ИК-спектральный контроль экстракции комплексов с водой органическими растворителями
|
Введение 8
1 Литературный обзор 10
1.1 Нефть и развитие методов её переработки 10
1.2 Тиофен и его производные 13
1.3 Проблемы гидроочистки нефтяных фракций от тиофена и его
производных 14
1.4 Фуран в процессах нефтепереработки 18
1.5 Проблема очистки нефтяного сырья от минеральных солей ....20
1.6 Влияние водных систем на процессы очистки и переработки
нефти 21
1.7 Использование методов ИК-спектроскопии в нефтехимии 23
2 Экспериментальная часть 25
2.1 Измерение ИК-спектров 25
2.2 Исследуемые компоненты 29
2.3 Кристаллизация жидкого раствора на оптическое окно 29
2.4 Добавление воды в кристаллизованную на оптическом окне
плёнку 30
2.5 ИК-диагностика в тонком слое между окнами жидкой фазы . ... 32
2.6 Методика проведения неэмпирических квантовохимических
расчётов 36
3 Обсуждение результатов 39
3.1 Исследование водных систем методами ИК-спектроскопии ....39
3.2 Исследование солей в водных системах 42
3.2.1 ИК-спектроскопия 42
3.2.2 Квантовохимические расчёты 52
3.3 Исследование водных комплексов гетероциклических
соединений 55
4 Безопасность и экологичность 62
4.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов 62
4.2 Безопасность научно-исследовательской работы 63
4.2.1 Безопасность научно-исследовательского технологического
процесса и оборудования 63
4.2.2 Электробезопасность 66
4.2.3 Пожарная безопасность 68
4.3 Производственная санитария 70
4.3.1 Микроклимат в производственных помещениях 70
4.3.2 Расчёт местной вытяжной вентиляции 71
4.3.3 Производственное освещение 72
4.4 Экологическая экспертиза 72
4.4.1 Характеристика используемых вредных веществ 72
4.4.2 Техническое решение по защите окружающей среды 74
5 Экономическая часть 77
5.1 Затраты на материалы и химикаты для экспериментов 77
5.2 Затраты для оплаты электроэнергии на эксперименты 78
5.3 Затраты на лабораторную посуду 78
5.4 Заработная плата исполнителей 79
5.5 Амортизация 80
5.6 Накладные расходы 80
5.7 Сводная смета затрат на НИР 81
5.8 Экономическая целесообразность работы 81
Заключение 82
Список использованной литературы 83
1 Литературный обзор 10
1.1 Нефть и развитие методов её переработки 10
1.2 Тиофен и его производные 13
1.3 Проблемы гидроочистки нефтяных фракций от тиофена и его
производных 14
1.4 Фуран в процессах нефтепереработки 18
1.5 Проблема очистки нефтяного сырья от минеральных солей ....20
1.6 Влияние водных систем на процессы очистки и переработки
нефти 21
1.7 Использование методов ИК-спектроскопии в нефтехимии 23
2 Экспериментальная часть 25
2.1 Измерение ИК-спектров 25
2.2 Исследуемые компоненты 29
2.3 Кристаллизация жидкого раствора на оптическое окно 29
2.4 Добавление воды в кристаллизованную на оптическом окне
плёнку 30
2.5 ИК-диагностика в тонком слое между окнами жидкой фазы . ... 32
2.6 Методика проведения неэмпирических квантовохимических
расчётов 36
3 Обсуждение результатов 39
3.1 Исследование водных систем методами ИК-спектроскопии ....39
3.2 Исследование солей в водных системах 42
3.2.1 ИК-спектроскопия 42
3.2.2 Квантовохимические расчёты 52
3.3 Исследование водных комплексов гетероциклических
соединений 55
4 Безопасность и экологичность 62
4.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов 62
4.2 Безопасность научно-исследовательской работы 63
4.2.1 Безопасность научно-исследовательского технологического
процесса и оборудования 63
4.2.2 Электробезопасность 66
4.2.3 Пожарная безопасность 68
4.3 Производственная санитария 70
4.3.1 Микроклимат в производственных помещениях 70
4.3.2 Расчёт местной вытяжной вентиляции 71
4.3.3 Производственное освещение 72
4.4 Экологическая экспертиза 72
4.4.1 Характеристика используемых вредных веществ 72
4.4.2 Техническое решение по защите окружающей среды 74
5 Экономическая часть 77
5.1 Затраты на материалы и химикаты для экспериментов 77
5.2 Затраты для оплаты электроэнергии на эксперименты 78
5.3 Затраты на лабораторную посуду 78
5.4 Заработная плата исполнителей 79
5.5 Амортизация 80
5.6 Накладные расходы 80
5.7 Сводная смета затрат на НИР 81
5.8 Экономическая целесообразность работы 81
Заключение 82
Список использованной литературы 83
На сегодняшний день нефть является важнейшим природным энергоносителем, который находит применение в транспортной, строительной, сельскохозяйственной, энергетической, продовольственной и других отраслях, имеющих первостепенное значение для существования и развития человеческого общества. Более того, согласно прогнозам, доля нефтехимической промышленности в мировой экономике будет стремительно расти в течение ближайших 20 лет. Несмотря на то, что объём мощности российского сектора по нефтепереработке всё ещё находится на третьем месте в мире, добыча этого ресурса в нашей стране падает с 2008 года. Хотя на территории Российской Федерации и присутствуют значительные запасы нефтяного сырья, большая его часть уже относится к разряду трудноизвлекаемого. По сведениям, которые приводятся Минэнерго, таких запасов в стране 5-6 млрд тонн, а это 50-60% от всех нефтяных ресурсов России. Добыча трудноизвлекаемой нефти требует внедрения принципиально новых технологий как по разработке месторождений, так и по очистке получаемо¬го сырья.
В последнее время в мировых научных исследованиях и публикациях по физической и структурной химии проявляется тенденция отхода от традиционной модели взаимодействий веществ, представляющей нереагентные компоненты системы как независимые и невзаимосвязанные. Вполне обоснованно, с опорой на научные данные, можно говорить о том, что два вещества могут взаимодействовать и образовывать сложные многокомпонентные структуры, даже если классической химической реакции между ними не происходит. Хотя стабильные межмолекулярные кластеры могут формироваться в любой неизолированной системе и оказывать значительное влияние на протекание ряда процессов в ней, зафиксировать и тем более описать их с помощью общепринятых методов анализа веществ не представляется возможным. Одной из немногих технологий, дающих информацию о строении и поведении таких структур, является ИК-спектроскопия.
Целью данной выпускной квалификационной работы (ВКР) магистранта яв¬лялась разработка метода обнаружения, выделения и фиксации комплексов хлоридов, бромидов и иодидов щелочных металлов, а также тиофена и фурана с водой в тонких слоях, установление их молекулярной структуры в рамках ИК- спектроскопии и квантово-химических расчётов.
В соответствии с целью ВКР были поставлены следующие задачи:
а) разработать метод экстракции органическими растворителями комплек-сов хлоридов, бромидов и иодидов щелочных металлов, а также тиофена и фурана с водой с последующей фиксацией их в тонких кристаллических и аморфных слоях;
б) в рамках ИК-спектральных измерений и неэмпирических квантово-химических расчётов провести моделирование молекулярной структуры комплексов хлоридов, бромидов и иодидов щелочных металлов, а также тиофена и фурана с водой;
в) выявить роль переноса атома водорода в механизме образования и особенностях межмолекулярных взаимодействий в комплексах с водой хлоридов, бромидов и иодидов щелочных металлов, а также тиофена и фурана.
В последнее время в мировых научных исследованиях и публикациях по физической и структурной химии проявляется тенденция отхода от традиционной модели взаимодействий веществ, представляющей нереагентные компоненты системы как независимые и невзаимосвязанные. Вполне обоснованно, с опорой на научные данные, можно говорить о том, что два вещества могут взаимодействовать и образовывать сложные многокомпонентные структуры, даже если классической химической реакции между ними не происходит. Хотя стабильные межмолекулярные кластеры могут формироваться в любой неизолированной системе и оказывать значительное влияние на протекание ряда процессов в ней, зафиксировать и тем более описать их с помощью общепринятых методов анализа веществ не представляется возможным. Одной из немногих технологий, дающих информацию о строении и поведении таких структур, является ИК-спектроскопия.
Целью данной выпускной квалификационной работы (ВКР) магистранта яв¬лялась разработка метода обнаружения, выделения и фиксации комплексов хлоридов, бромидов и иодидов щелочных металлов, а также тиофена и фурана с водой в тонких слоях, установление их молекулярной структуры в рамках ИК- спектроскопии и квантово-химических расчётов.
В соответствии с целью ВКР были поставлены следующие задачи:
а) разработать метод экстракции органическими растворителями комплек-сов хлоридов, бромидов и иодидов щелочных металлов, а также тиофена и фурана с водой с последующей фиксацией их в тонких кристаллических и аморфных слоях;
б) в рамках ИК-спектральных измерений и неэмпирических квантово-химических расчётов провести моделирование молекулярной структуры комплексов хлоридов, бромидов и иодидов щелочных металлов, а также тиофена и фурана с водой;
в) выявить роль переноса атома водорода в механизме образования и особенностях межмолекулярных взаимодействий в комплексах с водой хлоридов, бромидов и иодидов щелочных металлов, а также тиофена и фурана.
1. Разработана ИК-спектральная методика обнаружения и фиксации комплексов с водой в кристаллических и аморфных плёнках на поверхности с использованием комплексной экстракции органическими растворителями.
2. Показано, что комплексная экстракция с использованием ацетона и диметилсульфоксида позволяет выделить комплексы солей щелочных металлов с водой и фиксировать их на поверхности в тонких кристаллических и аморфных слоях.
3. В рамках ИК-спектральных измерений с использованием комплексной экстракции органическими растворителями и неэмпирических квантово-химических расчётов проведено моделирование структуры комплексов с водой солей щелочных металлов. Показано, что в комплексах могут связываться одна или несколько взаимодействующих молекул воды.
4. Выявлено, что при образовании комплексов солей щелочных металлов с водой происходит перенос атома водорода от молекулы воды к молекуле соли. Механизм переноса протона зависит от природы катиона и аниона соли.
5. Показано, что тиофен и фуран образуют комплексы с водой в тонком аморфном слое на твёрдой поверхности. При формировании такого слоя происходит фазовый переход органического соединения из газового состояния в конденсированное.
6. Для обоих случаев комплексообразования гетероциклических соединений наблюдается связывание молекулы воды с гетероатомом. При координации воды в комплексе с тиофеном образуется межмолекулярная связь с атомом кислорода молекулы воды, а в комплексе с фураном координация идёт по атому водорода.
7. Заявленные цели работы достигнуты, поставленные задачи исследования выполнены полностью.
2. Показано, что комплексная экстракция с использованием ацетона и диметилсульфоксида позволяет выделить комплексы солей щелочных металлов с водой и фиксировать их на поверхности в тонких кристаллических и аморфных слоях.
3. В рамках ИК-спектральных измерений с использованием комплексной экстракции органическими растворителями и неэмпирических квантово-химических расчётов проведено моделирование структуры комплексов с водой солей щелочных металлов. Показано, что в комплексах могут связываться одна или несколько взаимодействующих молекул воды.
4. Выявлено, что при образовании комплексов солей щелочных металлов с водой происходит перенос атома водорода от молекулы воды к молекуле соли. Механизм переноса протона зависит от природы катиона и аниона соли.
5. Показано, что тиофен и фуран образуют комплексы с водой в тонком аморфном слое на твёрдой поверхности. При формировании такого слоя происходит фазовый переход органического соединения из газового состояния в конденсированное.
6. Для обоих случаев комплексообразования гетероциклических соединений наблюдается связывание молекулы воды с гетероатомом. При координации воды в комплексе с тиофеном образуется межмолекулярная связь с атомом кислорода молекулы воды, а в комплексе с фураном координация идёт по атому водорода.
7. Заявленные цели работы достигнуты, поставленные задачи исследования выполнены полностью.
Подобные работы
- Сорбционное концентрирование нефтепродуктов с целью определения углеводородов нефти в объектах окружающей среды методом ИК - спектроскопии
Бакалаврская работа, химия. Язык работы: Русский. Цена: 5750 р. Год сдачи: 2017