CC BY
43
где V ив - приведённое воздействие годовых выбросов загрязняющих ве-
ществ на атмосферу, УР^- приведённое воздействие годовых сбросов загрязняющих
веществ на водный объект, УПрив - приведённое воздействие годового образования отходов на почвы.
Целесообразно рассчитывать эти показатели на единицу мощности производства или на другой параметр, например, на одного работника предприятия.
УДК 676.038.1 + 661.25 : 661.183.12
Е.А. Крайнова, А.В. Ким, А.И. Родионов, И.Н. Каменчук
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ИОНООБМЕННЫЕ СВОЙСТВА СУЛЬФОКАТИОНИТА, ПОЛУЧЕННОГО МЕТОДОМ СЕРНОКИСЛОТНОГО ОБУГЛИВАНИЯ ОТХОДОВ, СОДЕРЖАЩИХ ЦЕЛЛЮЛОЗУ
The publication is devoted to the investigation of ion exchange properties of sulphocoal produced with the exposure of concentrated sulfuric acid on cellulose-solids waste. The sulphocoal that used produced by new method has full static ion-exchange capacity 6,0 mg-equiv/g and dynamic ion-exchange capacity 270-340 mole/m3. It can be utilized for decrease of the rigidity and salt concentration in the water used in steam boilers. Also it can be used for an extraction of cations from industrial waters and solutions.
Статья посвящена определению ионообменных свойств сульфокатионита, полученного после воздействия концентрированной серной кислоты на целлюлозосодержащие твердые отходы (сернокислотное обугливание). Полученный сульфоуголь имеет статическую обменную емкость около 6,0 мг-экв/г и динамическую обменную емкость в пределах 270-340 моль/м3 и может быть использован для снижения жесткости воды, применяемой для питания паровых котлов котельных; для извлечения катионов кальция из промышленных вод и растворов.
Известно, что многие природные бурые и каменные угли обладают естественными катионообменными свойствами благодаря наличию в их структуре гуминовых составляющих. Для усиления кислотных свойств и обменной емкости природные угли применяют после их стабилизации и активации.
В работе [1] описан способ получения мелкодисперсного углеродного материала дегидратацией березовой стружки (фракционного состава не более 10 мм) концентрированной серной кислотой с массовой долей 90,9%.
Анализ данного исследования по изучению структуры углеродного материала, его гранулометрического состава, суммарного объема пор по воде и статической обменной емкости позволил высказать предположение о том, что углеродный материал обладает не только сорбционными, но и ионнообменными свойствами [2].
В данной работе в качестве объекта исследования взяли образцы сульфокатионита, полученного из целлюлозосодержащих компонентов твердых бытовых отходов тем же методом. Предварительно сырье фракционного состава 5^7 мм выдерживали в сушильном шкафу SPT 200 при температуре 1100С до постоянной массы. Параллельно в керамической посуде нагревали серную кислоту (массовая концентрация серной кислоты С [H2SO4] нач. = 94%мас.) до температуры 85±5°С на песчаной бане, далее в нее добавляли высушенное сырье и, при перемешивании стеклянной мешалкой со скоростью 60
об/мин, выдерживали в течение 30 минут. Удельный расход серной кислоты составил ф(Н2О (3,05±0,25) кг(H2SO4)/кг(сырья) в пересчете на моногидрат.
Промывка полуфабрикатов с получением сульфокатионита проводилась в два этапа. На первом этапе дистиллированную воду (при t = 20 °С) подавали в реакционную смесь и перемешивали до образования однородной суспензии. Удельный расход воды составлял 0,064 м3-[кг (полуфабриката)]-1. После полученную суспензию сливали в стеклянный фильтр с пористой перегородкой, покрытой кислотостойкой трековой мембраной, и отфильтровывали под вакуумом, создаваемым водоструйным насосом. На втором этапе остаток на фильтре промывали горячей дистиллированной водой (при t = 75 °С). Удельный расход воды составлял 0,11 м3-[кг (полуфабриката)]-1. Контроль процесса вели по рН фильтрата. Готовый сульфокатионит высушивали в сушильном шкафу около 1 часа при температуре 110±5°С и далее хранили в полиэтиленовом пакете без доступа воздуха в темноте при температуре 20±5 °С.
размер частиц менее 0,5 мм
размер частиц 0,5^2,0 мм
Рис. 1. Изотерма ионного обмена катионов кальция на поверхности сульфокатионита фракционного состава после регенерации. Скорость фильтрации у=10 мл/мин; начальная концентрация катионов кальция С[Са+2]= 72 мг/дм3.
Равновесная концентрация, мг/дм3
Рис. 2. Изотерма ионного обмена катионов аммония на сульфокатионите в Н+ - форме фракционного состава менее 0,5 мм. Начальная концентрация катионов аммония в рабочем растворе С[(Ш4]+]= 32,0 мг/дм3.
Равновесная концентрация, мг/дм
Рис. 3. Изотерма ионного обмена катионов кальция и аммония на сульфокатионите в Н+ - форме фракционного состава менее 0,5 мм. Начальная концентрация катионов кальция в рабочем растворе С[Са+2]= 72,0 мг/
3
дм ; начальная концентрация катионов аммония в рабочем растворе С[(Ш4)+]= 32,0 мг/дм3.
Исследование ионообменных свойств материала заключалось в определение статической и динамической обменных емкостей сульфокатионита. Статическая обменная емкость, определенная по стандартной методике [3], получилост равной 6,2 и 6,0 мг-экв • г-1 для фракций < 0,5 мм и 0,5^2,0 мм соответственно. На рис. 1 представлены
изотермы сорбции ионов кальция сульфокатионитом в Н+-форме фракционного состава < 0,5 мм и 0,5^2,0 мм, которые имеют линейную форму с несколькими точками перегибов, соответствующие насыщению определенных «активных центров», в результате на твердой фазе имеет место явление полимолекулярной сорбции.
Также получена изотерма сорбции ионов аммония сульфокатионитом в Н+-
форме фракционного состава < 0,5 мм, которая представлена на рис. 2. Для сравнения
2+ | ^ изотермы ионного обмена катионов [Ca] и [NH4] для сульфокатионита из ЦК ТБО
представлены на рис. 3.
Проведенное исследование показало, что сульфокатионит размером частиц менее
0.5.мм селективен к [Са]2+-иону и не проявляет селективности к [NH4]+ -иону.
Таким образом, сульфокатионит может быть использован для снижения жесткости воды, применяемой для питания паровых котлов котельных, а также для извлечения катионов кальция из промышленных вод и растворов.
Проведены исследования по оценке использования ионита (< 0,5 мм и 0,5^2,0 мм) в цикличном процессе снижения жесткости воды по стандартной методике [4]. В этом случае динамическая обменная емкость с заданным расходом регенерирующего вещества [моль/дм ] должна быть не менее 240 [5]. Для сульфокатионита фракционного состава менее 0,5 мм исследования проводили в колонке с внутренним диаметром dk = 1,4 см, высота слоя углеродного материла L = 0,09 м, масса углеродного материала m = 1,2 г. ДОЕ равна 275,0 мольм-±5% или 3,0 мг-эквг1.Для сульфокатионита фракционного состава 0,5^2,0 мм исследования проводили в колонке с внутренним диаметром dk = 6,0 см, высота слоя углеродного материла L = 0,01 м, масса углеродного материала m = 6 г. ДОЕ
-3 -1
равна 340,0мольм ±5% или 1,5мг-эквг .
Таким образом, сульфокатионит соответствует требованиям, предъявляемым к промышленно используемым сульфоуглям.
Список литературы
1. Крайнова, Е.А. Сравнение параметров процесса получения карбонизата: методом высокотемпературного пиролиза и обугливанием концентрированной серной кислотой/ Е.А.Крайнова, К.В.Меркушина, А.И.Родионов и др. // Успехи в химии и химической технологии: Сб. науч. тр. М.: РХТУ, 2006. Т. XX, № 6.- С. 18-23.
2. Крайнова, Е.А. А.И.Родионов, О.Л.Орелович Изучение структуры мелкодисперсного углерода/ Е.А.Крайнова, А.И.Родионов, О.Л.Орелович // Успехи в химии и химической технологии: Сб. науч. тр. М.: РХТУ, 2004. Т. XVIII, № 6.- С. 23-26.
3. ГОСТ 20255.1-89. Иониты. Метод определения статической обменной емкости. М.: Издательство стандартов, 1989. - 6 с.
4. ГОСТ 20255.2-89. Иониты. Методы определения динамической обменной емкости. М.: Издательство стандартов, 1989. - 9 с.
5. ГОСТ 5696-74. Сульфоуголь. Технические условия. М: Изд-во стандартов, 1974. - 8 с. УДК: 541.183.5:661.185.4
А.А. Курилкин, А.Р. Морозов, А.И. Родионов, И.Н. Каменчук.
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
АДСОРБЦИЯ НЕИОНОГЕННЫХ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ ТИПА НЕОНОЛ АФ9-10 НА АКТИВНЫХ УГЛЯХ РАЗЛИЧНЫХ МАРОК
