Журнал неорганической химии, 2021, T. 66, № 4, стр. 531-533

Фазовые равновесия в разрезах системы ацетат калия–глицерин–вода при температурах 0…–62°C

Е. А. Фролова a, Д. Ф. Кондаков a, Л. Б. Свешникова a, В. П. Данилов a*

a Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН
119991 Москва, Ленинский пр-т, 31, Россия

* E-mail: vpdanilov@igic.ras.ru

Поступила в редакцию 20.10.2020
После доработки 26.10.2020
Принята к публикации 05.11.2020

Полный текст (PDF)

Аннотация

Методом визуально-политермического анализа исследованы фазовые равновесия в разрезах системы ацетат калия–глицерин–вода при температурах 0…–62°C. Соотношение ацетата калия и глицерина в разрезах варьировалось от 3 : 1 до 1 : 3. Выявлены композиции, перспективные в качестве новых противогололедных реагентов с хорошей плавящей способностью по отношению ко льду, образующие низкотемпературные эвтектики.

Ключевые слова: противогололедные реагенты, плавящая способность, низкотемпературные эвтектики

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в России и в других странах в качестве противогололедных реагентов применяются композиции, состоящие из солей щелочных и щелочноземельных металлов [119]. Включение в состав солевой композиции глицерина представляет интерес в связи с возможностью разработки новых противогололедных реагентов, поскольку глицерин, как и солевые компоненты, обладает хорошими противогололедными свойствами. Водный раствор глицерина концентрации 66.7% (эвтектика) замерзает при температуре –46.7°C [20].

Нами исследованы фазовые равновесия в разрезах системы ацетат калия–глицерин–вода при температурах ниже 0°C с целью выявления противогололедных композиций, образующих низкотемпературные эвтектики со льдом.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Фазовые равновесия в разрезах указанной системы изучали методом визуально-политермического анализа [6] в специальном лабораторном приборе, снабженном низкотемпературным термометром. Охлаждение проводили в сосуде Дьюара жидким азотом. В качестве исходных веществ использовали ацетат калия и глицерин квалификации “ч. д. а”. По экспериментальным данным строили политермы кристаллизации. Плавящую способность композиций различного состава в равновесных условиях рассчитывали по политермам кристаллизации по формуле:

А = (100 – Сt)/Сt,

где А – плавящая способность композиции при температуре t, Сt – концентрация раствора при температуре [21 ] . Соотношение глицерина и ацетата калия в изучаемых разрезах варьировалось от 3 : 1 до 1 : 3.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В табл. 1–3 приведены данные по фазовым равновесиям в разрезах системы ацетат калия–глицерин–вода с соотношениями KCH3COO : C3H5(OH)3 = 3 : 1, 1 : 1 и 1 : 3. Данные по всем разрезам, а также по системам ацетат калия–вода и глицерин–вода представлены в табл. 4.

Таблица 1.  

Температуры кристаллизации растворов системы KCH3COO–C3H5(OH)3–H2O (разрез с соотношением KCH3COO : C3H5(OH)3 = 3 : 1) в зависимости от концентрации компонентов в водном растворе (политерма кристаллизации)

Концентрация KCH3COO + C3H5(OH)3 в водном растворе, мас. % Температура начала кристаллизации, °C Твердая фаза
5.0 –1.5 Лед
10.0 –3.0 »
20.0 –8.0 »
30.0 –16.0 »
40.0 –28.0 »
50.0 –47.0 »
55.0 –62.0 Лед + KCH3COO + C3H5(OH)3 (эвтектика)
57.0 –53.0 KCH3COO + C3H5(OH)3
60.0 –13.0 »
Таблица 2.  

Температуры кристаллизации растворов системы KCH3COO–C3H5(OH)3–H2O (разрез с соотношением KCH3COO : C3H5(OH)3 = 1 : 1) в зависимости от концентрации компонентов в водном растворе (политерма кристаллизации)

Концентрация KCH3COO + C3H5(OH)3 в водном растворе, мас. % Температура начала кристаллизации, °C Твердая фаза
10.0 –3.0 Лед
20.0 –7.0 »
30.0 –12.5 »
40.0 –21.0 »
50.0 –32.5 »
60.0 –49.0 »
64.0 –58.0 Лед + KCH3COO + C3H5(OH)3 (эвтектика)
65.0 –54.0 KCH3COO + C3H5(OH)3
70.0 –43.0 »
Таблица 3.  

Температуры кристаллизации растворов системы KCH3COO–C3H5(OH)3–H2O (разрез с соотношением KCH3COO : C3H5(OH)3 = 1 : 3) в зависимости от концентрации компонентов в водном растворе (политерма кристаллизации)

Концентрация KCH3COO + C3H5(OH)3 в водном растворе, мас. % Температура начала кристаллизации, °C Твердая фаза
10.0 –2.5 Лед
20.0 –6.0 »
30.0 –11.0 »
40.0 –17.0 »
50.0 –25.5 »
60.0 –37.5 »
65.0 –46.0
69.0 –52.0 Лед + KCH3COO + C3H5(OH)3 (эвтектика)
70.0 –46.0 KCH3COO + C3H5(OH)3
80.0 –34.0 »
Таблица 4.  

Противогололедные свойства композиций в системе KCH3COO–C3H5(OH)3–H2O

Cостав композиции KCH3COO : C3H5(OH)3 Параметры эвтектики в системе соли–вода Плавящая способность композиции ко льду при температуре, °C
температура, °С концентрация, мас. % –5.0 –10.0
3 : 1 (75% KCH3COO + + 25% C3H5(OH)3) –62.0 55.0 6.4 3.3
2 : 1 –59.0 57.0 6.4 3.3
1 : 1 –58.0 64.0 5.5 2.8
1 : 2 –56.0 68.0 4.9 2.6
1 : 3 –52.0 69.0 4.9 2.6
KCH3COO –62.0 47.5 7.3 4.3
C3H5(OH)3 –46.7 [2] 66.7 4.0 2.0

Как следует из табл. 4, с увеличением содержания глицерина в составе композиции температура эвтектики в системе KCH3COO–C3H5(OH)3–H2O повышается от –62 до –52°C, оставаясь довольно низкой. Все композиции с соотношением ацетата калия и глицерина в пределах от 3 : 1 до 1 : 3 характеризуются хорошей плавящей способностью по отношению ко льду и могут быть использованы в качестве противогололедных реагентов. Низкие температуры эвтектик, образуемых этими композициями, позволяют применять их в широком температурном интервале вплоть до –40…–45°C.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследованы фазовые равновесия в разрезах системы ацетат калия–глицерин–вода с соотношением KCH3COO : C3H5(OH)3 от 3 : 1 до 1 : 3 при температурах 0…–60°C. Выявлены новые противогололедные композиции с хорошими противогололедными свойствами, эффективные при низких температурах вплоть до –40…–45°C.

Список литературы

  1. Борисюк Н.В. Зимнее содержание городских дорог. М.: Инфра-Инженерия, 2019. 148 с.

  2. Розов С.Ю., Паткина И.А., Розов Ю.Н., Шестаченко А.Ю. // Дороги и мосты. 2016. № 2 (36). С. 69.

  3. Frolova E.A., Kondakov D.F., Orlova V.T. et al. // Theor. Found. Chem. Eng. 2013. V. 47. № 4. P. 422. https://doi.org/10.1134/S0040579513040076

  4. Achkeeva M.V., Romanyuk N.V., Frolova E.A. et al. // Theor. Found. Chem. Eng. 2015. V. 49. № 4. P. 481. https://doi.org/10.1134/S0040579515040028

  5. Данилов В.П., Фролова Е.А., Кондаков Д.Ф. и др. // Хим. технология. 2010. Т. 11. № 4. С. 193.

  6. Danilov V.P., Frolova E.A., Kondakov D.F. et al. // Theor. Found. Chem. Eng. 2012. V. 46. № 5. P. 528. https://doi.org/10.1134/S0040579512050028

  7. Achkeeva M.V., Romanyuk N.V., Avdyushkina L.I. et al. // Theor. Found. Chem. Eng. 2014. V. 48. № 4. P. 461. https://doi.org/10.1134/S0040579514040022

  8. Данилов В.П., Кондаков Д.Ф., Николаев В.В. и др. // Хим. технология. 2013. Т. 14. № 6. С. 321.

  9. Frolova E.A., Kondakov D.F., Nikolaev V.V. et al. // Theor. Found. Chem. Eng. 2015. V. 49. № 5. P. 719. https://doi.org/10.1134/S004057951505005X

  10. Danilov V.P., Frolova E.A., Kondakov D.F. et al. // Theor. Found. Chem. Eng. 2016. V. 50. № 4. P. 480. https://doi.org/10.1134/S0040579516040084

  11. Frolova E.A., Kondakov D.F., Avdyushkina L.I. et al. // Theor. Found. Chem. Eng. 2017. V. 51. № 4. P. 524. https://doi.org/10.1134/S0040579517040066

  12. Фролова Е.А., Кондаков Д.Ф., Авдюшкина Л.И. и др. // Хим. технология. 2017. Т. 18. № 1. С. 15. https://doi.org/10.1134/S004057951805007X

  13. Данилов В.П., Фролова Е.А., Кондаков Д.Ф. и др. // Хим. технология. 2018. Т. 19. № 3. С. 98.

  14. Данилов В.П., Кондаков Д.Ф., Фролова Е.А. и др. // Хим. технология. 2018. Т. 19. № 2. С. 61.

  15. Данилов В.П., Фролова Е.А., Кондаков Д.Ф. и др. // Хим. технология. 2018. Т. 19. № 7. С. 296. https://doi.org/10.31044/1684-5811-2018-19-7-296-302

  16. Данилов В.П. // Хим. технология. 2018. Т. 19. № 13. С. 589. https://doi.org/10.31044/1684-5811-2018-19-13-589-595

  17. Орлов В.А. Теория и практика борьбы с гололедом. М.: Воздушный транспорт, 2010. С. 117.

  18. Розов Ю.Н., Розов С.Ю., Френкель О.В. // Автомобильные дороги и мосты: обзор. информ. 2006. Вып. 4. 104 с.

  19. Беззубов Л.П. Химия жиров. М.: Пищепромиздат, 1962. 307 с.

  20. Danilov V.P., Frolova E.A., Kondakov D.F. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2019. V. 64. № 9. P. 1165. https://doi.org/10.1134/S0036023619090067

Дополнительные материалы отсутствуют.