способ уничтожения иприта

Формула изобретения

Способ уничтожения иприта с использованием облучения, отличающийся тем, что для уничтожения используют раствор иприта и четырехбромистого углерода в четыреххлористом углероде, на который воздействуют ультрафиолетовым излучением с длиной волны 250-400 нм.

Описание изобретения к патенту

I. Область применения.

Согласно международным договоренностям все запасы отравляющих веществ должны быть уничтожены [Федеральный закон от 2 мая 1997 г. №76 ФЗ "Об уничтожении химического оружия"]. При выполнении данного закона возможно попадание ОВ на одежду и оборудование. Однако для детоксикации иприта обычно используют агрессивные реагенты, которые не позволяют уничтожить иприт без порчи имущества (обмундирования, микросхем и.т.д.), поэтому при попадании данного ОВ на поверхность имущества необходим метод, позволяющий очистить ее без повреждения последней и не требующий дополнительной обработки.

II. Предшествующий уровень техники.

Известен способ утилизации иприта его взаимодействием с водно-спиртовым раствором сульфида натрия [Александров В.Н., Емельянов В.И. Отравляющие вещества. - М.: Воениздат, 1990, С.136] по схеме:

Иприт можно уничтожать реакцией с водно-спиртовыми растворами щелочей [Франке З. Химия отравляющих веществ. - М.: Химия, 1973, ч.1., С.158-159]:

Можно уничтожать иприт при его взаимодействии с аммиаком или аминами [Франке З. Химия отравляющих веществ. - М.: Химия, 1973, ч.1., С.160].

К вышеприведенным методам можно отнести способ утилизации иприта, основанный на его взаимодействии с моноэтаноламином и этиленгликолем [Концепция уничтожения химического оружия в Российской Федерации. - М.: Воениздат, 1994] и способ, основанный на взаимодействии с мочевиной и тиомочевинной [Патент РФ №2073542, БИ - 1997. - №5].

Возможна реакция иприта с металлическим натрием. В данном случае получают тетрагидротиофен [Патент РФ №2073543, БИ - 1997.- №5].

Недостатками указанных методов детоксикации иприта является применение реакционных сред или условий реакции, которые могут привести в негодность сложное оборудование, обмундирование, электронные схемы и.т.д.

Известен способ уничтожения галогеносодержащих органических соединений (в том числе боевых отравляющих веществ), основанный на разложении субстрата с последующим связыванием при помощи паров металлов. Сущность данного изобретения заключается в том, что уничтожаемые вещества помещают в реактор, который заполняют инертным газом и в качестве реагентов вводят пары щелочного или щелочноземельного металла, а энергетическое воздействие осуществляют с помощью импульсно-периодического разряда, возбуждаемого в объеме реактора от внешнего источника питания [Патент РФ №2209104, БИ - 27.07.2003].

Недостатком данного метода является его высокая энергоемкость и необходимость применения инертной атмосферы и паров металлов, что приводит к значительному удорожанию процесса и невозможности его применения вне заводских условий.

Известен способ уничтожения галогенсодержащих газообразных веществ, включающий осуществление реакций разложения молекул под действием нагрева и ультрафиолетового излучения, испускаемого поверхностным скользящим разрядом, и связывания продуктов реакции разложения с помощью реагента в реакторе, заполненном смесью газообразных высокотоксичных веществ, газов, способствующих осуществлению реакции разложения по всему реактору (реактор заполняется смесью газообразного субстрата, водорода и кислорода), и реагентов (Патент РФ №2152236 С1, А 62 D 3/00).

Данный способ является высокотемпературным, что предполагает использование дорогостоящего оборудования, поэтому он является дорогостоящим и не может быть применен вне заводских условий.

Известен способ уничтожения галогеносодержащих органических веществ, включающий разложение их молекул и связывание продуктов разложения в реакциях с реагентами (ЕР 0257170, МПК А 62 D 3/00). В названном способе разложение молекул осуществляется с помощью ультрафиолетового излучения (280-320 нм). В качестве реагентов используются смеси из соединений, образованных конденсацией окиси пропилена, окиси этилена, щелочью с окисляющим агентом или источником свободных радикалов и т.д.

Данный метод требует применения дорогостоящего оборудования и не может использоваться для уничтожения иприта.

III. Сущность изобретения.

Целью данного изобретения является создание нового метода уничтожения иприта, который позволял бы дегазировать поверхности, не нанося им ущерб (агрессивными химическими средами, нагреванием, смолистыми или твердыми продуктами реакции и.т.д.).

Сущность данного изобретения заключается в том, что иприт подвергается воздействию ультрафиолетового излучения в присутствии четырехбромистого углерода и в результате превращается в смесь легкокипящих галогенсодержащих углеводородов.

Иприт, как и все тиоэфиры, имеет слабое поглощение в ультрафиолетовой области [Гордон А., Форд Р. Спутник химика. - М.: Мир. - 1976, С.239], поэтому прямое уничтожение данного соединения воздействием излучения в УФ области становится проблематичным. Однако известно, что серу- и селенсодержащие соединения легко реагируют по атому халькогена с продуктами свободнорадикального распада четырехбромистого углерода а затем перегруппировываются [Древко Б.И., Фоменко Л.А., Сучков М.А., Харченко В.Г. // ХГС - 1999. - №6. - С.749-751], поэтому реакцию было решено проводить в кварцевом реакторе, облучая раствор иприта и CBr₄ в четыреххлористом углероде ультрафиолетовым излучением с длиной волны 250-400 нм.

За ходом реакции следили при помощи газового хроматографа HP 5890 с масс-селективным детектором HP 5972. Хроматографическая колонка HP5MS, капиллярная, неподвижная фаза: 5% дифенил- и 95% диметил-полисилоксан (d=0,25 мм и L=30 м). T_нач=50°С. Т_кон=260°С. Скорость подъема температуры =20°С/мин. Т_{инжектора}=250°С. Т_{детектора}=270°С.

В качестве внутреннего стандарта использовался додекан, который значительно труднее, чем иприт вступает в свободнорадикальные реакции. Время удерживания внутреннего стандарта 6,742 мин. Время удерживания иприта 6,556 мин. Молекулярный ион иприта проявляется в виде трех сигналов с m/z=158, 160, 162 с интенсивностью, которая характеризуется природным соотношением изотопов хлора Cl ³⁵ и Cl³⁷.

Общая схема превращений может выглядеть следующим образом:

Далее реакция протекает с перегруппировками и полным разложением иприта на смесь легкокипящих галогенсодержащих углеводородов по схеме:

При анализе масс-спектров реакционной смеси на ранних стадиях реакции можно было предположить образование 1,5-дихлор-2-бром-3-тиапентана со временем удерживания 7,213 мин. В конечных продуктах реакции данное соединение не обнаружено.

Концентрация иприта после четырехчасового облучения уменьшалась в 95-104 раза с 0,084 моль/л до 0,0009-0,00081 моль/л или с 13,333 мг/мл до 0,128-0,141 мг/мл.

Эксперимент проводили несколько раз. Для полной иллюстрации изобретения приводим конкретную методику выполнения эксперимента.

Раствор 0,08 г (0,0005 моль) иприта и 0,32 г (0,001 моль) четырехбромистого углерода в 6 мл четыреххлористого углерода помещали в реактор из кварцевого стекла, снабженного магнитной мешалкой и при постоянной температуре 15°С, реакционную смесь подвергали воздействию УФ-облучения (лампа ОКН-11, длинна волны 250-400 нм) в течение 4 часов. Пробы реакционной смеси отбирали каждый час. В качестве внутреннего стандарта использовали додекан (0,08 мл).