CC BY
14ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 62-63
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СОРБЕНТА, ПРИГОТОВЛЕННОГО НА ОСНОВЕ ШЕЛУХИ ГРЕЧИХИ
Аббас Хуссейн Али, магистрант, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский технологический университет», Москва, РФ
Аннотация: Одним из наиболее перспективных направлений в создании высокоэффективных экологически безопасных промышленных технологий и природоохранной деятельности человека, отвечающей экологической концепции социально-экономического развития общества на современном этапе, является использование различных типов активных углей.
Ключевые слова: сорбент; уголь; очистка сточных вод; адсорбция; экология; загрязнение; карбонизация; изотермический процесс.
STUDY OF THE CHARACTERISTICS OF THE SORBENT PREPARED ON THE BASIS OF BUCKWHEAT HUSK
Abbas Khusseyn Ali, the undergraduate, Federal State Budget Educational Institution of Higher Education «Moscow Technological University», Moscow, Russia
Summary: One of the most promising directions in the development of highly efficient environmentally safe industrial technologies and environmental protection activities, person in charge of environmental the concept of socio-economic development of society at the present stage, is the use of different types of active carbons. Keywords: sorbent; coal; waste water purification; adsorption; ecology; pollution; carbonization; isothermal process.
Введение
Низкая стоимость побочных продуктов переработки сельского хозяйства, бытового и промышленного секторов позволяет их использовать для очистки сточных вод. С их помощью можно добиться удаления загрязняющих веществ из сточных вод и в то же время минимизировать отходы, они имеют возможность восстановления и повторного использования. Несмотря на многочисленные аналитические обзоры, опубликованные за последние несколько лет, прямое сравнение данных, полученных с использованием различных сорбентов, в настоящее время затруднительно из-за несоответствий в их представлении.
Цель настоящего исследования состоит в том, чтобы проанализировать существующую литературу о применении недорогих адсорбентов для очистки сточных вод, а также их характеристики и адсорбционные способности. Для этого сорбенты были разделены на следующие шесть групп [1]:
I. сельскохозяйственные и бытовые отходы;
II. побочные продукты промышленного производства;
III. ил;
IV. морские материалы;
V. почвы и руды материалы;
VI. новые низко-затратные адсорбенты.
Было рассмотрено сходство сорбентов при удалении различных загрязняющих веществ, их применение в реальных условиях с использованием сточных вод, затраты и возможность их повторного использования после процессов адсорбции. В результате, с помощью простых методологических
инструментов, исследовав различные виды сорбентов с большим количеством загрязняющих веществ (красители, тяжелые металлы, неразлагающиеся соединения, азотные и фосфорные соединения), была составлена матрица «адсорбент-загрязнитель». На основании матрицы был определен адсорбент, способный заменить активированный уголь - сорбент, полученный из шелухи гречихи.
Данный сорбент может использоваться для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды в качестве фильтрующей засыпки для глубокой очистки сточных вод и для очистки воды от фотокатализаторов и красителей адсорбционным методом [2, 3, 4]. Насыщенный сорбент не тонет и легко собирается с водной поверхности.
Экспериментальная часть
1. Метод сушки. Сущность метода заключается в высушивании навески образца (шелухи гречихи) в сушильном шкафу при температуре 210 °С в течение трех часов до постоянного веса и определении уменьшения веса образца.
2. Метод карбонизации. Первичный углеродный сорбент на основе шелухи гречихи получают при одностадийной карбонизации при невысоких температурах Ткарб. < 400 °С. Процесс карбонизации осуществляется на проточной лабораторной установке, состоящей из электрической печи, сделанной из нержавеющей стали с размерами 400^400x800 мм, обеспечивающей температуру до 1200 °С. Процесс проводили без доступа воздуха в токе азота. Исходный образец шелухи гречихи размером 1,5x15 мм, после суш-
ки при температуре 210 °С в течение трех часов, загружают во вращающийся реактор, затем материал подвергают карбонизации при Т ~ 300-400 °С в потоке азота в течение 70 мин (обычно это время, в течение которого прекращается выделение дыма). Выход угля составляет около 60 %. Переменными параметрами в процессе карбонизации являются температура и скорость подъема температуры в реакторе.
3. Адсорбционный метод определения характеристик первичного углеродного сорбента по этанолу. Адсорбцию измеряли весовым методом на вакуум-
ной адсорбционной установке типа весов Макбейна при начальном давлении Р = 10-5 мм.рт.ст.
Результаты эксперимента
Изучение адсорбции и десорбции с помощью весов Макбейна.
В результате карбонизации был получен образец первичного углеродного сорбента: ГС.
Полученный образец был приготовлен при температуре карбонизации 240 °С со скоростью подъема температуры 10 °С и время контакта т=70 мин.
Таблица 1.
Изотермы адсорбции и десорбции паров этанола первичным углем ГС при начальном давлении 10-5 мм. рт. ст. и температуре 25 °С
Адсорбция Десорбция
а р^ а р^
0 0 1,12 0,2
0,614 0,02 1,22 0,233
0,74 0,04 1,286 0,36
0,88 0,082 1,336 0,48
1 0,12 1,379 0,64
1,06 0,153 1,4 0,78
1,12 0,2 1,429 0,86
1,14 0,22 1,48 0,942
1,171 0,34
1,2 0,44
1,229 0,52
1,26 0,6
1,28 0,68
1,3 0,8
1,34 0,88
1,42 0,96
Рис. 1. Изотермы адсорбции и десорбции паров этанола первичным углем ГС при начальном давлении 10-5 мм. рт. ст. и температуре 25 °С
Рис. 2. Изотерма адсорбции паров этанола первичным углем ГС в координатах уравнения БЭТ при температуре 25 °С
В результате изучения адсорбции паров этилового спирта на весовой адсорбционной установке была получена изотерма (рис. 1). Из графика видно, что после значения Р / Рs = 0,614 начинается процесс полимолекулярной адсорбции с большой петлей гистерезиса. По форме петли гистерезиса можно сказать, что эти углеродные сорбенты имеют бутылочную форму поры и неоднородную структуру, особенно неоднороден сорбент ГС. Полученная изотерма относятся ко второму типу изотерм адсорбции по квалификации Брунауэра, Эммета и Теллера. Также была получена изотерма десорбции
паров этилового спирта при заданных условиях.
Полученная изотерма адсорбции паров этилового спирта была также рассмотрена в координатах уравнения БЭТ (рис. 2) для расчёта адсорбционной емкости монослоя (ат).
Выводы
1. Был получен образец ПУС при одностадийной карбонизации шелухи гречихи при температуре карбонизации 420 °С, со скоростью подъема температуры карбонизации 10 °С и при продолжительности т = 70 мин.
2. Полученная изотерма адсорбции и Теллера. Используя изотерму адсор-
и десорбции паров этилового спирта бции пара этилового спирта были рас-
на опытном образце ПУС относятся считаны адсорбционные характеристи-
ко второму типу изотерм адсорбции ки углеродного сорбента с помощью
по квалификации Брунауэра, Эммета уравнений БЭТ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Sabino, De G. Characteristics and adsorption capacities of low-cost sorbents for wastewater treatment: A review / De G. Sabino, L. Giusy, G. Mariangela, N. Michele // Sustainable Materials and Technologies. - 2016. - V. 9. - P. 10-40.
2. Мухин В. М., Тарасов А. В., Клушин В. Н. Активные угли России. - М. : Металлургия, 2000. - 352 с.
3. Хоанг Ким Бонг, Темкин О.Н., Фомичева Т.В., Шестаков Г.К. // Журнал прикладной химии. - 1997. - т. 70. - № 11. - С. 1872-1876.
4. Боресков Г. К. Гетерогенный катализ. - М. : Наука, 1988 - 303 с.
REFERENCES
1. Sabino, De G. Characteristics and adsorption capacities of low-cost sorbents for wastewater treatment: A review / De G. Sabino, L. Giusy, G. Mariangela, N. Michele // Sustainable Materials and Technologies. - 2016. - V. 9. - P. 10-40.
2. Mukhin V. M., Tarasov A. V., Klushin V. N. Aktivnye ugli Rossii. - M. : Metallurgiya, 2000. - 352 s.
3. Khoang Kim Bong, Temkin O.N., Fomicheva T.V., Shestakov G.K. // Zhurnal prikladnoy khimii. - 1997. - t. 70. - № 11. - S. 1872-1876.
4. Boreskov G. K. Geterogennyy kataliz. - M. : Nauka, 1988 - 303 s.
Материал поступил в редакцию 23.03.2017
© Аббас Х. А., 2017
