Изучение некоторых особенностей адсорбции брома из растворов четыреххлористого углерода на техническом углероде

Краткое сообщение _____________________________________________________ Максимов Д.А., Мосолов В.В. и Дорожкин В.П.

Размещено на http://www.allbest.ru/

32 _________________ http://butlerov.com ______________________________________ ©-- Butlerov Communications. 2006. Vol.8. No.3. 31.

Тематический раздел: Физико-химические исследования. ___________________________________________ Краткое сообщение

Подраздел: Неорганическая химия. Регистрационный код публикации: 6-8-3-31

©--Бутлеровские сообщения. 2006. Т.8. №3. _________________________ г. Казань. Республика Татарстан. Россия. ___________________ 31

Нижнекамский химико-технологический институт

Казанского государственного технологического университета

ИЗУЧЕНИЕ НЕКОТОРЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ АДСОРБЦИИ БРОМА ИЗ РАСТВОРОВ ЧЕТЫРЕХХЛОРИСТОГО УГЛЕРОДА НА ТЕХНИЧЕСКОМ УГЛЕРОДЕ

Максимов Денис Александрович,

Мосолов Вячеслав Васильевич

и Дорожкин Валерий Петрович

Резюме

Исследованы некоторые особенности адсорбции брома из растворов четыреххлористого углерода на техническом углероде. Установлено, что адсорбция брома мало зависит от температуры процесса, начиная с 35 °С. Сам процесс практически завершается в течение первых 5 минут. Предполагаемый механизм адсорбции носит физический характер, а адсорбированный бром довольно лабилен.

Ключевые слова: адсорбция, бром, технический углерод.

Введение

В настоящее время довольно актуальным направлением в химической модификации полимеров является получение галогенированных полимеров, которые могут быть использованы в резиновой и шинной промышленности, в частности, галобутилкаучуки используются для изготовления автомобильных камер, боковин радиальных шин, изделий медицинского назначения, клеев и т.д. При наиболее распространенных способах получения галогенированных полимеров основными стадиями процесса являются: растворение исходного полимера, галогенирование газообразным хлором в смеси с азотом или раствором брома в соответствующем растворителе, нейтрализация кислых соединений галогена, выделение галогенированного полимера, его стабилизация [1].

Условия проведения второй стадии процесса - галогенирования, могут в некоторой степени регулироваться для насыщенных полимеров и ненасыщенных каучуков.

Так, например, полиэтилен хлорируют в широком интервале температур от -30 до 140 С, хлорирование бутилкаучука, как и полиизопрена, проводят от 0 до 100 С [2].

При хлорировании бутилкаучука необходимо строго дозировать количество хлора, что является весьма затруднительным при осуществлении процесса, избыток хлора против оптимального количества приводит к частичной деструкции каучука [3]. Следует отметить, что галогенирующие агенты являются высокотоксичными и агрессивными реагентами, требующих специальных мер по технике безопасности как при их доставке к месту проведения процесса, так и во время его проведения.

Поэтому были разработаны альтернативные способы галогенирования, наиболее актуальным из которых оказался твердофазный [4, 5].

Данный способ включает ряд стадий, в одной из которых на технический углерод, перед вводом в эластомер, наносится галоген из растворителя. Отсюда вытекает необходимость установления характера взаимодействия галогена с техническим углеродом.

Результаты и дискуссия

В качестве объекта исследования была выбрана активная сажа П-245, как наиболее часто применяемый компонент в соответствующих смесях (табл. 1).

Табл. 1

Свойства техуглерода марки П-245 [6]

Табл. 2

Изменение оптической плотности растворов во времени при различных температурах

Изучение адсорбции брома на техническом углероде осуществлялось по следующей методике: в мерную колбу приливали 50 мл четыреххлористого углерода и 1 мл брома. В кювету насыпали образец технического углерода массой 2 г. Приготовленный раствор в объеме 12 мл осторожно переливался по стенке кюветы, чтобы не вызвать помутнения крошкой технического углерода.

Далее кювету помещали в прибор КФК-2, откалиброванный по дистиллированной воде. Показания снимали через каждые 5 минут при длине волны в видимом спектре с длиной волны 590 нм.

Для выявления влияния температуры раствора на величину светопропускания использовали термостати-рование. Температуру изменяли в пределах 35-55 С с шагом в 5 С (табл. 2).

Оптическая плотность связана с концентрацией согласно выражению, вытекающему из закона Бугера-Ламбера-Бера: , где и - соответственно молярный коэффициент поглощения, концентрация брома и длина кюветы.

Используя выражение для адсорбции из растворов: , где m - масса адсорбента, V - объем раствора, а также условия проведения эксперимента, показатели по оптической плотности растворов (табл. 2) были преобразованы в следующие табличные и графические данные (табл. 3, рис. 1).

Табл. 3

Результаты расчетов по экспериментальным данным, снятым при различных температурах исследуемого раствора

Рис. 1 Зависимость адсорбции брома на техническом углероде 1 - 25 С; 2 - 35 С, 3 - 40 С; 4 - 45 С, 5 - 50 С; 6 - 55 С

углерод галогенированный полимер бром

Из приведенных графиков зависимости адсорбции от времени видно, что характер адсорбции практически не меняется при повышении температуры выше 35 °С (кривые 2-6, рис. 1), имея характерную для мономолекулярной адсорбции крупного неполярного адсорбтива форму. Сам процесс практически завершается в первые 5 минут.

Кривая адсорбции 1 (рис. 1), снятая при 25 °С, так же свидетельствует в пользу этого предположения. Для нее адсорбционное насыщение (пологая часть кривой) наступает позднее и достигает более высокого максимального равновесного значения при времени 70-75 минут.

Следовательно, скорость процесса адсорбции слабо зависит от температуры, а это в свою очередь это дает основания для предположения о низкой энергии активации и преобладании в данном диапазоне температур физической составляющей изученного процесса адсорбции.

Технический углерод, полученный в результате обработки раствором брома, в дальнейшем используется для приготовления резиновых смесей.

Ранее нами было показано, что остаток после экстракции гексаном и трихлорметаном сажекаучуковых смесей на основе обработанного бромом техуглерода, содержит все количество брома, введенного в композицию [7], т.е. характер связывания брома при его смешении изменяется в сторону упрочнения. Высокие физико-механические показатели цинкоксидных вулканизатов, приготовленных на основе бутилкаучука и технического углерода, обработанного брома, позволяют утверждать, что связь брома с сажекаучуковой структурой приобретает химический характер.