С. Такетоми, С. Тикадзуми - Магнитные жидкости (1163253), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Допустим, что его измельчили до сферических гранул радиусом г = 100 А, т. е. 10 е см. Площадь поверхности олной такой гранулы составляет 4кгз, число гранул 1/[(4к/3) гз); следовательно, общая площадь, получаемая в результате измельчения 1 смз вещества, достигает 3 10а смз, т.
е. возрастает в 10а раз. Допустим далее, что выход продукта пропорционален произведению площади контакта реагентов на время реакции. Тогда если для получения одного и того же выхода (по массе) при использовании частиц субмикрометрического размера потребуется 1 ч, то в случае первоначального кубика объемом 1 смз продолжительность реакции должна составить 5. 1(г'ч, т, е. 57 лет.
Несколько слов в порядке общего рассуждения. За последние годы использование систем ультрамикроскопических частиц в промышленных производствах стало привлекать все более пристальное внимание. Одна из причин — существенное увеличение выхода материалов в форме таких частиц. Оно связано с тем, что производство ультрамикроскопических частиц в условиях глубокого вакуума исключает контакт с кислородом воздуха, т. е. устраняется одна из важнейших технологических проблем. Вообще, можно утверждать, что прогресс именно вакуумной техники обеспечил возможность получения материалов в виде частиц ультрамикроскопическнх размеров.
Необходимо подчеркнуть ггдзгако, что при переходе к производству их в широких промышленных масштабах придется пойти на значительные материальные затраты. Возвращаясь к основной теме, уместно привести пример эффективного использования магнитных жидкостей как систем, содержащих ультрамикроскопические частицы, в качестве катализаторов химических реакций. Давно обнаружено, что при сжигании топлива, например в паровых котлах, выделяются окислы азота )х(О, которые загрязняют атмосферу.
Чтобы снизить выход этих окислов, можно использовать в качестве катализатора магнитные жидкости. Хорошо известно, что каталитическое действие частиц магнетита или другого окисла. металла существенно уменьшает выход вредных окислов, однако использование их на больших предприятиях в многотоннажных производствах в настоящее время лимитируется чисто эконо- Гпква 5 мическими факторами. Чрезвычайно высокая стоимость получения ультрамикроскопических частиц резко ограничивает их использование в экологических целях.
Вместе с тем использование дисперсной фазы магнитных жидкостей для этих целей возможно в широких промышленных масштабах. Насколько известно авторам, данные о снижении выбросов ХО„в атмосферу благодаря добавке магнитных жидкостей в топливо в широкой печати не публиковались. По всей нероятности, отсутствие подобных публикаций обусловлено тем, что актуальным практическим вопросам уделяется пока еще недостаточно внимания. В заключение авторы выражают надежду на быстрейшее развертывание зкспериментальнь|х работ по применению магнитных жидкостей, т.
е. систем, содержащих ультрамикроскопнческие частицы, в качестве катализаторов Разнообразных химических реакций. Глава б Способы получения магнитных жидкостей Технологический процесс припповления магнитной жидкости можно разделить на две стадии. Первая состоит в сверхтонком измельчении вещества, обладающего магнитными свойствами, или, иначе говоря, в получении ультрамнкроскопических магнитных частиц, На второй стадии процесса на эти частицы наносят слой поверхностно-активного вещества (ПАВ), предотвращая образование агрегатов, и диспергируют стабилизированные частицы в жидкой основе.
Известно несколько методик получения ультрамикроскопических магнитных частиц; в соответствии с ними классифицируются и способы приготовления магнитных мащкостей. 6.1. ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ Жидкость, обладающая высокой способностью к намагничиванию, сохраняющейся в течение длительного времени при полном отсутствии слипания и седиментации коллоидных частиц, т. е. отвечающая всем условиям, предъявляемым к магнитным жидкостям, впервые была получена Пейпеллом [Ц; его способ запатентован в США в 1965 г. Порошок магнетита Ре О4 вместе с керосином или другой органической жидкостью загружают в шаровую мельницу и подвергают механическому измельчению; продолжительность обработки около 2 нед. В процессе измельчения в массу вводят олеиновую кислоту СНз(СНз)7СН = СН(СНз)7СООН, которая используется в качестве ПАВ.
Таким способом можно получить стабильную магнитную жидкость с высокой намагниченностью, что соответствует патенту Пейпелла. Весьма существенный недостаток этого способа — высокая стоимость конечного продукта. В связи с этим практически все коммерческие магнитные жидкости, за исключением особых случаев, производятся в настоящее время по другим технологическим схемам.
Сфера применения способа 126 Глава 6 Пейпелла ограничивается лишь измельчением крупнодисперсных магнетиков. Достигаемый в этом случае эффект состоит в том, что поверхность ультрамикроскопическнх частиц в гораздо меньшей степени подвержена окислению и загрязнению примесями, чем поверхность аналогичных частиц, получаемых методом коцденсации, который описан в следующем разделе.
6.2. СПОСОБЫ КОНДЕНСАЦИИ Известно, что при взаимодействии растворов солей лвух- и трехвалентного железа в воде происходит образование магнетита в виде высокодисперсных частиц; этот процесс описывается следующей принципиальной схемой: Ееа 2 + 2Ре4 з + 8ОН вЂ” Ре О41 + 4НаО (6.1) (аоплолллые еапталы> Например, при реакции хлористого и хлорного железа в водном растворе гидроокиси натрия образуются коллондные частицы магнетита: РеС1~ + 2ГеС1з + 8(ЧаОН- ЪезО41 + 8)т)аС1 + 4Н20 (6.2) тпалполйаые паатнлы) Кроме того, можно использовать сернокислое и сернистокислое железо.
Ультрамикроскопические магнетитовые частицы, полученные таким образом, стабилизируют олеиновой кислотой, затем дегилратируют, промывая водой, и пептизируют в ксилоле или в другой основе. Описанную методику можно проиллюстрировать следующими практическими примерами. 6.2Л. МАГНИТНЫЕ ЖИДКОСТИ С МАГНЕТИТОВЫМИ КРЛЛОИДНЪ|МИ чАстицАми Сносов Симоиидзлки (2!. Приготовляют коллоидный раствор гезО4, содержаший ионы Реа 2 и ге+~ в мольном отношении 1:2, затем прибавляют к нему, например, олеиновую (СН,(СН ) СН = = СН(СН2),СООН), линолевую Н-С(СНа)т ОООН !! н- с — сн — сн 2 1 сна ( сна)е — сн !27 Получение магнитных ыинкоетей или линоленовую кислоту [С.Нз(СН СН = СН)зСНз(СНз)оСООН] либо другое ПАВ, получая в результате магнитную жидкость. Пример г'.
Получение магнитной жидкости с керосином а «ачестве жидкой основы. Общая схема процесса такова: геБО4 + Ге~(БО )з + 8ХаОН вЂ” гезО4 + 4ХазБО4 + 4НзО, (6.3) еос, ~о гезО4 + СНз(СНз)зСН = СН(СНз)зСООХа (Еез04) [СНз(СНз),СН = СН(СНз),СООХа], (6.4) еос, земна (гез04) [СН (СН ) СН СН(СН ) СООХа] + НС1 -(ге,О4).[СН,(СН,),СН = СН(СН,),СООН] + ХаС1 (6.5) Приготовленный по описанной схеме концентрат из ультрамикро-' скопнческих частиц магнетита (в виде пастообразных брикетов, не содержащих воды) пептнзируют в керосине, получая в результате заданную магнитную япздкость. Пример 2.
Получение магнитной ясидкости с линолевой кислотой в качестве ПАВ. Процесс описывается следующей общей схемой: + Нзс (6.81 Н вЂ” С(снз)з СООйа 11 Н вЂ” С вЂ” СНз — СН 11 СНз( СНЗ)4 СН кнзО4 -е(внс ) ° ООе С, ЗО мнн Н вЂ” С( Снз)з СООН 11 Н вЂ” С вЂ” СНз — СН СНз ( СНз)4 СН н — с(снз), СООйа 11 + йаОН вЂ” е Н' — С вЂ” СНЗ вЂ” СН 11 СНз( СНз)4 СН н — С-( Снз), СООйв Н С СНз СН 11 СНз — ( СНз)4 — СН Глава б ( ~в зо 4 ) + НС! Н вЂ” С вЂ” ( СН2)2 СООН И н — С вЂ” си — сн И сн, — ( сн,),-сн ( ге,о,) ° + Нас! (6.6) Полученньзй по такой технологической схеме концентрат пептизирунзт в керосине.
В каждом из описанных случаев основой служит керосин; кроме него в зтом качестве могут быть использованы циклогексан (С Н, ), и-октан (СВН, ), и-допекав (С!2Нзе) и другие аналогичные им вещества. Пример 3. Магнитные жидкости с водой в качестве основы Р7. Общая технологическая схема процесса такова: Хе О + Н С (СН2)2 снз з е И н с (сн2 ) СООна Н вЂ” С вЂ” ( СН2)2 СНз — -е (еезОе) ° И ВО С, ЗО мнн Н вЂ” С вЂ” ( СН2)2 — СООЙВ (6.9] Н С ( СН2)2 СНз (Евзое ) Н вЂ” С вЂ” (СН,),— СООНа ~ н — с — ( снз),— сн„ (Гез04 ) И + ЙВС! н-с — (сн,),— ооон 1 (6.103 Н-С вЂ” ( СН,),— СНз (квзо ) ° и + ( снз ) ° (снз)» ©" ВОзна + нзс Н вЂ” С вЂ” ( СН2),— СООН ~ ( ге,о, ] ° И н- с-( сн,),— сн, Н С вЂ” ( СН2 )7 СООН + Нзо ЗОВ на ф.!11 н С вЂ” ( снз)2 Сооиа и Н вЂ” С СН2 — СН И Сне ( СН2 )4 СН Н2С вЂ” ( СН2 ) и СНз Ф !29 г!апхчеиие нагиитннх жид«остей Пример 4.
Приготовление магнитных жидкостей на !рторуглеродном лолизЯире 14/. Сущность метода сводится к тому, что на коллонпных ма!неготовых частицах, описанных выше, осуществляется адсорбция перфторированного ПАВ, например с СН, — СН, 1 Скз — (СЕ!)4 — С вЂ” СНз — СООК ! ВОз Н Процесс ведут при 80 в течение 30 мин (полученное вешество— образец А). Далее осуществляют процесс по следующей схеме: Образец А + НС1-осадок (6.12) Из полученного осадка приготовляют описанные выше пастообразные брикеты и пептизируют их во фторуглеродном полизфире (ЕСТЕС производства японской фирмы «Дайниппон инки»).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
