CC BY
61
ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ
УДК 661.876:66.02
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИ МОДИФИЦИРОВАННОГО ДИАТОМИТА В ПРОЦЕССАХ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ПРОДУКТОВ РАЗЛОЖЕНИЯ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩИХ ЖИДКОСТЕЙ
© 2009 г. ОА. Романова, М.В. Бузаева, Е.С. Климов
Ульяновский государственный Ulyanovsk State
технический университет Technical University
Рассмотрены методика модифицирования природного сорбента - диатомита солью алюминия и изучена возможность применения полученного сорбента для очистки стоков после разложения смазоч-но-охлаждающих жидкостей.
Ключевые слова: смазочно-охлаждающая жидкость; сорбент; химическое модифицирование; очистка.
The methodic of modifying natural sorbent - diatomit by composishion of aluminium and application of this sorbent for spent sewige from oil - cooling liquids distruction are considered.
Keywords: the oil-cooling liquid; the sorbent; the chemical modification; the spent.
Заметный вклад в загрязнение токсикантами окружающей среды вносят механообрабатывающие цеха машиностроительных и других предприятий. Большинство современных технологических процессов обработки металлов выполняется с применением сма-зочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ). В процессе эксплуатации СОЖ загрязняются механическими и другими примесями, подвергаются микробиологическому поражению и постепенно утрачивают свои технологические свойства. Доля нефтесодержащих вод (отработанные водосмешиваемые СОЖ, отходы отработанных масел) составляет 40-60 % общезаводского стока. Водная фаза после разложения СОЖ без надлежащей очистки содержит различные органические и неорганические загрязняющие вещества. Применение природных материалов в очистке сточных вод более приемлемо с экономической точки зрения, но зачастую такие материалы не обладают необходимыми сорбционными и фильтрационными свойствами. В таких случаях можно использовать различные способы их химического или термического модифицирования. Химическое модифицирование растворами солей металлов различных природных материалов позволяет получать сорбенты, имеющие высокую сорбционную емкость по органическим и неорганическим веществам, в том числе и образующимся в процессе разложения СОЖ. В результате модифицирования получаются сорбенты с отличными от исходного минерала природой поверхности и пористой структурой, сочетающие в себе полезные свойства исходного материала и синтетических сорбентов [1].
Диатомит достаточно активен в естественном состоянии, но его целесообразно дополнительно активировать химическим или термическим способом для
увеличения и регулирования пористой структуры, изменения химической природы поверхности [2].
Для химического модифицирования был выбран фильтропорошок Инзенского диатомового комбината (Ульяновская область), получаемый из природного диатомита. Целью работы являлись выбор оптимального способа модифицирования диатомового порошка и выявление возможности применения полученного сорбента в сорбционной очистке сточных вод.
В качестве модельной сточной воды (СВ), содержащей нефтепродукты (НП), использовали дистиллированную воду с добавлением масла индустриального, которую перемешивали на гомогенизаторе в течение 5 мин. Содержание масла в модельной СВ: 50 мг-л-1 -для определения степени очистки и 500 мг-л-1 - для определения емкости сорбента.
Химическое модифицирование проводилось растворами соединений алюминия, кальция, оксидов магния и кальция. К навеске порошка (Т) добавляли раствор (Ж) в соотношении Т:Ж = 1:10, перемешивали 15 мин, доводили до определенного значения рН (раствором аммиака), центрифугировали, влажный порошок подвергали термообработке при различной температуре в течение различного времени.
Адсорбционные характеристики исследуемых образцов определялись на лабораторной установке проточного типа. В колонку диаметром 62 мм загружали исследуемый фильтровальный порошок. Высота слоя порошка 10 мм. Высота слоя оптимальна, так как исследуемый материал представляет собой мелкодисперсный порошок, имеющий насыпную плотность около 0,4 г/см3. Фильтрацию проводили при давлении 0,8 - 1 атм. По изменению уровня жидкости над сорбентом измеряли скорость фильтрации. Перед фильтрацией модельной СВ через сорбент пропускали дис-
тиллированную воду для определения вымывания кремниевой кислоты. Раствор, прошедший через колонку, анализировали на содержание нефтепродуктов на анализаторе нефтепродуктов АН-2 (методика ПНД Ф 14.1:2.5-95). По результатам анализа рассчитывали степень очистки а = (Сисх - Скон)-100 % / Сисх , где Сисх - исходное содержание НП в СВ, мг-л-1; Скон -конечное содержание НП в очищенной воде, мг-л-1), полную динамическую емкость. Степень связывания кремниевой кислоты определяли измерением мутности фильтрата на КФК-2.
В ходе исследования разных способов модифицирования диатомитового порошка было экспериментально определено, что при обработке исходного порошка раствором сульфата алюминия получается материал с максимальной сорбционной способностью по отношению к НП. Термохимическое модифицирование исходного порошкового сорбента раствором сульфата алюминия проводили следующим образом. К навеске порошка добавляли раствор технического сульфата алюминия, затем перемешивали 15 мин и доводили рН до определенного значения раствором аммиака. Избыток воды из полученной суспензии отделяли на центрифуге (600 об/с), затем порошок подвергали термообработке при температуре 120 - 800 0С в течение 1- 3 ч.
В результате изучения степени очистки и сорбци-онной динамической емкости по нефтепродуктам при разных концентрациях раствора сульфата алюминия определили, что оптимальное его количество в обрабатываемом растворе должно составлять 0,05 г алюминия на 1 г порошка. Такое содержание соли алюминия обеспечивает минимальную скорость фильтрации - 0,15 мм/мин (таблица).
Определение оптимального осаждения гидроксида алюминия проводили в интервале рН = 6 - 10. Согласно литературным данным, максимальное его количество осаждается при рН = 10 [3]. Достаточная степень очистки от нефтепродуктов достигается и при рН = 7 - 8. Более точного контроля не требуется, так как фильтрационные и сорбционные свойства порошков, полученных при осаждении гидроксида при рН = 7 - 8, не отличаются.
Термическая обработка гидроксида алюминия приводит к образованию различных форм оксида алюминия. Различают следующие группы: низкотемпературные оксиды алюминия (А1203пН20), в которых 0 < п < 0,6; при температурах не выше 600 °С получают так называемые у-, а также р-, х- и п-окиси алюминия. При осаждении и термообработке в порах и на поверхности диатомового порошка образуется бемит - мелкокристаллический оксигидроксид алюминия у-модификации. Бемит широко используется в науке и технике для получения адсорбентов, катализаторов, абразивных микропорошков, малопористой керамики. Он образуется при химических превращениях гидроксида алюминия у-модификации (гиббсит) при термообработке на воздухе, либо в замкнутом объеме, в том числе в гидротермальных условиях. Такая модификация, как бемит, является разновидностью дефектной шпинельной структуры, стабилизированной небольшим количеством воды. Первичные кристаллические частицы размером 30-80 А упакованы так, что поры, образуемые ими, имеют либо щеле-видную, либо бутылкообразную форму [4].
При оптимизации температуры обработки порошка с осажденным на нем гидроксидом алюминия лучшие адсорбционные свойства (максимальная степень очистки от нефтепродуктов) были получены в интервале температур 200 - 300 °С.
Полученные в процессе экспериментов результаты подтверждаются литературными данными. Согласно [5], бемит формируется при прокаливании гиббсита на воздухе уже при 180 оС.
В [6] однофазные образцы у-А100Н получены при термообработке гиббсита в интервале 200 - 375 оС в замкнутом объеме в условиях повышенного парциального давления паров воды, выделяющейся при термолизе гиббсита.
Таким образом, оптимальные условия процесса химического модифицирования исходного диатоми-тового порошка достигаются при обработке исходного материала 0,5 %-м раствором сульфата алюминия, осаждением гидроксида алюминия при рН = 7 - 8 и термообработке при 200 °С в течение 2 ч.
Сорбционные и фильтрационные свойства порошков при обработке раствором Л12 ^04)3 различной концентрации
Массовая доля сульфата алюминия в растворе, % Расчетное содержание сульфата алюминия, мг/г порошка Динамическая емкость по углеводородам, мг/г порошка Степень извлечения углеводородов из воды, % Линейная скорость фильтрации, мм/мин
0,05 5 - 95 0,21
0,1 10 183 98 0,18
0,3 30 172 99 0,17
0,5 50 253 99 0,15
0,7 70 242 99 0,22
1,0 100 145 98 0,29
2,0 200 138 96 0,23
5,0 500 - 98 0,10
Модифицированный адсорбент обеспечивает степень очистки сточных вод от нефтепродуктов равную 99,4 %, что позволяет снижать концентрацию нефтепродуктов в сточных водах от 50 до 0,5 - 1 мг/л.
Полученный порошок обладает адсорбционной емкостью по нефтепродуктам - 250 мг/г порошка.
Литература
1. Лисичкин Г.В. Модифицированные кремнеземы в сорбции, катализе и хроматографии . М., 1986. 556 с.
Поступила в редакцию
2. Нестеренко П.Н., Нестеренко Е.П., Иванов А.В. Модифицирование поверхности кремнезема оксидом алюминия // Вестн. Моск. ун-та. Химия. 2001. Т. 42. № 2. С. 106 - 108.
3. Лисичкин Г.В. Химическое модифицирование поверхности минеральных веществ // Соросовский образовательный журнал. 1996. № 4. С. 52 - 59.
4. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. М., 1984.
591 с.
5. Химическая энциклопедия / Под ред. И.Л. Кнунянца М.: Сов. Энциклопедия. 1988. Т. 1. 623 с.
6. Толчее А.В., Лопушан В.И., Клещев Д.Г. Реакция гидрота-ции как лимитирующая стадия химических превращений - Al(OH)3 - AlO(OH) - Al2O3 // Неорган. материалы. 2001. Т. 67. № 2. С. 1493 - 1496.
12 января 2009 г.
Романова Оксана Александровна - аспирант кафедры «Химия», Ульяновский государственный технический университет. Тел. (842)277-81-32. E-mail: [email protected]
Бузаева Мария Владимировна - канд. хим. наук, доцент, кафедра «Безопасность жизнедеятельности и промышленная экология», Ульяновский государственный технический университет.
Климов Евгений Семенович - д-р хим. наук, профессор, заведующий кафедрой «Химия», Ульяновский государственный технический университет.
Romanova Oksana Aleksandrovna - post-graduate student, department «Chemistry», Ulyanovsk State Technical University. Ph. (842)277-81-32. E-mail: [email protected]
Buzaeva Mariya Vladimirovna - Candidate of Chemical Sdences, assistant professor, department «Safety of vital activity and industrial ecologu», Ulyanovsk State Technical University.
Klimov Evgeniy Semenovich - Doctor of Chemical Sdences, head of department «Chemistry», Ulyanovsk State Technical University.
