ЕКОЛОГІЧНО БЕЗПЕЧНА ТЕХНОЛОГІЯ ВИРОБНИЦТВА НІТРАТУ КРОХМАЛЮ
Тищенко Сергій Дмитрович
ТОВ «Науково-виробниче підприємство хімічних продуктів», Шостка, Сумська обл., Україна
https://orcid.org/0000-0002-5043-4160
Лукашов Володимир Костянтинович
Шосткинський інститут Сумського державного університету, Шостка, Сумська обл., Україна
https://orcid.org/0000-0002-9952-0158
Пляцук Леонід Дмитрович
Сумський державний університет, Суми, Україна
https://orcid.org/0000-0003-0095-5846
DOI: 10.52363/2522-1892.2024.1.5
Ключові слова: крохмаль, нітратна кислота, нітрування, нітрат крохмалю, хімічна стійкість, стоки, осадження
Анотація
В статті наведено результати розробки екологічно безпечної технології виробництва вибухової речовини – нітрату крохмалю.
Метою розробки було створення технології виробництва нітрату крохмалю, яка зменшує техногенне навантаження на навколишнє середовище, за рахунок відсутності кислотних стоків, що відходять в оточуюче середовище, а також забезпечує хімічна стійкість нітрату крохмалю. Це досягається нітруванням крохмалю висококонцентрованою нітратною кислотою без додавання сульфатної кислоти.
Для відпрацювання такого процесу в лабораторних умовах нітрування крохмалю проводили 98 %-вою, 90 %-вою та 85 %-вою нітратними кислотами. Одержаний нітрат крохмалю із розчину в нітратній кислоті осаджували у водний розчин нітратної кислоти меншої концентрації, відділяли від осаджувального середовища, промивали водою, сушили та визначали його хімічну стійкість. Наступні порції нітрату крохмалю осаджували в середовищах, що були приготовані зі стоків, що утворюються після промивок попередніх порцій нітрату крохмалю, шляхом додавання в них 98 %-ової нітратної кислоти. Визначали концентрації нітратної кислоти у початковому та відпрацьованому осаджувальних середовищах.
На підставі результатів проведеного експериментального дослідження встановлено режими технологічного процесу які дозволяють проводити ефективну регенерацію осаджувального середовища після осадження нітрату крохмалю, що виключає потрапляння кислотних стоків у оточуюче середовище, та забезпечують високу хімічну стійкість одержуваного нітрату крохмалю. Розроблено варіант технологічної схеми безперервного виробництва нітрату крохмалю за екологічно безпечною технологією з використанням барабанного вакуум-фільтру, в якому поєднані всі операції стабілізації нітрату крохмалю.
Посилання
1. Herweyer D., Brusso J. L., Murugesu M. Modern trends in "Green" primary energetic materials. New Journal of Chemistry. 2021. Vol. 45, Issue 23. Pp. 10150-10159. DOI: 10.1039/D1NJ01227D.
2. Environmentally compatible next generation green energetic materials (GEMs) / M. B. Talawar et al. Journal of Hazardous Materials. 2009. Vol. 161, Issue 2-3. Pp. 589-607. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2008.04.011.
3. Nitrostarch as a promising insensitive energetic biopolymer: Synthesis, characterization, and thermal decomposition kinetics / N. Sahnoun et al. Industrial Crops and Products. 2022. Vol. 189. Art. 115774. DOI: 10.1016/j.indcrop.2022.115774.
4. Liu J. Nitrate Esters Chemistry and Technology. Beijing: Springer Nature Singapore Pte Ltd, 2019. 684 p. DOI: 10.1007/978-981-13-6647-5.
5. Unraveling the Characteristics and Thermokinetic Behavior of Emergent Energetic Nitrogen-Rich Polysaccharide Based on Chitosan / A. F. Tarchoun et al. SSRN, 2022. 29 p. DOI: 10.2139/ssrn.4070248.
6. Caesar G. V. Starch Nitrate. Advances in Carbohydrate Chemistry. 1958. Vol. 13. Pp. 331-345. DOI: https://doi.org/10.1016/S0096-5332(08)60360-4.
7. TM 9-1300-214. Military Explosives. Washington: Headqurters Department of the Army, 1984. 355 p. URL: https://www.epa.gov/sites/default/files/2015-03/documents/9546041.pdf.
8. Patent 2,995,549 USA. Process for making starch nitrates / W. Zimmerman, K. Muhldorf, G. A. Sieper, L. Reinhardt. – Filled 07.07.1958; asigned 08.08.1961. URL: https://patents.google.com/patent/US2995549.
9. Liu H. L. Waste minimization at a nitrocellulose manufacturing facility. International journal of environmental studies. 2003. Vol. 60, Issue 4. Pp. 353-361. DOI: 10.1080/00207230304725.
10. Shalash Z. A.-R. Studies on nitration of starch; stabilization and explosive properties of starch nitrates: PhD thesis. Zurich, 1955. 162 p. DOI: 10.3929/ethz-a-000088955.
11. Kostic-Pulek A. B., Marinkovic S. R., Trifunovic P. D. The possibility for complete waste water purification. URL: https://balwois.com/wp-content/uploads/old_proc/ffp-900.pdf.
12. Winterbauer H. Improved process for high concentration of nitric acid using magnesium nitrate. Chemical Engineering & Technology: Industrial Chemistry – Plant Equipment – Process Engineering – Biotechnology. 2005. Vol. 28, Issue 6. Pp. 709-711. DOI: 10.1002/ceat.200500026.
13. Patterns of the process of starch nitration with nitric acid / V. K. Lukashov, S. D. Tishchenko, T. N. Shevtsova, V. I. Sereda. Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii. 2022. № 1. Pp. 66-72. DOI: 10.32434/0321-4095-2023-146-1-66-72.
14. The methodology of determining of temperature of beginning of active decomposition of starch nitrate / S. D. Tishchenko, V. K. Lukashov, P. О. Vasiltsov, V. G. Oliynik. Education, science and production: development and prospects: materials of VІІІ All-Ukrainian scientific and methodological conference, Shostka, 27 april 2023. Sumy State University, Sumy, 2023. Pp. 8-9. URL: https://drive.google.com/file/d/1jeNUBlN0x2SVUi1PmGmGo0S8NE4vkvRO/view.
15. Gańczyk-Specjalska K. Conventional and alternative nitrocellulose stabilisers used in gun propellants. Materiały Wysokoenergetyczne / High Energy Materials. 2019. Vol. 11, Issue 2. Pp. 73-82. DOI: https://doi.org/ 10.22211/matwys/0175.