой реактивного топлива по сравнению с CO 2 и замкнутой экономикой реактивного топлива, где весь последний процесс представляет собой замкнутый цикл и, следовательно, нейтральный процесс CO 2 . Этот CO 2 Экономика замкнутого цикла для авиации, несомненно, может придать импульс во всем мире не только к крупному экономическому развитию стран, но и к достижению целей ООН в области устойчивого развития.

Рис. 6

, иллюстрирующий различия между ( a ) линейной экономией авиационного реактивного топлива и ( b ) круговой экономией авиационного реактивного топлива.

Углеродное преобразование —

Ряд компаний, занимающихся конверсией углерода, сейчас выходят на рынок или готовятся к этому. Производимые материалы включают различные формы углерода, такие как графен и углеродные нанотрубки, углеродные добавки к различным полимерам, бикарбонат натрия (пищевая сода) и цемент из карбоната кальция. Нас особенно интересуют углеродные материалы, которые можно было бы использовать в больших количествах в основных отраслях промышленности, таких как строительный бетон, 3D-печать из полимеров (пластиков) и транспортное производство (автомобили, самолеты, лодки, поезда и т. д.).).


Преобразование CO2 в графен

Одна из самых интересных технологий, которая сейчас находится в стадии разработки, превращает CO2 в графен, один из самых тонких известных материалов, толщиной в один атом (в миллион раз тоньше человеческого волоса), самое прочное обнаруженное соединение (в 100-300 раз прочнее человеческого волоса). чем сталь), самый легкий из известных материалов (на один квадратный метр приходится около 0,77 миллиграмма) и гибкий.

Графен также непроницаем для молекул и обладает чрезвычайно высокой электро- и теплопроводностью.Графен позволяет электронам течь намного быстрее, чем кремний. Это также прозрачный проводник, исключительным образом сочетающий в себе электрические и оптические функции. Графен доступен для химической модификации с потенциалом для широкого спектра применений, от электроники до композитных материалов.


Saudi Aramco: Преобразование CO2 для использования в качестве добавки к полимерам

Используя запатентованный катализатор, технология полиолов Converge использует двуокись углерода (CO2), вызывающую парниковый эффект, и объединяет ее с обильным углеводородным сырьем для создания высокоэффективных полиолов для повседневного использования: покрытия для бытовой техники, потребительские и промышленные клеи, изоляционные материалы, автомобильная промышленность. и медицинские приложения, упаковка для пищевых продуктов и многое другое.

Полиолы Converge, содержащие до 50 % CO2 по массе, имеют значительно сниженный углеродный и энергетический след. По сравнению с другими обычными полиэфирными и полиэфирными полиолами, полиолы Converge имеют примерно треть углеродного следа и еще большее снижение по сравнению с акриловыми, эпоксидными или обычными поликарбонатными полиолами.

Например, полиолы Converge®, содержащие до 50% по весу отходов CO2, являются ключевым ингредиентом в производстве пенополиуретанов, как жестких, так и гибких, обычно используемых в самых разных сферах строительства и комфорта.Эти пены обеспечивают важные эксплуатационные характеристики, такие как теплоизоляция, структурная целостность, амортизация или изоляция от шума и вибрации.

Полиолы Converge

представляют собой более экологичный вариант по сравнению с обычными полиолами, повышая механическую прочность, отвечая строгим требованиям к воспламеняемости, уменьшая содержание антипиренов или обеспечивая лучший баланс комфорта и долговечности при минимальной плотности.


Преобразование метана в полимер


Компания Newlight разработала, запатентовала и коммерциализировала технологию улавливания углерода, которая сочетает выбросы воздуха с выбросами метана для производства пластикового материала под названием AirCarbon.По весу, в своей основной форме, AirCarbon примерно на 40% состоит из кислорода из воздуха и на 60% из углерода и водорода из захваченных углеродных выбросов.

Процесс производства AirCarbon начинается с концентрированных выбросов углерода на основе метана, которые в противном случае стали бы частью воздуха, а не с ископаемого топлива, которое в противном случае оставалось бы под землей, включая выбросы метана, связанные с воздухом, от ферм, водоочистных сооружений, свалок и энергетические объекты.

Из-за высокого потенциала улавливания тепла и превосходной термодинамики метана по сравнению с двуокисью углерода основное внимание компании уделяется секвестрации парниковых газов на основе метана, которые в 20 раз сильнее улавливают тепло, чем двуокись углерода (улавливание двуокиси углерода в 20 раз). заводы потребуются, чтобы соответствовать воздействию 1 завода по улавливанию метана).В настоящее время Newlight использует разработанную компанией технологию биоконверсии парниковых газов в пластик для производства пластмасс из воздуха и выбросов парниковых газов, содержащих метан, образующихся на ферме.


Преобразование CO2 в бикарбонат натрия (пищевую соду) и другие продукты

Технология

Carbonfree Chemicals преобразует выбросы углерода из дымовых газов в химические вещества, которые можно использовать во многих отраслях промышленности. Выбросы CO2 можно улавливать и хранить в виде углеродоотрицательных продуктов, таких как бикарбонат натрия (пищевая сода), а завод также производит соляную кислоту, едкий натр и бытовой отбеливатель.

Расположенная в Сан-Антонио, штат Техас, компания Carbonfree Chemicals, как ожидается, будет улавливать 75 000 тонн ежегодно выделяемого CO2 на угольном заводе Capitol Aggregates Cement и компенсировать еще 225 000 тонн ежегодных выбросов CO2 в США за счет поставок на рынок химикатов с отрицательным выбросом CO2. и вытеснение продуктов с интенсивным выбросом CO2. Этот процесс также удаляет ртуть, металлы, диоксид серы, оксиды азота и твердые частицы, а также возвращает чистый воздух и чистую воду.

Carbonfree Chemicals производит пригодные для продажи продукты из соляной кислоты, каустической соды, пищевой соды (бикарбоната натрия) и отбеливателя, которые могут продаваться по контрактам на поставку химикатов и приносить годовой доход даже без активного кредитного рынка CO2.

Процесс SkyMine® требует на 30 % меньше энергии для удаления CO2, чем более распространенная технология улавливания CO2 на основе аминов, благодаря которой Министерство энергетики США (2009-2010 гг.) наградило 28 миллионов долларов США за разработку этого первого коммерческого повторно использовать коммерческий проект SkyMine®. Это был самый крупный грант из шести проектов повторного использования углерода, финансируемых в рамках Закона о восстановлении и реинвестировании США, и единственный завершенный. При проектировании и строительстве завода создано более 250 рабочих мест.За время эксплуатации есть постоянные рабочие места на заводе и еще 200+ постоянных рабочих мест в местном хозяйстве.


Преобразование CO2 для использования в системе карбонатно-кальциевого цемента

Процесс Calera по сокращению выбросов CO2 включает в себя улавливание газообразного CO2 из промышленных источников выбросов и преобразование CO2 в цементную систему на основе карбоната кальция, которая используется для производства различных ценных продуктов. Calera концентрируется на производстве строительных материалов, уделяя особое внимание инновационным продуктам из новой цементной системы Calera.Процесс Calera удаляет CO2 из источников выбросов путем преобразования газа в твердую форму карбоната кальция, тем самым постоянно изолируя CO2. Процесс Calera уникален благодаря технологии улавливания и преобразования CO2, которая превращает CO2 в прибыльное сырье. Решение Calera CO2 сочетает экологическую устойчивость с экономической устойчивостью.

Улавливание углерода после сжигания на основе карбоната натрия с использованием троны в качестве основного сырья для сорбента — Исследовательский портал Университета Абердина

@article{ebc2965d584e4646a67281763841b372,

title = «Улавливание углерода после сжигания на основе карбоната натрия с использованием трона в качестве основного сырья для сорбента «,

abstract = «В стремлении к переходу технологий на устойчивые, экологически безопасные процессы технология улавливания углерода после сжигания признана своевременным вариантом смягчения последствий.В этой статье представлена ​​разработка нового процесса улавливания углерода после сжигания на основе карбоната натрия с использованием карбонатного минерала трона (тринатрий гидрокарбонат дигидрат) в качестве основного источника сырья для сорбента. Энергетический штраф – доля энергии, затраченная на улавливание CO2, по отношению к произведенной чистой энергии – служит основным показателем эффективности. Исследования корреляционной взаимосвязи между штрафом за энергию в зависимости от эффективности улавливания проводятся путем модернизации процесса до эталонной угольной электростанции мощностью 600 МВт.Энергетический штраф глобальной системы имеет отчетливый локальный минимум 3,99 %, что соответствует эффективности улавливания CO2 90,00 % и чистоте CO2 на выходе 99,90 %. Индекс удельного первичного потребления энергии для предотвращения выбросов CO2 (SPECCA), соответствующий этому минимуму, оценивается как SPECCA = 0,514 МДж/кг CO2–1. Анализ чувствительности воздействия все более высоких объемных долей SO2 в дымовых газах ySO2 показывает, что эффективность улавливания практически не снижается при температурах прокаливания 190 ≤ T ≤ 280 ◦C и ySO2 в диапазоне от 0.от 50 до 0,70 %. В то время как коммерчески доступная технология улавливания CO2 является энергоемкой и склонной к разложению сорбента, разработанный процесс сохраняет высокую эффективность улавливания петлевых циклов на основе оксида кальция при низких рабочих температурах и устраняет предрасположенность сорбентов на основе аминов, используемых в схемах скрубберного улавливания, к истощению из-за на присутствие SO2 во входном потоке дымовых газов. Можно сделать вывод, что процессы улавливания после сжигания на основе карбоната натрия являются конкурентоспособной альтернативой существующим технологиям улавливания CO2.»,

keywords = «улавливание углерода, циклический процесс карбоната, Трона, карбонат натрия, бикарбонат натрия, ТЭО, ИЗВЕСТНЯК, Улавливание CO2, CCS, Процесс циклического образования карбоната, ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ, Карбонат натрия, Бикарбонат натрия, СИСТЕМЫ, Улавливание углерода, ПРОЦЕСС ПЕТЛИ КАЛЬЦИЯ»,

автор = «Фабио Фуркас и Ванаван Прагот, Рикардо Чакартеги и Вахид Афзал»,

год = «2020»,

месяц = ​​март,

день = «15»,

doi = » 10.1016/j.enconman.2020.112484″,

language = «English»,

volume = «208»,

journal = «Energy Conversion and Management»,

issn = «0196-8904»,

издатель = «Elsevier Limited»,

}

Оксиды и карбонаты углерода | Введение в химию

 

Цель обучения
  • Обсудите химические свойства оксоуглеродных соединений.

Ключевые моменты
    • Оксид углерода — простейший оксид углерода, состоящий из одного атома углерода, связанного с атомом кислорода.Он очень токсичен.
    • Углекислый газ представляет собой линейное соединение, состоящее из атома углерода, связанного с двумя атомами кислорода. Он существует преимущественно в виде газа и является продуктом метаболизма человека.
    • Углекислый газ растворим в воде, в которой легко и обратимо превращается в угольную кислоту. Сопряженные основания угольной кислоты известны как ионы бикарбоната и карбоната.
    • Карбонаты – это соли угольных кислот. Они образуются, когда положительно заряженный ион металла вступает в контакт с атомами кислорода карбонат-иона.Эти соединения часто нерастворимы в воде и проявляют некоторый уровень щелочности или кислотности в водных растворах.

Термины
  • центросимметричный Имеющий центр симметрии.
  • оксоуглерод Соединение, содержащее только атомы углерода и кислорода.
  • оксидБинарное химическое соединение кислорода с другим химическим элементом.

Свойства оксидов углерода

Оксиды углерода, или оксоуглероды, представляют собой класс органических соединений, содержащих только углерод и кислород.Самыми основными оксоуглеродами являются монооксид углерода и диоксид углерода. Известны многие другие стабильные и метастабильные оксиды углерода, но они встречаются редко.

Угарный газ

Простейшим оксоуглеродом является монооксид углерода (СО). Угарный газ — бесцветный газ без вкуса, немного легче воздуха. Он токсичен для людей и животных при обнаружении в более высоких концентрациях, несмотря на то, что он вырабатывается в процессе метаболизма и, как считается, выполняет некоторые биологические функции.

Угарный газ Угарный газ стабилизируется тремя различными резонансными структурами. Первая резонансная структура является наиболее важной.

Монооксид углерода состоит из одного атома углерода и одного атома кислорода, соединенных тройной связью. Расстояние между атомом углерода и кислорода составляет 112,8 пм, что согласуется с наличием тройной связи. Энергия разрыва связи CO составляет 1072 кДж / моль и представляет собой самую сильную из известных химических связей. СО имеет три резонансные структуры, но структура с тройной связью является наилучшим приближением к реальному распределению электронной плотности в молекуле.

CO естественным образом вырабатывается человеческим организмом в качестве сигнальной молекулы. Нарушения в его метаболизме связаны с различными заболеваниями, включая гипертонию и сердечную недостаточность. CO присутствует в атмосфере в небольших количествах, в основном в результате сжигания ископаемого топлива и пожаров. В результате естественных процессов в атмосфере он в конечном итоге окисляется до двуокиси углерода (CO 2 ).

Углекислый газ

Углекислый газ, или CO 2 , представляет собой встречающееся в природе линейное соединение, состоящее из двух атомов кислорода, ковалентно связанных с атомом углерода.Две связи C = O эквивалентны и короткие (116,3 мкм), что соответствует двойной связи. Соединение центросимметрично и поэтому не имеет чистого диполя. CO 2 бесцветный; при высоких концентрациях он имеет резкий кислый запах, а при более низких концентрациях не имеет запаха. При стандартной температуре и давлении его плотность составляет 1,98 кг/м 3 , что примерно в 1,5 раза больше, чем у воздуха. Не имеет жидкого состояния при давлении ниже 520 кПа; при 1 атм газ осаждается непосредственно в твердое вещество при температуре ниже -78.5°C, а выше этой температуры твердое вещество непосредственно переходит в газ. Твердый CO 2 известен как сухой лед.

Двуокись углерода Центральный атом углерода соединен с двумя атомами кислорода двойными связями в линейной структуре. Молекула не имеет чистого дипольного момента, потому что она центросимметрична.

Углекислый газ в атмосфере Земли в настоящее время присутствует в средней концентрации около 390 частей на миллион по объему. Концентрация газа имеет тенденцию падать весной и летом на севере, когда растения потребляют газ (в процессе фотосинтеза), и повышаться осенью и зимой, когда растения впадают в спячку, разлагаются или умирают.CO 2 является конечным продуктом метаболизма организмов в процессе клеточного дыхания, при котором энергия получается при расщеплении сахаров, жиров и аминокислот. Несмотря на то, что организм человека производит примерно 2,3 фунта углекислого газа в день, он считается токсичным, а концентрация до 10 процентов может вызвать удушье.

Угольная кислота и сопряженные с ней основания

Углекислый газ растворим в воде; он обратимо превращается в угольную кислоту (H 2 CO 3 ).Соли угольных кислот называются карбонатами и характеризуются ионом карбоната, CO 3 2-. Ион карбоната является простейшим оксоуглеродным анионом, состоящим из одного атома углерода, окруженного тремя атомами кислорода в тригональной плоской конфигурации. Структура Льюиса карбонат-иона имеет две одинарные связи с отрицательными атомами кислорода и одну короткую двойную связь с нейтральным кислородом. Однако эта структура несовместима с наблюдаемой симметрией иона, из чего следует, что три связи и атомы кислорода эквивалентны .Симметрия лучше всего может быть представлена ​​тремя резонансными структурами.

Ион карбоната Ион карбоната имеет три резонансные структуры. Истинная структура карбоната представляет собой среднее значение этих трех резонансных структур.

В водных растворах карбонат, бикарбонат (HCO 3 ), диоксид углерода и угольная кислота находятся в равновесии. В сильноосновных условиях преобладает ион карбоната, а в слабоосновных — бикарбонат-ион.В кислых условиях водная форма CO 2 (водн.) является основной формой и находится в равновесии с угольной кислотой — равновесие строго направлено в сторону двуокиси углерода.

Карбонатные соли

Карбонаты металлов обычно разлагаются при нагревании с выделением двуокиси углерода и оставлением оксида металла. Ионные соединения образуются, когда положительно заряженный ион металла М + присоединяется к отрицательно заряженным атомам кислорода карбонат-иона. Большинство солей нерастворимы в воде с константами растворимости (K sp ) менее 1 x 10 -8 , за исключением карбонатов лития, натрия, калия и аммония.

Карбонат натрия является щелочным при растворении в воде (это означает, что при растворении получается щелочной раствор), а бикарбонат натрия является слабощелочным. Эти эффекты можно объяснить, если учесть, что при растворении и последующей диссоциации соли на ее ионы ионы карбоната или бикарбоната будут реагировать с H + в растворе с образованием H 2 CO 3 (который имеет низкую K значение – т.е. слабая кислота). С другой стороны, углекислый газ слабокислотный (получается слегка кислый раствор) при растворении в воде.Это потому, что он реагирует с водой с образованием H 2 CO 3 , небольшое количество которого диссоциирует на H + и ион бикарбоната.

Хотя карбонатные соли большинства металлов нерастворимы в воде, это не относится к бикарбонатным солям. При изменении температуры или давления, а также в присутствии ионов металлов с нерастворимыми карбонатами равновесие между карбонатом, бикарбонатом, углекислым газом и угольной кислотой в воде может привести к образованию нерастворимых соединений.Это является причиной образования накипи внутри труб из-за жесткой воды.

 

Показать источники

Boundless проверяет и курирует высококачественный контент с открытой лицензией со всего Интернета. Этот конкретный ресурс использовал следующие источники:

%PDF-1.5 % 1 0 объект> эндообъект 2 0 объект> эндообъект 3 0 объект> эндообъект 4 0 объект поток конечный поток эндообъект внешняя ссылка 0 5 0000000000 65535 ф 0000000016 00000 н 0000000075 00000 н 0000000120 00000 н 0000000210 00000 н трейлер ]>> startxref 3379 %%EOF 1 0 объект> эндообъект 2 0 объект> эндообъект 3 0 объект> эндообъект 5 0 объект null эндообъект 6 0 obj>/Font>/ProcSet[/PDF/Text]/ExtGState>>>>> эндообъект 7 0 объект> эндообъект 8 0 объект> эндообъект 9 0 объект> эндообъект 10 0 объект>поток HLU{pNwzNe[d,Kdɲ[email protected][v(BGfH)$4LaڦL$w%h{~.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.