Акрилонитрил: свойства и характеристики, возможности применения, воздействие на окружающую среду

• ацетилена и синильной кислоты;
• пропилена и оксида азота;
• окислительным аммонолизом пропилена без добавления стабилизаторов или с присутствием аммиака или гидрохинона.

Химикат служит сырьем для производства различных товаров для нужд народного хозяйства.

Свойства и особенности вещества

Являясь производным акриловой кислоты, цианистый винил имеет химическую формулу C3H3N, где карбоксильную группу заменяет атом углерода, соединенный с атомом азота, поэтому структурная формула вещества выглядит как CH2=CH-CN, а молярная масса составляет 53,06 г/моль.

Токсичная жидкость обладает специфическими свойствами:

• слабо растворяется в воде при 20 градусах – всего 7,3% от массы, соединяясь с H2O, образует амид акриловой кислоты, полный гидролиз дает акриловую кислоту;
• легко разбавляется в метаноле, этаноле, ацетоне, бензоле и других неорганических растворителях;
• бурно вступает в реакцию с сильными щелочами и окислителями;
• мгновенно воспламеняется от попадания искр, при горении выделяет ядовитые газы, в том числе оксиды азота и цианиды водорода;
• пары жидкости образуют с воздухом взрывоопасные смеси;
• подвергается полимеризации на свету и под влиянием щелочей и пероксидов, при нагревании горит и взрывается.

Акрилонитрил относится к группе взрывоопасности 11В-Т2 и для здоровья человека представляет большую опасность. Его пары раздражающе действуют на кожу и слизистую оболочку глаз, вызывают тяжелые аллергические реакции, головокружение, сердцебиение, судороги, тошноту, одышку, слабость. При длительном воздействии на организм может стать причиной онкологических заболеваний, а попадание внутрь приводит к сильнейшему отравлению вплоть до летального исхода. Работать с веществом необходимо в защитном костюме, фильтрующем противогазе, резиновых сапогах, перчатках.

В рабочей зоне предел допустимой концентрации вещества в воздухе не должен быть выше 0,5 мг/м3, в населенных пунктах – 0,03, а в воде, используемой для употребления и хозяйственных нужд, – не более 0,002 мг/м3. В исследовательских лабораториях и аналитических центрах все действия с опасным веществом проводятся в вытяжном шкафу с хорошей вентиляцией. В случае возгорания жидкости применяются углекислотные огнетушители, при ее утечке – дегазация 10% растворами едкого натра или железного купороса. Нитрил акриловой кислоты при 20 градусах имеет плотность 0,81 г/см3, энергию ионизации – 10,9 ЭВ.

Физическое состояние ядовитой жидкости меняется при температурах (в градусах Цельсия):

• -84 – затвердевает;
• -82 – плавится;
• 0 – вспыхивает в открытой чаше, -5 – в закрытой;
• +77,3 – закипает, при +370 – самовоспламеняется.

Нижний предел взрываемости при контакте с воздухом – 3,05% об., верхний – 17,5% об. Пары соединения тяжелее воздуха почти в 2 раза.

Области применения

Широкое применение цианистого винила связано с его особенностью модифицировать любые полимеры. В основном химическое соединение используется при производстве синтетических волокон, резины, пластика, каучука, ударопрочного полистирола, пластификаторов и другой продукции. Так:

• Синтетические карбоцепные волокна на производствах получают из полимеров и сополимеров акрилонитрила. Волокнистые нити искусственной шерсти отличаются эластичностью и прочностью, стойкостью к выцветанию и воздействию высокой температуры, повышенной устойчивостью к набуханию в органических растворителях и хорошо поддаются окрашиванию. В качестве самостоятельного сырья или с добавлением хлопковых и шерстяных нитей применяются в создании искусственного меха, костюмных тканей, ковровых и других многочисленных изделий. Применяется и для обработки волокон из хлопка с целью придания им прочности и стойкости к гниению.
• На основе НАК получают бутадиен-нитрильный каучук БНК с ценными эксплуатационными характеристиками. В бензине он набухает в 20 раз меньше, а в маслах и многих растворителях в 100 раз меньше, чем натуральный каучук. Материал отличается твердостью, износостойкостью, устойчивостью к истиранию, воздействию трения, динамическим нагрузкам, повышенной температуре. Резина на основе синтетического каучука обладает устойчивостью к влиянию нефтепродуктов, морской воды, пластичных смазок, минеральных масел.
• Пластик АБС, изготовленный из сополимера акрилонитрила с бутадиеном и стиролом, является износостойкой и ударопрочной термопластической смолой. В зависимости от пропорций составляющих исходного сырья меняются физические свойства пластика, из которого производят корпусные детали, шестерни и рычаги для автомобилестроительной отрасли, различные емкости, товары для занятий спортом.
• Из латекса, полученного с применением химиката, производят эластичные пленки и пористые материалы, большие воздушные шары, заменители кожи, ткани, устойчивые к химической чистке. Водонепроницаемость материалу, хорошую адгезию к синтетическим волокнам, прочность на разрыв и стойкость к старению придают добавки серы и окиси цинка в качестве отвердителей.
• Акриловые смолы на основе нитрила акриловой кислоты применяют в качестве основной добавки к краскам, которые отличаются глянцем, стойкостью к цвету, прочностью, длительным сроком службы и хорошим сцеплением с поверхностями.
• Из-за токсичных свойств ограниченно и очень осторожно используется в качестве пестицида.

Влияние на окружающую среду

Акрилонитрил в атмосферу и почву поступает в результате его производства, переработки, транспортировки, захоронения. Самая высокая его концентрация присутствует вблизи химических предприятий. Вещество разлагается в атмосфере в течение до 34 часов, в воде – до 7 дней. В результате аварийных случаев грунтовые воды загрязняются на многолетний период времени.

Выбросы вредоносных газов и технологических сточных вод оказывают негативное влияние на окружающую среду. Применяются различные виды очистки, но наиболее рациональным способом обезвреживания токсичных отходных газов является каталитическое окисление и сжигание в специальных печах. Пропилен, пропан, оксид углерода, инертные и другие газы поступают в топку, где сжигаются при высокой температуре с последующим окислением. Отработанная смесь направляется в реактор, далее в утилизатор и в атмосферу через дымовую трубу. Степень очистки при таком способе достигает 98%. При обезвреживании за 1 час 60000 м3 газов расходуется 500 кВ энергии.

Исследователи предлагают внедрить в производство инновационный метод с использованием присадки Cestoil для повышения эффективности процесса, а также продления производственного цикла, снижения образования нежелательных полимеров и риска загрязнения оборудования. Присадка, содержащая кислород, водород и углерод, не влияет на качество конечного продукта и сокращает количество нежелательных остатков.

Заключение

Несмотря на сложность технологического процесса и высокую степень опасности, производство акрилонитрила продолжает расти. Мировой рынок химического продукта в 2020 г. оценивался в 6 млн т и прогнозируется, что спрос до 2026 г. будет ежегодно увеличиваться на 5%. Это связано с растущей востребованностью новейших материалов для строительной, текстильной промышленности, автомобилестроения, электроники, электротехники и других отраслей. Производство продукции с использованием современных материалов и технологий увеличивает долю экспорта и выводит экономику страны на новые высоты. С токсичным химическим веществом следует обращаться очень аккуратно – хранить вдали от источников электричества и тепла в герметичных бочках или цистернах, исключать его контакт с воздухом или водой.