CC BY
67
Сведения об авторе
Аксомитный Алексей Андреевич - аспирант кафедры промышленного транспорта, строительства и геодезии ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», г. Воронеж, Российская Федерация; e-mail: [email protected].
Information about author
Aksomitny Aleksey Andreevich - Post-graduate student of Department of Industrial Transport, Civil Engineering and Geodesy Federal State Budget Education Institution of Higher Education «Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov», Voronezh, Russian Federation; e-mail: [email protected].
DOI: 10.12737/18737 УДК 674.8: 574
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ АКТИВАЦИИ ПРИРОДНОГО КЛИНОПТИЛОЛИТА ПРИ ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД МЕБЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ ОТ ФОРМАЛЬДЕГИДА И ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
кандидат технических наук, младший научный сотрудник М. В. Анисимов ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», г. Воронеж, Российская Федерация
В настоящее время, в связи с ростом объемов производства мебельных и деревообрабатывающих предприятий, а также ужесточением контроля за уровнем экологического воздействия производств на окружающую среду, особенно актуальной является проблема очистки сточных вод. В частности, очистка сточных вод мебельных предприятий, которые содержат различные токсиканты, такие как формальдегид, тяжелые металлы и др. Актуальной задачей является изучение и создание эффективных сорбентов для очистки сточных вод. Одним из способов создания новых сорбентов является модификация природных минералов различными электромагнитными полями: электромагнитное поле сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ) и слабое импульсное магнитное поле (СИМП). Изучение механизма воздействия каждого из полей представляется важным для прогноза поведения схожих сорбентов с диэлектрическими свойствами при очистке от аналогичных токсикантов. Для изучения этих механизмов в работе проводился ряд экспериментов по влиянию ЭМП СВЧ и СИМП на природный клиноптилолит при использовании его в качестве сорбента для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов (цинк и медь) и формальдегида. Осуществлены исследования изменения природы и соотношения активных центров методом реакции тестовой конверсии метилбутино-ла (МВОН), определены изменения размеров и стабильности частиц цеолита методом динамического светорассеивания (ДРС), показано изменение степени очистки сточных вод от формальдегида и тяжелых металлов в зависимости от способа активации клиноптилолита.
Ключевые слова: клиноптилолит, сточные воды, формальдегид, тяжелые металлы, цинк, медь, слабое импульсное магнитное поле, электромагнитное поле сверхвысокой частоты.
USING AN ELECTROMAGNETIC ACTIVATION OF NATURAL CLINOPTILOLITE WASTEWATER TREATMENT FURNITURE COMPANIES OF FORMALDEHYDE AND
HEAVY METALS
PhD in Engineering, Junior Researcher M. V. Anisimov Federal State Budget Education Institution of Higher Education «Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov», Voronezh, Russian Federation
Abstract
Today, due to increased of production volumes and wood furniture enterprises, and with tightening of ecological control of influence of production to the environment, especially urgent is the problem of wastewater treatment. For example sewage treatment of enterprises, which contain various toxicants, such as formaldehyde, heavy metals (zinc and copper), etc. In this regard,, urgent task is to research and creation of effective sorbents for wastewater treatment. One of the ways of creating of new sorbents is the modification of natural minerals by different electromagnetic fields: electromagnetic field of the microwave (EFM) and weak pulsed magnetic field (WPMF). Studying of the mechanism of the impact of each of the fields is important for forecast of behavior of similar sorbents with dielectric properties in the purification from similar toxicants. For studying these mechanisms in the work carried out a series of experiments for research of effect of EFM and WPMF to natural clinoptilolite when it is used as a sorbent for sewage treatment from ions of heavy metals (zinc and copper) and formaldehyde. Change of nature and ratios of the active centers had been carried out, by the test reaction of conversion of methylbutanol (MBOH), was defined resizing of particles and stability of zeolite by dynamic light scattering (DLS), changing of level of wastewater treatment from formaldehyde and heavy metals depending on the method of activation clinoptilolite are shown in paper.
Keywords: clinoptilolite, formaldehyde, heavy metals, zinc, copper, adsorbtion, electromagnetic field of the microwave (EFM), weak pulsed magnetic field (WPMF).
Наиболее распространенным и эффективным способом очистки сточных вод является адсорбционный. Существует достаточно большое количество сорбентов, среди которых одним из самых доступных и дешевых является природный цеолит -клиноптилолит. Адсорбционные свойства этого минерала [1, 2] и возможность использования его в качестве сорбентов описывались в литературе [3].
Клиноптилолит является микропористым природным сорбентом, имеющим активные центры различной природы: не-экранированные (или частично экраниро-
ванные) катионы, комплексы из многозарядного катиона и гидроксильных групп, бренстедовские и льюисовские кислотные центры, мостиковые атомы кислорода, дефекты кристаллической структуры [1]. Для сорбционных процессов определяющими являются размеры и расположение каналов. Кроме каналов цеолитные каркасы содержат пустоты, образующие совместно с каналами полиэдры, внутри которых имеются свободные объемы размерами 0,6-1,1 нм. В структуре клиноптилолита имеется 4 типа каналов эллиптического сечения. Размеры десятичных каналов
равны 0,705^0,395, а восьмичленных -0,46^0,395 нм. Матрица клиноптилолита -каркасная открытая, с расположением обменных ионов в открытых полостях и каналах [2].
Существующие в настоящее время очистные сооружения на предприятиях не всегда обеспечивают качественную очистку сточных вод, концентрация вредных веществ в сточных водах превышает предельно допустимые концентрации в несколько раз. В свою очередь, норматив платы за выбросы, сбросы загрязняющих веществ в окружающую среду ежегодно устанавливается и индексируется правительством и имеет тенденцию возрастания. В связи с этим обезвреживание сбрасываемых сточных вод до регламентируемых показателей является актуальной задачей.
Сорбционная емкость клиноптилолита в нативной форме недостаточна для обеспечения должного уровня снижения концентрации исследуемых токсикантов, поэтому для ее повышения использовалась предад-сорбционная активация сорбента в ЭМП СВЧ и СИМП.
Влияние ЭМП СВЧ на различного рода материалы приводится в работах [4, 5, 6]. Кроме того, перспективным является изучение влияния слабого импульсного магнитного поля (СИМП) на емкость сорбентов. Ранее в литературе приводились данные об изучении влияния сильных (В> 1 Тл) и слабых (соответственно В<1 Тл) магнитных полей на сорбенты, водные системы, металлы и сплавы, однако механизм протекания процесса и причины положительного или отрицательного эффекта практически не установлены. Возможность активаций минералов в слабых импульс-
ных магнитных полях упоминается также в работе [3].
В качестве сорбента использовался природный минерал клиноптилолит словацкого происхождения, с содержанием клиноптилолита 95 % и размерами частиц менее 20 мкм.
Проводилась серия работ по модифицированию поверхности природного сорбента под действием ЭМП. Для активации сорбента использовали установку СВЧ и генератор импульсного магнитного поля (электропитание осуществляется от сети 220 В с частотой 50 Гц).
Режимы предадсорбционной обработки характеризуются следующими параметрами: время обработки, мощность поля СВЧ, величина импульсного магнитного поля (СИМП). Оптимальные режимы обработки каждым из полей были определены ранее [7].
Для активации минерала в СИМП образец природного сорбента цеолита массой, необходимой для проведения исследования, помещали в открытую стеклянную емкость объемом 10 мл и помещали внутрь соленоида установки СИМП, после чего устанавливались параметры активации.
Прибор для создания импульсных магнитных полей состоит из четырех основных частей: ключа, источника энергии, накопителя энергии и соленоида. Принцип работы генератора заключается в разряде накопленного конденсатора на катушку индуктивности, в которую помещается активируемый сорбент, через управляющий тиристор.
Для активации клиноптилолита в ЭМП СВЧ использовалась такая же масса сорбента, что и при модификации сорбен-
тов в СИМП, а также аналогичная стеклянная емкость для исследований. Применялась установка, использующая эффект разогрева водосодержащих материалов электромагнитными волнами сверхвысокой частоты (2450) МГц, с максимальной номинальной мощностью 1000 Вт.
В работе использовали модельные растворы, содержание тяжелых металлов в которых соответствует исходным концентрациям в сточных водах (0,2 мг/дм3).
Для определения величины адсорбции формальдегида из водного раствора отбирали пробу (50 мл) с известной концентрацией и добавляли к ней 1 г активированного клиноптилолита, раствор фильтровали и определяли в фильтрате концентрацию формальдегида сульфитным методом.
В модельный раствор объемом 50 мл, содержащий ионы цинка или меди концентрацией 0,2 г/дм3, вводили 1 г активированного клиноптилолита. Время сорбции 24 ч. Концентрацию ионов цинка или меди определяли фотометрическим способом. Определение массовой концентрации ионов цинка основано на взаимодействии его с дифенилтиокарбазоном (дитизоном) в четыреххлористом углероде, в результате которого образуется окрашенный в красный цвет дитизонат цинка. Определение массовой концентрации ионов меди основано на взаимодействии диэтилдитиокар-бамата свинца в хлороформе с ионами меди в кислой среде (рН = 1,0 - 1,5) с образованием диэтилдитиокарбамата меди, окрашенного в желто-коричневый цвет, с максимумом светопоглощения при 430 нм.
Определялось соотношение кислотных и основных активных центров по-
верхности природного и модифицированного минералов тестовой реакцией конверсии метилбутинола (МВОН) [8, 9, 10].
Данная реакция дает возможность оценить кислотно-основные свойства катализаторов на основании распределения продуктов. Это каталитическое испытание использует 2-метил-3-бутин-2-ол (метилбутинол, или МВОН) как молекулярный зонд кислотности-основности поверхности полученных композиций.
Определяли размер и стабильность частиц природного и активированного в ЭМП СВЧ и СИМП клиноптилолита с помощью метода динамического светорассеивания (ДРС). Данный метод (ДРС) основан на рэле-евском рассеянии света (рассеяние света на частицах, размер которых много меньше длины волны падающего света) [11].
Для проведения эксперимента помещали определенное количество клиноптилолита (природного и активированного в ЭМП СВЧ и СИМП) в деионизированную воду. После чего с целью обеспечения равномерного распределения минерала в воде [11] получившуюся суспензию подвергали обработке ультразвуком с помощью прибора UP200S, обеспечивающего воздействие с максимальным значением 200 Вт и частотой 24 кГц. Параметры обработки ультразвуком составляли 30 мин при максимальных значениях. Затем отбирали необходимое количество суспензии и проводили анализ. В качестве источника света для анализа ДРС использовали гелий-неоновый лазер с длиной волны излучения 632,8 нм, а для установки центрифуги - 470 нм.
Для определения частиц менее 10 мкм в работе использовался прибор №сотр 380 ZLS, предназначенный для оп-
ределения зета-потенциала и размеров частиц в коллоидных системах. Для анализа готовили суспензию клиноптилолита в деионизированной воде с концентрацией минерала 1 г/дм3. Обрабатывали ультразвуком с параметрами, представленными выше, отбирали пробу необходимого объема и производили анализ с использованием описанного прибора.
Готовили суспензию клиноптилолита в деионизированной воде с концентрацией минерала 5 г/дм3. Обрабатывали ультразвуком согласно методике, представленной выше. Отбирали пробу необходимого объема и проводили анализ с использованием прибора для определения дисперсности и стабильности частиц в растворах фирмы Lum. Принцип работы данной установки основан на распределении частиц по объему исследуемого образца за счет действия центробежной силы, возникающей из-за непрерывного интенсивного (до 7000 об/мин) вращения центрифуги с одновременным анализом всего объема образца с помощью метода ДРС. Размер определяемых частиц от 10 нм до 1000 мкм.
Хорошо известно, что природа активных центров, присутствующих на всей поверхности природных минералов, играет большую роль при гетерогенных каталитических реакциях, а также при адсорбционных и ионообменных процессах [12, 13,
14].
Поверхностная кислотность глинистых минералов характеризует их способностью отдавать протон или электронную пару для образования поверхностных связей. Обычно подобные эффекты достигаются за счет различных групп, присутствующих на поверхности: обменные катионы (для клиноптилолита это К+, Na+, Ca2), координационно ненасыщенные ионы Al3+, Mg2+, Fe3+, гидроксильные группы и анионы кислорода.
Данные по конверсии МВОН на кли-ноптилолите в нативной форме и после обработки в ЭМПС СВЧ и СИМП представлены на рис. 1. Преобразование MBOH (степень конверсии - X, %) и выход продуктов (Yp, мол %).
При увеличении времени удержива-
24 48 72 96 120 144 168 192 216
Время эксперимента, мин.
Рис. 1. Степень конверсии метилбутанола на образцах природного и активированного
с помощью ЭМП СВЧ и СИМП клиноптилолита в зависимости от времени
ния образца сорбента в реакторе происходит деактивация всех образцов клиноптилолита с уменьшением степени конверсии (рис. 1). Причем снижение конверсии происходит в ряду цеолит ЭМП СВЧ - цеолит СИМП -натуральный цеолит. Активация в ЭМП СВЧ не вызывает эффекта спекания и деструкции минерала, так как нагрев происходит равномерно по всему объему минерала, без локального перегрева поверхности. Величина нагрева была определена измерением температуры цеолита в момент активации с помощью инфракрасного пирометра AR300, обеспечивающего измерение температур в диапазоне 236 - 473 К с погрешностью ±1 К. В ходе измерений температура поверхности кли-ноптилолита составляла 427 К. Степень конверсии для образца, активированного в СИМП, уступает по величине активации в ЭМП СВЧ, однако превышает значения для природного цеолита, что свидетельствует о влиянии обработки на изменение активных адсорбционных центров клиноптилолита. Полученные данные согласуются с данными по увеличению общей сорбционной емкости, полученными в работе ранее [3, 7]. Кроме того, исходя из предположения структурирования клиноптилолита после обработки в СИМП, вполне закономерна меньшая конверсия MBOH в сравнении с ЭМП СВЧ об-
работкой по причине того, что при реакции с метилбутинолом происходит взаимодействие лишь с поверхностными активными центрами сорбента, доступ же к активным центрам в объеме пор структуры минерала затруднен из-за коксообазования.
Также определяли выход продуктов (Yp, мол %), данные представлены в табл. 1.
На основании данных табл. 1 можно сделать вывод о том, что природный цеолит в большей степени характеризуется кислотными активными центрами, такими как MBYNE и Prenal. Ацетон и ацетилен являются продуктами, которые образуются в качестве идентификаторов основных центров. Суммарный выход основных центров не превышает 1 % для всех видов обработки.
С увеличением соотношения Si/Al возрастает количество кислотных центров, в которые способен переходить МВОН в процессе конверсии, однако для цеолитов характерна относительная селективность в образовании MBYNE 60-80 %, при этом без изменения величины силикатного модуля за счет химической активации или терморазложения минерала, увеличение данного показателя возможно только за счет структурирования образцов минерала с увеличением доступности имеющихся кислотных центров.
Кроме этого, высокое отношение Si/Al
Таблица 1
Выход продуктов при конверсии метилбутанола на природном и активированном
клиноптилолите
Продукты конверсии Ацетилен (основный центр), % MBYNE (кислотный центр) , % Ацетон (основный центр) , % Prenal (кислотный центр), %
Цеолит натуральный 0,23 53,87 0,42 2,62
Цеолит СИМП 30 сек 0,01 67,29 0,03 3,46
Цеолит СВЧ 4 мин 0,07 70,42 0,06 7,43
вызывает более низкую плотность электронов на структурных атомах кислорода. Таким образом, протоны в адсорбируемых молекулах способны более свободно соединяться с этими атомами кислорода и, следовательно, количество кислотных центров повышается [10]. В связи с этим увеличение кислотных центров под действием СИМП происходит, вероятно, за счет структурирования образцов клиноптилолита, обеспечивая большую доступность к кислотным центрам.
Размеры частиц являются одним из наиболее важных факторов, влияющих на величину поглотительной способности сорбентов. Размеры частиц используемых сорбентов, стабильность размеров во времени и поведение в растворителях играют большую роль при протекании процессов адсорбции за счет обеспечения лучшего доступа молекул сорбата к объемам пор и активных центров природных минералов. В связи с этим проводили исследования влияния обработок в ЭМП СВЧ и СИМП на размеры и стабильность частиц клиноптилолита.
Отличительной особенностью определения частиц с размером меньше 10 мкм является использование аппаратно-программных методов расчета размеров частиц, в частности, использование метода рас-
пределения Гаусса в случае стремления частиц к укрупнению и структурированию, таким образом, программное обеспечение установки в первую очередь старается определить, происходит ли увеличение частиц исследуемого вещества, и описать их согласно распределению Гаусса, которое по описанным выше причинам наиболее значительно в результате обработки образцов в СИМП.
Результаты исследований размеров частиц клиноптилолита после обработки в электромагнитных полях представлены в табл. 2-3.
Результаты табл. 2 свидетельствуют об увеличении размеров частиц клиноптилолита под действием слабого импульсного магнитного поля для каждого из приведенных вероятных размеров в большей степени, чем при активации в ЭМП СВЧ, что, вероятно, может указывать на более интенсивное взаимодействие разрозненных молекул цеолита между собой за счет их структурирования и появления новых активных центров на поверхности минерала.
При активации клиноптилолита в слабых импульсных магнитных полях для всех результатов экспериментов выполнялись условия для расчетов нормального распределения Гаусса. Данный эффект говорит о стрем-
Таблица 2
Распределение размеров частиц клиноптилолита, активированного различными
электромагнитными полями
Образец Распределение по размерам, мкм
10 % < мкм 16 % < мкм 50 % < мкм 84 % < мкм 90 % < мкм
Натуральный цеолит 0,0973 0,1357 0,2749 1,748 2,300
Цеолит ЭМП СВЧ 0,1118 0,1705 0,5416 2,613 4,420
Цеолит СИМП 0,1531 0,1812 0,5826 2,477 5,779
Таблица 3
Распределение размеров частиц менее 10 мкм клиноптилолита, активированного различными
электромагнитными полями
Параметр/ сорбент Натуральный цеолит Цеолит ЭМП СВЧ Цеолит СИМП
Средний диаметр, нм 741,4 848,5 289,5
Возможные преобладающие средние диаметры (нм), процент содержания ( %) 195,3 (24,6) 3080,3 (75,4) 78,6 (1,6) 247,2 (23,1) 4155,9 (75,3) 13,6 (0,8) 232,4 (99,2)
Процент ошибки при распределении Гауса, % 47,51 64,35 0,36
Процент ошибки определения, % 1,43 1,08 4,11
Примечание: ячейки результатов выполненного метода расчета выделены заливкой.
лении клиноптилолита, обработанного в СИМП, к укрупнению размеров частиц, аналогичные явления наблюдались и для частиц более крупных размеров. При этом обработка цеолита в ЭМП СВЧ приводит к частичному диспергированию частиц, что хорошо видно из табл. 3, за счет появления более мелких структур.
Кроме этого, определяли стабильность частиц менее 10 мкм во времени. Результаты исследований представлены на рис. 2-4, где для левого графика ось абсцисс - это распределение вероятных размеров частиц в нм, а
ось ординат - это вероятность присутствия данного размера частицы в процентах. Тогда как для правого графика ось абсцисс - это время проведения эксперимента, а ось ординат - это размеры, принимаемые частицей.
Исходя из представленных данных рис. 2, можно сделать вывод о распределении размеров частиц клиноптилолита, при этом имеются две основные группы, для которых в начальном этапе заметна тенденция к укрупнению размеров частиц с последующей стабилизацией размеров. В большей степени это проявляется для крупных частиц. Нали-
REL. ûiain.|nm|
--
100 - 3500 - ::
= = „.....
80 = = 30Ü0 =_ / 1 ■ ■ ¿V
= = - j =
= = 2500 — / • •
60 — 2000 ;
= =
- — ! —
40 — — 15Ü0 — ---
1
1000
= Г il = n
20 = J 1— I 1 = 500 il zl =
= ы Ii 1 =
0 19 20 ЙП too ■ ?л D ESO 1К ?к 5К г-1: DK 8 1 G
Diam Inml > Runtime [min.] ->
Рис. 2. Вероятные распределения размеров частиц нативного клиноптилолита и их
стабильность во времени
Рис. 3. Вероятные распределения размеров частиц клиноптилолита, активированного
в ЭМП СВЧ, и их стабильность во времени
Рис. 4. Вероятные распределения размеров частиц клиноптилолита, активированного
в СИМП, и их стабильность во времени
чие нестабильности частиц на начальном этапе могло привести к возрастанию ошибки вычислений (табл. 3).
Данные рис. 3 свидетельствуют о наличии в образцах клиноптилолита, активированного в ЭМП СВЧ, трех основных групп размеров частиц, при этом для самой малой из них характерна наибольшая стабильность во времени, тогда как средняя имеет ступенчатые колебания устойчивости, а наибольшая - общую тенденцию к возрастанию размера частиц. Подобный эффект говорит о возможности диспергирования клиноптилолита с помощью ЭМП, однако частицы меньшего размера обладают большей стабильностью
по сравнению с частицами средних и наибольших размеров, стремящихся к укрупнению.
Как отмечалось выше, для образцов клиноптилолита, активированного в СИМП, выполнялся метод нормального распределения Гаусса, свидетельствующий о стремлении всех имеющихся размеров частиц цеолита к определенному значению. При этом были зарегистрированы три группы наиболее вероятных размеров, которые, в отличие от нативного цеолита и обработанного в ЭМП СВЧ, характеризуются стабильным состоянием во времени. Данный эффект, в совокупности с другими результатами настоящей ра-
боты, говорит о возможности процессов структурирования клиноптилолита под действием слабых импульсных магнитных полей.
Установлено влияние предадсорбцион-ной активации клиноптилолита в ЭМП по величине степени очистки сточных вод от формальдегида и тяжелых металлов (табл. 4, 5).
При малых концентрациях формальдегида в воде (0,05 и 0,1 г/дм3), активированный клиноптилолит обеспечивает степень очистки 99 и 93% соответственно, что равно концентрациям формальдегида ниже ПДКр.х (0,05 мг/дм3).
Анализ полученных данных позволяет выделить несколько важных для данной работы тезисов, раскрывающих механизм влияния ЭМП на сорбционные процессы диэлектриков и эффективность очистки сточных вод от формальдегида и тяжелых металлов.
1) Установлена возможность использования электромагнитных волн для активации сорбционной емкости клиноптилолита.
2) При воздействии ЭМП СВЧ на кли-ноптилолит, вероятно, происходит мгновенный нагрев минерала (доли секунды) за счет поглощения энергии волны в большей степени адсорбционно связанными молекулами воды в составе цеолита. При этом происходит процесс дегидратации минерала из-за разрыва межмолекулярных связей между молекулами воды и структурной матрицей кли-ноптилолита. Кроме того, при воздействии поля СВЧ присутствующие в структуре цеолита ионы приобретают направленное положение в сторону действия силовых линий поля, и за счет частой смены этого направления происходит достаточно быстрое трение их с выделением тепла (нагрев до 427 К). Диполи воды непрерывно вращаются
Способ обработки сорбента / концентрация формальдегида в сточной воде Степень обезвреживания сточных вод, %
Концентрация формальдегида в сточных водах, г/л
0,05 г/дм3 0,1 г/ дм3 0,5 г/ дм3 1 г/ дм3 1,5 г/ дм3 2 г/ дм3 20 г/ дм3
Природный клиноптилолит 46 46 52 71 69 65 80
ЭМП СВЧ 67 74 69 79 73 56 55
СИМП 99 93 80 82 73 51 49
Таблица 5
Значение степени очистки сточных вод от тяжелых металлов (меди и цинка) в модельных растворах с концентрацией 0,2 г/дм3, при времени адсорбции 24 ч, %
Степень обработки Чистый клиноптилолит СВЧ СИМП
Цинк Медь Цинк Медь Цинк Медь
Степень очистки, % 4,55 3,85 9,09 31,92 22,73 73,08
Таблица 4
Степень очистки сточных вод от формальдегида активированным в ЭМП клиноптилолитом, %
перпендикулярно направлению движения электромагнитной волны, и при достижении температуры 373 К происходит ее испарение. В совокупности же движение дипольных молекул и ионов структуры минерала приводит к быстрому разогреву образца. Для перемещения молекул затрачивается энергия, которая из-за наличия межмолекулярного трения выделяется в материале в форме теплоты. Такой способ удаления влаги из структуры минерала приводит к возможности освобождения от молекул воды активных центров, т.е. происходит возрастание их количества, что подтверждается данными в работе.
3) Данные о конверсии МВОН и природе активных центров обработанного с помощью ЭМП СВЧ образца показывают влияние обработки на дегидратацию минерала за счет увеличения числа кислотных центров, способных адсорбировать молекулы-зонды.
4) Наряду с этим эффектом обнаружена способность обработки ЭМП СВЧ влиять на дисперсию частиц клиноптилолита. Данные, полученные с помощью ДРС, свидетельствуют о возникновении более мелких частиц цеолита после обработки и совпадают с литературными источниками, свидетельствующими о такой возможности. Подобное явление может также играть роль при увеличении сорбционной емкости минерала за счет возможного увеличения площади удельной поверхности.
5) Таким образом, установлен механизм влияния ЭМП СВЧ обработки на адсорбционную емкость клиноптилолита, который заключается в интенсивной дегидратации цеолита и увеличении количества активных центров, ранее занятых молекулами воды.
Кроме того, частичное диспергирование цеолита, вероятно, способствует большей доступности открытых активных центров для протекания процессов адсорбции.
6) Обработка клиноптилолита в СИМП приводит, вероятно, к активации кислотных групп за счет их поляризации, что обеспечивает возможность протекания более интенсивных адсорбционных процессов на кли-ноптилолите. Данные о повышении количества кислотных центров после активации в СИМП были подтверждены экспериментами по конверсии МВОН. Вихревое электрическое поле, индуцируемое переменным импульсным магнитным полем, вероятно, способствует поляризации диполей активных сорбционных центров и отражается на их ориентации, что также объясняет большее воздействие активации в СИМП на адсорбционную емкость для клиноптилолита, обладающего сложной химической структурой.
7) Использование СИМП для активации сорбционных процессов на клиноптило-лите возможно в связи с тем, что на поверхности и внутри порового пространства минерала находятся функциональные группы, обладающие зарядом, воздействуя на который слабыми импульсами магнитного поля, можно добиться перестройки структуры минерала таким образом, чтобы обеспечить наилучший эффект адсорбции паров формальдегида и полностью устранить десорбционные процессы. Данные о структурировании клиноптилолита после обработки в СИМП были получены в ходе анализа ДРС и говорят в пользу этой версии.
8) Наряду с этим установлено снижение концентрации формальдегида в модельных растворах сточных вод на 95 и 93 %, при ис-
ходной его концентрации 0,05 и 0,1 г/ дм соответственно, при использовании клиноптилолита, активированного в СИМП. Данная степень очистки соответствует значениям концентрации формальдегида в воде
3
ниже ПДК.
9) Обработка цеолита в СИМП также обеспечивает существенную очистку от ионов меди, порядка 73 %, что является эффективным показателем к применению.
Библиографический список
1 Бельчинская, Л. И. Природозащитные технологии обезвреживания и утилизации отходов мебельных производств [Текст] / Л. И. Бельчинская. - Воронеж, 2002. - 210 с.
2 Челищев, Н. Ф. Цеолиты - новый тип минерального сырья [Текст] / Н. Ф. Челищев, Б. Г. Беренштейн, В. Ф. Володин. - М. : Недра, 1987. - 176 с.
3 Адсорбция формальдегида активированными наполнителями карбамидоформальдегидных смол [Текст] : монография / Л. И. Бельчинская, О. А. Ткачева, О. В. Лавлинская, М. В. Анисимов. - Воронеж, 2014. - 224 с.
4 Barrer, R. M. Molec. Siev. Zeolites II [Text] / R. M. Barrer, P. J. Gram // Adv. in Chem. Ser. - 1971. - Vol. 102. - Pp. 105-126.
5 Sandberg, D. Introduction to Thermo-hydro-mechanical (THM), Wood Processing [Text] / Dick Sandberg, Parviz Navi // School of Technology and Design Reports / Växjö University, Växjö, Sweden, 2007. - № 30.
6 Microwave-enhanced release of formaldehyde from plywood [Text] / Yukie Saito, Kousuke Nakano, Satoshi Shida, Tomoaki Soma, Takanori Arima // Holzforschung, Editor-in-Chief: Faix, Oskar. - 2004. - Vol. 58. - Issue 5.
7 Анисимов, М. В. Разработка теории и методов воздействия электромагнитных полей на наполнители клеевых композиций для улучшения экологичности и прочности фанеры [Текст] : дис. ... канд. техн. наук : 05.21.05 : защищена 26.09.14 / М. В. Анисимов. - Воронеж, 2014. - 291 с.
8 Lauron-Pernot, H. Methylbutanol: a new and simple diagnostic tool for asidic and basic of solids [Text] / H. Lauron-Pernot, F. Luck, J. M. Popa // Appl. Catal. - Gen. - 1991. - Vol. 78. - P. 213.
9 Flores, Y. Heterogeneous catalysis in the Fenton-type system reac-tive black 5/H2O2 [Text] / Y. Flores, R. Flores, A. A. Gallegos // Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. - 2008. - Vol. 281. - Pp. 184-191.
10 Alsawalha, M. Sc. M. Characterization of acidic and basic properties of heterogeneous cata-lysts by test reactions : dissertation von der Fakultät für Mathematik und Naturwissenschaften der Carl von Ossietzky Universität Oldenburg. zur Erlangung des Grades eines Doktors der Naturwissen-schaften [Text]/ M. Sc. M. Alsawalha. - Oldenburg. - 2004. - 164 p.
11 Berne, B. J. Dynamic Light Scattering [Text] / B. J. Berne, R. Pecora. - Courier Dover Publications. - 2000.
12 Characterization of Surface Acidity and Catalytic Ability of Natural Clay Minerals by Means of Test Catalytic Reaction [Текст] / L. Novikova, L. Belchinskaya, F. Roessner, M. Alsawalha // Acta Geodynamica et Geomaterialia. - 2013. - Vol. 10. - No. 4 (172). -Pp. 475-484.
13 Adams, J. M. Clay minerals as catalysts [Text] / J. M. Adams, R. W. McCabe, F. Bergaya, B. K. G. Theng, G. Lagaly // Handbook of Clay Science. Developments in Clay Science Elsevier Ltd., 2006. - Pp. 547-552.
14 Solid acid catalysts from clays: evaluation of surface acidity of mono- and bi-pillared smectites by FT-IR spectroscopy measurements, NH3-TPD and catalytic tests [Text] / M. Trombetta [et al.] // Appl. Catal. - 2000. - A Gen. 193. - Р. 55-69.
Referens
1 Belchinskaya L. I. Prirodozashhitnye tehnologii obezvrezhivanija i utilizacii othodov mebel'nyh proizvodstv [Nature protection technologies of neutralization and recycling of furniture production]. Voronezh, 2002, 210 p. (In Russian).
2 Chelishchev N. F., Berenstein B. G., Volodin V. F. Ceolity - novyj tip mineral'nogo syrja [Zeolites - a new type of mineral raw materials]. Moscow, 1987, 176 p. (In Russian).
3 Belchinskaya L. I., Tkachev O. A., Lavlinskiy O. V., Anisimov M. V. Adsorbcija formal'degida aktivirovannymi napolniteljami karbamidoformal'degidnyh smol [Adsorption of formaldehyde activated fillers urea-formaldehyde resins]. Voronezh, 2014, 224 p. (In Russian).
4 Barrer R. M., Gram P. J. Molec. Siev. Zeolites II. Adv. in Chem. Ser, 1971, Vol. 102, pp. 105-126.
5 Sandberg D., Parviz Navi. Introduction to Thermo-hydro-mechanical (THM)», Wood Processing». School of Technology and Design Reports. Växjö University, Växjö, Sweden, 2007, no. 30.
6 Yukie Saito, Kousuke Nakano, Satoshi Shida, Tomoaki Soma, Takanori Arima. Microwave-enhanced release of formaldehyde from plywood. Holzforschung, Editor-in-Chief: Faix, Oskar, 2004, Vol. 58, Issue 5.
7 Anisimov M. V. Razrabotka teorii i metodov vozdejstvija jelektromagnitnyh polej na napolniteli kleevyh kompozicij dlja uluchshenija jekologichnosti i prochnosti fanery dis. kand. tehn. nauk [Development of the theory and methods of exposure to electromagnetic fields fillers adhesive compositions to improve the sustainability and strength of plywood Phd. tehn. Sci. dis.]. Voronezh, 2014, 291 p. (In Russian).
8 Lauron-Pernot H., Luck F., Popa J. M. Methylbutanol: a new and simple diagnostic tool for asidic and basic of solids. Appl. Catal. Gen,1991, Vol. 78, pp. 213.
9 Flores Y., Flores R., Gallegos A. A. Heterogeneous catalysis in the Fenton-type system reac-tive black 5/H2O2. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 2008, Vol. 281, pp. 184-191.
10 Alsawalha M. Sc. M. Characterization of acidic and basic properties of heterogeneous cata-lysts by test reactions : dissertation von der Fakultät für Mathematik und Naturwissenschaften der Carl von Ossietzky Universität Oldenburg. zur Erlangung des Grades eines Doktors der Naturwissen-schaften. Oldenburg, 2004, 164 p.
11 Berne B. J., Pecora R. Dynamic Light Scattering. Courier Dover Publications, 2000.
12 Novikova L., Belchinskaya L., Roessner F., Alsawalha M. Characterization of Surface
Acidity and Catalytic Ability of Natural Clay Minerals by Means of Test Catalytic Reaction. Acta Geodynamica et Geomaterialia, 2013, Vol. 10, no. 4 (172), pp. 475-484.
13 Adams J. M., McCabe R. W., Bergaya F., Theng B. K. G., Lagaly G. Clay minerals as catalysts. Handbook of Clay Science. Developments in Clay Science Elsevier Ltd., 2006, pp. 547-552.
14 Trombetta M., Busca G., Lenarda M., Storano L., Ganzerla R., Piovesan L., Lopez A. J. Alcantara-Rodriduez M., Rodriguez-Castellon E. Solid acid catalysts from clays: evaluation of surface acidity of mono- and bipillared smectites by FT-IR spectroscopy measurements, NH3-TPD and catalytic tests. Appl. Catal., 2000, A Gen. 193, pp. 55-69.
Сведения об авторе
Анисимов Максим Вячеславович - младший научный сотрудник кафедры химии ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», кандидат технических наук, г. Воронеж, Российская Федерация; e- mail: [email protected].
Information about author
Anisimov Maxim Viacheslavovich - Junior Researcher of chemistry department Federal State Budget Education Institution of Higher Education «Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov», PhD in Engineering, Voronezh, Russian Federation, email: [email protected].
DOI: 10.12737/18739 УДК 674.613
ПРОГИБ МЕБЕЛЬНЫХ ЩИТОВ И ПРОЧНОСТЬ СКЛЕИВАНИЯ С ИХ ПОВЕРХНОСТЬЮ БУМАЖНОСЛОИСТОГО ПЛАСТИКА
доктор технических наук, профессор Е. М. Разиньков кандидат технических наук, доцент Е. В. Кантиева1 Г. А. Сладких
1 - ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», г. Воронеж, Российская Федерация 2 - Группа производственных компаний «Кедр», г. Семилуки, Российская Федерация
С целью повышения конкурентоспособности выпускаемой продукции предприятия стремятся к снижению ее материалоемкости и, как следствие, уменьшению себестоимости. В производстве кухонных столешниц используют древесно-стружечные плиты (ДСтП) толщиной 25, 38 мм. Для удешевления столешниц предприятия переходят на производство столешниц комбинированной конструкции на основе ДСтП толщиной 16 мм, к которым в продольном направлении по краям щита приклеивают продольные полосы из ДСтП. Проблемой такой конструкции мебельного щита является увеличение прогиба получаемых столешниц и недостаточная прочность
