Изобретение относится к химии, в частности к контролю качества воды, содержащей органические примеси, и может найти применение при количественной оценке свойств органических соединений по отношению к соединениям железа в водных растворах, в частности при определении химической активности органических соединений, способных к образованию комплексных соединений с железом, которые могут образовываться на поверхности железа или в объеме раствора.
Известен способ определения химической активности органических соединений в водных растворах, при котором в водный раствор помещают индикаторную пластину и по изменению внешнего вида покрытия, массы, размеров, структуры и других физических свойств индикаторной пластины, глубине очагов коррозии или изменению состава среды определяют химическую активность водного раствора [1].
Описанный выше способ характеризуется ограниченными функциональными возможностями. В частности, чтобы оценить химическую активность (коррозионные свойства) водной среды при рН 7-8 по изменению массы образца, необходимо осуществлять эксперимент в течение продолжительного времени (несколько недель). В этих условиях можно лишь оценить влияние природных органических соединений на химическую активность водных растворов при значительной концентрации веществ. Концентрирование обеспечивается разными средствами: упариванием исходного раствора, вымораживанием его, однако при этом изменяются физико-химические свойства раствора и соотношение составляющих его примесей.
Для оценки химической активности (коррозионных свойств) водной среды по известному способу, основанному на изменении потенциала индикаторной пластины в водном растворе, при помощи специальных приборов - потенциостатов - снимают поляризационные кривые и выполняют сложные расчеты.
Изобретением решается задача создания способа определения химической активности органических соединений по отношению к соединениям железа в водных растворах, характеризующегося широкими функциональными возможностями при упрощении эксперимента.
Для решения поставленной задачи в способе определения химической активности органических соединений по отношению к соединениям железа в водных растворах, при котором помещают индикаторную пластину в водный раствор и по изменению состава водного раствора определяют химическую активность органического соединения в этом водном растворе, предложено согласно настоящему изобретению использовать три емкости, в две из которых поместить исследуемый водный раствор, а в третью емкость поместить контрольный водный раствор, не содержащий органических примесей, в водные растворы, содержащиеся во второй и третьей емкостях, поместить индикаторные пластины, затем водные растворы в каждой из трех емкостей нагревают до температуры [95÷105]°С, выдерживают при такой температуре в течение [55÷65] минут, охлаждают до температуры [15÷25]°С, фильтруют через мембранный фильтр с размером пор 0,46 мкм, измеряют содержание железа в водных растворах всех трех емкостей, а химическую активность органических соединений водных растворов определяют при помощи коэффициента активности:
ka=ΔFe/Fe1,
где ΔFe=Fe2-Fe1-Fe3
Fe1 - содержание железа в водном растворе первой емкости;
Fe2 - содержание железа в исследуемом водном растворе второй емкости;
Fe3 - содержание железа в водном растворе третьей емкости.
Изобретение поясняется примерами выполнения, результаты которых приведены в трех таблицах и являются экспериментальными данными по содержанию растворимого железа и определению коэффициента активности для водных растворов, содержащих различные добавки.
В частности, в таблице 1 представлены экспериментальные данные по содержанию растворимого железа и определению коэффициента активности ka для водных растворов различных органических веществ. В качестве контрольного водного раствора в примере 1 (а следовательно, и в таблице 1) использована дистиллированная вода.
В таблице 2 приведены экспериментальные данные по содержанию растворимого железа и определению коэффициента активности ka для водных растворов, содержащих ингибитор ИОМС (Ингибитор отложения минеральных солей). В качестве контрольного водного раствора в примере 2, опыты 1÷3 (а следовательно, и в таблице 2), использован водный раствор сульфатов (80 мг/дм3) и хлоридов (20 мг/дм3), доведенный до рН 8,8, а в опытах 4÷6 - исходные пробы воды.
И, наконец, в таблице 3 представлены экспериментальные данные по содержанию растворимого железа и определению коэффициента активности ka для 4%-ного раствора серной кислоты в присутствии различных органических веществ, в частности ингибиторов коррозии. В качестве контрольного раствора в примере 3 (а следовательно, и в таблице 3) использован 4%-ный раствор серной кислоты.
Суть заявляемого способа определения химической активности органических соединений в водных растворах состоит в следующем.
Для реализации способа используют три емкости, в две из которых помещают исследуемый раствор, содержащий органические примеси, а в третью емкость - контрольный водный раствор, не содержащий органических примесей, в качестве которого может быть дистиллированная вода, растворы неорганических соединений или природные водные растворы.
В водные растворы, содержащиеся во второй и третьей емкостях, помещают индикаторные пластины. Выбор материала и размера индикаторной пластины, а также объема раствора, предназначенного для ее помещения, основан на экспериментальных данных, обеспечивающих получение воспроизводимых результатов.
Затем водные растворы в каждой из трех емкостей нагревают до температуры [95÷105]°С, выдерживают при такой температуре в течение [55÷65] минут, охлаждают до температуры [15÷25]°С, фильтруют через мембранный фильтр с размером пор 0,46 мкм, измеряют содержание железа в водных растворах всех трех емкостей, а химическую активность органических соединений водных растворов определяют при помощи коэффициента активности:
ka=ΔFe/Fe1,
где ΔFe=Fe2-Fe1-Fe3;
Fe1 - содержание железа в водном растворе первой емкости;
Fe2 - содержание железа в исследуемом водном растворе второй емкости;
Fe3 - содержание железа в водном растворе третьей емкости.
Известно, что оценить способность органических соединений в водных растворах к взаимодействию с катионами железа (II, III) можно теоретически, по значению константы нестойкости (kн), однако эти значения могут быть получены только для некоторых чистых веществ при определенных условиях. В то время как химическая активность водного раствора определяется рядом факторов и в состав органических реагентов, как правило, входит несколько соединений.
В основу заявляемого способа определения химической активности органических соединений в водных растворах положена оценка свойств индивидуальных органических соединений либо нескольких соединений, присутствующих в водном растворе, по отношению к соединениям железа. В качестве же критерия оценки химической активности органических соединений предложено использовать коэффициент активности ka. Значение ka изменяется в широком диапазоне от -n до +n. При этом можно сделать следующий вывод:
- при прочих равных условиях эксперимента в интервале значений ka в диапазоне от 0 до +n: чем больше значение n, тем в большей степени органическое соединение будет увеличивать химическую активность водного раствора по отношениям к соединениям железа за счет образования растворимых комплексных соединений железа;
- при прочих равных условиях эксперимента в интервале значений ka в диапазоне от -n до 0: чем меньше значение n, тем меньше химическая активность органического соединения к образованию растворимого соединения в водном растворе за счет того, что на поверхности или в объеме раствора образуются нерастворимые железоорганические соединения.
Пример 1.
Суть этого примера заключалась в определении химической активности по содержанию растворимого железа для водных растворов различных органических веществ.
В две емкости помещали исследуемый раствор, в качестве которого использовали различные водные растворы: салициловую кислоту с различным содержанием органического вещества, трилон Б с различным содержанием органического вещества и аминат ДС.
Трилон Б - двузамещенная натриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты.
Аминат ДС - смесь солей фосфоновых кислот.
В третью емкость помещали контрольный раствор, не содержащий органических примесей (дистиллированную воду). Кроме того, во вторую и третью емкости помещали индикаторные пластины.
Затем водные растворы в каждой из трех емкостей нагревали до температуры [95÷105]°С, выдерживали при такой температуре в течение [55÷65] минут, охлаждали до температуры [15÷25]°С, фильтровали через мембранный фильтр с размером пор 0,46 мкм и измеряли содержание железа в водных растворах всех трех емкостей, после чего химическую активность органических соединений водных растворов определяют при помощи коэффициента активности по приведенной выше зависимости.
Результаты исследований примера 1 сведены в таблицу 1.
Экспериментальные данные по содержанию растворимого железа и определению коэффициента активности ka для водных растворов различных органических веществ
Известно, что оценить способность органических соединений в водных растворах к взаимодействию с катионами железа (II, III) можно не только экспериментально в соответствии со способом, описанным в [1], но и по значению константы нестойкости (kн), рассчитанной на основании экспериментальных данных. Однако эти значения константы нестойкости (kн) могут быть получены только для некоторых чистых веществ при определенных условиях.
Известно, что оценить способность органических соединений в водных растворах к взаимодействию с катионами железа (II, III) можно не только экспериментально по способу, описанному в [1], но и теоретически по значению константы нестойкости (kн). Однако эти значения могут быть получены только для некоторых чистых веществ при определенных условиях: чем меньше значение константы нестойкости (kн), тем больше будет химическая активность органических соединений при прочих равных условиях.
Значение константы нестойкости для салициловой кислоты kн (Fe-Sal+)=3,5×10-12, для трилона Б - kн (FeSlta-)=8×10-26.
По значению kн трилон Б будет значительно активнее взаимодействовать с катионами железа (III) с образованием растворимых комплексных соединений, чем салициловая кислота.
Из результатов исследования, представленных в таблице 1, следует, что:
- при одинаковом содержании в водном растворе салициловой кислоты и трилона Б коэффициент активности ka для раствора трилона Б значительно больше, т.е. значение ka коррелирует со значением kн;
- при увеличении концентрации указанных веществ в 3 раза коэффициент активности увеличивается пропорционально.
Так как растворы трилона Б и салициловой кислоты активно взаимодействуют с соединениями железа с образованием растворимых соединений, то они используются для промывки оборудования от отложений, в составе которых - соединения железа.
Реагент «АМИНАТ ДС» является довольно сложным раствором нескольких органических соединений. Для сравнительной оценки свойств органических соединений по значениям kн и ka в качестве эталонных растворов использовались растворы салициловой кислоты и трилона Б с концентрациями 5 и 15 мг/дм3. При сопоставимом содержании общего органического углерода химическая активность АМИНАТ ДС сопоставима с активностью салициловой кислоты (таблица 1, опыты 2, 5).
Таким образом, пример 1 показывает, что заявляемый способ определения химической активности водных растворов позволяет сравнивать физико-химические свойства растворов, содержащих различные органические вещества, при существенном сокращении времени и относительной простоте эксперимента.
Пример 2.
Суть этого примера заключалась в определении химической активности по содержанию растворимого железа для водных растворов, содержащих ИОМС - ингибитор отложения минеральных солей различных органических веществ.
В две емкости помещали исследуемый раствор, в качестве которого использовали различные водные растворы ИОМСа - ингибитора отложения минеральных солей.
В третью емкость помещали контрольный раствор, не содержащий органических примесей (водный раствор сульфатов - 80 мг/дм3 и хлоридов - 20 мг/дм3, доведенный до рН 8,8). Кроме того, во вторую и третью емкости помещали индикаторные пластины.
Затем водные растворы в каждой из трех емкостей нагревали до температуры [95÷105]°С, выдерживали при такой температуре в течение [55÷65] минут, охлаждали до температуры [15÷25]°С, фильтровали через мембранный фильтр с размером пор 0,46 мкм и измеряли содержание железа в водных растворах всех трех емкостей, после чего химическую активность органических соединений водных растворов определяют при помощи коэффициента активности по приведенной выше зависимости.
Результаты исследований примера 2 сведены в таблицу 2.
В приведенном примере 2 определялась химическая активность ИОМС в различных возможных ситуациях:
- при изменении его концентрации в контрольном растворе (опыты 1, 2, 3);
- при одной и той же концентрации, но в различных водных растворах (опыты 1, 4, 5, 6).
Ингибитор отложений минеральных солей (ИОМС) (см. табл.2) - смесь органических фосфорсодержащих комплексов. На практике применение ингибитора в повышенных дозах приводит к отмывке оборудования и трубопроводов от продуктов коррозии.
Из представленных в таблице 2 данных, следует, что:
- с увеличением дозы ингибитора в контрольном растворе значение коэффициента активности ka увеличивается, т.е. с увеличением дозы ингибитора способность к образованию растворимых комплексных соединений с катионами железа (III) возрастает;
- активность ИОМС в природных водах различных водоисточников по отношению к соединениям железа может существенно изменяться: ka принимает значения -0,7; -2,8; -10.
Таким образом, на химическую активность ИОМС существенное влияние оказывают специфические природные органические соединения, способные усиливать или ослаблять действие ИОМС.
Приведенные в таблице 2 данные свидетельствуют о том, что реагент ИОМС способен образовывать растворимые железоорганические комплексные соединения при увеличении его концентрации в растворе, однако при его концентрации, равной 2 мг/дм3, эта способность будет в значительной степени зависеть от свойств водного раствора, в который следует добавить реагент, т.к. ka<0.
При определении указанных свойств другим способом времени потребуется не менее одного года.
Экспериментальные данные по содержанию растворимого железа и определению коэффициента активности ka для водных растворов, содержащих ингибитор (ИОМС)
Пример 3.
Суть этого примера заключалась в определении химической активности по содержанию растворимого железа для водных растворов, содержащих 4%-ный раствор серной кислоты в присутствии различных органических веществ - ингибиторов коррозии.
В две емкости помещали исследуемый раствор, в качестве которого использовали в различных опытах различные водные растворы: уротропин, каптакс, INDAKOR, ALTHOSAN.
Уротропин - гексаметилентетраамин.
Каптакс - 2-меркаптобензтиазол.
INDAKOR - модифицированная триэтаноламиновая соль аминокапроновой кислоты.
ALTHOSAN - алкилдиметилбензиламмоний хлорид.
В третью емкость помещали контрольный раствор, не содержащий органических примесей (4%-ный раствор серной кислоты). Кроме того, во вторую и третью емкости помещали индикаторные пластины.
Затем водные растворы в каждой из трех емкостей нагревали до температуры [95÷105]°С, выдерживали при такой температуре в течение [55÷65] минут, охлаждали до температуры [15÷25]°С, фильтровали через мембранный фильтр с размером пор 0,46 мкм и измеряли содержание железа в водных растворах всех трех емкостей, после чего химическую активность органических соединений водных растворов определяют при помощи коэффициента активности по приведенной выше зависимости.
Результаты исследований примера 3 сведены в таблицу 3.
Ингибирующий эффект оценивают по изменению скорости коррозии в агрессивной среде до и после добавления ингибитора коррозии. Большинство ингибиторов коррозии являются органическими соединениями. По предварительным данным, полученным другими способами с использованием потенциометрических измерений (при прочих равных условиях эксперимента), степень ингибирования каптаксом составляет 99%, а уротропином - 81%.
В условиях лабораторного эксперимента значение коэффициента активности ka каптакса, определенное в соответствии с заявляемым способом, составляет - 44×103, уротротипа - 31×103, т.е. эффективность действия каптакса выше по значению коэффициента активности ka и коррелирует с ранее полученным результатом.
В таблице 3 приведены результаты анализов ингибиторов, предложенных фирмой «Пролак-Е»: активность реагента ALTHOSAN значительно выше, чем реагента INDAKOR. Причем, реагент ALTHOSAN по эффективности ингибирования подобен реагенту каптакс.
При сопоставимом значении коэффициента активности ka (в опытах 3 и 5) требуется значительно меньше реагента ALTHOSAN, т.к. используется объемная концентрация 10% реагента. В то время как расход реагента каптакс составляет 0,02% массовых по 100% сухому веществу.
Таким образом, эффективность новых ингибиторов и их дозы могут быть определены в процессе предложенного эксперимента по значению ka.
Экспериментальные данные по определению коэффициента активности ka для 4%-ного раствора серной кислоты в присутствие различных органических веществ (ингибиторов коррозии)
Как следует из таблиц 1-3, значение ka изменяется в широком диапазоне от -n до +n. При этом можно сделать следующий вывод:
- при прочих равных условиях эксперимента в интервале значений ka в диапазоне от 0 до +n: чем больше значение n, тем в большей степени органическое соединение будет увеличивать химическую активность водного раствора по отношениям к соединениям железа за счет образования растворимых комплексных соединений железа;
- при прочих равных условиях эксперимента в интервале значений ka в диапазоне от -n до 0: чем меньше значение n, тем меньше химическая активность органического соединения к образованию растворимого соединения в водном растворе за счет того, что на поверхности или в объеме раствора образуются нерастворимые железоорганические соединения.
На основании приведенных результатов исследований можно сделать вывод о том, что результаты эксперимента позволяют не только сопоставить предлагаемые реагенты по химической активности, но и выбрать оптимальную дозу реагента.
Выбор оптимальной дозы реагента ALTHOSAN для 6% раствора соляной кислоты (HCl) проиллюстрирован в таблице 4.
Экспериментальные данные по выбору оптимальной дозы реагента ALTHOSAN для 6% раствора HCl
Как следует из таблицы 4, минимальное значение коэффициента активности ka достигается при содержании реагента, равном 0,02 объемных процента. Следовательно, при содержании такого количества реагента коэффициент активности ka принимает минимальное значение и не изменяется при увеличении концентрации реагента в растворе. Следовательно, доза, равная 0,02 объемных процента, - оптимальна.
Заявляемый способ определения химической активности органических соединений по отношению к соединениям железа в водных растворах характеризуется по сравнению с известным аналогичным способом, принятым за прототип, возможностью определения химической активности органических соединений, способных к образованию комплексных соединений с железом, которые могут образовываться как на поверхности железа, так и в объеме раствора, поэтому он может найти широкое практическое применение при решении различных производственных проблем, связанных с очисткой воды.
Заявляемый способ определения химической активности органических соединений по отношению к соединениям железа в водных растворах разработан в химической лаборатории ОАО «Свердловэнерго» и используется для решения различных проблем, связанных с оценкой свойств органических веществ в водной среде.
Полученные результаты подтверждают его работоспособность и широкие возможности применения в будущем.
Литература:
1. ГОСТ 9.905-82. Единая система защиты от коррозии и старения. Методы коррозионных испытаний. Общие требования. Издательство стандартов, 1983 г., с.1, 3÷4.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПЛЕКСООБРАЗУЮЩЕЙ АКТИВНОСТИ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ В ВОДНЫХ СИСТЕМАХ ПО ОТНОШЕНИЮ К СОЕДИНЕНИЯМ ЖЕЛЕЗА(III) ИЛИ МЕДИ(II) | 2017 |
|
RU2657437C1 |
| СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАСТВОРЕНИЯ ОКСИДОВ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ В РАСТВОРАХ, СОДЕРЖАЩИХ КОМПЛЕКСООБРАЗУЮЩИЙ АГЕНТ | 2012 |
|
RU2516274C2 |
| КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ СОЛЕОТЛОЖЕНИЙ И КОРРОЗИИ | 2006 |
|
RU2327650C1 |
| СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ РАСТВОРОВ ОБЕЗЖИРИВАНИЯ, СОДЕРЖАЩИХ АНИОННЫЕ ИЛИ НЕИОНОГЕННЫЕ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА ИЛИ ИХ СМЕСИ | 1991 |
|
RU2101231C1 |
| СПОСОБ ЗАЩИТЫ СТАЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ОТ КОРРОЗИИ В ВОДНЫХ СРЕДАХ | 2012 |
|
RU2499083C1 |
| СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЦИНКА В ВОДЕ | 1998 |
|
RU2125724C1 |
| Способ очистки внутренней поверхности котла | 2017 |
|
RU2640134C1 |
| Способ ведения водно-химического режима и регенерации баромембранной водоподготовительной установки с применением унифицированной коррекционно-отмывочной композиции | 2020 |
|
RU2753350C1 |
| СПОСОБ МОДИФИКАЦИИ КАТИОНООБМЕННЫХ СОРБЕНТОВ | 2017 |
|
RU2668864C1 |
| РЕАГЕНТНЫЕ ИНДИКАТОРНЫЕ БУМАЖНЫЕ ТЕСТЫ (РИБ-ТЕСТЫ) НА ОСНОВЕ ХРОМОГЕННЫХ ИОНООБМЕННЫХ ЦЕЛЛЮЛОЗ И СПОСОБ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ | 1997 |
|
RU2126963C1 |
Изобретение относится к химии, в частности к контролю качества воды, содержащей органические примеси, и может найти применение при количественной оценке свойств органических соединений в водных растворах. Изобретением решается задача создания способа определения химической активности органических соединений в водных растворах. В способе определения химической активности органических соединений в водных растворах, при котором помещают индикаторную пластину в водный раствор и по изменению состава водного раствора определяют химическую активность органического соединения в этом водном растворе, используют три емкости, в две из которых помещают исследуемый водный раствор, а в третью емкость помещают контрольный водный раствор, не содержащий органических примесей, в водные растворы, содержащиеся во второй и третьей емкостях, поместить индикаторные пластины, затем водные растворы в каждой из трех емкостей нагревают до температуры [95÷105]°С, выдерживают при такой температуре в течение [55÷65] минут, охлаждают до температуры [15÷25]°С, фильтруют через мембранный фильтр с размером пор 0,46 мкм, измеряют содержание железа в водных растворах всех трех емкостей, а химическую активность органических соединений водных растворов определяют при помощи коэффициента активности: ka=ΔFe/Fe1,где ΔFe=Fe2-Fe1-Fe3,Fe1 - содержание железа в водном растворе первой емкости; Fe2 - содержание железа в исследуемом водном растворе второй емкости; Fe3 - содержание железа в водном растворе третьей емкости. Достигается расширение функциональных возможностей благодаря объективности оценки свойств среды и упрощение способа. 4 табл.
Способ определения химической активности органических соединений по отношению к соединениям железа в водных растворах, при котором помещают индикаторную пластину в водный раствор и по изменению состава водного раствора определяют химическую активность органического соединения в этом водном растворе, отличающийся тем, что используют три емкости, в две из которых помещают исследуемый водный раствор, а в третью емкость помещают контрольный водный раствор, не содержащий органических примесей, в водные растворы, содержащиеся во второй и третьей емкостях помещают индикаторные пластины, затем водные растворы в каждой из трех емкостей нагревают до температуры (95÷105)°С, выдерживают при такой температуре в течение 55÷65 мин, охлаждают до температуры 15÷25°С, фильтруют через мембранный фильтр с размером пор 0,46 мкм, измеряют содержание железа в водных растворах всех трех емкостей, а химическую активность органических соединений водных растворов определяют при помощи коэффициента активности
ka=ΔFe/Fe1,
где ΔFe=Fe2-Fe1-Fe3;
Fe1 - содержание железа в водном растворе первой емкости;
Fe2 - содержание железа в исследуемом водном растворе второй емкости;
Fe3 - содержание железа в водном растворе третьей емкости.
| Разборный с внутренней печью кипятильник | 1922 |
|
SU9A1 |
| Единая система защиты от коррозии и старения | |||
| Методы коррозионных испытаний общие требования | |||
| Издательство стандартов, 1983 г., с.1, 3-4 | |||
| Способ коррозионных испытаний металлов | 1985 |
|
SU1252709A1 |
| Устройство для исследования биокоррозионной активности морской среды | 1983 |
|
SU1155917A1 |
| СПОСОБ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНГИБИТОРОВ КИСЛОТНОЙ КОРРОЗИИ В НЕВОДНЫХ СРЕДАХ | 1997 |
|
RU2145079C1 |
| Способ определения пористости неметаллических покрытий | 1986 |
|
SU1354069A1 |
