Хімія і хімтехнології/5.
Фундаментальні проблеми створення
нових матеріалів і технологій.
Романенко Н.Г., Білан О.А.
Черкаський державний технологічний
університет
АКТИВАЦІЯ ВОДНИХ СИСТЕМ ТА ЇХ
ЗАСТОСУВАННЯ
На сучасному етапі розвитку промисловості все ширше привертає до себе увагу
активація технологічних розчинів та води, не тільки як засіб інтенсифікації
виробничих процесів та підвищення їх ефективності, але й зменшення об’ємів води
та її забруднення.
Мета роботи полягає у висвітленні, аналізі та систематизації способів
активації води, вивчення властивостей продуктів активації, можливостей їх
застосування в різних галузях народного господарства, зокрема у фарбувально-опоряджувальних
виробництвах текстильних підприємств.
Активована вода – це вода з тимчасово зміненими фізико-хімічними
властивостями при незмінному хімічному елементному складі до і після впливу.
Речовина в термодинамічно нерівноважному (метастабільному або активованому)
стані володіє надлишком внутрішньої потенціальної енергії, яка поступово
розсіюється або швидко зменшується в процесі різних фізико-хімічних взаємодій,
обумовлюючи його аномальну активність.
Аналіз публікацій за темою свідчить, що в активованій воді змінюється
енергія активації хімічних реакцій [1], [2]. Прискорення хімічного процесу і
зниження енергії активації [2] є наслідком наявності вільних радикалів, які з'являються в
результаті активації. Таким чином, порушення структури води і поява в ній
вільних радикалів є основними факторами, що призводять до зміни активності
речовин, розчинених в активованій воді, енергії активації цих речовин і,
відповідно, - до зміни кінетики хімічних перетворень в активованій воді.
До тимчасових змін фізичних, хімічних та біологічних властивостей води
призводять такі способи активації водних систем:
-
замерзання, розморожування й
конденсація;
-
дегазація води внаслідок кип’ятіння, а потім
швидкого охолодження;
-
активація механічним і механоакустичним
способами (ультразвуком, електрогідравлічним ударом, механічним диспергуванням
тощо);
-
омагнічування води. Сутність способу полягає
в дії на водні системи магнітними полями невисокої напруги тривалістю в долю секунди;
-
електроактивація води. Процес переходу води
в метастабільний стан, зумовлений структурно-енергетичними і електрохімічними
змінами молекул в електричному полі, в результаті чого розчини біля катоду і
аноду проявляють аномальні властивості [1].
З наведених способів викликає зацікавленість електроактивація, що дозволяє
забезпечити стабільність результатів.
Електроактивація водних систем відбувається
шляхом катодної чи анодної електричної обробки води в діафрагмовому
електрохімічному реакторові - електролізері. При пропусканні постійного
електричного струму протягом 20 хвилин. В катодній камері електролізера вода
насичується продуктами електрохімічних реакцій: воднем, гідроксид-іонами,
гідроксидами металів, які утворюються із розчинних у воді солей. Утворений
розчин називається католітом.
На аноді відбувається реакція окислення води з виділенням кисню та
газоподібного хлору. Утворений розчин називається анолітом [2].
Основні фактори, які зумовлюють активність католіту й аноліту:
1. Луги, кислоти та інші стабільні продукти процесу електроактивації, що
містяться в католіті й аноліті, забезпечують досягнення кращих результатів при
використанні католіту й аноліту замість звичайної води.
2. Високоактивні нестійкі продукти електроактивації (вільні радикали)
значно посилюють прояв кислотних, окислювальних, лужних, відновних властивостей
аноліту й католіту. Отримати їх у воді шляхом розчинення хімічних реагентів
практично не можливо.
3. Наявність довго існуючих активаційних структур, сформованих в області
об'ємного заряду біля електродів, як вільних, так і у вигляді гідратних
оболонок іонів, молекул, радикалів, атомів, здатні надавати аноліту й католіту
властивості каталізаторів хімічних реакцій, в тому числі біохімічних, так як
сприяє зміні активаційних енергетичних бар’єрів між взаємодіючими компонентами.
Використання рідких продуктів електроактивації води досліджувались і в
текстильній хімії. Маринич Т.Л. [3] із групою науковців вивчали розчинність
прямих барвників в електроактивованих водних розчинах. Було досліджено, що
практична розчинність в активованому водному розчині (католіті) вище, ніж в
створеному модельному розчині із відповідним значенням рН. Досліджено
можливість використання активованих водних розчинів в процесі перефарбовування
бавовняної тканини прямими барвниками. Вивчено вплив параметрів активації води
на інтенсивність офарблення зразків. Визначено, що використання продуктів
електроактивації під час перефарбовування дозволяє суттєво знизити витрати
прямих барвників [4].
У роботі [5] автором дана кількісна оцінка впливу електроактивованих водних
систем на структурні зміни целюлозних, гідратцелюлозних, діацетилцелюлозних
(ДАЦ) і поліефірних волокноутворюючих полімерів. Встановлено, що макроструктура
тканин із целюлозних волокон зазнає змін в аноліті (об’єм мікропор волокна
збільшується на 23,0 - 29,0%), структура ДАЦ волокна зазнає конформаційних змін
в аморфних зонах при використанні католіту. Визначено вплив активних
іонно-радикальних елементів електроактивованих водних систем на стан і
властивості дисперсних барвників; обґрунтовано збільшення розчинності прямих
барвників і зниження асоціативної здатності молекул лейкорозчинних кубових
барвників. Визначено зміни реологічних властивостей загусток на основі
альгінату натрію, для приготування яких використовувався католіт.
Із вищевикладеного можна зробити
висновок. Основними факторами, які
призводять до зміни активності речовин, розчинених в активованій воді, є
порушення структури води і поява в ній вільних радикалів. За рахунок
електроактивації води досягається можливість безреагентних екологічно чистих
змін кислотно-лужних і окислювально-відновних властивостей води. Аналізуючи
наукові досягнення щодо обґрунтування можливостей використання електроактивованих
водних систем, можна стверджувати, цей процес є дуже перспективним напрямком
інтенсифікації технологічних процесів, зокрема у фарбувально-опоряджувальних
виробництвах текстильних матеріалів. Проблему активації води необхідно
розглядати комплексно, адже вона дійсно заслуговує великої уваги з боку
теоретиків і практиків та потребує подальшого вивчення.
Література.
1. Бахир В.М., Лиакумович
А.Г., Кирпичников П.А.,
Спектор Л.Е., Мамаджанов У.Д. Физическая пророда явлений активации веществ //
Известия Ан УзССР. Серия технич. наук. – 1983. - №1. - С.41-43.
2. Бахир В.М.
Химический состав и свойства электрохимически активированных растворов. - М.:
Химия, 1990.-12с.
3. Маринич Т.Л.. Кокорева И.А.,
Овчинников Ю.К. Изучение влияния электрохимической активации на состояние
прямых красителей в растворах // Известия вузов. Химия и химическая технология.
– 1993. - т.36. - Вып.5. - С.110-111.
4. Маринич Т.Л., Савицкая О.А.,
Найденова Н.В., Овчинников Ю.К. Исследование возможности применения
электрохимически активированных водных сред в обесцвечивании и
переколорировании хлопчатобумажных тканей, окрашенных прямыми красителями //
Известия вузов. Химия и химическая технология. – 1993. - т.36. - Вып.3. -
С.86-90.
5. Романенко Н.Г. Физико-химические
основы применения электроактивированных водных систем в технологиях отделки
текстильных материалов: Дис… докт. техн.. наук: 05.19.03 – Херсон, 2003.-374с.
Відомості про авторів
1. Романенко Наталія Григорівна – доктор технічних наук,
професор, завідувач кафедри дизайну Черкаського державного технологічного
університету, роб. тел. (0472) 32-73-76.
Домашня адреса:
2. Білан Олена Анатоліївна – викладач кафедри дизайну Черкаського
технологічного університету:
Домашня адреса:
e-mail: mismir@ukr.net