Научная статья на тему 'КОМПОЗИТНЫЙ АДСОРБЕНТ НА ОСНОВЕ ОКСИДА АЛЮМИНИЯ, МОДИФИЦИРОВАННЫЙ ХЛОРИДОМ КАЛЬЦИЯ'

КОМПОЗИТНЫЙ АДСОРБЕНТ НА ОСНОВЕ ОКСИДА АЛЮМИНИЯ, МОДИФИЦИРОВАННЫЙ ХЛОРИДОМ КАЛЬЦИЯ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
237
38
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ГИГРОСКОПИЧЕСКАЯ СОЛЬ / ОКСИД АЛЮМИНИЯ / АДСОРБЕНТ / ПРОПИТКА / АДСОРБЦИОННАЯ ЕМКОСТЬ / ПАРЫ ВОДЫ / HYGROSCOPIC SALT / ALUMINA / ADSORBENT / IMPREGNATION / ADSORPTION CAPACITY / WATER VAPOR

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Ливанова Алеся Витальевна, Будаев Жаргал Баирович, Мещеряков Евгений Павлович, Курзина Ирина Александровна

Синтезирована серия образцов двухкомпонентных адсорбентов состава СаСІУЛЬОз с содержанием гигроскопической соли CaCh от 8,6 до15,5 мас. %. Образцы получены способом пропитки из избытка водного раствора CaCh гранул оксида алюминия, которые имели форму цилиндра со средними размерами: длина l = 4-5 мм, диаметр d = 3,0 мм. Исходный оксид алюминия был получен с применением метода центробежной термической активации гидраргиллита (гиббсита). После гидратации продукта центробежной активации в кислой среде, проведения его сушки, помола и пептизации были сформованы гранулы оксида алюминия с последующей прокалкой экструдата при температуре 500°С в течение 4 ч. Полученный исходный оксид представляет собой смесь у-ЛЬОз (90 мас. %) и байерита (10 мас. %). Исследованы изменения фазового состава и текстурных характеристик модифицированных гигроскопической солью образцов в зависимости от содержания в них CaCh. Отмечено, что после модифицирования образцов на дифрактограмме исчезает фаза байерита. Величина удельной поверхности уменьшается с увеличением содержания CaCh в образцах от 290 м2/г у исходного образца до 96 м2/г для образца с максимальным содержанием CaCh. При этом в образцах увеличивается средний диаметр пор и уменьшается значение суммарного объема пор, что может быть связано с блокированием части пор на стадии синтеза из-за осаждения в них соли при сушке адсорбента. Механическая прочность гранул с низким содержанием соли меньше, чем у исходного образца, но с ростом содержания соли наблюдается ее увеличение до 6,8 МПа. В отличие от исходного образца для всех модифицированных образцов адсорбционная емкость по парам воды не достигает равновесного значения даже по истечении более 5 ч с момента начала эксперимента. Это может быть связано с протеканием медленной химической реакции между водой и дисперсной солью. Для композитных образцов наблюдалось увеличение адсорбционной емкости по воде с увеличением содержания в нем гигроскопической соли CaCh, что свидетельствует о ее определяющей роли в процессе сорбции воды. Достаточно высокие значения констант скорости, прочностных и адсорбционных характеристик оказались характерны для образцов с содержанием соли СаСІ2 от 13,8 мас. % и выше.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Ливанова Алеся Витальевна, Будаев Жаргал Баирович, Мещеряков Евгений Павлович, Курзина Ирина Александровна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

COMPOSITE ALUMINUM OXIDE ADSORBENT MODIFIED BY CALCIUM CHLORIDE

A series of samples of two-component adsorbents of the composition "CaCh/AhO3" with the content of the hygroscopic salt CaCl2 from 8.6 to 15.5 wt. % were synthesized. Samples were obtained by impregnation of aluminum oxide granules from an excess of an aqueous solution of CaCl2, which had the shape of a cylinder with average dimensions - length l = 4-5 mm, diameter d = 3.0 mm. The initial aluminum oxide was obtained using the method of centrifugal thermal activation of hydrargillite (gibbsite). After hydration of the product of centrifugal activation in an acidic environment, drying, grinding and peptising, aluminum oxide granules were formed, followed by calcination of the extrudate at a temperature of 500 °C for 4 hours. The resulting source oxide is a mixture of y-AhO3 (90 wt. %) and bayerite (10 wt. %). Changes in the phase composition and texture characteristics of samples modified with hygroscopic salt depending on their CaCl2 content were studied. It is noted that after modification the samples of the diffraction pattern disappears at the phase bayerite. The specific surface area decreases with increasing CaCl2 content in samples from 290 m2/g for the initial sample to 96 m2/g for the sample with the maximum CaCl2 content. In the samples increases, the average pore diameter and decreases the value of total pore volume that may be due to blocking of the pores at the stage of synthesis due to deposition of salt during drying of the adsorbent. The mechanical strength of granules with a low salt content is less than that of the original sample, but with an increase in the salt content, its increase to 6.8 MPa is observed. In contrast to the original sample for all modified samples, the adsorption capacity for water vapor does not reach an equilibrium value even after more than 5 hours from the start of the experiment. This may be due to the occurrence of slow chemical reaction between water and the dispersed salt. For composite samples, an increase in the water adsorption capacity was observed with an increase in the content of the hygroscopic salt CaCl2, which indicates its determining role in the water sorption process. Sufficiently high values of the speed constants, strength and adsorption characteristics were typical for samples with a salt content of CaCl2 from 13.8 wt. %. and higher.

Текст научной работы на тему «КОМПОЗИТНЫЙ АДСОРБЕНТ НА ОСНОВЕ ОКСИДА АЛЮМИНИЯ, МОДИФИЦИРОВАННЫЙ ХЛОРИДОМ КАЛЬЦИЯ»

Вестник Томского государственного университета. Химия. 2020. № 17. С. 22-33

УДК 546.05

Б01: 10.17223/24135542/17/2

А.В. Ливанова, Ж.Б. Будаев, Е.П. Мещеряков, И.А. Курзина

Национальный исследовательский Томский государственный университет,

(г. Томск, Россия)

Композитный адсорбент на основе оксида алюминия, модифицированный хлоридом кальция

Синтезирована серия образцов двухкомпонентных адсорбентов состава СаСЫЛЬОз с содержанием гигроскопической соли СаСЬ от 8,6 до15,5 мас. %. Образцы получены способом пропитки из избытка водного раствора СаСЬ гранул оксида алюминия, которые имели форму цилиндра со средними размерами: длина I = 4-5 мм, диаметр d = 3,0 мм. Исходный оксид алюминия был получен с применением метода центробежной термической активации гидраргиллита (гиббсита). После гидратации продукта центробежной активации в кислой среде, проведения его сушки, помола и пептизации были сформованы гранулы оксида алюминия с последующей прокалкой экструдата при температуре 500°С в течение 4 ч. Полученный исходный оксид представляет собой смесь у-ЛЬОз (90 мас. %) и байерита (10 мас. %). Исследованы изменения фазового состава и текстурных характеристик модифицированных гигроскопической солью образцов в зависимости от содержания в них СаСЬ. Отмечено, что после модифицирования образцов на дифрактограмме исчезает фаза байерита. Величина удельной поверхности уменьшается с увеличением содержания СаСЬ в образцах от 290 м2/г у исходного образца до 96 м2/г для образца с максимальным содержанием СаСЬ. При этом в образцах увеличивается средний диаметр пор и уменьшается значение суммарного объема пор, что может быть связано с блокированием части пор на стадии синтеза из-за осаждения в них соли при сушке адсорбента. Механическая прочность гранул с низким содержанием соли меньше, чем у исходного образца, но с ростом содержания соли наблюдается ее увеличение до 6,8 МПа. В отличие от исходного образца для всех модифицированных образцов адсорбционная емкость по парам воды не достигает равновесного значения даже по истечении более 5 ч с момента начала эксперимента. Это может быть связано с протеканием медленной химической реакции между водой и дисперсной солью. Для композитных образцов наблюдалось увеличение адсорбционной емкости по воде с увеличением содержания в нем гигроскопической соли СаСЬ, что свидетельствует о ее определяющей роли в процессе сорбции воды. Достаточно высокие значения констант скорости, прочностных и адсорбционных характеристик оказались характерны для образцов с содержанием соли СаСЬ от 13,8 мас. % и выше.

Ключевые слова: гигроскопическая соль, оксид алюминия, адсорбент, пропитка, адсорбционная емкость, пары воды.

Введение

Адсорбенты, применяемые в процессах осушки технологических газов, должны обладать высокой адсорбционной емкостью, невысокой температурой регенерации и устойчивостью к рабочей среде. Оксид алюминия

по причине устойчивости к капельной влаге вызывает широкий интерес как адсорбент для глубокой осушки влагосодержащих газов, однако его адсорбционная емкость по отношению к воде меньше, чем у ряда других используемых адсорбентов-осушителей, например цеолитов.

Давно известно, что классические адсорбенты (активированный уголь, силикагель, оксид алюминия, цеолит) могут выступать в роли матрицы для различных гигроскопических неорганических солей [1, 2]. При этом свойства композитных систем могут существенно отличаться от индивидуальных свойств составляющих их компонентов. Некоторые классические адсорбенты в совокупности с гигроскопическими солями проявляют хорошую осушающую способность и стабильность в многоцикловых процессах осушки газов [2]. Осушающее действие таких композитных материалов, получивших название сорбентов типа «соль в пористой матрице», основано на совмещении принципов адсорбции за счет развитой удельной поверхности и объемного поглощения воды раствором гигроскопичной соли. От характеристик используемой матрицы зависят формирующийся размер частиц соли, ее поверхность и свойства, подвод теплоты по твердой фазе и транспорт газа по системе пор.

С помощью современной энергосберегающей технологии центробежной термической активации при варьировании условий проведения процесса могут быть сформованы гидроксиды и оксиды алюминия с различным содержанием аморфных и кристаллических фаз, обладающие развитой поверхностью и различным набором пор [3]. Актуальным поэтому представляется изучение влияния такой матрицы на характеристики адсорбентов состава СаС12/А12О3, отличающихся содержанием гигроскопической соли.

Целью настоящей работы является исследование влияния модифицирующей добавки гигроскопической соли СаС12 на характеристики полученного композиционного материала.

Материалы и методы исследования

Для получения матрицы - оксида алюминия (АО), в качестве исходного сырья использовали продукт центробежной термической активации гидраргиллита (ЦТА ГГ), синтезированный в центробежном флашреак-торе барабанного типа (установка ЦЕФЛАР™) [3, 4]. Гидратацию продукта ЦТА ГГ проводили в интервале температур 70-95°С при атмосферном давлении в течение 6 ч в кислой среде (рН = 2) в реакторе при постоянном перемешивании. После сушки продуктов гидратации при температуре 120°С в течение 24 ч их размалывали в шаровой мельнице в течение 8 ч. Стадии пептизации и формования проводили в смесителе с 2-образными лопастями, получая после продавливания пластичной массы через фильеру гранулы цилиндрической формы со средними размерами: длина I = 4-5 мм, диаметр ё = 3,0 мм. После сушки гранул оксида алюминия на воздухе их прокаливали при температуре 500°С в течение 4 ч.

Получение образцов композитного адсорбента. Образцы композитных алюмооксидных адсорбентов получали способом пропитки из избытка раствора. Предварительно исходный оксид алюминия, а также гигроскопические соли прокаливали при температуре 200°С в течение 4 ч в муфельной электропечи. Затем гранулы оксида алюминия в количестве 250 г опускали в водный раствор соли (500 мл) необходимой концентрации. Полученную суспензию выдерживали в течение 24 ч при перемешивании, фильтровали и сушили при 200°С. При получении образцов с концентрацией больше 15 мас. % суспензию не фильтровали, а проводили упаривание при 120°С.

При таком способе получения в ходе установления равновесия активный компонент (ионы соли) перемещается из раствора в поры, взаимодействуя с поверхностью матрицы. При этом происходит электростатическое взаимодействие между ионами и заряженной поверхностью матрицы, адсорбция ионов на ее поверхности с образованием ионных пар, водородных связей, различных поверхностных комплексов. Также протекает поверхностно-индуцированный гидролиз, частичное растворение поверхности матрицы и образование смешанной твердой фазы [5, 6]. Так как адсорбция активного компонента на поверхности матрицы играет в этом методе определяющую роль, то такой способ нередко называют сорбционным.

Таким образом, получена серия образцов с концентрацией гигроскопической соли CaCl2 в диапазоне от 8,6 до 15,5 мас. %.

Методы исследования. Содержание в образцах Ca оценивали методом атомно-эмиссионной спектрометрии микроволновой плазмы (АЭС-МП, спектрометр Agilent 4100) с предварительным «вскрытием» анализируемой пробы в смеси кислот в системе микроволновой пробоподготовки. Затем по содержанию металла делался пересчет на содержание соли в адсорбенте. Исследование фазового состава и структурных параметров образцов проводилось на дифрактометре XRD-6000 на CuKa-излучении. Анализ фазового состава проведен с использованием баз данных PDF 4+, а также программы полнопрофильного анализа POWDER CELL 2.4. Дифференциально-термический анализ (ДТА) исходного образца проводили на аппарате NETZSCH STA 409 PC/PG в диапазоне температур от 20 до 350°С со скоростью нагрева 30°С/10 мин в атмосфере аргона; навеска образца составляла 0,8 г, точность определения массовых потерь 0,5%. Определение удельной площади поверхности, пористости и среднего размера пор образцов оксида алюминия проводили на установке TriStar 3020. Прочность гранул адсорбентов измерялась на приборе ИПГ-1М. Эксперименты по изучению кинетики проводились на лабораторной установке с использованием весов Мак-Бена-Бакра [7]. Адсорбция паров воды проводилась из потока аргона, насыщенного парами воды, при отсутствии внешнедиффу-зионного торможения в слое адсорбента, при постоянной температуре (25°С) и влажности воздуха 100% на гранулах размером 0,5-1,0 мм. Перед проведением эксперимента образцы тренировали при температуре 200°С в течение 2 ч.

Результаты и обсуждение

Была получена серия образцов композитного адсорбента с различным содержанием гигроскопической соли в структуре: 8,6, 12,7, 13,8, 15,5 мас. % СаСЬ, которые мы обозначили 8 СаСЪ, 12 СаСЪ, 13 СаСЪ, 15 СаСЪ соответственно.

Согласно результатам РФА исходный образец АО представляет собой смесь у-АЬОз (90 мас. %) и байерита (10 мас. %). Кроме этого был изучен фазовый состав композитных образцов с различным содержанием гигроскопической соли (рис. 1).

Рис. 1. Дифрактограмма для образца АО и образцов, модифицированных СаСЬ: * - характеристический сигнал у-оксида алюминия; х - характеристический сигнал

байерита

Из рис. 1 видно, что после нанесения гигроскопической соли на поверхность исходного образца на дифрактограмме пропадает фаза байерита. Возможно, гигроскопическая соль вступает в реакцию с гидроксильными группами байерита с образованием рентгеноаморфных алюминатов кальция [8]. Характерные пики фазы у-А!2О3 не сдвигаются после пропитки

оксида алюминия гигроскопической солью. Это свидетельствует об отсутствии взаимодействия у-А12О3 с модификатором, т.е. в результате модификации новые фазы не образуются. Соль в образцах находится в аморфном состоянии, об этом свидетельствует широкое гало при 20 = 10-30° на ди-фрактограммах модифицированных образцов. В указанном промежутке 20 находятся характеристические сигналы кристаллических фаз хлорида кальция.

На рис. 2 представлены результаты термического анализа для образцов оксида алюминия, пропитанных СаС12.

Рис. 2. Термограммы для АО и образцов, импрегнированных хлоридом кальция: а - ДСК кривая; б - ТГ кривая

а

б

На кривой ДСК исходного образца (рис. 2, а) присутствует два ярко выраженных эндотермических эффекта в интервале температур 10-110 и 240-280°С, которые коррелируют с графиком изменения массы (рис. 2, б) в зависимости от температуры, имеющим две ступени при указанных температурах. Первый эндотермический эффект связан с удалением физически связанной воды из системы, второй - с дегидратацией байерита. Эндотермические эффекты дегидратации байерита при 270°С обусловлены формированием двух фаз: бемита и низкотемпературного у-оксида алюминия. Для образцов, пропитанных СаС12, высокотемпературного пика не наблюдается, что, вероятно, связано с взаимодействием поверхностных гидроксильных групп с СаС12 и образованием аморфных алюминатов. Связи между изменением массы и концентрацией внесенной соли не выявлено, что может быть связано различной скоростью десорбции воды на образцах.

Текстурные характеристики синтезированных образцов приведены в табл. 1. Из данных, приведенных в таблице, видно, что удельная поверхность модифицированных образцов меньше, чем у исходного - 290 м2/г, -и снижается с 225 до 96 м2/г по мере увеличения концентрации соли в образце. Этот факт можно объяснить снижением суммарного объема пор в образцах после пропитки. Средний диаметр пор образцов при этом увеличивается. Важно отметить, что в качестве матрицы был использован пористый оксид алюминия с высокой механической прочностью - 7,1 МПа. Механическая прочность модифицированных образцов ниже по сравнению с исходным образцом, однако при этом растет с повышением содержания соли в образце.

Таблица 1

Текстурные характеристики исходного оксида алюминия и композитных адсорбентов

Образец м2/г Суммарный объем пор, см3/г Средний диаметр пор, нм Механическая прочность, МПа

АО 290 ± 29 0,339 4,7 7,1 ± 0,5

8 CaCl2 225 ± 23 0,288 5,1 4,1 ± 0,5

12 CaCl2 182 ± 18 0,275 5,9 4,1 ± 0,3

13 CaCl2 144 ± 15 0,214 5,9 4,9 ± 0,3

15 CaCl2 96 ± 10 0,154 6,4 6,8 ± 0,6

Изотермы адсорбции-десорбции для всех образцов (рис. 3) согласно классификации ИЮПАК относятся к изотермам IV типа. Резкий подъем при низких относительных давлениях свидетельствует о наличие микро-пор во всех изученных образцах, петля гистерезиса указывает на наличие мезопор на поверхности адсорбентов и явление капиллярной конденсации. Можно отметить, что форма и размеры петли гистерезиса зависят от содержания гигроскопической соли в образце. С ростом содержания СаС12 размеры петли уменьшаются, свидетельствуя о снижении суммарного объема мезопор. По-видимому, при удалении влаги из раствора на стадии синтеза часть соли осаждается в порах оксида алюминия и блокирует их.

Рис. 3. Изотермы низкотемпературной адсорбции азота для образцов, пропитанных СаС12 и исходного оксида алюминия

Рис. 4. Распределение пор по размерам для образцов, модифицированных CaCh и исходного оксида алюминия

На рис. 4 представлено распределение пор по размерам для этих образцов. Из данного рисунка видно, что все адсорбенты имеют мелкие мезопо-ры с диаметром в интервале от 3 до 8 нм. Объем пор по мере увеличения содержания соли в образце уменьшается, а средний диаметр возрастает.

Результаты растровой электронной микроскопии (РЭМ). На рис. 5 представлены электронные изображения сечения гранул модифицированных образцов и изменения концентраций основных компонентов в системе

по ширине гранулы. Как можно видеть из рис. 5, поверхность исследованных образцов имеет развитую структуру макропор различного диаметра. Концентрация соли по ширине гранулы мало изменяется, соль входит глубоко вглубь и равномерно распределяется по грануле.

|,МКМ 1.МКМ

13 СаСЬ 15 СаСЬ

Рис. 5. РЭМ-изображение модифицированных образцов адсорбентов и профиль изменения концентрации основных компонентов по ширине гранул

При изучении кинетики адсорбции паров воды при 100%-ной влажности и комнатной температуре было обнаружено [9], что кинетическая кривая для исходного образца приходит к насыщению за 200 мин. Кинетические кривые для модифицированных CaCl2 образцов не достигают равновесия даже после 5 ч проведения процесса. В табл. 2 приведены значения равновесной адсорбционной емкости для исходного образца и величины адсорбционной емкости модифицированных образцов после 280 мин проведения процесса. Видно, что адсорбционная емкость композитных образцов увеличивается с ростом содержания соли. Этот эффект, а также значительное время, необходимое для достижения равновесия, ранее наблюдались в работе [10] и были объяснены протеканием медленной химической реакции между водой и дисперсной солью, из чего был сделан вывод, что для данного сорбента лимитирующей стадией сорбции может быть не только массоперенос, но и химическая твердофазная реакция паров воды с солью.

Таблица 2

Адсорбционные характеристики изученных образцов

Образец а, г ftO/г адс. А, г/мин1/2 R*

AO 0,25 0,0199 0,990

8 CaCl2 0,21* 0,0134 0,980

12 CaCl2 0,24* 0,0146 0,996

13 CaCl2 0,34* 0,0217 0,998

15 CaCl2 0,40* 0,0263 0,996

* Значение адсорбционной емкости через 280 мин после начала процесса адсорбции.

** Коэффициент линейной корреляции.

Аппроксимация экспериментальных данных различными кинетическими уравнениями показала, что скорость процесса адсорбции хорошо описывается уравнением a = A ■ t1/2, где a, г/г адс. - количество адсорбированной воды за время t, мин; А - константа скорости г/мин12. Значения константы скорости А, определенные из этого уравнения для изученных образцов, также приведены в табл. 2. Константа скорости также возрастает при увеличении концентрации CaCl2 в адсорбенте.

Заключение

Для полученных методом пропитки из избытка раствора ряда образцов композиционных адсорбентов на основе оксида алюминия с содержанием гигроскопической соли СаС12, лежащем в интервале от 8,6 до 15,5 мас. %, были изучены физико-химические характеристики (текстурные характеристики, фазовый состав, изменения концентрации по ширине гранулы и др.). Показано, что соль равномерно распределяется в грануле оксида алюминия. В результате пропитки оксида алюминия с последующим термическим воздействием на полученный материал изменяется фазовый состав композитного адсорбента с переходом фазы байерита в рентгенаморфную фазу алюминатов кальция. При увеличении содержания СаС12 в образце уменьшаются удельная площадь поверхности и объем пор, увеличивается средний диаметр пор и возрастает механическая прочность композита. С ростом содержания соли в образце увеличивается адсорбционная емкость композита в изученном интервале концентраций соли, что свидетельствует о доминирующей роли СаСЪ в процессе сорбции воды. Достаточно высокие значения констант скорости, прочностных и адсорбционных характеристик оказались характерны для образцов с содержанием соли СаСЬ от 13,8 мас. %.

Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования (проект № 0721-2020-0037).

Литература

1. Аристов Ю.И., Гордеева Л.Г. Адсорбенты «соль в пористой матрице»: дизайн фазо-

вого состава и сорбционных свойств // Кинетика и катализ. 2009. № 50 (1). С. 72-79.

2. Булучевский Е.А., Лавренов А.В., Дуплякин В.К. Сорбенты типа «соль в пористой

матрице» в процессах переработки углеводородов // Российский химический журнал. 2007. № 51 (4). С. 85-92.

3. Кулько Е.В. и др. Получение оксидов алюминия на основе продуктов быстрого тер-

моразложения гидраргиллита в центробежном флаш-реакторе. II. Структурные и текстурные свойства гидроксида и оксида алюминия, получаемых на основе продукта центробежно-термической активации гидраргиллита (ЦТА-продукта) // Кинетика и катализ. 2007. № 48 (2). С. 332-342.

4. Пат. РФ 2264589, F26BB7/00. Способ и устройство для импульсной тепловой обра-

ботки сыпучих материалов / В.С. Лахмостов [и др]; заявитель и патентообладатель Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН. № 2004109970/06; заявл. 01.04.2004; опубл. 20.11.2005.

5. Neimark A.V., Kheifez L.I., Fenelonov V.B. Theory og preparation of supported catalysts //

Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev. 1981. Vol. 20. Р. 439-450.

6. Jang H.M., Fuerstenau D.W. The specific adsorption of alkaline-earth cations at the rutile /

water interface // Colloids Surfaces. 1986. Vol. 2. Р. 235-257.

7. Решетников С.И., Ливанова А.В., Мещеряков Е.П., Курзина И.А., Исупова Л.А. Ки-

нетические закономерности адсорбции на алюмооксидных осушителях, допирован-ных катионами щелочных металлов // Журнал прикладной химии. 2017. Т. 90, № 11. С. 1451-1457.

8. Исмагилов З.Р., Шкрабина Р.А., Корябкина Н.А. Алюмооксидные носители: произ-

водство, свойства и применение в каталитических процессах защиты окружающей среды : аналит. обзор. Новосибирск : Ин-т катализа им. Г.К. Борескова, 1998. 82 с. (Сер. Экология. Вып. 50).

9. Budaev Z.B., Livanova A.V., Meshcheryakov E.P., Isupova L.A., Magaev O.V. Influence

of the composition of the adsorbent "hygroscopic salt / aluminum oxide" on its physico-chemical properties // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2019. Vol. 597. Р. 1-8.

10. Глазнев И.С. Динамика поглощения воды в зерне и слое сорбентов CaCk / силикагель и CaCl2 /оксид алюминия : автореф. дис. ... канд. хим. наук. Новосибирск, 2006. 18 с.

Информация об авторах:

Ливанова Алеся Витальевна, аспирант Национального исследовательского Томского государственного университета (Томск, Россия). E-mail: [email protected] Будаев Жаргал Баирович, аспирант Национального исследовательского Томского государственного университета (Томск, Россия). E-mail: [email protected] Мещеряков Евгений Павлович, кандидат химических наук, старший научный сотрудник отдела новых материалов для электротехнической и химической промышленности Национального исследовательского Томского государственного университета (Томск, Россия). E-mail: [email protected]

Курзина Ирина Александровна, доктор физико-математических наук директор САЕ Институт «Умные материалы и технологии» Национального исследовательского Томского государственного университета (Томск, Россия). E-mail: [email protected]

Tomsk State University Journal of Chemistry, 2020, 17, 22-33. DOI: 10.17223/24135542/17/2 A.V. Livanova, Zh.B. Budaev, E.P. Mescheryakov, I.A. Kurzina National Research Tomsk State University (Tomsk, Russia) Composite aluminum oxide adsorbent modified by calcium chloride

A series of samples of two-component adsorbents of the composition "CaCWAlOi' with the content of the hygroscopic salt CaCh from 8.6 to 15.5 wt. % were synthesized. Samples were obtained by impregnation of aluminum oxide granules

from an excess of an aqueous solution of CaCl2, which had the shape of a cylinder with average dimensions - length l = 4-5 mm, diameter d = 3.0 mm. The initial aluminum oxide was obtained using the method of centrifugal thermal activation of hydrargillite (gibbsite). After hydration of the product of centrifugal activation in an acidic environment, drying, grinding and peptising, aluminum oxide granules were formed, followed by calcination of the extrudate at a temperature of 500 °C for 4 hours. The resulting source oxide is a mixture of y-AhO3 (90 wt. %) and bayerite (10 wt. %). Changes in the phase composition and texture characteristics of samples modified with hygroscopic salt depending on their CaCl2 content were studied. It is noted that after modification the samples of the diffraction pattern disappears at the phase bayerite. The specific surface area decreases with increasing CaCl2 content in samples from 290 m2/g for the initial sample to 96 m2/g for the sample with the maximum CaCl2 content. In the samples increases, the average pore diameter and decreases the value of total pore volume that may be due to blocking of the pores at the stage of synthesis due to deposition of salt during drying of the adsorbent. The mechanical strength of granules with a low salt content is less than that of the original sample, but with an increase in the salt content, its increase to 6.8 MPa is observed. In contrast to the original sample for all modified samples, the adsorption capacity for water vapor does not reach an equilibrium value even after more than 5 hours from the start of the experiment. This may be due to the occurrence of slow chemical reaction between water and the dispersed salt. For composite samples, an increase in the water adsorption capacity was observed with an increase in the content of the hygroscopic salt CaCl2, which indicates its determining role in the water sorption process. Sufficiently high values of the speed constants, strength and adsorption characteristics were typical for samples with a salt content of CaCl2 from 13.8 wt. %. and higher.

Keywords: hygroscopic salt, alumina, adsorbent, impregnation, adsorption capacity, water vapor.

References

1. Aristov, Yu.I.; Gordeeva, L.G. "Salt in a porous matrix" adsorbents: Design of the phase

composition and sorption properties. Kinetics and Catalysis. 2009, Vol. 50, 1, 65-72.

2. Buluchevsky, E.A.; Lavrenov, A.V.; Duplyakin, V.K. Sorbents of the "salt in a porous

matrix" type in the processes of hydrocarbon processing. Russian chemical journal. 2007, Vol. 51, 4, 85-92.

3. Kulko, E.V. et al. Synthesis of aluminum oxides from the products of the rapid thermal

decomposition of hydrargillite in a centrifugal flash reactor: II. Structural and textural properties of aluminum hydroxide and oxide obtained from the product of the centrifugal thermal activation of hydrargillite (CTA product). Kinetics and Catalysis. 2007, Vol. 48, 2, 316-326.

4. Pat. RF 2264589, F26BB7/00. Method and device for pulsed heat treatment of bulk materi-

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

als / V.S. Lakhmostov [et al.]; applicant and patent holder G. K. Boreskov Institute of catalysis SB RAS. No. 2004109970/06; application 01.04.2004; publ. 20.11.2005.

5. Neimark, A.V.; Kheifez, L.I.; Fenelonov, V.B. Theory og preparation of supported cata-

lysts. Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev. 1981, Vol. 20, 439-450.

6. Jang, H.M.; Fuerstenau, D.W. The specific adsorption of alkaline-earth cations at the rutile /

water interface. Colloids Surfaces. 1986, Vol. 2, 235-257.

7. Reshetnikov, S.I.; Livanova, A.V.; Meshcheryakov, E.P.; Kurzina, I.A.; Isupova, L.A.

Kinetic Aspects of the Adsorption on Aluminum Oxide Drying Agents Doped with Alkali Metal Ions. Russian Journal of Applied Chemistry. 2017, Vol. 90, 11, 1760-1765.

8. Ismagilov, Z.R.; Shkrabina, R.A.; Koryabkina, N.A. Aluminum oxide carriers: production,

properties and application in catalytic processes of environmental protection: analyt. review. Novosibirsk: Boreskov Institute of catalysis, 1998; 82 p. (Ser. Ecology. Issue 50).

9. Budaev, Z.B.; Livanova, A.V.; Meshcheryakov, E.P.; Isupova, L.A.; Magaev, O.V. Influence

of the composition of the adsorbent "hygroscopic salt/aluminum oxide" on its physico-chemical properties. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2019, Vol. 597, 1-8.

10. Glaznev, I.S. Dynamics of water absorption in grain and layer of sorbents CaCk / silica gel and CaCl2 / aluminum oxide: autoref. diss. ... candidate of chemical Sciences. Novosibirsk, 2006; 18 p.

Information about the authors:

Livanova Alesya, Postgraduate Student, Department of Physical and Colloid Chemistry, Chemical Faculty, National Research Tomsk State University (Tomsk, Russia). E-mail: [email protected]

Budaev Zhargal, Postgraduate Student, Department of Physical and Colloid Chemistry, Chemical Faculty, National Research Tomsk State University (Tomsk, Russia). E-mail: [email protected]

Meshcheryakov Evgeny, PhD in Chemistry, National Research Tomsk State University (Tomsk, Russia). E-mail: [email protected]

Kurzina Irina, Doctor of Physical and Mathematical Sciences, National Research Tomsk State University (Tomsk, Russia). E-mail: [email protected]

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.