ЗАКОНОМЕРНОСТИ СОПРЯЖЕННОГО ГЕТЕРОФАЗНОГО ХИМИЧЕСКОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ СУЛЬФАТА МЕДИ МЕТОДОМ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЦЕПНЫМИ ГАЗОФАЗНЫМИ РЕАКЦИЯМИ

Abstract

Изучены химические превращения типично ионного соединения – сульфата меди (II) – в условиях воздействия цепной газофазной реакции окисления углеводородов (режим ВЦР). Обнаружены закономерности, указывающие на нетривиальные и сложные принципы (механизм) протекания гетерофазных процессов превращения неорганических соединений в условиях ВЦР. Процесс изучался в проточном режиме осуществления цепной газофазной реакции окисления пропан-н-бутановой смеси в цилиндрическом кварцевом реакторе с помещенным внутри образцом безводного CuSO4. Опыты проводились в широком диапазоне параметров: температуры, времени контакта газофазной реакции (скорости потока), объемного соотношения углеводорода (RH) и кислорода (O2) в исходной газовой смеси (RH:O2), времени экспозиции. В первой части работы экспериментальные результаты и их обсуждение относятся к взаимодействию CuSO4 только с углеводородными газами (нецепное превращение). Во второй части представлены результаты и выводы, относящиеся к процессу воздействия на CuSO4 цепной газофазной реакции окисления углеводородов (цепное сопряженное превращение CuSO4), а также сравнение и анализ закономерностей двух изученных процессов. Показано, что при воздействии цепной химической реакции CuSO4 подвергается интенсивному превращению, вплоть до восстановления в металлическую медь в виде тонкодисперсного порошка. Осуществление процесса методом ВЦР характеризуется существенно пониженными температурами и высокими скоростями протекания реакций, по сравнению с процессом превращения CuSO4 при воздействии только углеводородными газами. Энергия активации процесса при ВЦР-режиме составляет: EВЦР63 кДж/моль, тогда как при воздействии только углеводородом – ERH135 кДж/моль. Расчетами показано, что химические взаимодействия CuSO4 с углеводород-кислородными смесями, реагирующими по цепному механизму, оказываются термодинамически также наиболее выгодными. Установлено, что в зависимости от условий процесса, продуктами превращения могут быть (в том числе селективно): Cu, Cu2O, CuO, 2CuCO3∙Cu(OH)2 с определенными кристаллическими структурами. Определяющее воздействие на ход гетерофазного превращения оказывают параметры, свойственные реакциям, протекающим по цепному механизму, такие как соотношение газофазных реагентов, время контакта и др. Продукты превращения CuSO4, полученные в определенных режимах ВЦР-процесса, обладают парамагнитными свойствами, что может быть использовано для их применения в различных целях (например, при катализе), а также свидетельствует о сложном характере данного радикально-цепного сопряженного процесса.