Адсорбенты для выделения и анализа ароматических углеводородов

Применение адсорбентов в нефтепереработке и в исследованиях нефти и нефтепродуктов известно уже давно. Классическими являются методы Маркусона: «Определение группового состава смолистых нефтепродуктов с применением флоридина (позже силикагелей) для выделения смол» [1].

Наиболее бурное развитие получили адсорбционная хроматография, которая создана и теоретически и экспериментально обоснована русским ученым М. С. Цветом еще в 1903 году [2]. В настоящее время он нашел широкое применение, как точный, тонкий и универсальный метод анализа и разделения сложных смесей на ее составные части. Хроматографический анализ по точности превосходить обычные приемы качественного анализа, позволяя изолировать и идентифицировать малые количества веществ. За короткий срок хроматография стала необходимым методом исследовательской работы почти каждой химической лаборатории. Сейчас хроматографический метод превратился в самостоятельный раздел физико-химического анализа, и приобретает все большее значение, как в лабораторной практике, так и в промышленности. Преимущество этого метода заключается в том, что он применим для выделения и разделения смесей веществ очень близких по своему составу, строению и свойствам.

При изучении адсорбционных явлений обычно различают статику [3], (т. е. равновесное состояние между адсорбентом и молекулами адсорбируемого вещества), кинетику [4], изучающую скорость процессов адсорбции; динамику [5,6], изучающую процессы, связанные со взаимным перемещением адсорбируемого вещества и адсорбента. В этом случае либо адсорбируемое вещество перемещается по слою адсорбента, либо адсорбент перемещается по слою адсорбируемого вещества (в наших исследованиях использован первый вариант).

В последнее время большое развитие и применение в технике и в промышленности для анализа нефтей и нефтепродуктов приобрел адсорбционный анализ. Как уже отмечалось выше, об адсорбентах, адсорбционных процессах и применении их в исследованиях и в различных отраслях промышленности имеется в настоящее время огромная литература.

Несмотря на обилие литературы по адсорбентам вообще, сравнительно мало опубликовано работ об адсорбентах применительно к анализу и разделению нефти и нефтепродуктов. Впервые монография по хроматографии нефтепродуктов опубликована в 1963 г. [7].

Несмотря на давность применения адсорбентов, очень длительное время нефтяники интересовались адсорбентами лишь как отбеливающими средствами для обесцвечивания разнообразных масел.

Наиболее серьезно вопросы очистки нефтепродуктов путем адсорбции были впервые рассмотрены Л. В. Гуревичем [8]. В отличие от теории Фрейндлиха, где решающим моментом в процессе адсорбции является изменение поверхностного натяжения на границе раздела между раствором и адсорбентом Л. В. Гуревич высказывал взгляды о необходимости учитывать силы притяжения адсорбентом не только растворенного вещества (адсорбента), но также и растворителя, о которым можно судить по соответствующим теплотам смачивания. Это уже давало возможность, ориентируясь на теплоты смачивания, предугадывать определенные закономерности в явлениях адсорбции и, в частности, рекомендовать оптимальные растворители для десорбции. Л. В. Гуревич правильно считал, что чем энергичней адсорбируется какое — нибудь вещество, тем больше будет его адсорбция преобладать над адсорбцией других.

В наших исследованиях в качестве адсорбента выбран силикагель, который введен впервые в нефтяную практику Б. А. Тарасовым.

Силикагель — высушенный гель кремневой кислоты пористого строения с сильно развитой внутренней поверхностью. Это особенность обуславливает ценнейшие свойства силикагеля — адсорбента, носителя каталитически активного вещества и катализатора.

С каждым годом он находит все более широкое применение в самых разнообразных отраслях народного хозяйства.

Наряду с водой силикагель хорошо сорбирует пары многих органических веществ. Этим его свойством пользуются для улавливания (рекуперации) паров ценных органических растворителей — бензина, бензола, эфира, ацетона и т. п. из воздуха, бензола из газовых коксовых печей и бензина из природных газов.

Свойство силикагеля поглощать многие вещества из жидкой фазы используют в промышленной очистке различных масел, при обессеривании нефтяных погонов и удалении из нефти высокополимерных смолистых веществ.

С помощью геля кремневой кислоты проводится хроматографическое разделение и анализ смесей, что основано на избирательности адсорбционного действия силикагеля по отношению к веществам различной химической природы. Ниже в таблице дана характеристика силикагелей.

В качестве оптимального адсорбента для адсорбции ароматических углеводородов из ряда силикагелей нами выбран силикагель КСК-2. Как видно из таблицы, характеристика силикагеля такова: средний радиус пор

7 нм (70 ангстрем или 0,7 нм); насыпной удельный вес 2,24 г/см³; объем пор 1,19 см³/г; и т. д.

Литература:

1.                  Рыбак Б. М. Анализ нефти и нефтепродуктов. М., Гостоптехиздат, 1962. 888 с.

2.                  Журнал ВХО им. Д. И. Менделеева, посвященный жизни и деятельности М. С. Цвета. 2003, № 5.

3.                  Чмутов К. В. Хроматография. Из-во. АН СССР, М., 1962. 415 с.

4.                  Тимофеев Д. Н. Кинетика адсорбции. М., Из-во. АН СССР, 1962. 342 с.

5.                  Дубинин М. М., Чмутов К. В. Физико-химические основы противогазного дела. Изд-во. ВАХЗ, М., 1957. 453 с.

6.                  Я. де-Бур Динамический характер адсорбции. М., Из-во ИЛ, 1962. 245 с.

7.                  Зрелов В. Н., Киякин Г. И. Хроматография в нефтяной и нефтехимической промышленности. М., Гостопхимтехиздат. 1963. 250 с.

8.                  Гуревич Л. В.. Научные основы переработки нефти. М., Гостопхимтехиздат, 1940. 432 с.

Таблица

Техническая характеристика силикагелей, применяемых при хроматографии