Получение и исследование свойств таллатов металлов

МИНОБРНАУКИ

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Чувашский  Государственный Университет имени  И. Н. Ульянова»

Химико-фармацевтический факультет

Кафедра общей, неорганической и аналитической химии

 

 

 

 

Дипломная работа

На тему:

«Получение  и исследование свойств таллатов металлов»

 

Дипломник:______________________________Егорова  Елена Александровна

Научный руководитель:___________________________к.б.н., Смирнова С.Н.

Заведующий  кафедрой:______________________к.х.н., доцент Лыщикоа А.Н.

Рецензент:___________________________________________Колямшин О.А.

 

 

 

 

Чебоксары- 2012

 

Оглавление

 

Введение                                                                                            

1. Литературный обзор

1.1. Источники  и получение талового масла

1.1.1. Сульфатное  мыло                                                                       6

1.1.2. Получение  сырого таллового масла                                      8

1.1.3. Талловое  масло                                                                      11

1.2. Применение  компонентов талловог масла

1.2.1. Сырое талловое  масло                                                           19

1.2.2. Талловая канифоль                                                                  21

1.2.3. Таловые  жирные кислоты                                                    23

1.2.4. Дистиллированное  талловое масло                                        26

1.2.5. Легкое талловое  масло                                                           28

1.2.6. Нейтральные  вещества сульфатного мыла                         29

1.3. Сиккативы  на основе таллового масла                        

1.3.1. Сиккативы                                                                                31

1.3.2. Способы  получения сиккативов                                           36

2. Экспериментальная  часть      

2.1. Получение  таллатов  железа, цинка,меди,

кобальта, марганца

2.1.1. Материалы  и общая схема получения таллатов металлов 39                             

2.1.2. Процесс получения таллата натрия                                    44   

2.1.3. Процесс получения таллата железа                                        48

2.1.4. Процесс получения таллата меди                                         50    

2.1.5. Процесс получения таллата марганца                                   52       

2.1.6. Процесс получения   таллата кобальта                                  54

2.1.7. Процесс получения таллата цинка                                        56 

2.2. Изучение  физико-химических свойств                                           

2.2.1. Определение плотности                                                           58

2.2.2  Определение растворимости                                                     61             

2.2.3. Определение температуры плавления                                      62

2.2.4 Определение  кислотного числа                                               64        

2.2.5. ИК-спектроскопия                                                                   69        

2.2.6. Рентгено-фазовый анализ вещества                                         70               

2.2.7. Дифференциально-термический анализ вещества                  73           

2.2.8. Количественное определение цинка                                        81

          2.3. Изучение влияния таллатов на степень высыхания

3. Обсуждение результатов исследования                                        82       

4. Выводы                                                                                            89             

5. Техника безопасности                                                                    90      

6. Гражданская оборона                                                                     93        

7. Метрология                                                                                   94     

8. Список использованной литературы                                             95

9. Приложение                                                                                     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Крупнейшей отраслью химической переработки древесины  является целлюлозно-бумажная промышленность. Целлюлоза и другие волокнистые полуфабрикаты являются основным сырьем для различных видов бумаги и картона, а также для производства искусственных волокон, пластмасс и многих других товаров. Актуальной проблемой является поиск более широких областей применения побочных продуктов и отходов переработки биомассы дерева. Во время варки древесины под действием реагентов варочного раствора в растворимое состояние переводятся лигнин и частично гемицеллюлозы, а также экстрактивные вещества. Экстрактивными веществами называют вещества, которые могут извлекаться (экстрагироваться) из растительных тканей нейтральными растворителями (вода, диэтиловый эфир, петролейный эфир, толуол, метанол, этанол, ацетон и др.). Их состав зависит от породы и условий произрастания дерева. Они могут накапливаться в запасающих тканях в качестве резерва питательных веществ, откладываться на стенках клеток и пропитывать их, а у некоторых хвойных пород выделяются специальными паренхимными клетками в межклеточные каналы смоляные ходы. Основная масса таких веществ извлекается из древесины не вступающими с ними в химическое взаимодействие нейтральными растворителями. Однако часть экстрактивных веществ не растворяется в воде и органических растворителях (некоторые соли органических кислот, ряд минеральных соединений, кино вещества эвкалипта, суберин коры и т.д.). При сульфатном варочном процессе неомыляемые вещества переходят в раствор, смоляные и жирные кислоты омыляются и в виде натриевых солей тоже переходят в черный щелок. Эти соли в виде грубодисперсных частиц всплывают на поверхность, образуя сульфатное мыло. Таким образом, сульфатное мыло представляет собой смесь, состоящую из приблизительно равных количеств натриевых солей смоляных и жирных кислот и сравнительно меньшего количества окисленных и неомыляемых веществ. В составе загрязнений находится значительное количество лигнина, минеральных и других веществ, содержащихся в черном щелоке, увлекаемом при отстаивании выделяющимся сульфатным мылом. Сульфатное мыло почти полностью перерабатывают в талловое масло, представляющее собой смесь высших жирных кислот, смоляных кислот и нейтральных веществ. Талловое      масло-сырец сушат и подвергают ректификации, получая следующие фракции: жирные кислоты, талловую канифоль, дистиллированное талловое масло, легкое талловое масло и пек. Все полученные продукты используются в различных отраслях промышленности в качестве компонентов композиционных материалов или в качестве альтернативного сырья.

Талловое масло  и соли таллового масла (таллаты) нашли широкое применение в лакокрасочной промышленности для получения защитных покрытий, таких как лаки, краски, олифы, фунгициды, эмульгаторы и сиккативы.

Исходя из этого, целью дипломной работы явилось  изучение возможности получения  на основе талового масла эффективных  сушителей – сиккативов.

Были поставлены следующие задачи:

- изучить возможность  применения различных щелочных  реагентов – натрия гидроокись (NaOH), гидроокись калия (КОН), натрия карбонат (Na₂СO₃) и натрия метасиликат девятиводный (Na₂SiO₃ ∙ 9 H₂O) – для получения таллатов;

- получить методом  осаждения таллаты железа, меди, марганца, цинка и кобальта;

- изучить физико-химические  свойства синтезированных таллатов;

- проверить  возможность использования таллата  цинка в качестве сиккатива.

 

 

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ  ОБЗОР

 

1.1. Источники и получение таллового масла

 

1.1.1. Сульфатное  мыло - побочный продукт сульфатцеллюлозного  производства. Экстрактивные вещества  древесины являются основными  источниками компонентов сульфатного  мыла. Их содержание в древесине  умеренной климатической зоны, как правило, невелико, и массовая доля не превышает 3-4 % (за исключением дуба и лиственницы, где много водорастворимых экстрактивных веществ). В тропических породах до         20-40 %. По химическому составу экстрактивные вещества делятся на следующие классы: углеводороды (терпеновые); спирты (многоатомные, высшие алифатические, циклические, в том числе терпеновые и стерины) свободные и связанные; альдегиды и кетоны (терпеноиды); высшие жирные кислоты и их эфиры; смоляные кислоты (производные дитерпенов); углеводы (моно- и олигосахариды, водорастворимые полисахариды, полиурониды) и их производные (гликозиды); фенольные соединения (таннины, флавоноиды, лигнаны, гидроксистильбены и др.); азотсодержащие соединения (белки, алкалоиды); соли неорганических и органических кислот. В процессе сульфатной варки целлюлозы под действием реагентов варочного щелока смоляные и жирные кислоты омыляются и в виде натриевых солей вместе с нейтральными веществами (углеводороды, спирты, негидролизованные эфиры), переходят в черный щелок, кроме того, в его состав входят еще оксикислоты, уксусная, молочная и муравьиная кислоты. Образовавшийся раствор представляет собой сульфатное мыло. В процессе упаривания черного щелока и при его отстаивании всплывает фракция веществ низкой плотности и частично не растворимых в воде, которые и образуют сульфатное мыло. В его состав входят натриевые соли высших кислот, а также вещества некислотного характера. Это коллоидная система, в которой смолистые вещества находятся как в молекулярно-растворенном состоянии, так и в виде коллоидного раствора. Выделение сульфатного мыла из черных щелоков определяется течением процессов высаливания (т. е. электролитной коагуляции мыла из растворов) и отстаивания высолившегося вещества. От того, насколько полно пройдут процессы мицеллообразования, коагуляции и отстаивания мыла, зависят его выход и общий объем сбора сырого сульфатного мыла. На отечественных предприятиях сульфатное мыло собирается по двум схемам: непрерывной и непрерывно-периодической. Выход сульфатного мыла составляет 100-140 кг на 1 т целлюлозы, в зависимости от породы, что составляет 70-75 % от общего количества экстрактивных веществ древесины. На полноту выделения сульфатного мыла влияют: количество органических веществ и их состав (зависит от перерабатываемой древесины); технология производства целлюлозы и сбора сульфатного мыла; непостоянство состава мыла; концентрация дисперсной фазы, температура, время и наличие электролитов в процессе разрушения коллоидной системы в растворе сульфатного мыла.

Сульфатное мыло по внешнему виду представляет собой  мазеобразное вещество от темно-желтого  до темно-коричневого цвета. Оно  обладает моющей способностью и эмульгирующими свойствами. В качестве мыла его  не используют из-за неприятного запаха сернистых соединений, образующихся при варке. Кроме того, оно обладает липкостью, быстро темнеет на воздухе и содержит свободную щелочь.

Для освобождения мыла от черного щелока, механических примесей (целлюлозных волокон), неомыляемых  веществ, а также для усреднения состава мыла, повышения его текучести и устранения избыточной щелочности проводят облагораживание сульфатного мыла. Черный щелок удаляют отстаиванием в баках-хранилищах, отстоявшийся щелок возвращают в производство. Затем избыточную щелочность устраняют промывкой до pH 9-11 в отстойниках 4 %-м раствором гидросульфата натрия, являющегося побочным продуктом в процессе переработки мыла, и тем самым уменьшают загрязнение лигнином и волокнами. Промытое сульфатное мыло сушат в течение 48-72 ч при 110-120 C. Если использовать вакуум (остаточное давление 36,6-49,3 кПа), температура сушки снижается до 85 C, а время до 20-30 ч. Нейтральные вещества обычно удаляют с помощью различных растворителей. В настоящее время разработано два основных способа очистки сульфатного мыла от нейтральных веществ, которые основаны на различной растворимости мыла и нейтральных веществ в органических растворителях (жидкие продукты переработки нефти, углеводороды алифатического, ароматического, алициклического рядов, галогензамещенные углеводородов, например, хлороформ):

1) способ ЛТА  (Лесотехнической академии) с одновременным  получением фитостериновой фракции;

2) способ  ЦНИЛХИ (Центрального научно-исследовательского  лесохимического института), позволяющий  извлекать нейтральные вещества как из сульфатного мыла, так и из пека.

Извлечение  нейтральных веществ из сульфатного  мыла приводит к увеличению выхода и повышению качества талловых продуктов  и позволяет организовать выпуск новых продуктов для различных  отраслей экономики.

 

1.1.2. Получение сырого таллового масла.  Для более полного использования компонентов сульфатного мыла его вначале разлагают с выделением веществ, не растворимых в воде (талловое масло), которые разделяют обычно путем дистилляции и ректификации. В целом, процесс переработки сульфатного мыла состоит из разложения сульфатного мыла, промывки и сушки таллового масла. Для разложения применяются кислотные реагенты - минеральные кислоты (соляная, азотная, серная кислоты, смесь серной и фосфорной кислот), кислотные оксиды (углекислый газ, сернистый газ), кислые соли, например, гидросульфат натрия, которые снижают pH среды до 6 и ниже.