Инновационные методы электроимпульсной очистки химических жидкостей для синтеза полимерных материалов с заданными свойствами

В статье рассматривается важность очистки химических жидкостей, особенно мономеров, для улучшения качества конечных продуктов. Примеси в сырье усложняют технологические процессы, увеличивая их стоимость и ухудшая свойства продукции. Представлен новый метод очистки, использующий сильные электрические поля и разряды для удаления примесей. Эксперимент проводился на гексене-1, для повышения чистоты использовались адсорбенты и электрические разряды. Определены оптимальные условия процесса, такие как напряжение, скорость подачи и температура. Максимальная эффективность очистки достигается при применении гелей на основе диоксида кремния благодаря их микропористой структуре, которая способствует проникновению кислородсодержащих молекул в поры силикагеля. Результаты показали, что эффективность очистки выше при использовании слабого неоднородного электрического поля, что связано с повышенной интенсивностью поля и большим током. Изменения состава гексен-1 до и после очистки были зафиксированы с помощью инфракрасной спектроскопии. После очистки с использованием силикагеля исчезла полоса, соответствующая карбонильным соединениям. Исследование подтверждает высокую эффективность барьерного разряда для очистки гексен-1 и подчеркивает важность выбора подходящего адсорбента. Метод может быть применен для очистки других химических жидкостей.

1. Diaz I., Langston P., Ovejero G., Romero M. D., Diez E. Purification Process Design in the Production of Styrene Monomer // Chemical Engineering and Processing: Process Intensification. – 2010. – Т. 49. – Вып. 4. – С. 367-375.

2. Akhmedov E. N. Electric Discharge Modification of Polyethylene // Elektronnaya Obrabotka Materialov. – 2003. – № 4. – С. 60-63.

3. Goddard A. R., Perez Ieto S., Passos T. M., Quilty B., Carmichael K., Irvine D. J., Howdle S. M. Controlled Polymerisation and Purification of Branched Poly(Lactic Acid) Surfactants in Supercritical Carbon Dioxide // Green Chem. – 2016. – Т. 18. – № 17. – С. 4772-4786.

4. Bahramian B., Ma Y., Rohanizadeh R., Chrzanowski W., Dehghani F. A New Solution for Removing Metal-Based Catalyst Residues from a Biodegradable Polymer // Green Chem. – 2016. – Т. 18. – № 13. – С. 3740-3748.

5. Simgen H. Adsorption Techniques for Gas Purification // AIP Conference Proceedings. – 2005. – Т. 785. – № 1. – С. 121-129.

6. Assuncao Filho J. L., Moura L. G. M., Ramos A. C. S. Liquid-Liquid Extraction and Adsorption on Solid Surfaces Applied to Used Lubricant Oils Recovery // Brazilian Journal of Chemical Engineering. – 2010. – Т. 27. – С. 687-697.

7. Kamimura A., и др. Improved Method for the Formation of Recycled Resins from Depolymerized Products of Waste Fiber-Reinforced Plastics: Simple and Effective Purification of Recovered Monomers by Washing with Water // Journal of Material Cycles and Waste Management. – 2009. – Т. 11. – С. 133-137.

8. Whba R. и др. An Affordable and Easily Accessible Approach for Acrylonitrile Monomer Purification Through a Simple Column Technique // Journal of Materials Science and Chemical Engineering. – 2024. – Т. 12. – № 4. – С. 18-28.

9. Vishnyakov V. I. Pulsed High-Voltage Electrical Discharges in Water: The Resource for Hydrogen Production and Water Purification // International Journal of Hydrogen Energy. – 2022. – Т. 47. – Вып. 25. – С. 12500-12505.

10. Ramaswamy R., Ramachandran R. P., Gowrisree V. High Voltage Pulsed Electric Field Application Using Titanium Electrodes for Bacterial Inactivation in Unpurified Water // Japan Journal of Food Engineering. – 2019. – Vol. 20, No. 2, pp. 63-70.

11. Rzayeva, S. V. Features of Electrodeless Electrochemical Reactions // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. – 2023. – Vol. 59, pp. 590-594.

12. Kuskova N. I., Syzonenko O. M., Torpakov A. S. Electric Discharge Method of Synthesis of Carbon and Metal-Carbon Nanomaterials // High Temperature Materials and Processes. – 2020. – Vol. 39, No. 1, pp. 357-367.

13. Mekhtizade R. N., Akhmedov E. N., Rzayeva S. V. Features and Prospects of Using Non-Equilibrium Electric Discharges in Chemical Reactions // Problems of Energy, Elm. – 2007. – Vol. 3, pp. 53-57.

14. Alkhadra M. A. et al. Electrochemical Methods for Water Purification, Ion Separations, and Energy Conversion // Chemical Reviews. – 2022. – Vol. 122, No. 16, pp. 13547-13635.

15. Piriyeva N. M., Rzayeva S. V., Qaniyeva N. M. Investigation of the Characteristics of a Barrier Discharge in a Water-Air Environment // IJTPE Journal, Issue 55. – 2023. – Vol. 15, pp. 44-49.

16. Petukhov A. N. et al. A Hybrid Batch Distillation/Membrane Process for High Purification Part 2: Removing of Heavy Impurities from Xenon Extracted from Natural Gas // Separation and Purification Technology. – 2022. – Vol. 294, pp. 121230.

17. Mukherjee S., Desai A. V., Ghosh S. K. Potential of Metal-Organic Frameworks for Adsorptive Separation of Industrially and Environmentally Relevant Liquid Mixtures // Coordination Chemistry Reviews. – 2018. – Vol. 367, pp. 82-126.

18. Locke B. R., Thagard S. M. Analysis and Review of Chemical Reactions and Transport Processes in Pulsed Electrical Discharge Plasma Formed Directly in Liquid Water // Plasma Chemistry and Plasma Processing. – 2012. – Vol. 32, pp. 875-917.

19. Ahmedov E., Rzayeva S., Mammadov N. The Mechanism of Electric Discharge Effect on the Modification Process of Linear Low-Density Polyethylene // Przeglad Elektrotechniczny. – 2023. – Vol. 99, No. 6.

20. Shang K., Jie L. I., Morent R. Hybrid Electric Discharge Plasma Technologies for Water Decontamination: A Short Review // Plasma Science and Technology. – 2019. – Vol. 21, No. 4, pp. 043001.

21. M. A. Atrafi, I. M. Marufov. Effect of partial discharge on physical and chemical properties of transformer oil // International Journal of Thermal and Power Engineering. – 2023. – Vol. 15, no. 2, pp. 101-105.

22. Khajouei R., Abka R. et al. Effect of high voltage electrode discharge on the physicochemical characteristics of alginate extracted from an Iranian brown seaweed (Nizimuddinia zanardini) // Algal Research. – 2021. – Vol. 56, p. 102326.

23. Ahmedov E. et al. Obtaining a graft copolymer of polyethylene by electrodischarge synthesis // Przegląd Elektrotech. – 2023. – Vol. 99, no. 11, p. 100.

24. Vishnyakov V. I. Pulsed high-voltage electrical discharges in water: The resource for hydrogen production and water purification // International Journal of Hydrogen Energy. – 2022. – Vol. 47, no. 25, pp. 12500-12505.

25. Ye H. et al. Advances in the application of polymers of intrinsic microporosity in liquid separation and purification: membrane separation and adsorption separation // Polymer Reviews. – 2021. – Vol. 61, no. 2, pp. 239-279.

26. Sircar S. A practical perspective of fluid (gas or liquid)-solid adsorption equilibrium // Separation and Purification Technology. – 2020. – Vol. 231, p. 115749.

27. Rivera-Quintero P. et al. Experimental methods in chemical engineering: Karl Fischer titration // The Canadian Journal of Chemical Engineering, 2024.

28. Kato H. Karl Fischer reagents technical manual // Mitsubishi Chemical Corporation, Japan, 1999.

29. Soklakov V. V., Rachkova N. A. Primeneniye potentsiometricheskogo titrovaniya pri opredelenii perekisnogo chisla zhira gidrobiontov // Izvestiya KGTU. – 2020. – № 57, pp. 128-140.

30. Zhang, N. et al. Analytical methods for determining the peroxide value of edible oils: A minireview // Food Chemistry. – 2021. – Vol. 358, p. 129834.

31. Ahmedov E. N., Rzayeva S. V. Applications of electric discharge for effective purification of chemical liquids. The 20th International Conference on Technical and Physical Problems of Engineering, International Organization of IOTPE. – October 31, 2024. – Рp. 266-272.

32. Zonglin Guo, Shaozong Wu, Hua Zheng, Jie Lin, Hongtao Lei, Qunli Yu. Effects of dielectric barrier discharge plasma modification on structure, physicochemical and functional properties of watermelon peel pectin // Food Hydrocolloids. – 2024. – Vol. 147, part A, p. 109350. https://doi.org/10.1016/j.foohyd.2023.109350.

33. Liu J., Zhou Y., Yi K., Zhang S., Shao T., Zhang C., Chu B. Effect of Dielectric Barrier Discharge (DBD) Treatment on the Dielectric Properties of Poly (vinylidene fluoride) (PVDF)-Based Copolymer // Polymers. – 2020. – Vol. 12, p. 1370. https://doi.org/10.3390/polym12061370.

34. Amorim A. L., Guerreiro A., Glitz V. A., Coimbra D. F., Bortoluzzi A. J., Caramori G. F., ... & Peralta R. A. Synthesis, characterization and photoinduced CO-release by manganese (I) complexes // New Journal of Chemistry. – 2020. – Vol. 44, No. 26. Pp. 10892-10901. DOI: https://doi.org/10.1039/D0NJ02262K.

35. Drouet C., Alphonse P. & Rousset A. IR spectroscopic study of NO and CO adsorptions on nonstoichiometric nickel-copper manganites // Physical Chemistry Chemical Physics. – 2001. – Vol. 3, No. 17. Pp. 3826-3830. DOI: https://doi.org/10.1039/B102991M.

36. Campargue A. et al. The high-resolution absorption spectrum of methane in the 10800-14000 cm–¹ region: literature review, new results, and perspectives // Physical Chemistry Chemical Physics. – 2023. – Vol. 25. – Pp. 32778-32799. DOI: https://doi.org/10.1039/D3CP03490F.

37. Zarubin D. P. The two-component bands at about 4500 and 800 cm–¹ in infrared spectra of hydroxyl-containing silicas: interpretation in terms of Fermi resonance // Journal of Non-Crystalline Solids. – 2001. – Vol. 286, Issues 1-2. – Pp. 80-88. DOI: https://doi.org/10.1016/S0022-3093(01)00487-2.