Химические лаборатории будущего: проекты, решения, задачи.Проектная работа ученика 10 класса МОУ «Георгиевская гимназия» г. Егорьевск Московской обл. Елисеева Егора

О чем пойдет речь•1. Вступление•2. Переработка мусора.•3. Альтернативные полимеры.•4. Топливо и энергетика.•5. Альтернативные источники энергии.•6. Новые материалы и их синтез.

Переработка мусора

2000 2005 2006 2007 2008 2009

7315

88468 92946114547 117105 122991

Образование твердых бытовых отходов в РФ, м³

Динамика образования токсичных отходов по отраслям промышленности Российской Федерации, млн. т

Цветная металлургияЧерная металлургия

Химическая и нефтехимическаяУгольная

Производство стройматериаловЭлектроэнергетикаНефтедобывающая

Машстрой и металлообработкаПищевая

Деревообработка и ЦБНефтепереработка

ГазоваяЛегкая

0 5 10 15 20 25 30 35 40

20001995

• Метод утилизации мусора путем его сжигания с последующим захоронением образующейся золы на специальных полигонах обладает серьезными недостатками, такими как образование сильно ядовитых химических соединений, например, диоксинов и фуранов.

Вещества, образующиеся при разложении тефлона

Переработка тефлона•COF2 + 4 NH3 (сухой) = (NH2)2CO + 2 NH4FОбразующаяся мочевина (карбамид)

может быть использована как удобрение.

Перфторизобутилен и тетрафторэтилен могут быть использованы вновь для получения фторопластов.

Гексафторпропилен применяется в плазменной технологии для нанесения тефлоноподобных слоев на поверхности.

Методы переработки ПЭТ (полиэтилентерефталата, лавсана)1. Разложение отходов с целью

получения мономеров или олигомеров.

2. Химическая модификация для производства материалов с новыми свойствами.

3. Переосаждение из растворов с целью получения порошков для нанесения покрытий.

Бензи

н

Этано

л

Мет

анол

Водор

од

Бутан

ол-1

Димет

илов

ый эфир

Пента

нол-1

04080

120

Значения удельной теплоты сгорания различных видов топлива

Удельная теплота сгорания, МДж/кг (кДж/г)

Биодизель• Биодизель получают из растительных масел, состоящих в

основном из глицеридов, элементами которых, в свою очередь, являются остатки трехатомного спирта глицерина и жирных кислот, путем их переэтерификацией метиловым спиртом с образованием сложных эфиров метанола и соответствующих жирных кислот.

Возможная стратегия1) Конверсия метана (CH4), вырабатываемого

анаэробными археями, в синтез-газ:CH4 + H2O (пар) → СO + 3 H2;2 CH4 + O2 → 2 CO + 4 H2.

2) Использование этого газа в реакциях процесса Фишера-Тропша:n CO + (2n+1) H2 → CnH(2n+2) + n H2O,в ходе которых образуются крупные, преимущественно линейные молекулы алканов (как правило, содержащие от 10 до 20 атомов углерода).

3) Использование полученной смеси алканов как топлива.

Альтернативные источники энергии

Еще не полученные соединения, которые могли бы стать альтернативными источниками энергии

Водородная энергетикаПреимущества водородной энергетики:1. Водород – наиболее распространенный

элемент во Вселенной;2. Водород при сгорании дает очень

много тепла (удельная теплота его сгорания – 120,9 МДж/кг);

3. Единственный продукт его сгорания – вода, которая может быть использована вновь для получения водорода.

Вещества, способные генерировать водород «на месте»•Борогидрид натрия:NaBH4 + 2 H2O → NaBO2 + 4 H2

(катализатор –рутений, Ru);•Алюмогидрид лития:Li[AlH4] + 4 H2O → LiOH + Al(OH)3 + 4 H2;•Губчатая платина;•Палладий, выкованный в виде

пластинки.

Химическая модификация целлюлозы

Получение поливинилового спирта

Гибридные материалы и методы их получения•1. Темплатный синтез.•2. Золь-гель процесс.•3. Гидротермальная об-

работка.

Типы изомерии

Реакция Дильса-Альдера в природе

Методы извлечения золота из рудИзвлечение тиосульфатом аммония

Извлечение цианидами

1) Cu2+(р-р) + 4 NH3(р-р) →

[Cu(NH3)4]2+(р-р);

1) 4 Au + 8 NaCN + 2 H2O + O2 → 4 Na[Au(CN)2] + 4 NaOH;

2) Au(тв.) + [Cu(NH3)4]2+(р-р) + 5

S2O32-

(р-р) → [Au(S2O3)2]3-(р-р) +

[Cu(S2O3)3]5-(р-р) + 4 NH3(р-р);

2) 2 Na[Au(CN)2] + Zn → Na2[Zn(CN)4] + 2 Au↓.

3) 4 [Cu(S2O3)3]5-(р-р) + 16 NH3(р-р)

+ O2(г.) + 2 H2O → 4 [Cu(NH3)4]2+

(р-р) + 12 S2O32-

(р-р) + 4 OH-(р-р)

(образующийся [Cu(NH3)4]2+ катализирует растворение золота);4) 2 (NH4)3[Au(S2O3)2] + 5 O2 → 2 Au + 6 NH3 + 3 H2SO4 + 5 SO2↑ (при нагревании).

Спасибо за внимание!

Использованная литература• Лазарев Н.В. «Вредные вещества в промышленности»• Auckland-Genesis Research and Development Corp. Of New

Zealand «Green plastic produced from Biojoule material»• T. Hsien-Chung «Production of pentanol in metabolically

engineered Escherichia coli»• K. O. Christie, R. Haiges, Th. Schroer and others «All Nitrogen or

High Nitrogen Compounds as High Energy Density Materials»• Уфимский государственный университет экономики и сервиса

«1.4. Химическая модификация полимеров»• T. Kalabegishvili, I. Murusidze, E. Kirkesale and others «Synthesis

of gold and silver nanoparticles by some microorganisms»• H. J. Kim, M. W. Ruszczycky, Sei-hyun Choi and others «Enzyme-

catalyzed [4+2] cycloaddition is a key step in the biosynthesis of spinosyn A»