Синтез и свойства новых бис-формазанов и комплексов на их основе

Таблица 3.15 - Каталитическая активность формазанатов Ni(II) и Cu(II) в процессе разложения водного раствора H₂O₂ при различных температурах в условиях гетерогенного катализа

№ металлокомплекса	Эффективная константа скорости разложения Н2О2, (К·103), ммоль-1•с-1
	20°C	40°C
8Cuґ	18,07	6,02
8Niґ	24,60	0
11Cuґ	27,78	0
11Niґ	24,09	12,04
8Cuґґ	0	33,88
8Niґґ	0	11,47
11Cuґґ	0	44,88
11Niґґ	0	0

В то же время повышение температуры реакции до 40°C приводит к появлению каталитической активности систем на основе Силикагель 60. Причинами могут служить не только изменение состава координационного центра в ходе катализа, но и изменение конформационного набора полимерной матрицы и «настройка» функциональных групп матрицы на субстрат, а также формирование новых активных комплексных соединений в твердофазной матрице, образующихся при взаимодействии иона металла с реагентами.

По результатам каталитических исследований в реакции разложения водного раствора пероксида водорода можно сделать следующие выводы:

- при гомогенном катализе высокая каталитическая активность и стабильность в работе во всем интервале температур отмечена для замещенных моно- и бис-формазанатов никеля(II) и меди(II), содержащих в орто-положении арильного фрагмента формазановой молекулы ОСН₃-группу;

- при гетерогенном катализе использование кристаллических металлокомплексов без их предварительного растворения приводит к значительному уменьшению каталитических свойств;

- на каталитическую активность иммобилизованных металлокомплексов установлено влияние природы твердофазной матрицы: так, наибольшую активность в данной реакции проявляют каталитические системы, полученные на основе углеродной матрицы УНМ «Таунит».

4. Безопасность проекта

Одним из важнейших экологических, социальных и санитарно-гигиенических мероприятий, осуществляемых для обеспечения безопасных условий труда, является безопасность жизнедеятельности. Охрана здоровья рабочих и служащих в процессе исполнения трудовых обязанностей закреплена в трудовом законодательстве, непосредственно направленном на создание безопасных условий труда. Законодательство по охране труда выражено в правовых, технических и санитарно-гигиенических нормах. Основной целью мероприятий по охране труда является снижение уровня травматизма и заболеваний.

Решение проблемы охраны здоровья, обеспечения безопасных условий труда, ликвидации профессиональных заболеваний и травматизма связано с повышением производительности труда, улучшением технико-экономических показателей производства.

В главе рассматриваются вопросы безопасности проведения возможного производства.

4.1 Охрана труда

В соответствии с ГОСТ 12.0.004-90 «Организация обучения по охране труда» проводится обучение и инструктирование по охране труда. Руководитель подразделения имеет удостоверение по охране труда. На кафедре регулярно заполняется журнал инструктажа. На рабочем месте имеются в наличии инструкции по охране труда.

4.2 Основные вредные и опасные факторы при проведении эксперимента

Целью данной дипломной научно-исследовательской работы является синтез новых бис-формазанов для получения металлокомплексов, обладающих каталитическими свойствами.

В задачу исследований входило:

* осуществить направленный синтез бис-формазанов и их прекурсоров;

* методом спектрофотометрического титрования в растворе исследовать процесс комплексообразования бис-формазанов с ионами Pb(II), Cu(II), Ni(II) и рассчитать стехиометрический состав формирующихся комплексов;

* на основе полученных органических лигандов класса бис-формазанов провести направленный синтез кристаллических никель- и медьсодержащих комплексов, отличающихся локальным окружением и конфигурацией металлхелатного узла;

* исследовать каталитические свойства формазанатов Ni(II) и Cu(II).

Синтез новых каталитических систем осуществлен путем взаимодействия солей никеля и меди с формазановыми группировками различной природы.

Растворы солей определенных концентраций готовили растворением навески в дистиллированной воде. Для взятия навесок использовали шпатель. Каждую емкость с растворами снабжали этикеткой с названием вещества и его концентрацией.

В ходе эксперимента работали со следующими веществами [53]:

* Формазаны - кристаллические вещества органической природы различной окраски, неядовитые (5 класс опасности).

* Ацетон (С₃Н₆О) - бесцветная воспламеняющаяся жидкость с приятным запахом. Действует как наркотик, последовательно поражая все отделы центральной нервной системы и, прежде всего, нарушая условно-рефлекторную деятельность (4 класс опасности).

* Ацетат меди (Cu(CH₃COO)₂) - зеленые кристаллы, растворимые в воде, этиловом спирте (4 класс опасности).

* Ацетат никеля (Ni(CH₃COO)₂·4H₂O) - кристаллы голубовато-зеленого цвета (4 класс опасности).

* Ацетат свинца (Pb(CH3COO)₂·3H₂O) - бесцветное кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде (4 класс опасности).

* Аммиак (NH₄OH) - бесцветный газ с резким запахом, температура плавления -80° С, температура кипения - 36° С, хорошо растворяется в воде, спирте и ряде других органических растворителей (4 класс опасности).

* Пиридин (C₅H₅N) - гетероциклическое соединение, бесцветная жидкость с характерным запахом; t_пл. - 41,6°С, t_кип. - 115,3°С, плотность - 0,9832 г/см3 (20°С); смешивается во всех соотношениях с водой и большинством органических растворителей (2 класс опасности).

* Диметилформамид ((CH₃)₂CONH) - бесцветная жидкость, хорошо растворимая в воде и органических растворителях. Обладает местным раздражающим и общетоксическим действием (3 класс опасности).

С целью изучения строения и свойств исследуемых формазанов, они подвергались комплексообразованию.

С целью изучения каталитических свойств мономерных и бис-формазанатов никеля и меди, они подвергались тестированию в реакции разложения водного раствора пероксида водорода.

Поэтому помимо перечисленных веществ в ходе эксперимента были использованы:

* Гидроксид натрия (NaOH) - твердое белое гигроскопичное вещество, хорошо растворимое в воде. Его растворы мыльные на ощупь, очень едкие (3 класс опасности).

* Соляная кислота (HCl) - прозрачная жидкость с сильным запахом хлора, интенсивно парит при комнатной температуре. При попадании на кожу может вызывать ожоги (3 класс опасности).

* Пероксид водорода (Н₂О₂) - бесцветная жидкость без запаха и цвета. При попадании на кожу вызывает химический ожог (2 класс опасности).

Поскольку практически все вещества способны оказывать вредное воздействие на здоровье человека, необходимо принимать определенные меры предосторожности.

Приготовление кислот и щелочей необходимой концентрации разбавлением производили в вытяжном шкафу. При этом кислоты тонкой струйкой вливали в воду, а не наоборот. Разбавление проводили в термостойкой посуде, так как происходит выделение тепла.

На каждую емкость с кислотой, щелочью и реагентами наклеивали этикетку с названием вещества и его концентрацией.

В случае разлива кислоты ее засыпают песком или нейтрализуют содой, которая имеется в лаборатории.

Для работы в лаборатории есть в наличии средства индивидуальной защиты.

При попадании кислоты (щелочи) на кожу или в глаза, необходимо промыть их большим количеством воды и протереть 2% раствором соды (борной кислоты).

Для отбора проб использовали груши, для избегания попадания растворов в пищеварительный тракт и слизистые оболочки.

В лаборатории используется стеклянная посуда, поэтому необходимо обращаться с ней осторожно, чтобы не разбить ее и не пораниться об осколки.

При проведении экспериментов использовались электроприборы:

* рН-метр/иономер;

* весы аналитические;

* персональный компьютер;

* принтер;

* микрокомпрессор АЭН 3;

* аквадистилятор;

* спектрофотометр СФ-256УВИ;

* термостат.

Чтобы предотвратить поражение людей электрическим током, все оборудование в лаборатории заземлено.

4.3 Характеристика условий труда в лаборатории

Опасные и вредные факторы, характерные для лаборатории представлены в таблице 4.1.

4.3.1 Параметры микроклимата лаборатории

Параметры микроклимата определяются категорией тяжести работы и временем года. Исследовательская работа в лаборатории относится к категории работ 1б. Исследования проводились в теплый период года.

Таким образом, эксперименты производились в условиях, удовлетворяющих правилам охраны труда. Параметры соответствуют допустимым и близки к оптимальным.

Таблица 4.1 - Опасные и вредные факторы, характерные для лаборатории

№ п/п	Наименование	Нормативный документ	Единицы измерения	Значения
				Норм.	Факт.
1	Освещенность	СНиП 23-05-95	Лк	200	250
2	Микроклимат а) теплый период года * температура * влажность * подвижность воздуха б) холодный период года * температура * влажность * подвижность воздуха	СанПиН 2.2.4.548-96	0C % м/с 0C % м/с	20-28 15-75 < 0,1 19-24 15-75 0,1	20,5 65 < 0,1 20,1 35 0,1
3	Шум	СН 2.2.4/2.1.8.562-96	дБА	50	45
4	Заземление	ГОСТ 12.1.013-79	Ом	4	4
5	Пожарная безопасность	ППБ ПУЭ	категория класс	В В-1б	В В-1б
6	Вибрация	СН 2.2.4/2.1.8.566-96	дБ	75	НЧП
7	Загазованность - ацетон	СанПиН 2.2.2.1332-03	мг/м3	20	23

4.3.2 Расчет кратности воздухообмена в помещении лаборатории

Воздухообмен в помещении предусматривается для поддержания определенной температуры, влажности воздуха, и обеспечивать минимальные концентрации веществ в воздухе рабочей зоны. Расчет местной вентиляции сводится к определению площади рабочего проема в вытяжном шкафу, количества удаляемого воздуха и кратности воздухообмена.

Площадь открытого проема рассчитывается по формуле:

F_отв = B * H, м²

где B - ширина проема, м;

H - высота проема, м.

F_отв = 1.15 * 1.45 = 1.67 м²

Количество удаляемого воздуха:

Q = F*•v * 3600, м³

где v - скорость движения воздуха, м/с;

нормативная (по СН 245-71) - 1 м/с;

фактическая - 1.2 м/с;

Q_т = 1.67 * 1 * 3600 = 6012 м³/ч

Q_Ф = 1.67 * 1.2 * 3600 = 7214.4 м³/ч

Требуемая кратность обмена воздуха рассчитывается по формуле:

K = Q / V_шк,

где V_шк - объем вытяжного шкафа, м³.

V_шк = b*• h * l = 1.15 * 1.45 * 0.75 =1.25 м³

Требуемая кратность составляет:

K_т = 6012 / 1.25 = 4809.6

K_ф = 7214.4 / 1.25 = 5771.52

Для обеспечения безопасных условий труда необходимо, чтобы Q_ф > Q_т. Условие соблюдается, поэтому в вытяжном шкафу можно работать с вредными и опасными веществами.

Концентрированные растворы не использовались ежедневно, следовательно, удаляемый из лаборатории воздух не содержит вредных веществ в таком количестве, когда требуется специальная очистка.

Таким образом, в лаборатории достаточно установить вытяжной шкаф, который обеспечивает требуемый воздухообмен, и нет необходимости оснащения лаборатории оборудованием по очистке воздуха. Выброс воздуха осуществляется непосредственно в атмосферу.

4.3.3 Освещенность (по СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение)

Одним из важнейших элементов благоприятных условий труда является рациональное освещение поверхности рабочих мест. При правильном освещении повышается производительность труда, снижается утомляемость, поэтому одним из важнейших вопросов безопасности труда является освещение.

В лаборатории предусмотрено как естественное, так и искусственное освещение. Для искусственного освещения используются люминесцентные лампы типа ЛДЦ, которые создают искусственный свет, приближающийся к естественному.

Нормируемая освещенность при средней точности зрительной работы для люминесцентных ламп составляет 200 Лк в соответствии со СНиП 23-05-95.

Освещенность в норме, дополнительных мероприятий по улучшению не требуется.

4.3.4 Электробезопасность

Данная химическая лаборатория по опасности поражения электрическим током относится к помещениям без повышенной опасности. Электробезопасность обеспечивается:

* конструкцией электроустановок;

* техническими способами и средствами защиты;

* организационными и техническими мероприятиями.

В лаборатории при работе с электроприборами и электрооборудованием необходимо выполнять следующие правила:

* ремонт электроаппаратуры, электропроводки, заземления должен проводить только электромонтер;

* запрещается подключать к клеммам щитов силовой линии, а также в штепсельные розетки электроприборы, потребляющие ток большего напряжения, чем установлено для данного щита;

* в случае прекращения подачи электроэнергии все приборы необходимо немедленно выключить.

Имеются инструкции по электробезопасности и ведется журнал.

4.3.5 Пожарная безопасность (ГОСТ 12.41.13.-82)

Площадь лаборатории 12,96 м², объем 38,88 м³. Химические лаборатории относятся по пожаровзрывоопасности к категории В - 1б в соответствии с ПУЭ, так как при авариях и неисправностях оборудования возможно образование взрывоопасной смеси, но ее образование затруднено из-за наличия небольших количеств ЛВЖ (ацетон, ДМФА), работа с которыми производится без открытого пламени.

В помещении имеются средства пожаротушения в соответствии с ''Нормами первичных средств пожаротушения'' для производственных помещений:

* углекислотный огнетушитель 1 шт.

Огнетушитель CO₂ (углекислотный) переносной, типоразмера ОУ-3 заводской №3749 соответствует ТУ 14-159-204-98 с изм.1 и признан годным для эксплуатации.

Предназначен для тушения пожаров жидких горючих веществ (пожар класса С) и пожаров электрооборудования, находящегося под напряжением не более 10000 вольт (пожар класса Е) [54].

При возникновении пожара следует немедленно приступить к его тушению. Необходимо сразу же выключить вентиляцию, все нагревательные приборы, удалить от участка загорания все горючие предметы. Срочно сообщить о загорании пожарной бригаде, учитывая возможность усиления пожара. Если существует угроза людям, осуществить их эвакуацию по мере возможности. При тушении вспышки лучше пользоваться сухим песком, огнетушителем, помня, что вода не только тушит загоревшиеся жидкости, а способствует их разбрызгиванию и тем самым способствует распространению пожара.

Способы тушения пожаров или загораний в химической лаборатории:

* При загорании жидкостей, смешивающихся с водой - любым огнетушителем, струей воды, песком, асбестовым одеялом.

* При загорании жидкостей, не смешивающихся с водой - углекислотным огнетушителем, песком, асбестовым одеялом, начиная с периферии.

* Горящие провода и электроприборы, находящиеся под напряжением, немедленно обесточить и тушить всеми огнегасящими средствами.

* Горящие деревянные части тушить всеми огнегасящими средствами.

В лаборатории имеются инструкции по пожарной безопасности и ведется журнал.

4.3.6 Состояние санитарно-бытовых помещений (СНиП II-92-76)

В соответствии со СНиП II-92-76 проведение опытов в лаборатории можно отнести к группе процессов Iа.

Умывальная комната размещена в отдельном помещении на первом этаже. Умывальники расположены в каждой лаборатории, то есть на этаже общее их количество - 7 шт. и 1 умывальник - в туалетной комнате.

Для группы производственных процессов Iа расчетное количество человек на один кран составляет 7 человек. Наиболее многочисленная смена состоит из 20 человек, причем в комнатах, не оснащенных кранами, работает 8 человек, таким образом, необходима установка еще одного умывальника. Умывальник должен быть оборудован смесителем горячей и холодной воды, а также должны быть предусмотрены крючки для полотенец, сосуды для жидкого или полочки для кускового мыла. Допускается для работающих в одну смену 30 человек наличие одной уборной. Так как наиболее многочисленная смена состоит из 20 человек, то, количество туалетных комнат соответствует санитарно-гигиеническим нормам.

5. Экономическая часть

5.1 Характер и цель научно-исследовательской работы

Данная дипломная работа носит характер поискового исследования, цель которого является синтез и исследование новых бис-формазанов для получения металлокомплексов Ni(II) и Cu(II), обладающих каталитическими свойствами.

В настоящее время сроки выполнения научно-технических работ и их сметная стоимость определяются на начальной стадии при составлении плана исследований. Утвержденная сметная стоимость практически не изменяется до окончания работ. За оптимальный период финансирования исследования, в течение которого можно обеспечить высокую достоверность плана, принят один год.

При составлении годового плана научно-технических и конструкторских тем, находящихся на любой стадии разработки, вполне возможно с высокой степенью достоверности определить их физический объем, затраты материальных, финансовых и трудовых ресурсов на их выполнение. При разработке годовых финансовых планов, являющихся исполнительными, следует допустить возможность уточнения сметы расходов на исследование при составлении очередного годового плана. Одновременно по каждой теме должны проводиться экономические расчеты, подтверждающие экономическую целесообразность ее продолжения. Уточнения можно допустить в пределах 5-10% всех годовых затрат исследования.

Расчет сметной стоимости всего исследования необходимо уточнять ежегодно и определять его экономическую эффективность. Такие вычисления позволяют избежать завышения сметной стоимости исследовательских работ, а ежегодные экономические обоснования тем дают возможность своевременно исключить из плана бесперспективные и малоэффективные исследования.

5.2 Расчет затрат на проведение эксперимента

При расчете затрат на проведение эксперимента подсчитываются затраты на реактивы; заработная плата руководителей, консультантов и исполнителя, отчисления в соцстрах, затраты на электроэнергию, затраты на установку и эксплуатацию оборудования, накладные расходы.

Расчет затрат на реактивы производится в зависимости от вида реактива, его использованного количества и цены за единицу.

Количества израсходованных солей металлов, таунита, селикагеля, формазанов подсчитаны путем суммы затраченных количеств этих веществ за время проведения исследований.

Каталитическую активность никель- и медьсодержащих металлокомплексов изучали на примере модельной реакции разложения водного растворов пероксида водорода.

Затраты на реактивы, приведены в таблице 5.1 [52].

Таблица 5.1 - Затраты на реактивы

Наименование реактивов	Степень чистоты	Количество израсходованного реактива	Цена 1 кг реактива, руб.	Сумма, руб.
1	2	3	4	5
Ацетат никеля (II)	ч	5,00 г	65,42	0,33
Ацетат свинца (II)	ч	2,00 г	119,88	0,24
Ацетат меди (II)	ч	5,00 г	109,52	0,55
Углерод четыреххлористый	ч	1,50 л	88,80	133,20
Пиридин	ч	15,00 мл	577,20	8,66
Спирт этиловый	мед.	1,00 л	185,00	185,00
Аммиак	ч	5,00 мл	37,00	0,19
Ацетон	осч	4,00 л	85,84	343,36
Новые синтезированные бис-формазаны	-	5,00 г	600000,00	3000,00
Соляная кислота	хч	1,50 г	33,39	0,05
Натрий едкий	чда	1,50 г	45,20	0,07
Перекись водорода	ч	0,25 л	9,00	2,25
Таунит	-	1,00 г	12500,00	12,50
Силикагель	-	1,00 г	70,00	0,07
Итого:				3686,50

Таким образом, общие затраты, связанные с использованием реактивов составили 3686,50 рублей.

5.3 Расчет амортизационных отчислений

В работе использовались следующие приборы: весы аналитические, шкаф сушильный, персональный компьютер, принтер, рН-метр лабораторный, спектрофотометр СФ-256УВИ, ИК-спектрометр IR-AFFINITY-1 фирмы «Shimadzu», аквадистилятор, микрокомпрессор АЭН 3.

Затраты, связанные с амортизационными отчислениями, приведены в таблицах 5.2. - 5.3.

Амортизационные отчисления на приборы сведены в таблице 5.2.

Таблица 5.2 - Амортизационные отчисления на приборы

Наименование	Стоимость, руб.	Норма амортизации, %	Сумма за год, руб.
1	2	3	4
Весы аналитические	2500	9,0	225,00
Шкаф сушильный	10000	6,0	600,00
Персональный компьютер	15000	12,5	1875,00
Принтер	5000	12,5	625,00
рН-метр лабораторный	10500	10,0	1050,00
Аквадистилятор	5800	13,0	754,00
Микрокомпрессор	412	12,5	51,50
Спектрофотометр	250000	12,0	30000,00
ИК-спектрометр	1500000	12,0	180000,00
Магнитная мешалка	250	10,0	25,00
Итого:			215205,50

Итого амортизационные отчисления на приборы составляют 215205,50 рублей.

Амортизационные отчисления на посуду приведены в таблице 5.3[52].

Таблица 5.3 - Амортизационные отчисления на посуду

Наименование	Количество, используемой посуды, шт.	Стоимость, руб.	Норма амортизации, %	Сумма за год, руб.
1	2	3	4	5
Кюветы	4	1238,00	5	247,60
Бюретка	2	60,00	10	12,00
Колба коническая, 250 мл	2	66,20	10	13,24
Колба круглодонная, 100 мл	6	49,20	10	29,52
Колба мерная, 100 мл	15	26,00	10	39,00
Колба мерная, 25 мл	12	18,00	10	21,60
Пипетка градуированная	7	36,00	10	25,20
Стакан, 150 мл	2	22,00	5	2,20
Стакан, 100 мл	5	22,00	10	11,00
Стакан, 50 мл	5	6,00	10	3,00
Цилиндр, 50 мл	1	68,00	10	6,80
Цилиндр, 25 мл	2	45,00	10	9,00
Чашка Петри	5	119,00	10	59,50
Итого:				479,66

Итого амортизационных отчислений на посуду - 479,66 рублей.

Цикл эксперимента длится 4 месяца, следовательно, за это время амортизационные отчисления составят:

(215205,50 + 479,66)/4= 53921,30 руб.

5.4 Расчет заработной платы

Затраты на заработную плату определяются:

1. Для студента-дипломника как сумма выплаченной ему стипендии за время преддипломной практики и дипломирования:

1850 * 4 месяца = 7400 руб.

2. Для руководителя и консультантов проекта с учетом должностных окладов и отработанного времени:

· заработная плата руководителя:

З/п = ( 6000 * 23 * 1,15 ) / 155 = 1023,87 руб.,

где 6000 - оклад руководителя, руб.;

23 - время, выделенное для руководства, ч.;

155 - номинальное время работы в месяц, ч.;

1,15 - с учетом районного коэффициента.

· заработная плата консультантов в том числе:

а) по экономической части:

З/п = (6000 * 1 * 1,15 ) / 155 = 44,50 руб.

б) по безопасности и экологичности:

З /п = (4920* 1 * 1,15 ) / 155 = 36,50 руб.

Всего выплаты на заработную плату составляют 8504,87 руб.

Всего выплаты на социальные нужды составляют 26% от рассчитанной суммы заработанной платы и составляют 2211,30 руб.

5.5 Затраты на электроэнергию

Затраты на электроэнергию определяются временем работы в лаборатории и составляют:

1 кВт - 2,10 руб.;

100 кВт - 210,00 руб. в месяц.

Таким образом, за 4 месяца преддипломной практики затраты на электроэнергию составят 840,00 рублей.

Услуги сторонних организаций (элементный анализ и т.п.) принимается в размере 60 от суммы всех предыдущих расходов и составляют 14502,20 руб.

Затраты по статье “Накладные расходы” предусматриваются в размере 20% от суммы всех предыдущих расходов составляют 7734,50 руб.

Смета затрат на проведение дипломной работы представлена в таблице 5.4.

Таблица 5.4 - Смета затрат на выполнение дипломной научно-исследовательской исследовательской работы

Наименование статьей расходов	Сумма, руб.	Удельный вес в общей сумме, %
1	2	3
1. Затраты на реактивы	3686,50	2,19
2. Амортизационные отчисления	53921,30	27,12
3. Заработная плата	8504,87	16,50
4. Отчисления на социальные нужды	2211,30	4,29
5. Затраты на электроэнергию	840,00	2,07
6. Услуги сторонних организаций	41498,40	31,19
7. Накладные расходы	22132,50	16,64
Итого	132794,90	100,00

Таким образом, расчеты показали, что затраты на проведение данной работы составляют 132794,90 руб.

6. Экологическая оценка проекта

Одним из перспективных направлений применения металлокомплексов связано с их высокой каталитической активностью в различных химических реакциях. Поэтому целью данной научно-исследовательской работы являлось синтез и исследование новых бис-формазанов для получения металлокомплексов Ni(II) и Cu(II), обладающих каталитическими свойствами.

Исходные не иммобилизованные таунит и силикагель представляют собой не ядовитые твердые органические вещества, которые хранятся в стеклянных баночках, то есть не требуют особых условий хранения.

При проведении работ использовались реактивы, которые способны оказывать вредное воздействие на окружающую природную среду, такие как ацетон, диметилформамид, четыреххлористый углерод, соляная кислота. Однако в научно-исследовательской работе использовались незначительные количества данных реагентов и концентрации основных веществ в реакциях были также невелики, поэтому загрязняющие вещества, выделяющиеся при проведении опытов, оказывают вредного воздействия на окружающую природную среду в пределах нормы (табл. 6.1).

Работы выполнялись в вытяжном шкафу, что соответствует условиям безопасности при проведении эксперимента. Особо ядовитые и опасные жидкие вещества собираются в отдельные емкости, нейтрализуются раствором Na₂CO₃ и сливаются в слив, расположенный в вытяжном шкафу.

Отработанные в каталитических процессах металлокомплексные системы экологической опасности не представляют, так как не разрушаются, не возгоняются, не растворяются в воде и органических растворителях, в связи, с чем могут складироваться в специально отведенных местах [55, 56].

В ходе работы образуются сточные воды и отходы. Бытовые сточные воды, содержащие загрязняющие вещества в пределах временно-допустимых концентраций (ВДК), сбрасываются в канализацию городского водоканала. Перечень образующихся отходов приведен в таблице 6.2.

Таблица 6.1 - Перечень загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу

Код	Наименование вещества	ПДКм.р., мг/м3	ПДКс.с., мг/м3	ОБУВ, мг/м3	Класс опасности
1401	Пропан-2-ол (ацетон)	0.35	-	-	4
0316	Соляная кислота	0.2	0.1	-	2
1757	Углерод четыреххлористый	4	0,7	-	2
0150	Натрий едкий	-	0.01	0.01	3
2265	Диметилформамид	0.03	-	-	3

Таблица 6.2 - Отходы, образующиеся в результате проведения научно-исследовательской работы

Наименование по ФККО	Код по ФККО	Класс опасности	Агрегатное состояние	Опасное свойство	Примерный состав, %
Люминесцентные ртутьсодержащие лампы	353 301 00 13 01 1	1	Готовое изделие, потерявшее свои потребительские свойства	Токсичность	Стекло 92-94; алюминий 1.4-2.0; люминофор 4.2-5.88; ртуть 0.03-0.12; никель 0-0.16

Образующиеся в результате проведения исследовательских испытаний люминесцентные ртутьсодержащие лампы хранятся в коробках в специально оборудованных помещениях с бетонным полом, после чего передаются специализированному предприятию ООО «Центр безопасности промышленных отходов», где подвергаются утилизации (димеркуризации).

Твердые бытовые отходы хранятся на специальных площадках в стандартных металлических контейнерах емкостью 0,75 м³. Вывоз твердых бытовых отходов производится специализированной техникой на полигон ТБО «Широкореченский» (код 214). Полигон расположен в 111 квартале Широкореченского лесничества Верх-Исетского лесхоза г. Екатеринбурга.

При замене исходных материалов на иммобилизованные, условия хранения, эксплуатации и утилизации не изменяются.

Таким образом, в ходе работы не происходит выброс вредных и токсичных веществ в окружающую среду, нет образования токсичных отходов, поэтому воздействие на окружающую природную среду оказывается в пределах требований, установленных природоохранным законодательством, при условии соблюдения требований экологической безопасности, предусмотренных нормативными документами.

Заключение

В данной научно-исследовательской работе проведен анализ литературных данных по структуре и направлениям использования металлхелатных соединений с различными металлами.

Впервые синтезированы бис-формазаны с гетероциклическими заместителями в мезо-положении формазановой молекулы, а также содержащие в орто-положении фенильного фрагмента дополнительную координирующую метокси-группу.

Синтезированные соединения охарактеризованы различными физико-химическими методами: ИК-спектроскопией, элементным анализом, масс-спектрометрией (метод химической ионизации при атмосферном давлении с регистрацией положительных и отрицательных ионов и электроспрей) и рентгеноструктурным анализом. На основании всех проведенных физико-химических исследований установлено, что в зависимости от природы заместителя R₁ в мезо-положении формазановой цепочки, формазаны находятся в амино- и иминоформах или в состоянии амино-иминного таутомерного равновесия, причем тиофенильный заместитель, согласно рентгеноструктурному анализу, способствует закреплению хелатной формы в ЕZZ-конфигурации.

Изучены комплексообразующие свойства исследуемых формазанов с ионами меди(II), никеля(II) и свинца (II) в растворе методом спектрофотометрического титрования и рассчитан стехиометрический состав формирующихся внутрикомплексных соединений.

Выявлено, что в случае мономерных замещенных и незамещенных бензтиазолилформазанов при комплексообразовании с ионами меди(II) и никеля(II) наблюдается формирование комплексных соединений преимущественно состава 2L:1М, а с ионами свинца(II) - состава 1L:1М.

Введение различных по природе заместителей R₁ и R₂ в молекулы замещенных и незамещенных бис-формазанов оказало влияние на углубление окраски лиганда.

Синтезированные бис-формазаны хорошо образуют ВКС с ионами никеля и меди, причем легкость процесса комплексообразования и увеличение значения батохромного смещения определяется характером заместителя в мезо-положении формазановой цепочки.

Наличие подандового фрагмента, введенного в структуру формазанов обуславливает их металлохромную селективность при взаимодействии с ионами Pb(II) и Cu(II).

Разработаны методики направленного синтеза кристаллических формазанатов Сu(II) и Ni(II) с использованием солей Cu(CH₃COO)₂ и Ni(CH₃COO)₂·4Н₂О. Синтезированные кристаллические металлокомплексы охарактеризованы такими физико-химическими методами, как электронная и ИК-спектроскопии.

Весь ряд полученных металлокомплексов никеля(II) и меди(II) был протестирован на каталитическую активность в модельной реакции разложения водного раствора пероксида водорода при температурах 20°C и 40°C.

В условиях гомогенного катализа высокая каталитическая активность и стабильность в работе на всем интервале температур отмечена для замещенных моно- и бис-формазанатов никеля(II) и меди(II), содержащих в орто-положении арильного фрагмента формазановой молекулы ОСН₃-группу.

В условиях гетерогенного катализа с использованием кристаллических металлокомплексов без их предварительного растворения привело к значительному уменьшению каталитических свойств. Это связано с тем, что в процессе катализа реакция протекает на границе раздела фаз, а активация реагирующих веществ происходит через стадию адсорбции на поверхности катализатора. Однако на поверхности катализатора существует набор центров, из которых, возможно, лишь один катализирует нужную реакцию, тогда как остальные по отношению к ней неактивны или даже катализируют нежелательные побочные процессы [47].

С целью получения устойчивых твердофазных катализаторов с хорошей воспроизводимостью и активностью, нами проведена иммобилизация исследуемых моно- и бис-бензтиазолилформазанатов никеля(II) и меди(II) на углеродную матрицу типа УНМ «Таунит» и матрицу минерального происхождения типа «Силикагель 60». Синтезированные таким образом твердофазные металлокомплексные системы представляют собой гетерогенные катализаторы для процессов жидкофазного окисления органических и неорганических субстратов.

Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что на каталитическую активность иммобилизованных металлокомплексов оказывает существенное влияние природа твердофазной матрицы. Так, наибольшую активность в данной реакции проявляют каталитические системы, полученные на основе углеродной матрицы марки УНМ «Таунит».

Кроме того, в работе произведен экономический расчет. Таким образом, расчеты показали, что затраты на проведение данной научно-исследовательской работы составляют 132794,90 руб.

Также, при подготовке экспериментальной части дипломной научно-исследовательской работы проведен анализ условий труда в лаборатории и экологическая оценка проекта.

Установлено, что условия труда соответствуют принятым нормам и требованиям. Используемые мономерные и бис-формазаны, а также твердофазные металлокомплексы Cu(II) и Ni(II), сформированные на их основе, не токсичны и не оказывают вредного воздействия на здоровье исследователя. Также, в ходе работы не происходит выброс вредных и токсичных веществ в окружающую среду, нет образования токсичных отходов, поэтому воздействие на окружающую природную среду оказывается в пределах требований, установленных природоохранным законодательством, при условии соблюдения требований экологической безопасности, предусмотренных нормативными документами.

Список использованных источников

1. Харабаев Н.Н. Строение N-, P-, S-содержащих донорных молекул в координированном состоянии [Текст] / Н.Н. Харабаев // Металлорганическая химия. - 1990. - Т. 3, № 5. - С. 1025-1037.

2. Гарновский А.Д. Конкурентная координация: амбидентантные лиганды в современной химии металлокомплексных соединений [Текст] / А.Д. Грановский, Д.А. Грановский, И.С. Васильченко и др. // Успехи химии. - 1997. - Т.66, № 5 - С. 434-463.

3. Кадирова Ш.А. Синтез и структура комплексов ацетата Со(II) и хлорида Zn(II) с 2-аминобентиазолом [Текст] / Ш.А. Кадирова, М.Р. Турсунова, М.М. Ишанходжаева, Н.А. Парпиев и др. // Журнал общей химии. - 2007. - Т. 77, № 10. - С. 1743-1747.

4. Козловски Х. Биолиганды как эффективные хелатирующие агенты для ионов Ni(II) [Текст] / Х. Козловски // Росс. Хим. журн. (Журн. Росс. хим. общества им. Д.И. Менделеева). - 2004. - Т. 48, № 1. - С. 24-29.

5. Бурдуков А.Б. Синтез и кристаллическая структура бис-хелата меди(II), образованного нитрилпроизводным нитроксильного радикала 3-имидозолина [Текст] / А.Б. Бурдуков, Н.В. Первухина, Г.И. Рощупкина, В.А. Резники // Журнал структурной химии. - 2007. - Т. 48, № 1. - С. 122-127.

6. Бушуев М.Б. Синтез и исследование координационных соединений меди(II) и кобальта(II) с 3,5-дифенил-4-амино-1,2,4-триазолом [Текст] / М.Н. Бушуев, А.В. Вировец, Д.Ю. Наумов, Ю.Г. Шведенков и др. // Координационная химия. - 2006. - Т. 32, № 5. - С. 323-335.

7. Лидер Е.В. Координационные соединения кобальта(II), никеля(II) и меди(II) с 4-(3,4-дихлорфенил)-1,2,4-триазолом [Текст] / Е.В. Лидер, В.Н. Елохина, Л.Г. Лавренова, Ю.Г. Шведенков и др. // Координационная химия. - 2007. - Т. 33, № 1. - С. 39-46.

8. Шакирова О.Г. Синтез, кристаллическая структура и физико-химическое исследование комплекса никеля(II) с 4-(пиридил-2)-1,2,4-триазолом [Текст] / О.Г. Шакирова, Д.Ю. Наумов, Ю Г. Шведенков, Н.И. Алферова и др. // Журнал структурной химии. - 2003. - Т. 44, № 4. - С. 701-708.

9. Скороходов Л.С. Синтез и строение металлохелатов Ni(II), Co(II) с продуктами различной конденсации 1,8-диаминонафталина и салицилового альдегида [Текст] / Л.С. Скороходов, И.И. Сейфуллина, В.Г. Власенко, И.В. Пирог // Координационная химия. - 2007. - Т. 33, № 5. - С. 338-344.

10. Белоглазкина Е.К. N,S,O-содержащие органические лиганды на основе салицилового альдегида и 2-тиозамещенных этиламинов и их комплексные соединения с Co(II), Ni(II), Cu(II) [Текст] / Е.К. Белоглазкина, А.Г. Мажуга, А.Н. Чернышова, Р.Д. Рахимов и др. // Известия академии наук. Серия химическая. - 2007. - № 7. - С. 1325-1330.

11. Попов Л.Д. Магнитные свойства комплексов меди(II) с некоторыми гидразонами замещенных салициловых альдегидов [Текст] / Л.Д. Попов, Ю.П. Туполова, С.И. Левченко, В.В. Луков и др. // Координационная химия. - 2007. - Т. 33, № 3. - С. 216-221.

12. Бурлов А.С. Синтез и магнитные свойства новых биядерных комплексов меди(II) с тридентатными азометиновыми лигандами [Текст] / А.С. Бурлов, В.Н. Икорский, А.И. Ураев, Ю.В. Кощиенко и др. // Журнал общей химии. - 2006. - Т. 76, № 8. - С. 1337-1342.

13. Овчаренко В.И. Гетероспиновые комплексы на основе биядерного трикетоната Cu(II) и нитроксильных радикалов [Текст] / В.И. Овчаренко, С.В. Фокин, Г.В. Романенко, В.Н. Икорский и др. // Известия академии наук. Серия химическая. - 2006. - № 11. - С. 1836-18.

14. Березовский В.В. Синтез, структура, полимеризационные превращения и каталитические свойства винилпорфириновых комплексов палладия и кобальта [Текст] / В.В. Березовский, Д. Верле, О. Царева, С.Г. Макаров и др. // Известия академии наук. Серия химическая. - 2007. - № 1. - С. 152-158.

15. Чижова Н.В. Синтез комплексов палладия(II) и никеля(II) с тетрабензопорфирином [Текст] / Н.В. Чижова, А.О. Романова // Журнал неорганической химии. - 2007. - Т. 52, № 11. - С. 1823-1825.

16. Белых Д.В. Никелевые комплексы производных хлорофилла [Текст] / Д.В. Белых, И.С. Тарабукина, Ю.С. Матвеев, А.В. Кучин // Журнал общей химии. - 2007. - Т. 77, № 7. - С. 1218-1225.

17. Лебедева Т.А. Синтез и свойства комплексов лантаноидов с тетрапиразинопорфиразином и его замещенными [Текст] / Т.А. Лебедева, В.П. Кулинич, Г.П. Шапошников, С.В. Ефимова и др. // Журнал общей химии. - 2007. - Т. 77, № 11. - С. 1893-1899.

18. Каймакан Э.Б. Новые трехъядерные металлохелаты меди(II), никеля(II) с бис(ацилгидразонами) нитромалондиальдегида [Текст] / Э.Б. Каймакан, В.В. Луков, Л.Д. Попов, Ю.П. Туполова и др. // Координационная химия. - 2006. - Т. 32, № 4. - С. 243- 246.

19. Бузыкин Б.И. Химия формазанов [Текст] / Б.И. Бузыкин, Г.Н. Липунова, Л.П. Сысоева, Л.И. Русинова. - М.: Наука, 1992. - 375 с.

20. Липунова Г.Н. Металлохелаты формазанов [Текст] / Г.Н. Липунова, Л.И. Русинова, Т.И. Маслакова // Росс. Хим. журн. (Журн. Росс. хим. общества им. Д.И. Менделеева). - 1996. - Т.40, № 4-5 - С. 148-153.

21. Irving H.M. N. H. Analytical Science Monographs, № 5: Dithizone.-L.: Тhe Chemical Society, 1977. - 106 р.

22. Шмелев Л.В. Строение 1-арил-3-алкил(арил)-5-(2-бензтиазолил)-формазанатов никеля (II) [Текст] / Л.В. Шмелев, Г.Н. Липунова, А.В. Кессених и др. // Координационная химия. - 1993. - Т. 19, № 3. - С. 215-222.

23. Шмелев Л.В. Строение 1-арил-3-фенил(алкил)-5-(2-бензтиазолил)фор-мазанатов кобальта (II) [Текст] / Л.В. Шмелев, И.Г. Первова, Г.Н. Липунова и др. // Координационная химия. - 1993. - Т. 19, № 12. - С. 904-910.

24. Кривоногова Т.И. Никелевые комплексы 1-(2-гидрокси-4(5)-нитрофенил)-3-алкил-5-(2-бензазолил)формазанов [Текст] / Т.И. Кривоногова, Г.Н. Липунова, А.Д. Гарновский и др. // Журнал общей химии. - 1988. - Т. 58, вып. 1. - С. 184-189.

25. Павлова И.С. Особенности структуры комплексов Ni(II), Co(II), Fe(II) и Pd(II) с гетарилформазанами [Текст] / И.С. Павлова, М.А. Кулюкина, З.Г. Резинских, И.Н. Липунов // Материалы IV всероссийской научно-техн. конф. Научное творчество молодежи - лесному комплексу России. - Екатеринбург УГЛТУ, 2008. - Ч.2. - С. 243.

26. Михайлов О.В. Как склеить «химический кувшин» из осколков [Текст] / О.В. Михайлов // Природа. - 2003. - № 12. - С. 1-13.

27. Изменения спинового состояния гемма в процессе электронного транспорта: http: // library.krasu.ru/ft/ft/_articles/0071819.pdf [Электронный ресурс].

28. Чертан В.В. Координационные соединения меди(II), никеля(II) и кобальта(II) с салицилидентрис(гидроксиметил)аминометаном [Текст] / В.В. Чертан // Природа. - 2003. - № 12. - С. 1-13.

29. Шлефер Г.Л. Комплексообразование в растворах [Текст] / Г.Л. Шлефер. - Л.: Химия, 1964. - 283 с.

30. Булатов М.И. Практическое руководство по фотометрическим методам анализа [Текст] / М.И. Булатов, И.П. Калинкин. - Л.: Химия, 1986. - 432 с.

31. Берштейн И.Я. Спектрофотометрический анализ в органической химии [Текст] / И.Я. Берштейн, Ю.Л. Каминский. - Л.: Химия, 1975. - 232 с.

32. Копылова В.Д. Исследование каталитической активности комплексов 3-d металлов с сетчатыми поливинилпиридинами в реакции жидкофазного разложения перекиси водорода [Текст] / В.Д. Копылова, Е.А. Фрумкина, П.А. Мочалова // Кинетика и катализ. - 1978. - Т. 19. - № 5. - С. 1356-1370.

33. CrysAlis CCD, Oxford Diffraction Ltd.,Version 1.171.29.9 (release 23-03-2006 CrysAlis171.NET).

34. Sheldrick G.M. SHELX-97: A Software Package for the Solutions and Refinement of X-ray Data, University of Gцttingen, Gцttingen, Germany, 1997.

35. Липунова Г.Н. Строение формазанов [Текст] / Г.Н. Липунова, Н.Б. Ольховикова, Б.И. Бузыкин, Г.И. Сигейкин // Журн. науч. и прикл. фотографии. - 2003. - Т. 48, № 6. - С. 5-19.

36. Беднягина Н.П. Гетарилформазаны [Текст] / Н.П. Беднягина, И.Я. Постовский, А.Д. Гарновский, О.А. Осипов // Успехи химии. - 1975. - Т. 44, вып. 6. - С. 1052-1081.

37. Костромина Н.А. Химия координационных соединений [Текст] / Н.А. Костромина, В.Н. Кумок, Н.А. Скорик. - М.: Высшая школа, 1990. - 432с.

38. Лебедев А.Т. Масс-спектрометрия в органической химии [Текст] / А.Т. Лебедев. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003. - 493 с.

39. Кривоногова Т.И. Координационные соединения никеля, цинка, ртути, свинца с тридентатными бензазолилформазанами [Текст] : дисс. канд. хим. наук / Кривоногова Татьяна Ивановна - Свердловск, 1987. - 194 с.

40. Наканиси К. Инфракрасные спектры и строение органических соединений [Текст] / К. Наканиси ; пер. с англ. Н.Б. Куплетская, Л.М. Эпштейн. - М.: Мир, 1965. - 216 с.

41. Маслакова Т.И. Комплексообразование ионов Ni²⁺, Cd²⁺, Zn²⁺ и Pb²⁺ с бензтиазолилформазанами, содержащими оксиэтиленовые мостики [Текст] / Т.И. Маслакова, В.А. Попова, Г.Н. Липунова, И.Г. Первова // Журнал неорганической химии. - 2001. - Т. 46, № 2. - С. 271-274.

42. Копылова В.Д. Ионитные комплексы в катализе [Текст] / В.Д. Копылова, А.Н. Астанина. - М.: Химия, 1987. - 192 с.

43. Мастерс К. Гомогенный катализ переходными металлами [Текст] / К. Мастерс ; пер с англ. Ю.И. Ермакова, В.А. Семиколенова. - М.: Мир, 1983. - 304 с.

44. Козлов Ю.Н. Лабораторная работа по курсу: Основы физической химии. Раздел: Химическая кинетика. Ион-радикальные и цепные реакции. Разложение пероксида водорода с участием ионов металлов переменной валентности [Текст] / Ю.Н. Козлов. - М.: МФТИ, 1991. - 11 с.

45. Cычев АЯ. Гомогенный катализ соединениями железа [Текст] / А.Я. Cычев, В.Г. Исак.- Кишенев: Штиинца, 1988. - 216 с.

46. Багиян Г.А. Комплексы меди (I) с димеркоптосоединениями в качестве катализаторов окисления меркаптанов и сероводорода молекулярным кислородом в водных растворах [Текст] / Г.А. Багиян, И.К. Королева, Н.В. Сорока // Журнал прикладной химии. - 2003. - Т. 76. - Вып. 1. - С. 90-96.

47. Помогайло А.Д. Полимерные иммобилизованные металлокомплексные катализаторы [Текст] / А.Д. Помогайло. - М.: Наука, 1988. - 302 с.

48. Боресков Г.К. Гетерогенный катализ [Текст] / Г.К. Боресков. - М.: Наука, 1988. - 304 с.

49. Горбатенко Ю.А. Состав, строение и каталитическая активность формазанатов меди (II), железа (II) и железа (III) [Текст] : дисс. канд. хим. наук / Горбатенко Юлия Анатольевна. - Челябинск, 2006. - 141 с.

50. Юшкова О.Г. Иммобилизованные на твердофазных матрицах гетарилформазаны для концентрирования, разделения и определения металлов: дисс. канд. хим. наук / О.Г. Юшкова. - Екатеринбург, 2004. - 116 с.

51. Эфендиев А.А. Катализаторы, содержащие нанесенные комплексы: сборник [Текст] / А.А. Эфендиев, Л.Ф. Шик, Л.Ф. Векилова и др. - Новосибирск, 1980. - Ч. 2. - С. 141-143, 179-182.

52. Приборы. Стандартные образцы. Химические реактивы, посуда. Нормативные документы. Инструменты и литература [Текст] / Каталог : ООО «Ормет» - Екатеринбург, 2000. - 56 с.

53. Гороновский И.Т. Краткий справочник по химии [Текст] / И.Т. Гороновский, Ю.П. Назаренко, Е.Ф. Некряч. - Киев: Химия, 1980. - 336 с.

54. Белов А.В. Безопасность жизнедеятельности [Текст]: учеб. пособие для вузов / А.В. Белов. - М.: Высшая школа, 1981. - 342 с.

55. Саладзе К.М. Комплексообразующие иониты [Текст] / К.М. Саладзе, В.Д. Копылова-Валова. - М.: Химия, 1980. - 336 с.

56. Чмутов К.В. Ионный обмен и его применение [Текст] / К.В. Чмутов. - М.: АН ССР, 1959. - 320 с.

Размещено на Allbest.ru