Пробоотбор и концентрирование полициклических ароматических углеводородов из отходящих газов установки синтеза углеродных наноматериалов

  • Сергей Михайлович Лещев Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Татьяна Николаевна Генарова Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси, ул. П. Бровки, 15, 220072, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0002-9485-9507
DOI: https://doi.org/10.33581/2520-257X-2021-2-62-73

Аннотация

В настоящее время в мире наблюдается рост производства углеродных наноматериалов, что связано с их уникальными физико-механическими свойствами и применением в различных областях науки, промышленности и техники. Исследование химического состава отходящих газов установки пиролиза пропан-бутановой смеси при получении углеродных наноматериалов имеет научную и прикладную ценность, поскольку позволяет не только изучить химию процесса пиролиза углеводородных смесей, но и оценить степень токсичности отходящих газов пиролизных установок. Количественное определение полициклических ароматических углеводородов в газообразных продуктах пиролиза пропан-бутановой смеси при синтезе углеродных наноматериалов показало, что при пробоотборе с небольшим количеством адсорбента Supelpak-2, широко используемого в международных и отечественных методиках, не обеспечивается эффективное улавливание многоядерных ароматических углеводородов. По этой причине важным вопросом является разработка простой и эффективной методики пробоотбора полициклических ароматических углеводородов с последующим их анализом методом газовой хроматографии в сочетании с масс-спектрометрией (ГХ-МС). Принципиальная суть данной методики заключается в том, что улавливание отходящих газов проводится с помощью стекловолоконных фильтров, пропитанных малолетучим органическим растворителем – диэтиленгликолем, тетраэтиленгликолем или диметилсульфоксидом. Последний характеризуется наиболее высокой экстрагирующей способностью по отношению к полициклическим ароматическим углеводородам, в том числе многоядерным (от четырех колец в молекуле). В результате разработанная методика позволяет повысить эффективность улавливания многоядерных ароматических углеводородов до 96–98 %, тогда как в случае применения твердого адсорбента при одинаковых условиях (режим пиролиза, время, температура, скорость отбора проб, масса картриджа) степень их извлечения составляет 1–5 %.

Биографии авторов

Сергей Михайлович Лещев, Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь

доктор химических наук, профессор; профессор кафедры аналитической химии химического факультета

Татьяна Николаевна Генарова, Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси, ул. П. Бровки, 15, 220072, г. Минск, Беларусь

кандидат химических наук; ученый секретарь

Литература

  1. Keramiotis C, Vourliotakis G, Skevis G, Founti MA, Esarte C, Sánchez NE, et al. Experimental and computational study of methane mixtures pyrolysis in a flow reactor under atmospheric pressure. Energy. 2012;43(1):103–110. DOI: 10.1016/j.energy.2012.02.065.
  2. Sánchez NE, Salafranca J, Callejas A, Millera Á, Bilbao R, Alzueta MU. Quantification of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) found in gas and particle phases from pyrolytic processes using gas chromatography – mass spectrometry (GC–MS). Fuel. 2013;107:246–253. DOI: 10.1016/j.fuel.2013.01.065.
  3. Bodri I, Del’perier B, Lamber Zh-P, Potin Zh-F, inventors; Snecma Propulsion Solide, assignee. [Method and installation for treatment of waste gases containing hydrocarbons]. Russian Federation patent RU 2298427. 2007 May 10. Russian.
  4. Bondaletov VG, Antonov IG, Prikhod’ko SI, Dmitriev ZT, inventors; Institute of Petroleum Chemistry, Siberian Division of the Russian Academy of Sciences, Limited Liability Company «Khimprotsess», assignees. [Method for absorption of hydrocarbons from gas-air mixtures]. Russian Federation patent RU 2214384. 2003 October 20. Russian.
  5. Poster DL, Schantz MM, Sander LC, Wise SA. Analysis of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in environmental samples: a critical review of gas chromatographic (GC) methods. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 2006;386(4):859–881. DOI: 10.1007/s00216-006-0771-0.
  6. Mastral AM, Callén M, Murillo R. Assessment of PAH emissions as a function of coal combustion variables. Fuel. 1996;75(13):1533–1536. DOI: 10.1016/0016-2361(96)00120-2.
  7. Mastral AM, Callén MS, García T, Lopez JM. Benzo(a)pyrene, benzo(a)anthracene, and dibenzo(a,h)anthracene emissions from coal and waste tire energy generation at atmospheric fluidized bed combustion (AFBC). Environmental Science & Technology. 2001;35(13):2645–2649. DOI: 10.1021/es0015850.
  8. Thomas S, Wornat MJ. Effects of acetylene addition on yields of the C1−C10 hydrocarbon products of catechol pyrolysis. Energy & Fuels. 2008;22(2):976–986. DOI: 10.1021/ef700535v.
  9. Thomas S, Wornat MJ. Polycyclic aromatic hydrocarbons from the co-pyrolysis of catechol and 1,3-butadiene. Proceedings of the Combustion Institute. 2009;32(1):615–622. DOI: 10.1016/j.proci.2008.05.043.
  10. Ballesteros R, Hernández JJ, Lyons LL. Determination of PAHs in diesel particulate matter using thermal extraction and solid phase micro-extraction. Atmospheric Environment. 2009;43(3):655–662. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2008.10.015.
  11. Mastral A, Callén M, Murillo R, Garcia T, Viñas M. Influence on PAH emissions of the air flow in AFB coal combustion. Fuel. 1999;78(13):1553–1557. DOI: 10.1016/S0016-2361(99)00079-4.
  12. Mastral AM, Callén MS, García T. Polyaromatic environmental impact in coal − tire blend atmospheric fluidized bed (AFB) combustion. Energy & Fuels. 2000;14(1):164–168. DOI: 10.1021/ef990101m.
  13. Thomas S, Wornat MJ. Polycyclic aromatic hydrocarbons from the co-pyrolysis of catechol and 1,3-butadiene. Proceedings of the Combustion Institute. 2009;32(1):615–622. DOI: 10.1016/j.proci.2008.05.043.
  14. Wartel M, Pauwels J-F, Desgroux P, Mercier X. Quantitative measurement of naphthalene in low-pressure flames by jet-cooled laser-induced fluorescence. Applied Physics B. 2010;100(4):933–943. DOI: 10.1007/s00340-010-4135-2.
  15. Henarava TM, Hrusheuski UU, Krivosheev PM, Penyazkov OG, Buiakov IF, Dmitrenko YuM, et al. Waste gases in the catalytic synthesis of carbon nanomaterials by pyrolytic decomposition of a propane-butane mixture. Reports of the National Academy of Sciences of Belarus. 2018;62(6):685–693. Russian. DOI: 10.29235/1561-8323-2018-62-6-685-693.
  16. Gryzodub AI. Standard procedures of validation of drug quality control methods. Farmakom. 2006;1/2:35–44. Russian.
  17. Leschev SM, Henarava TM. Influence of the polar solvent nature on the extraction of polycyclic aromatic hydrocarbons from hexane and hexane solutions of pyrolysis products. Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Chemical Series. 2019;55(1):38–45. Russian. DOI: 10.29235/1561-8331-2019-55-1-38-45.
Опубликован
2021-09-22
Ключевые слова: пробоотбор, полициклические ароматические углеводороды, экстракция, анализ ГХ-МС
Поддерживающие организации Авторы выражают благодарность кандидату химических наук В. В. Грушевскому за помощь в проведении экспериментов, а также академику НАН Беларуси С. А. Жданку за предоставление установки пиролиза во временное пользование.
Как цитировать
Лещев, С. М., & Генарова, Т. Н. (2021). Пробоотбор и концентрирование полициклических ароматических углеводородов из отходящих газов установки синтеза углеродных наноматериалов. Журнал Белорусского государственного университета. Химия, 2, 62-73. https://doi.org/10.33581/2520-257X-2021-2-62-73
Выпуск
№ 2 (2021): Журнал Белорусского государственного университета. Химия
Раздел
Оригинальные статьи

Copyright (c) 2021 Журнал Белорусского государственного университета. Химия

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).