способ обезвреживания органических веществ
Классы МПК: | A62D3/00 Способы обезвреживания или уменьшения вредности химических отравляющих веществ путем их химического изменения |
Автор(ы): | Демкин В.К., Локтев В.Г., Трошкин С.В. |
Патентообладатель(и): | Демкин Вячеслав Константинович, Локтев Валерий Григорьевич, Трошкин Сергей Васильевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1999-02-16 публикация патента:
20.02.2001 |
Изобретение может быть использовано для обезвреживания органических веществ. Способ обезвреживания органических веществ включает в себя обработку вещества излучением, при этом обработку производят импульсами оптического излучения, преимущественно видимого и/или инфракрасного, с энергетическими экспозициями на облучаемом объекте не менее 10 Дж/см2 за один импульс. Способ позволяет повысить степень обезвреживания за счет разложения сложных молекул на простые нетоксичные вещества.
Формула изобретения
Способ обезвреживания органических веществ, включающий обработку вещества излучением, отличающийся тем, что обработку производят импульсами оптического излучения, преимущественно видимого и/или инфракрасного, с энергетическими экспозициями на облучаемом объекте не менее 10 Дж/см2 за один импульс.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области обезвреживания органических веществ, в том числе жидких фосфорсодержащих отравляющих веществ (ОВ), составляющих большую часть накопительных запасов химического оружия. Известен способ обезвреживания ОВ путем термического разложения в зоне горения жидкого органического горючего с кислородом при 2200-3200 K, причем ОВ подают в рабочую зону в виде раствора его в керосине [1]. Этот способ имеет существенные недостатки:- необходимость использования высоких температур,
- наличие продуктов выброса, требующих связывания их в растворах щелочных соединений,
- большой расход горючего, кислорода и других материалов (на 1 кг обезвреживаемого ОВ расход керосина составляет 4 кг, кислорода 22-30 кг, раствора ацетата кальция 60-65 кг). Известен способ обезвреживания жидких органических веществ с помощью плазмы, заключающийся в том, что обезвреживаемое вещество испаряют, пары смешивают с транспортным газом и вводят полученную смесь в плазменную реакционную камеру, где в результате взаимодействия паров с плазмой получают фрагменты и/или ионы молекул испаренного вещества, которые затем нейтрализуют в скруббере, заполненном раствором соляной кислоты [2]. Этот способ имеет существенный недостаток: необходимость использования сложной аппаратуры (генератор микроволновой плазмы, источник магнитного поля и др.). Наиболее близким аналогом-прототипом предлагаемого изобретения является способ фотокаталитического разложения жидких органических веществ, в котором тонкий слой раствора обезвреживаемой жидкости, протекающего по плоской поверхности, покрытой слоем катализатора, облучают непрерывным ультрафиолетовым ( = 240-280 нм) излучением интенсивностью 14-250 Вт/м2 [3]. Этот способ имеет существенные недостатки:
- большая продолжительность процесса (десятки и сотни часов);
- необходимость катализатора в виде слоя мелкодисперсного покрытия, требующего периодического восстановления в процессе работы;
- выделение в объеме облучательной камеры озона, вредного для организма человека и окружающей среды. Достигаемым техническим результатом предлагаемого изобретения является:
- сокращение времени обезвреживания,
- снижение энергозатрат,
- экологическая чистота процесса. Это достигается тем, что обработку обезвреживаемых веществ производят импульсами оптического излучения, преимущественно видимого и/или инфракрасного, с энергетическими экспозициями на облучаемом объекте не менее 10 Дж/см2 за один импульс. Существенными отличиями предлагаемого способа обезвреживания органических веществ являются следующие:
а) обработку ведут импульсами оптического излучения,
б) излучение преимущественно видимое и/или инфракрасное,
в) поверхностная плотность энергии падающего излучения на объекте (энергетическая экспозиция) составляет не менее 10 Дж/см2. Авторам не известны какие-либо способы или устройства для обезвреживания органических веществ, в которых использовали бы обработку вещества импульсным оптическим излучением преимущественно видимого и/или инфракрасного диапазонов. Это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критериями "новизна" и "существенные отличия". Подлежащее обезвреживанию жидкое органическое вещество помещают вблизи источника импульсного излучения, при работе которого образуется плазма инертных газов с температурой 6-10 тыс. К, и производят один или несколько импульсов с постепенным повышением выделяемой энергии. После достижения на объекте определенной пороговой плотности падающей световой энергии (энергетической экспозиции) Hпор или при превышении этой величины происходит полное и необратимое разложение части вещества - фотораспад сложных молекул на простые компоненты без образования высокомолекулярных остаточных соединений - фрагментов исходных молекул. Процесс облучения повторяют до полного разложения всего токсичного вещества. В предлагаемом способе обезвреживания положительного эффекта достигают в основном за счет величины плотности излучения на объекте (энергетической экспозиции, дозы облучения). При малых энергетических экспозициях (H < Hпор) фотодеструкция не наблюдается. Значительное превышение плотности падающего излучения также нецелесообразно, поскольку при энергетических экспозициях H 2 Hпор происходит деградация элементов в конструкции облучателя, изготовленных из металлов и композитов, вследствие низкой стойкости этих конструкционных материалов к импульсному световому излучению плотностью свыше 10 Дж/см2 по сравнению со светостойкими диэлектрическими материалами (стеклом, керамикой). При изменениях дозы облучения в этих пределах (от Hпор до 2 Hпор) возможны вариации пиковой плотности мощности излучения (облученности) Eп и длительности импульса ( = 10-4 - 10-2 с). Эти величины определяются конструкцией и режимом работы конкретного источника излучения, используемого для обработки веществ. Основным обобщенным параметром процесса импульсной фотодеструкции принимают величину энергетической экспозиции (дозы облучения) H на обрабатываемом объекте (H Eп ), поскольку фотораспад сложных молекул является эффектом, кумулятивным относительно дозы облучения. Источником оптического излучения могут быть импульсные ксеноновые лампы или импульсный адиабатический плазмотрон, в котором в рабочую камеру инжектируется ксеноновая плазма с температурой 6-10 тыс. К. В этих устройствах выход оптического излучения в видимой и инфракрасной областях ( = 0,3-2,5 мкм) составляет 50-60% от вложенной энергии (электрической или механической), выход ультрафиолетового излучения ( < 0,3 мкм) - до 10%. Способ обезвреживания органических веществ был апробирован в Научно-производственном объединении "Астрофизика" (г. Москва) на жидких углеводородах (керосин, дизельное топливо) и на фосфорсодержащем веществе - диизопропилфосфонате, являющемся нетоксичным имитатором отравляющего вещества нервно-паралитического действия - зарина (акт апробирования прилагается). При облучении стеклянных пробирок, содержащих 1-2 мл испытуемых органических веществ, светом двух импульсных ксеноновых ламп ИНП 16/250 путем ступенчатого повышения вкладываемой в лампы электрической энергии W (W = CU2/2, где C, U - емкость и напряжение заряда конденсатора) была зафиксирована деструкция этих веществ, характеризуемая следующими признаками:
а) появление в объеме жидкости мелкодисперсной твердой фазы типа аморфного углерода - сажи,
б) выделение легких газовых фракций, проявляющееся в выбивании из пробирки легкой пробки,
в) изменение окраски (пожелтение) оставшейся жидкости. Эта совокупность явлений наблюдается одновременно при достижении или превышении пороговой величины энергии Wпор (при W Wпор) и не наблюдается при W < Wпор. Величина Wпор зависит от природы вещества и конструкции облучателя и в условиях эксперимента составляла для керосина и дизельного топлива около 3000 Дж, для диизопропилфосфоната ~ 9600 Дж, что соответствовало величинам плотности излучения в центре пробирки H1 15 Дж/см2 и H2 50 Дж/см2 соответственно при спектре действующего излучения = 0,3-2,5 мкм (область пропускания силикатного стекла). Анализ облученного диизопропилфосфоната, проведенный лабораторией Академии химзащиты МО РФ (г. Москва) на жидкостном хроматографе с масс-спектрометром, установил полную идентичность состава облученного вещества и исходного (анализ твердой фазы, выделившейся в виде осадка, не проводился), и таким образом подтвердил отсутствие в жидкости высокомолекулярных фрагментов молекул, наблюдаемых при обычном химическом разложении фосфорорганических веществ, то есть факт распада части жидкого вещества непосредственно на простые компоненты (твердые и газообразные). Источники информации
1. Патент РФ N 2022590, кл. A 62 D 3/00, 1991 г. 2. Патент ЕР N 0412107, кл. A 62 D 3/00, 1989 г. 3. Патент ЕР N 0499362, кл. A 62 D 3/00, 1992 г.
Класс A62D3/00 Способы обезвреживания или уменьшения вредности химических отравляющих веществ путем их химического изменения