Предложен интересный способ совмещения сжигания ПХБ-содержащих материалов с доменным процессом²¹. Как и в цементных печах, здесь удачно решается проблема рекуперации тепла, а образующиеся кислые газы связываются известняком, используемым в качестве флюса.

     Наиболее высокая эффективность сжигания твердых ПХБ-содержащих отходов достигается в специальных печах, состоящих из трех последовательно соединенных реакционных узлов: вращающейся печи, печи дожига и камеры сгорания газообразных продуктов. Такие установки пригодны для сжигания материалов. В описанном варианте их применяют для сжигания бытового мусора, а жидкие ПХБ-содержащие отходы можно подавать непосредственно в камеру дожига. В качестве топлива для сжигания любых ПХБ-содержащих отходов можно использовать газ, нефтепродукты или уголь. В большинстве случаев отходящие кислые газы поглощаются в двух последовательно соединенных скрубберах, орошаемых водой и водным раствором щелочи. Иногда для связывания кислых газов в исходную смесь добавляют известняк. Для интенсификации процесса в камере сгорания может быть установлен режим кипящего слоя, однако температура плавления применяемого в этом случае инертного материала накладывает определенные ограничения на условия сжигания. Например, температура плавления песка составляет 1100°С^19,29,32.

     Печи сжигания можно объединять в единый агрегат с каким-либо узлом, потребляющим тепло. Так, известны примеры сжигания ПХБ-содержащих масел в котлоагрегатах, для обогрева алюминиевых печей, получения дополнительного тепла в процессе приготовления извести. Методы сжигания очень удобно использовать при создании мобильных систем, предназначенных для переработки локальных источников загрязнений ПХБ на трейлерах и океанских судах.

     Главным недостатком методов сжигания является опасность образования в процессе окислительной деструкции ПХБ высокотоксичных ПХДД и ПХДФ. В ряде случаев отмечено отсутствие среди продуктов сгорания ПХДД и ПХДФ, и эти данные подтверждаются кинетическими и термодинамическими расчетами, согласно которым при температурах выше 1200°С и временах контакта более 2 с эти соединения не должны образовываться. Тем не менее в реально действующих высокопроизводительных установках трудно обеспечить идеальное функционирование реакторов сгорания, т.е. равномерную температуру во всем объеме камеры и одинаковую продолжительность пребывания в реакционной зоне всех частиц реакционного потока. Поэтому всегда существует вероятность образования высокотоксичных ПХДД и ПХДФ. Большую равномерность температурного поля в камере сгорания, по-видимому, можно обеспечить, используя технику кипящего слоя или проводя процесс в расплаве инертного материала, например стекла^15,19,28.

      Полное подавление образования ПХДД и ПХДФ достигается при сжигании ПХБ в атмосфере кислорода и водяного пара.

     Одним из недостатков процессов сжигания является низкая избирательность, в связи с этим их использование для деструкции ПХБ вполне оправдано лишь при достаточно высоком содержании последних в обезвреживаемых материалах³³.

     Среди других недостатков процессов сжигания можно отметить высокую стоимость, дополнительный расход топлива, быстрый износ оборудования в условиях агрессивных сред (Cl₂ и HCl) и высоких температур, а также необратимую потерю углеводородной составляющей. Последний недостаток имеет принципиальный характер, поскольку общая стратегия развития мировой технологии нацелена на создание ресурсосберегающих производств.

     Применение катализаторов позволяет заметно снизить температуру процесса и, следовательно, уменьшить капитальные и энергетические затраты²⁹. Примечательно, что в условиях катализа ПХДД и ПХДФ не образуются, а эмиссия оксидов азота значительно понижается. В качестве катализаторов используют RuО₂,Cr₂О₃/ Al₂О₃, CuО/Al₂О₃,Co₃О₄, смешанные контакты CuCr₂О₄, Pt-Pd и хлориды металлов на пористом инертном носителе, способные превращаться в соответствующие оксиды при нагревании на воздухе. Несмотря на обнадеживающие результаты, систематические исследования закономерностей каталитических процессов окисления ПХБ отсутствуют, и это затрудняет оценку перспективы их применения.

     Обезвреживание ПХБ методом озонирования испытано на примере водных растворов этих токсикантов^19,33. При обычных температурах степень разрушения ПХБ достигает 97.0-99.4%. Ускорению процесса способствуют УФ-облучение и добавление в раствор гидроксида калия. Этот метод представляет интерес для детоксикации сточных вод, так как одновременное озонирование обеспечивает их обеззараживание.

 

ГЛАВА 2 
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

     Цель  эксперимента – инициировать цепную реакцию электрохимически или перекисью.

     В случае электрохимического инициирования  идут следующие процессы: циклогексанон (акцептор электронов) принимает электрон с электрода

     

     Дальше  реакция идет, как и в случае фотохимического инициирования:

(28) 
  (29) 
(30) 
(31) 
Протекает цепная реакция.

     В случае инициирования перекисью  бензоила, перекись распадается при  нагревании с выделением СО₂ и образуется финильный радикал, который и инициирует разложение совтола. Идет аналогичный цепной процесс. Температура кипения реакционной смеси (циклогексанол) ~160^°С. При такой температуре за 2 часа распадается более 99% перекиси.

 

2.1 Опыт №1  
(электрохимическое инициирование, Е=2В)

 

     Методика

     Оборудование: штатив, 3-хгорлая колба, плитка, выпрямитель напряжения, электроды, обратный холодильник, установка для патенциометрического титрования, весы, стаканы, колбы.

     Реактивы: совтол-10 0,26 г, циклогексанол 40 мл, циклогексанон 10 мл, КОН 0,2 г, 0,01Н р-р NaCl, р-р AgNO₃.

     Ход работы: в стакан внес 0,26 г совтола, добавил 40 мл циклогексанола, перемешивал, до получения однородного раствора. Перенес раствор в круглодонную колбу. Стакан ополоснул 10 мл циклогексанона и перенес раствор в круглодонную колбу. В чашке петри измельчил гранулы КОН, взвесил на весах 0,4 г порошка КОН и перенес в круглодонную колбу. Перемешал. Подключил электроды и обратный холодильник. Внес в колбу центры кипения. Включил нагрев. После закипания реакционной смеси (Т_кип~160°С) подал на электроды напряжение 2 В. Кипятил реакционную смесь 2 ч. После, охладил до комнатной температуры. Из полученного в колбе раствора экстрагировал Cl¯ водой (100 мл Н₂О). Из экстракта отобрал пробу 10 мл. Довел раствор до pH=3 раствором HNO₃. Добавил ацетон и титровал стандартизированным раствором AgNO₃ (0.0045 Н). 

 

      Результаты измерений:

Таблица 1. Титрование Cl¯ р-ром AgNO₃. Опыт №1.

 

График 1. Зависимость  Е р-ра от V(AgNO₃). Опыт №1.

 

     Рассчеты:

     Теоретический выход хлора:

     Совтол-10 состоит на 90 % из пентахлорбифенилов(биPh) и на 10% из трихлорбензола(Ph).

     n(биPh)=m/M=0.26*0.9/326.5=7.2*10^-4 моль

     n(Ph)=m/M=0.26*0.1/181.5=1.4*10^-4 моль

     n_{теоретич}(Cl¯)= n(биPh)*5+ n(Ph)*3=4*10^-3 моль

     Практический  выход хлора:

     V(AgNO₃)=0,8 мл.

     C₁V₁=C₂V₂;     C(Cl¯)V(Cl¯)=C(AgNO₃)V(AgNO₃)

     C(Cl¯)*10мл=0,0045Н*0,8мл

     C(Cl¯)=3,6*10^-4Н

     n_{практич}(Cl¯)=cV=3,6*10^-4Н*0,1л=3,6*10^-5

     η₁(Cl¯)= n_{практич}/ n_{теоретич}=3,6*10^-5/4*10^-3=9*10^-3 (0,9%)

     Выход получился меньше 1%. Для эффективного обезвреживания пхб, выход по хлору  должен приближаться к 100%.

     Далее проверим зависимость выхода хлора  от напряжения, повысив напряжение в 10 раз.

2.2 Опыт №2  
(электрохимическое инициирование, Е=22В)

 

     См. Опыт №1.

     Напряжение  увеличил до 22 В.

     Результаты измерений:

Таблица 2. Титрование Cl¯ р-ром AgNO₃. Опыт №2.

 

График 2. Зависимость  Е р-ра от V(AgNO₃). Опыт №2.

 

     Рассчеты:

     Практический  выход хлора:

     V(AgNO₃)=0,55 мл.

     C₁V₁=C₂V₂;     C(Cl¯)V(Cl¯)=C(AgNO₃)V(AgNO₃)

     C(Cl¯)*10мл=0,0045Н*0,55мл

     C(Cl¯)=2,5*10^-4Н

     n_{практич}(Cl¯)=cV=2,5*10^-4Н*0,1л=2,5*10^-5

     η₂(Cl¯)= n_{практич}/ n_{теоретич}=2,5*10^-5/4*10^-3=6*10^-3 (0,6%)

2.3 Опыт №3  
(электрохимическое инициирование, Е=2В, инертная атмосфера)

 

     См. Опыт №1.

     Напряжение 2 В. Опыт проводил в инертной атмосфере (15 минут перед нагреванием и до конца опыта через реакционную смесь пропускал ток аргона).

     Результаты измерений:

Таблица 3. Титрование Cl¯ р-ром AgNO₃. Опыт №3.

 
 

 

График 3. Зависимость  Е р-ра от V(AgNO₃). Опыт №3.

 

     Рассчеты:

     Выход хлора:

     V(AgNO₃)=0,42 мл.

     C₁V₁=C₂V₂;     C(Cl¯)V(Cl¯)=C(AgNO₃)V(AgNO₃)

     C(Cl¯)*10мл=0,0045Н*0,42мл