来自于圣彼得堡国立大学的多位化学家开发了一种用于进行化学反应的加热保温瓶
圣彼得堡大学的科学家与俄罗斯科学院泽林斯基有机化学研究所的研究人员共同开发了一种管中管反应器,该反应器无需使用外部加热器即可保障高效的化学反应。 这种方法在进行化学研究时显着降低了能源成本。
该研究由俄罗斯科学基金会资助,研究结果发表于国际分子科学杂志
化学反应可能会随着热量释放(放热)或热量消耗(吸热)而进行。在第一种情况下,产生的热辐射通常会消散。然而,它们可用于启动第二种反应,该反应需要额外热量来吸收它。化学家开发的类似于热水瓶的结构,使得利用一个反应释放的热能来启动第二个反应变为可能。
来自于圣彼得堡大学和俄罗斯科学院泽林斯基有机化学研究所的科学家们开发了一种特殊的管中管反应器,可保障更高效的电石水解反应——钙化合物和碳与水的相互作用。今天,电石在工业中被积极用于获得气态乙炔,并用它来生产乙酸、乙醇、塑料、橡胶树脂,甚至喷气发动机。
该反应器由一个外管和内管组成,管子不会相互接触,连接部分通过尼龙3D打印机打印。这种结构有助于制造所谓的加热保温瓶。“加热器”位于两管之间的空间,即反应器的“壁”中。
为了进行有效的反应,研究人员将碳化钙颗粒放入管子之间的空间,加入溶剂和水并混合。混合物被加热,产生的热量进入内部,在其中开始试剂间吸热反应。研究人员能够在不使用外部加热器的情况下以较低的能耗进行两种类型的反应。
使用热成像仪记录释放和吸收的热量以实时监控设备内部温度在反应过程中的变化
结果表明,反应器中的热效应取决于溶剂的类型以及水和碳化物的量。因此,如果设备的“壁”中含有少量水(仅5%)和大量溶剂,则几乎不会检测到热释放。相反,将水量增加到50%或更多,会在五分钟内导致温度快速升高至 90°С。
项目负责人,圣彼得堡大学聚类分析实验室研究助理康斯坦丁·罗季金说:“碳化钙能够在没有外部热源的情况下启动反应。我们开发的‘管中管’装置有助于在需要时控制和改变水解速度。例如,它可用于工业生产乙炔。向碳化物中添加水会产生大量热量,以至于释放的乙炔聚合并变得无用。溶剂和水的混合物可以减慢这一过程,阻止不需要的聚合并以更有效的方式带走热量。”
该研究基于圣大科学园资源中心“物质成分分析方法”和 “磁共振研究方法”开展。
应指出,圣彼得堡大学的化学家研究小组也在研究减少二氧化碳排放的碳中和生产循环战略。
“管中管”反应器的开发得到了俄罗斯科学基金会第21-73-20003号资金的支持。