Міністерство освіти та науки, молоді та спорту України

Вінницький державний педагогічний університет

Імені Михайла Коцюбинського

Кафедра хімії

ІНДЗ

На тему:

„Методики визначення вмісту сажі у повітрі”

Виконала: студентка 3-Д групи

Природничо-географічного

Факультету

Харахондя Тетяна

Вінниця

2012

План

Вступ

1. Джерела надходження сажі у повітрі

2. Методи визначееня вміст сажі у повітрі

   1. Газовохроматографічний метод

   2. Поліолефіни. Методика визначення вмісту сажі

3. Висновки

4. Список використаної літератури

Вступ

Бурхливий розвиток народного господарства нашої країни, реконструкція й будівництво великих міст і малих населених пунктів поставили перед системою охорони здоров'яряд невідкладних завдань. Серед них особливої гостротинабув санітарний захист атмосферного повітря житловихтериторій.

Як уже зазначалося, захист навколишнього середовища внашій країні передбачено спеціальними партійними документами, у яких намічено заходи щодо санітарної охорони населених місць від промислових і транспортних забруднень, запобігання шкідливому впливові забрудненого повітря на здоров'я людей, рослинний і тваринний світ, а також щодо скорочення матеріальних втрат внаслідок викидів з димомкольорових і чорних металів, різних хімічних сполук та будівельних матеріалів.

Пил і гази знижують прозорість атмосфери, вбираютьпроменисту енергію Сонця, посилюють хмарність, збільшують кількість туманних і похмурих днів і тим самим зумовлюють додаткові витрати електроенергії па освітленнявулиць, житлових, побутових і промислових будівель.

Деякі гази, кислоти і комплекси хімічних сполук руйнують дахи, металоконструкції мостів, магістралі зв'язку,вироби з гіпсу, скла, цементу, для відновлення яких потрібні значні надпланові асигнування. Пил, сажа, пара, смоли,барвники та окисли металів забруднюють стіни житлових тагромадських будівель, інтер'єр квартир, одяг людей, рослиннії і продукти харчування.

Забрудненість атмосфери призводить до зниження кормової та харчової цінності рослин, гальмування приростудеревини лісів і чагарників, передчасного опадання листя іплодів, нерідко до загибелі рослин. Із задимлених районіввідлітають птахи і комахи, тікають звірі. Отруєні пасовищастають причиною захворювання і падежу великої, рогатоїхудоби.

Забруднене повітря дуже шкідливе для людського організму. Особливо гостро реагують на нього діти, старі люди,вагітні жінки, хворі, зокрема на хвороби серцевосудинноїсистеми. Воно подразнює слизові оболонки очей і верхніхдихальних шляхів, внаслідок чого виникають кашель, сльозотеча, задишка, запаморочення, головний біль, передчаснавтома.

Забруднення атмосфери речовинами, що мають неприємний запах і діють як подразники, змушувало людей переселятися в інші райони, далі від промислових об'єктів.

Посилений інтерес гігієністів до вивчення задимленняміст виник після грудня 1930 р., коли в одному з районів Бельгії — у долині річки Маас — з'явився отруйний туман.Отруєність Туману була така висока, що від його дії протягом чотирьох днів захворіли кілька сотень чоловік, причому60 з них померли.

Жахливими виявилися наслідки виникнення смогу (суміші густого туману з димом) наприкінці 1952 р. в Лондоні.Протягом п'яти днів повітря практично було нерухомим.Дим від промислових установок і хатнього опалення наповнював зону, де жили люди, продуктами неповного згоряння палива, отруйними газами, відходами виробництв. Місто з населенням 8 348 000 чоловік занурилось у виробничопобутові, пилогазові викиди, шкідливі для всього живого.Дорого коштувало лондонцям задимлення повітря. Від безпосередньої дії смогу загинуло 4000 чоловік, а для багатьохтисяч він став причиною захворювання або багаторічногорозладу діяльності серцевосудинної та дихальної систем.

Відомі й інші приклади тяжких паслідків забрудненняповітря в капіталістичних містах. Так, найбільше містоСІЛА НьюЙорк не раз зазнавало впливу отруйного смогуі щоразу розплачувалося життям і здоров'ям багатьох людей, матеріальними збитками, руйнуванням культурнихцінностей. У 1953 р. в НьюЙорку від смогу загинуло 200,а в 1963 р.— 400 чоловік.

Задимлення атмосфери, що загрожує здоров'ю людей,тваринному й рослинному світові, і зараз спостерігається вусіх промислово розвинених країнах. Воно привертає увагудержавних діячів, науковців, широкої громадськості. Вченівважають, що в містах на планеті щороку тисячі смертей єнаслідком дії забрудненого повітря.

Отже, метою даною роботи є навчання правильно та грамотно визначати вміст забруднюючих речовин у повітрі.

Завдання даної роботи – визначееня загальних способів виявлення у повітрі забруднюючих речовин, зокрема сажі.

1. Джерела надходження у повітря сажі

У нашій країні також існує проблема санітарної охорони атмосферного повітря. Проте вона не має такого гострого характеру, як за рубежем, бо в нас є реальна можливість здійснювати в широкому масштабі оздоровчі заходи, спрямовані на її розв'язання. Охорона навколишнього середовища населених місць забезпечується широкою мережеюсанітарноепідеміологічних закладів. Це одне з актуальнихзавдань сучасної профілактичної медицини, оскільки запобігання забрудненню повітря нерозривно зв'язане з підвищенням рівня здоров'я трудящих і продуктивності їхньоїпраці, з боротьбою за досягнення довголіття.

Санітарні органи забороняють пуск в експлуатацію нових і реконструйованих промислових об'єктів, які не маютьвідповідних споруд для очищення і знешкодження димовихвикидів в атмосферу.

Необхідність охорони повітря від забруднень є й народногосподарською проблемою, оскільки у складі промислового диму міститься значна кількість цінних; дефіцитних речовин, вловлювання яких створює додаткові фонди матеріальних засобів і коштів. Вартість очисних споруд швидкоокупається, а застосування їх сприяє збереженню здоров'ялюдей і природних багатств країни.

Сказане повною мірою стосується і сажі, яка є складовою частиною промислового диму та вихлопних газів двигунів внутрішнього згоряння, побутових викидів тощо. Воначасто є компонентом атмосферних забруднень.

Великий попит на сажу в гумовііі, лакофарбовій, електротехнічній та інших галузях народного господарства вимагає будівництва нових сажових заводів а це розширюєсферу контакту з нею населення на виробництві і в зонахдимових викидів.

Щорічне нарощування потужностей і будівництво новихметалургійних та хімічних комбінатів, теплоелектростанцій,нафтохімічних заводів та автомобільного транспорту, в своючергу, збільшують забруднення повітря житлових зон сажею.

Порівняно з іншими видами твердих викидів, що надходять у повітря населених місць, сажа має ряд особливостей, які обумовлюють її тривале перебування в атмосфері,вільне проникнення в житлові приміщення та організм людини, а також повільне руйнування в зовнішньому середовищі.

Властивості сажі залежать від умов її утворення, природи палива або вихідної сировини, що використовуєтьсяпри цьому. Добування сажі на виробництві зводиться дорозкладу речовин, які містять вуглець, на окремі елементиі виділення з них власне сажі.

Сажа утворюється в результаті спалювання вуглеводнівіірц недостатньому припливові повітря. За цих умов частина вуглецю згоряє, а частина виділяється, утворюючи газоподібну колоїдну систему (проміжний стан між твердою ірідкою речовинами). В таких системах часточки вуглецюнесуть заряд, а повітря перешкоджає їх швидкому сполученню.

Під час коагуляції вуглецевих колоїдів диму утворюється сажа.

Сажа — це пухка речовина чорного кольору, що складається з високодисперсного (що легко розсіюється) вуглецюі незначних домішок золи, газів і смол. Вуглець — основний компонент сажі. На його частку припадає 94—99%.Решта — леткі речовини (кисень, водень) і зола.

Залежно від технології добування, а також вихідноїсировини розрізняють десятки видів сажі. Тут мова йтимепро основні властивості найпоширеніших з них, промислові викиди яких можуть частіше від інших забруднюватиатмосферу.

Фізикохімічні властивості сажі в основному визначаються ступенем її розсіювання, формою і структурою вторинних утворень, під якими розуміють сполуки зв'язанихміж собою первинних часточок вуглецю. Кожний вид сажіскладається з різних за величиною утворень, діаметр якихлежить нижче межі роздільної здатності світлових мікроскопів. Лише за допомогою електронного мікроскопа вдалося здійснити пряме вимірювання часточок сажі і встановити їхню форму.

Канальна сажа має високий ступінь розсіювання. Середній діаметр її часточок коливається від 25 до 50 нанометрів*.Трохи більші часточки (близько 55 нм) має пічна сажа, щебільші (91 нм) — форсункова. Найвищою дисперсністю характеризується термічна сажа, діаметр часточок якої дорівнює 100—110 нм.

Найменшу питому поверхню (10,6м2/г) має термічнасажа через найбільші розміри часточок, а найбільшу (97,5—100,6 м2/г) — газова канальна.

Швелерна сажа, що її виробляють, наприклад, у СІНА,часто має ще більшу питому поверхню. Так, спеціальні види канальної сажі складаються з часточок розміром 9—25 нм, а їх питома поверхня досягає 120—330 м2/г.

Елементарні часточки більшості видів сажі мають сферичну форму або близьку до неї, а деякі з них — пряміребра і кути. Поверхня первинних утворень пе однакова.У часточок пічної, форсункової та ацетиленової сажі вонагладенька, а в газової канальної та антраценової — шорстка, пориста, що пояснюється окисленням їх на осаджувальних поверхнях.

У вигляді товарного продукту сажа містить 4,49—12,63% летких речовин. У складі швелерної сажі, наприклад, до 3% кисню і 0,06% водню. До летких речовинлампової сажі входять такі компоненти: вуглекислий газ —7,42%; кисень—1,36%; водень—37,05%; окис вуглецю —46,35%; метан —0,88%.; азот—6,62%; інші гази —0,32%.При нагріванні летких речовин інтенсивно виділяється окисвуглецю. Проте цей процес спостерігається і за нормальноїтемператури. Особливо сприяє йому розпушування, наприклад під час обробки, упаковки, транспортування сажі й очищення димота газоходів.

Внаслідок зберігання сажі в закритих місткостях нагромаджується велика кількість окису вуглецю. Доступ до цих місткостей без попередньогопровітрювання їх категорично забороняється, бо це небезпечно для життя.

Сажовий шлам після кип'ятіння в дистильованій водідобре відтворює кислотність, характерну для кожного видусажі і пов'язану з вмістом летких речовин. Якщо її показник менший 6, сажа має кислотні властивості, а якщо біль ший 7,— лужні.

Крім газів на сажі збираються й інші речовини. Часточки кіптю захоплюють газоподібні продукти спалюваннясировини, які утворюють смолисті речовини (під час спалювання різних матеріалів у промислових і побутових топках, а також у двигунах внутрішнього згоряння). Кількістьїх тим більша, чим простіші методи газифікації палива.

Смолисті речовини у складі димів — це суміш органічних сполук. Серед них є поліциклічні ароматичні вуглеводні, в тому числі бензапірен — один з активних канцерогенів.

Виробництво й застосування сажі сягає в сиву давнину.Задовго до нашої ери її використовували для приготуваннячорної фарби, емульсій, пігментів, чорнила і туші. З часунового літочислепня до другої половини XV ст. кіпоть разомз іншими барвниками був вихідним матеріалом у виробництві чорних косметичних виробів, барвників для тканині шкіри, для приготування різнрх фарб, застосовуваних убагатьох галузях господарства, а також у живопису, длястворення і розмноження чорнобілих малюнків методомксилографії. З другої половини XV ст. кіпоть широко використовували для виготовлення поліграфічних фарб, чорнила і паст у зв'язку з появою верстатодрукувального способу розмноження книжкового тексту та ілюстрацій.

У цейперіод його застосовували й для інших потреб.

Особливий інтерес до сажі виник у 1915 р., коли буловстановлено, що в суміші з каучуком вона надає гумі підвищеної опірності проти фізичного навантаження. Виробиз такої гуми набули нових позитивних якостей, стали довговічнішими. З цього часу в усіх країнах світу почали використовувати сажу як один з найважливіших компонентів длявиготовлення гуми.

До її складу сажу вводили і раніш, але внезпачній кількості — лише для забарвлення і як запобіжний засіб проти руйнівної дії ультрафіолетового проміння.

До 1915 р. у практиці виготовлення гуми широко застосовували окиси цинку і свинцю. Проте не скрізь вироблялись ці речовини, а тому їх купували за кордоном. Наприклад, США ввозили окис цинку з Німеччини.

Та під час першої світової війни Німеччина із стратегічних міркуваньприпинила експорт його в США. Американська гумова про*мисловість опинилась у скрутному становищі. Почалися пошуки замінників. Допоміг випадок.

Через помилку технолога у суміш було введено в кілька разів більше газовоїканальної сажі, ніж це передбачалося рецептурою для за»барвлення гуми. Помилка дала позитивний результат: якістьгуми за всіма показниками набагато поліпшилась. Це започаткувало нову еру у виробництві гуми і сажі.

Після імперіалістичної війни добування сажі з природного газу посилилось. Нині вона входить до складу чорнихгум з природних і штучних каучуків. У сучасному виробництві гуми на 100 кг готової продукції витрачають 50—60 кг високодисперсної сажі.

Гумова промисловість нашоїкраїни вживає 90% усієї виробленої сажі, що йде на виготовлення автомобільних, авіаційних, велосипедних, мотоциклетних та інших шин (покришок і камер), різноманітних деталей, гумового взуття і великого асортименту виробів широкого вжитку.

Сажу у великій кількості використовують і в багатьохінших галузях народного господарства: у лакофарбовому ідрукарському виробництві, для яких найбільш вживаною єгазова сажа; в електротехніці (для виготовлення електродів,електрощіток, сухих і наливних елементів, резисторів, електровуглин, ізоляційних матеріалів тощо); для виготовленнякирзи, клейонки, лінолеуму, пластмас, грамофонних платівок, копіювального паперу, стрічок для друкарських машинок, крему для взуття, штучних каменів, олівців, кольорового паперу, технічних мастил тощо; у металургії сплавів(для добування карбідів металів); для виготовлення вибухових речовин способом змочування рідким киснем; у дорожньому будівництві (для зменшення сліпучого блискупокриття) ; у сільському господарстві (для прискоренняіаиеліш снігу, льоду, підігрівання й удобрення грунту, щопов'язане з наявністю аміаку, лугів та вапна, особливо усажі димогарних труб та димоходів, яку добувають під часїх очищення); в аеронавігації (для вибору місць посадкилітаків у важких зимових метеорологічних умовах); у теплотехніці (як ізоляційний матеріал); у парфюмерній промисловості тощо.

Використання сажі в світі щороку зростає у зв'язку ізшвидким розвитком хімічної промисловості взагалі і виробництва синтетичного каучуку, різних видів пластмас та замінників зокрема. Цим пояснюється цілком закономірний інтерес до її викидів і характеру їх впливу на навколишнєсередовище.

Інтенсивний розвиток сажового виробництва і його потужностей вимагав посилення контролю за санітарною охороною атмосферного повітря в районах розміщення промислових об'єктів, оскільки всі відомі способи одержаннясажі неодмінно призводили до інтенсивного забруднення повітря кіптем та іншими продуктами термічного розкладувихідної сировини.

Великий попит на сажу визначив наперед дальші масштаби виробництва цього продукту і шляхи боротьби із забрудненням нею повітря. Були створені технологічні лініїбезперервного добування сажі з фільтруванням відхіднихгазів через спеціальні тканинні фільтри з високим коефіцієнтом корисної дії. Це забезпечило велику продуктивність і різко зменшило забрудненість навколишнього середовища.

На багатьох сучасних заводах для виділення сажі з газової суміші використовують електрофільтри з коефіцієнтомкорисної дії 95—99,8%. Та поряд з ними є й такі виробництва, для яких поки що не розроблено методів очищення відхідних газів. Наприклад, при добуванні газовоїканальної сажі досі викидається в атмосферу 20—25% її.У забрудненні атмосфери в районі сажових заводів головну роль відіграють викиди сажогазової суміші з камеркоптіння, електричних та рукавних фільтрів. Друге місценалежить вентиляційним газам виробничих приміщень.

Повітря забруднюється і на інших етапах технологічнвго циклу, .пов'язаного з обробкою сажі, упаковкою, транспортуванням на склад та відвантажуванням споживачеві. Виділенняїї в атмосферу спостерігається також у процесі ремонтуконструкцій та апаратури, прибирання цехів і двору, видалення і знищення покидьків.

Таким чином, сажові заводи — постійне джерело забруднення атмосфери сажею та газами, що пов'язано з безперервністю технологічних процесів і великими труднощами очищення відхідних газів.

Спалювання різних видів палива також призводить доутворення сажі і викидів її у відкриту атмосферу разом зіншими продуктами згоряння. Недосконала конструкція топок, малий приплив повітря, завантажування палива навалом, низька температура в зоні горіння та інше зумовлюють безперервне виділення великої кількості сажі у повітряз труб промислових і житлових будівель.

Основними джерелами забруднення повітря сажею в населених пунктах є: виробництва, що її продукують, нагрівальні печі і котельні фабрик, заводів, теплоелектростанції;різні транспортні засоби — пароплави, паровози, тепловози,автомобілі; топки громадських та житлових будівель.

Найбільше забруднюють атмосферу сажові заводи. Незважаючи на велику увагу, що приділяється очищенню відхідних газів від сажі, ці об'єкти всетаки виділяють дим звисоким вмістом кіптю, який іноді досягає 20%. На другому місці різні промислові підприємства, не пов'язані з виробництвом сажі.

Звичайно, вони забруднюють атмосферуне 'однаковою мірою. Є багато підприємств легкої і харчовоїпромисловості, які мало задимлюють повітря міст.

Відчутно впливає на чистоту повітря також сучаснийтранспорт. До винайдення двигуна внутрішнього згорянняатмосферу міст задимлювали паровозні і пароплавні топки. Домогтися повного згоряння палива в них було неможливо.

Поряд з розвитком водного і рейкового транспорту ниніособливого значення набуває розвиток автомобільних перевезень. Вихлопні гази автомобілів у сучасних містах становлять серйозну загрозу здоров'ю населення. Тепер на вулицях великих міст одночасно рухаються сотні тисяч автомобілів, з вихлопними газами яких у повітря надходитьвелика кількість сажі і смолистих речовин.

До джерел забруднення атмосферного повітря кіптемналежать і домашні топки. Правда, у зв'язку з широкимвикористанням у побуті природного газу та електроенергіїзастосування їх дедалі зменшується. Проте в містах і селищах, де немає газифікованих жител і ще використовуєтьсякам'яне вугілля, дрова, торф тощо, хатні топки можутьзначно задимлювати атмосферу.

Кількість сажі у цьому випадку залежить від щільності забудови і кількості населення, бо з цим пов'язана витрата палива на одиницю заселеної території. У місцях з невеликою густотою населення, денемає промислових об'єктів, районних і будинкових котелень, такі топки не впливають помітно на атмосферу незалежно від виду використовуваного палива. їхній димшвидко розсіюється в повітряному басейні.

Інша картина спостерігається у великих населенихпунктах, на території яких є багато топок. Від спалюваннянизькоякісних сортів вугілля, з 1 т яких утворюється 25—ЗО кг сажі і 5 кг смол, в атмосферу надходять великі масизабруднень. У цих населених пунктах істотну роль в задимленні повітря відіграє саме побутовий дим, що надходить у приземні шари повітряного басейну.

Кількість сая«і, що вилітає з квартирних топок, має сезонні коливання: влітку її менше, а взимку, через збільшення витрат палива,— більше. їхній дим містить сажібільше (6%), ніж промисловий (1%). Це пояснюється невеликими розмірами квартирних печей, примітивністю їхконструкції і низьким коефіцієнтом корисної дії порівняноз промисловими топками.

Серед домашніх топок найнижчий коефіцієнт корисноїдії мають каміни, дуже поширені в капіталістичних країнах. Вони викидають в атмосферу багато сажі і смолистихречовин внаслідок спалювання дров і кам'яного вугілля. Каміни довго були значним джерелом забруднення лондонського повітря.

Викиди кіптю в атмосферу вдалося зменшити,коли в них почали спалювати кокс і природний газ.

Багато сажі виділяють будинкові котельні, які були поширені в нашій країні в перші післявоєнні роки у зв'язкуз великим розвитком житлового будівництва у зруйнованихокупантами містах. З цієї, в основному, причини будівництво таких котелень тепер різко обмежене. їх замінили міжрайонні теплоцентралі, оснащені ефективними паровимикотлами й апаратами для очистки відхідного диму.