Адсорбционные характеристики модифицированных активных углей Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Химическая технология

83

УДК 662.66:541.183

О.С. Гладкова, Н.Ю. Шишлянникова, Ю.В. Соловьева, Ю.Ф. Патраков

АДСОРБЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МОДИФИЦИРОВАННЫХ

АКТИВНЫХ УГЛЕЙ

Адсорбционные методы очистки являются одним из универсальных решений проблемы современной экологии, так как позволяют извлекать и возвращать в технологический процесс вещества из отходов производства.

Активные угли (АУ) занимают ведущее место среди адсорбентов и применяются во многих отраслях промышленности. Однако, в связи с высокой стоимостью их получения и регенерации, необходим поиск новых экономически более выгодных технологий производства АУ.

С целью улучшения адсорбционных характеристик сорбента используется модифицирование с применением различных органических и неорганических соединений, таких как озон, фурфурол, пероксид водорода, неорганических и органических кислот [1]. При этом в процессе модифицирования

происходит изменение не только параметров пористой структуры, но и физико-химических свойств поверхности.

Ранее в работе [2] была показана принципиальная возможность модифицирования

углеродных материалов с использованием є-капролактама, позволяющая получить материал, обладающий более высокими сорбционными характери-

стиками по сравнению с исходным активным углем. В данной работе проведено сравнительное исследование адсорбционных характеристик активного угля (АУ), полученного из природного угля, и его образцов модифицированных є-

капролактамом с характеристиками промышленного активного угля АГ-ОВ-1. В качестве матрицы для АУ использован каменный уголь (КУ) марки Д (ш. Грамотеинская) Кузнецкого

120-1

100-

угольного бассейна. КУ карбо-низовали, а затем активировали, по методике, описанной в [3].

Модификации АУ включала в себя адсорбцию е-

капролактама, карбонизацию в среде инертного газа и после-

дующую активацию парами воды, причем этот процесс был неоднократно повторен и получены модифицированные (АУ-1М), дважды (АУ-2М) и трижды (АУ-3М) модифицированные

образцы. Процесс модификации є-капролактамом заменял процесс ректификации при котором, по традиционной схеме проводится отгонка сорбированного вещества.

Сорбция є-капролактама

проведена из его водного рас-

твора по специальной методике [3], затем уголь был отфильтрован и прогрет на воздухе в течение 3 часов при температуре 250°С. Повторная карбонизация и активация аналогичны процессу получения АУ. Для всех

2? 80 I*

К

£60 а

§ 40

20

:1Ь

и

о

с

£

II

с

II

с

Л

<

л_

^ образец С

Сорбция йода и бензола образцами угля ; □ йод ■ бензол

0

Таблица

Параметры пористой структуры адсорбентов

№ Марка адсорбента ^ЭЪ м2/г S ^мезо? м2/г 0 0 3 о ) дм £ ^мш см3/г Vмезо, см3/г

1 АГ-ОВ-1 786,0 108,2 0,469 0,325 0,144

2 КУ 0,191 0,075 8,7*10-4 0,55*10-4 8,15*10-4

3 АУ 696,8 28,18 0,367 0,320 0,046

4 АУ-1М 867,6 69,49 0,483 0,367 0,117

5 АУ-2М 940,3 107,1 0,551 0,359 0,191

6 АУ-3М 1029,2 130,4 0,617 0,370 0,247

84 О.С. Гладкова, Н.Ю. Шишлянникова, Ю.В. Соловьева, Ю.Ф. Патраков

образцов определены сорбционные свойства с использованием экспресс-методики определения сорбционной емкости по бензолу [4] и по йоду [5]. Результаты сорбции по бензолу и йоду для полученных образцов представлены на рисунке.

Параметры пористой структуры полученных адсорбентов определены по адсорбции азота при 77 К (3500С) на установке Л8ЛР-2400 фирмы «Мюгоше!-пс8». Тренировка (дегазация) образцов осуществлена при 3000С до остаточного давления 30 мТорр. Из изотермы адсорбции азота рассчитаны значения суммарной величины удельной поверхности 8БЭТ (расчет методом БЭТ), суммарного объема пор диаметром до 150 нм - Упор (по предельному насыщению при р/р8=0.25), объем микропор определен сравнительным методом. Объем мезопор найден как разность Упор и Уми. Данные адсорбционного исследования приведены в таблице.

Проведенные исследования показали (рисунок), что сорбционные характеристики угля АУ по отношению к бензолу близ-

ки, а по йоду даже превышают значения, полученные для промышленного активного угля АГ-ОВ-1, тогда как исходный каменный уголь не обладает сорбционными свойствами по отношению к йоду и бензолу. После первой модификации значения сорбционной активности на полученном угле АУ-М превосходят значения, полученные для угля АГ-ОВ-1, широко применяемого в промышленности. Каждая последующая модификация угля приводит к увеличению сорбционной активности полученных образцов, как по бензолу, так и по йоду. Увеличение сорбционной активности модифицированных образцов относительно исходного АУ для бензола составляет, соответственно, 22 % для АУ-1М, 75 % - АУ-2М и 94 % -АУ-3М; для йода - 17 % АУ-1 М, 21 % - АУ-2М и 40 % - АУ-3М.

Как показывают данные таблицы, уже после первой модификации значения площади поверхности (8БЭТ) и объема микропор (Уми), полученные для АУ сопоставимы с результата-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ми, полученными для промышленного активного угля АГ-ОВ-

1, но уступают по площади мезопор ^мезо) и объему мезопор (Умезо). Повторная модификация приводит к значительному улучшению всех параметров, а образцы, полученные после третьей модификации, превосходят показатели промышленного активного угля АГ-ОВ-1 по всем характеристикам.

Таким образом, проведенные исследования показали, что способ модифицирования активных углей раствором є-капролактама является перспективным методом улучшения характеристик адсорбентов.

Модифицированные образцы имеют сорбционную активность, как по бензолу, так и по йоду на уровне и даже выше промышленно выпускаемых и широко применяемых марок, таких как АГ-ОВ-1. При этом увеличение количества модификаций приводит к возрастанию сорбционных свойств и улучшению параметров пористой структуры.

1. Аллейников В.Г., Донстер Б.Т. и др. // Химическая технология. 1989. № 1, С. 12-16.

2. Астракова Т.В., Юстратов В.П., Кряжев Ю.Г., Шишлянникова Н.Ю. //ХТТ. 2003.№ 5, С. 32-38.

3. Гладкова О.С, Шишлянникова Н.Ю., Астракова Т.В. // Вестник КузГТУ. 2004. № 6.1, С. 130-132.

4. Глузман Л.Д., Эдельман И.И. Лабораторный контроль коксохимического производства. Харьков: Гос. ун-т изд-во литер. по черной и цветной металлургии, 1957. 636С.

5. ГОСТ 6217-74 Уголь активный древесный дробленный.

□ Авторы статьи:

Гладкова Ольга Сергеевна

- аспирант Института угля и углехимии СО РАН

Шишлянникова Нина Юрьевна

- канд. хим. наук., ст. науч. сотр. лаборатории химии и химической технологии угля ИУУ СО РАН

Соловьева Юлия Викторовна

- аспирант Кемеровского технологического института пищевой промышленности

Патраков Юрий Федорович

- канд. техн. наук, зав. лаб. химии и химической технологии угля ИУУ СО РАН