CC BY
65
Авторы благодарят директора института физики твердого тела Рурского университета профессора H.Zabel за предоставленну возможность приготовления образцов. Работа выполнена при поддержке РФФИ (проекты No.03-02-96191 и No.03-02-16382).
Экспериментальная часть
Напыление проводилось на установке радиочастотного распылен Alcatel института физики твердого тела Рурского университета (Германия) с расстоянием мишень-подложка 77 мм. Датчик кварцевого измерителя толщины располагался в штатном для данной установки месте - на периферии держателя подложек с нормалью, направленной на центр мишени. Базовый вакуум составлял 1.5 10-7 тор, рабочее давление сверхчистого аргона (99.999%) в процессе напыления составляло 10-3 тор. В качестве мишеней использовался ванадий чистотой 99.99%, железо чистотой 99.99%, электролитический хром чистотой 99.99%. Для исследования распределения толщин по поверхности держателя подложек в качестве подложек применялись прямоугольные стеклянные пластины и диски из алюминиевой фольги. Толщина слоя измерялась взвешивание фрагмента подложки (толстые слои на фольге) или посредством определения оптической прозрачности специально приготовленных образцов на стеклянных подложках с толщиной, оптимальной (<250 A) для измерений такого вида.
Литература
Yu.A.Izyumov, Yu.N.Proshin, M.G.Khusainov. //Physics-Uspekhi. 2002. V.45.P.109.
J.Aarts, J.M.E.Geers, E.Brbck, A.A.Golubov, R.Coehoor. // Phys.Rev. 1997. V.B56.P.2779.
Koorevavaar P., Goehoorn R., Aarts J. //Physica C. 1995. V.248.P.61.
R.Pflandzelter et.a. // Surf.Sci. 1997. V.375.P.13.
КозловскийЛ.В., Таманис Э. // ПТЭ 1999. Т.4.С.154.
У Ю. В. Горюнов - канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотр. КФТИ КНЦ РАН;С. М. Горюнова - канд. хим. наук, доц. каф. аналитической химии, сертификации и менеджмента качества КГТУ.
УДК 541.64
Г. В. Минхайдарова, А. А. Мухутдинов, Ф. К. Мирясова
Использование твердого остатка пиролиза изношенных шин в качестве сорбентов
Исследованы сорбционные свойства твердых остатков пиролиза изношенных шин. Показана возможность их применения для адсорбции паров органических растворителей из воздушной среды, низкомолекулярных органических кислот из водны растворов и в качестве сорбентов разлитой на поверхности воды нефти.
Современное развитие цивилизованного общества и высокие темпы научно-технического прогресса предполагают создание технологий, включающих в себя линии обезвреживания и утилизации отходов производства и продуктов потребления. Одним важных принципов производственной деятельности человека должен быть принцип охраны окружающей среды и рациональн использования природных ресурсов. К сожалению, к настоящему времени нарушение санитарных норм на промышленных предприятиях, нехватка финансовых средств для создания и внедрения технологических процессов переработки и утилизаци отходов ведут к экспоненциальному росту экологических проблем, приобретающих характер глобальных. Одной из таких проблем можно назвать накопление изношенных шин легкового и грузового автомобильного транспорта. Масштабы роста количества изношенных шин приобретают колоссальные размеры и требуют квалифицированного рассмотрения с целью создания технологий их утилизации с получением продуктов, имеющих ценность для различных отраслей промышленности в качестве вторичного сырья.
Перспективным способом утилизации изношенных шин является пиролиз. Под термином «пиролиз» понимают разложение органических веществ в отсутствие кислорода под действием высоких температур, при котором происходят глубокие деструктивные изменения. Помимо деструкции, в органическом сырье протекают вторичные реакции взаимодействия молеку. изомеризации и т.п.
Перспективность использования процесса пиролиза для утилизации изношенных шин с эколого-экономической точки зрения объясняется следующими особенностями:
- в отличие от простого сжигания процесс пиролиза изношенных шин осуществляется без доступа воздуха, что предотвращав образование диоксида серы и оксидов азота;
- элементный анализ продуктов пиролиза шин показал распределение серы в количестве 2,0-2,7% в твердом углеродном остатке, 0,5% в жидкой фракции, что в сумме соответствует содержанию серы в исходном сырье - шинной резине. В составе пиролизных газов содержатся лишь следовые количества сероводорода.
Таким образом, процесс пиролиза изношенных шин является экологически безопасным для окружающей среды из-за отсутствия выделения SO2, NOx и других токсичных выбросов в атмосферу, образование которых связано со взаимодействие с кислородом воздуха.
Вещества, образующиеся при пиролизе изношенных шин, представляют собой исходный материал для химической и нефтехимической промышленности. Одним из продуктов пиролиза изношенных шин является твердый углеродный остаток, состоящий в основном из дисперсного остаточного углерода [1]. Например, при проведении пиролиза изношенных шин в атмосфере азота и при температуре 5000С выход твердого остатка составляет 42%, его удельная поверхность равна 85 м2/г, объем микропор и мезопор 0,04 и 0,19 см3/г соответственно [2]. Твердый остаток, полученный в ходе проведения пиролиза изношенных шин при температуре 9000С, может активироваться в атмосфере СО2. В результате получается активированный уголь с удельной поверхностью около 800м2/г [3].
В настоящей работе проводились исследования физико-химических свойств твердого остатка пиролиза (ТОП), полученного н опытно-промышленной установке УПАШ-1200, действующей в НГДУ «Иркеннефть» ОАО «Татнефть». Изучалась возможності использования ТОП в качестве сорбента газов, органических примесей в воде и разлитой нефти на поверхности воды. Сорбционные характеристики ТОП повышали путем радиационной активации. Исследовались физико-химические характерис ТОП до и после активации дозами 10, 30, 50 МРад (ТОП-А (10), ТОП-А (30), ТОП-А (50) соответственно).
Анализируя физико-химические свойства ТОП, представленные в табл. 1, можно отметить, что свойства неактивированного Т (ТОП-Н) отличаются от свойств промышленного активированного угля марки БАУ-А.
Радиационная активация изменяет свойства ТОП-Н, улучшая его сорбционные характеристики. Вероятно, это происходит за счет выгорания углеводородной части продукта, в результате чего идет разрыхление углеродной сетки и увеличение пористо ТОП.
Таблица 1 - Физико-химические свойства ТОП________________________________________________
Физико-химические показатели ТОП-Н ТОП-А (10) ТОП-А (30) ТОП-А (50) БАУ-А
Содержание влаги, % 1,13 0,45 0,53 0,64 ? 10,0
Насыпная плотность, г/дм3 427,2 391,60 320,03 338,11 260
Суммарный объем пор по воде, см3/г 0,23 0,58 0,62 0,64 0,75-1,5
Пористость по ацетону, % 31,8 48,4 45,88 49,49 74
рН водной вытяжки 6,4 6,2 6,2 6,2 6,5-7,5
Представленные результаты свидетельствуют о том, что с увеличением дозы облучения пористость и адсорбционные свойст ТОП возрастают и приближаются к свойствам БАУ-А. Для получения информации об адсорбционных способностях ТОП-Н и ТОП-А был проведен ряд экспериментов с целью определения скорости адсорбции насыщенных паров органических растворителей.
На рис. 1 приведены кинетические зависимости степени поглощения паров легколетучих растворителей ацетона, бензола и бензина продуктами ТОП-Н, ТОП-А и БАУ-А от времени. Данные зависимости позволяют сделать заключение о возрастании адсорбционной емкости в ряду ТОП-Н - ТОП-А (10) - ТОП-А (30) - ТОП-А (50), что свидетельствует об улучшении адсорбционных характеристик ТОП в результате радиационно-химической активации.
Кроме того, на основе полученных зависимостей 1па - t (где а - адсорбционная емкость и t - продолжительность процесса адсорбции) можно рассчитать константы скорости адсорбции насыщенных паров растворителей. Результаты расчетов приведены в табл. 2.
Адсорбция газообразных и парообразных органических веществ углеродными адсорбентами характеризуется тем, что процес может идти даже во влажной среде благодаря большой органофильности адсорбента. Нами проводилась адсорбция паров бензина АИ-93 на ТОП-Н и ТОП-А (50), БАУ-А в области парциальных давлений 0-2,4 КПа. Изотермы адсорбции паров бензин АИ-93 с применением ТОП и промышленного активированного угля марки БАУ-А представлены на рис. 2. Видно, что изотерм! адсорбции соответствуют изотермам первого типа. Динамическая адсорбционная емкость, определенная по данным, представленным на рис. 2, составляет 18% от массы адсорбента для ТОП-Н, 19% для ТОП-А (50) и 15% для БАУ-А.
Рис. 1 - Кинетика адсорбции паров летучих растворителей образцами ТОП и БАУ-А: а - ацетон; б - бензол; в - бензин
Таблица 2 - Константы скорости адсорбции насыщенных паров легколетучих растворителей образцами ТОП_______________________________________________
Образцы ТОП Растворители
Ацетон Бензол Бензин
ТОП-Н 0,117 0,06 0,077
ТОП-А (10) О,1125 О,О52 О,О88
ТОП-А (ЗО) О,О9З О,О6 О,О81
ТОП-А (5О) О,115 О,О6З О,О66
БАУ-А О,О5 О,О2 О,О26
