Дегазация , также известная как дегазация , представляет собой удаление растворенных газов из жидкостей , особенно воды или водных растворов. Существует множество методов удаления газов из жидкостей.
Газы удаляются по разным причинам. Химики удаляют газы из растворителей , когда соединения, с которыми они работают, возможно, чувствительны к воздуху или кислороду ( технология без воздуха ), или когда образование пузырьков на границе раздела твердое тело-жидкость становится проблемой. Образование пузырьков газа при замерзании жидкости также может быть нежелательным, что требует предварительной дегазации.
Растворимость газа подчиняется закону Генри , то есть количество растворенного газа в жидкости пропорционально его парциальному давлению . Поэтому, помещая раствор под пониженное давление, растворенный газ становится менее растворимым. Обработка ультразвуком и перемешивание под пониженным давлением обычно могут повысить эффективность. Эту технологию часто называют вакуумной дегазацией . Специализированные вакуумные камеры, называемые вакуумными дегазаторами , используются для дегазации материалов посредством снижения давления.
Вообще говоря, водный растворитель растворяет меньше газа при более высокой температуре, и наоборот для органических растворителей (при условии, что растворенное вещество и растворитель не реагируют). Следовательно, нагревание водного раствора может вытеснить растворенный газ, тогда как охлаждение органического раствора имеет тот же эффект. Ультразвуковая обработка и перемешивание во время терморегулирования также эффективны. Этот метод не требует специального оборудования и прост в проведении. Однако в некоторых случаях растворитель и растворенное вещество разлагаются, реагируют друг с другом или испаряются при высокой температуре, и скорость удаления менее воспроизводима .
Газожидкостные разделительные мембраны пропускают газ, но не жидкость. Протекание раствора внутри газожидкостной разделительной мембраны и откачка наружу заставляет растворенный газ выходить через мембрану . Этот метод имеет преимущество в том, что он может предотвратить повторное растворение газа, поэтому он используется для производства очень чистых растворителей. Новые приложения находятся в струйных системах, где газ в чернилах образует пузырьки, которые ухудшают качество печати, блок дегазации размещается перед печатающей головкой для удаления газа и предотвращения накопления пузырьков, сохраняя хорошее струйное распыление и качество печати.
Вышеуказанные три метода используются для удаления всех растворенных газов. Ниже приведены методы для более селективного удаления.
Ультразвуковые жидкостные процессоры являются широко используемым методом удаления растворенных газов и/или вовлеченных газовых пузырьков из различных жидкостей. Преимущество этого метода в том, что ультразвуковая дегазация может осуществляться в режиме непрерывного потока, что делает его пригодным для промышленного производства. [1] [2] [3]
Барботирование раствора высокочистым (обычно инертным) газом может вытянуть нежелательные (обычно реактивные) растворенные газы, такие как кислород и углекислый газ . Обычно используются азот , аргон , гелий и другие инертные газы . Чтобы максимизировать этот процесс, называемый барботированием , раствор интенсивно перемешивают и барботируют в течение длительного времени. Поскольку гелий не очень хорошо растворяется в большинстве жидкостей, он особенно полезен для снижения риска образования пузырьков в системах высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ).
Если необходимо удалить кислород, иногда эффективным является добавление восстановителей . Например, особенно в области электрохимии , сульфит аммония часто используется в качестве восстановителя, поскольку он реагирует с кислородом с образованием сульфат- ионов. Хотя этот метод может быть применен только к кислороду и сопряжен с риском восстановления растворенного вещества, растворенный кислород почти полностью устраняется. Кетиль- радикал из натрия и бензофенона также может быть использован для удаления как кислорода, так и воды из инертных растворителей, таких как углеводороды и эфиры; дегазированный растворитель может быть отделен перегонкой . Последний метод особенно полезен, поскольку высокая концентрация кетиль-радикала создает темно-синий цвет, указывающий на полную дегазацию растворителя.
В этой лабораторной технике жидкость, которую нужно дегазировать, помещают в колбу Шленка и мгновенно замораживают, обычно с помощью жидкого азота . Затем применяют вакуум, возможно, для достижения вакуума в 1 мм рт. ст. (для наглядности). Колбу герметично изолируют от источника вакуума, и замороженному растворителю дают оттаять. Часто при плавлении появляются пузырьки. Процесс обычно повторяется в общей сложности три цикла. [4] Степень дегазации выражается уравнением (1/760) 3 для случая начального давления 760 мм рт. ст., вакуума 1 мм рт. ст. и общего числа циклов, равного трем. [5]
Дрожжи используют сахар для производства спирта и углекислого газа. В виноделии углекислый газ является нежелательным побочным продуктом для большинства вин. Если вино разливается по бутылкам быстро после ферментации , важно дегазировать вино перед розливом.
Винодельни могут пропустить процесс дегазации, если выдерживают вина перед розливом. Хранение вин в стальных или дубовых бочках в течение месяцев, а иногда и лет, позволяет газам высвобождаться из вина и выходить в воздух через воздушные шлюзы.
Наиболее эффективным методом промышленной дегазации нефти является вакуумная обработка, при которой удаляются растворенные в нефти воздух и вода. [6] Этого можно добиться:
Под действием вакуума достигается равновесие между содержанием влаги и воздуха (растворенных газов) в жидкой и газообразной фазе. Равновесие зависит от температуры и остаточного давления. Чем ниже это давление, тем быстрее и эффективнее удаляются вода и газ.
Непреднамеренная дегазация может произойти по разным причинам, например, случайный выброс метана ( CH 4 ) со дна моря во время человеческой деятельности, например, подводной разведки энергетической промышленностью . Естественные процессы, такие как движение тектонических плит , также могут способствовать выбросу метана со дна океана. В обоих случаях объем высвобождаемого CH 4 может вносить значительный вклад в изменение климата . [7] [8]