Удаление растворенных газов из жидкостей

Введение

Удаление растворенных газов из жидкостей

Дегазация, также известная как дегазификация, — это удаление растворенных газов из жидкостей, особенно воды или водных растворов. Существует множество методов удаления газов из жидкостей. Газы удаляют по различным причинам. Химики удаляют газы из растворителей, когда вещества, с которыми они работают, могут быть чувствительны к воздуху или кислороду (бескислородная техника), или когда образование пузырьков на границе раздела твердой и жидкой фаз становится проблемой. Образование газовых пузырьков при замораживании жидкости также может быть нежелательным, что требует предварительной дегазации.

Снижение давления

Растворимость газа подчиняется закону Генри, то есть количество растворенного газа в жидкости пропорционально его парциальному давлению. Следовательно, понижение давления над раствором уменьшает растворимость газа в нем. Обычно, эффективность этого процесса повышается при ультразвуковой обработке и перемешивании под пониженным давлением. Этот метод часто называют вакуумной дегазацией. Для дегазации материалов путем снижения давления используются специализированные вакуумные камеры, называемые вакуумными дегазаторами.

Терморегулирование

В общем случае, в водном растворителе растворяется меньше газа при более высокой температуре, и наоборот для органических растворителей (при условии, что растворяемое вещество и растворитель не вступают в реакцию). Следовательно, нагревание водного раствора способствует удалению растворенного газа, а охлаждение органического раствора оказывает аналогичное действие. Также эффективны ультразвуковая обработка и перемешивание при регулировании температуры. Этот метод не требует специального оборудования и легко выполним. Однако в некоторых случаях растворитель и растворяемое вещество могут разлагаться, реагировать друг с другом или испаряться при высокой температуре, что приводит к менее воспроизводимой скорости удаления.

Дегазификация мембран

Мембраны для разделения газа и жидкости пропускают газ, но не пропускают жидкость. Пропускание раствора внутри мембраны для разделения газа и жидкости и откачка снаружи приводит к выходу растворенного газа через мембрану. Этот метод имеет преимущество в предотвращении повторного растворения газа, поэтому он используется для производства особо чистых растворителей. Новые области применения – струйные системы, где газ в чернилах образует пузырьки, ухудшающие качество печати. Для удаления газа и предотвращения образования пузырьков, обеспечивающих стабильную подачу и качество печати, перед печатной головкой устанавливается дегазатор. Описанные выше три метода используются для удаления всех растворенных газов. Ниже представлены методы для более селективного удаления.

Ультразвуковое обезгазификация

Ультразвуковые жидкостные процессоры – распространенный метод удаления растворенных газов и/или захваченных пузырьков газа из различных жидкостей. Преимущество этого метода заключается в том, что ультразвуковая дегазация может проводиться в режиме непрерывного потока, что делает его пригодным для промышленного производства.

Спаргирование инертным газом

Продувка раствора высокочистым (обычно инертным) газом позволяет удалить нежелательные (обычно реакционноспособные) растворенные газы, такие как кислород и углекислый газ. Обычно используются азот, аргон, гелий и другие инертные газы. Для максимальной эффективности этого процесса, называемого продувкой, раствор интенсивно перемешивают и продувают в течение длительного времени. Поскольку гелий мало растворим в большинстве жидкостей, он особенно полезен для снижения риска образования пузырьков в системах высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ).

Добавление редуктора

Если необходимо удалить кислород, добавление восстановителей иногда бывает эффективным. Например, особенно в области электрохимии, сульфит аммония часто используется в качестве восстановителя, поскольку он реагирует с кислородом, образуя сульфат-ионы. Хотя этот метод применим только к кислороду и связан с риском восстановления растворенного вещества, растворенный кислород практически полностью устраняется. Кет-радикал, полученный из натрия и бензофенона, также может использоваться для удаления как кислорода, так и воды из инертных растворителей, таких как углеводороды и эфиры; дегазированный растворитель можно отделить дистилляцией. Последний метод особенно полезен, поскольку высокая концентрация кет-радикала вызывает появление насыщенного синего цвета, указывающего на полную дегазацию растворителя.

Цикл замораживания-накачивания-разморозки

В этой лабораторной методике жидкость, подлежащая дегазации, помещают в колбу Шленка и быстро замораживают, обычно с использованием жидкого азота. Затем создают вакуум, например, до 1 мм рт. ст. (в качестве примера). Колбу отсоединяют от источника вакуума и дают замороженному растворителю оттаять. Часто при таянии появляются пузырьки. Обычно процесс повторяют в течение трех циклов. Степень дегазации выражается формулой (1/760)³ при начальном давлении 760 мм рт. ст., вакууме 1 мм рт. ст. и общем количестве циклов, равном трем.

Вино для дегазации

Дрожжи используют сахар для производства алкоголя и углекислого газа. В виноделии углекислый газ является нежелательным побочным продуктом для большинства вин. Если вино разливают в бутылки сразу после ферментации, важно дегазировать вино перед розливом. Винодельни могут пропустить процесс дегазации, если выдерживают свои вина перед розливом в бутылки. Хранение вин в стальных или дубовых бочках в течение месяцев, а иногда и лет, позволяет газам высвобождаться из вина и выходить в воздух через гидрозатворы.

Непреднамеренное выделение газов

Непреднамеренное дегазирование может происходить по разным причинам, таким как случайный выброс метана с морского дна в ходе человеческой деятельности, например, при подводных исследованиях энергетической отрасли. Естественные процессы, такие как движение тектонических плит, также могут приводить к высвобождению метана с океанического дна. В обоих случаях объем высвобождаемого газа может вносить значительный вклад в изменение климата.