Очистка атмосферного воздуха сорбентом св-100 Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 665.668

Т.В. АЛЫКОВА*, С.Н. ФИДУРОВА*, И.В. ШАТОХИНА**

ОЧИСТКА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА СОРБЕНТОМ СВ-100

(* Астраханский государственный университет, ** Астраханский инженерно-строительный институт)

Изучена адсорбция некоторых органических и неорганических веществ сорбентом СВ-100. Установлена высокая эффективность сорбента при удалении из воздуха различных токсикантов.

Высокопористый сорбент СВ-100 представляет собой продукт нехимической переработки опок Астраханской области. Его получают по следующей схеме:

Сырье из карьера -частицы с массой до нескольких килограммов

Перемешивание,_^

пропускание через шнековый измельчитель

Промывание гранул в воде до полного удаления

Размалывание на Частицы с размерами от 0,0001 до шаровой мельнице 0,01 мм + цемент + 30%-ный раствор до пудры-№С1 в соотношении (1 : 1 : 2)

Высушивание в токе воздуха ( 20-25 0С)

Гранулы_^ и выдерживание до полного схваты- ^

диаметром ~ 50 мм вания цемента и образования твердых гранул

Высушивание при 95-100"С

Прочные гранулы - сорбент СВ-100 (влажность ~ 2%)

В результате физико-химического изучения сорбента СВ-100 было установлено, что его удельная поверхность мало зависит от дисперсности его частиц. Так, сорбент с диаметром гранул 0,001 мм имеет удельную поверхность 1000 м2, а с диаметром гранул 30 мм - 700 м2.Установлено, что СВ-100 эффективно поглощает фенолы, поверхностно-активные вещества, углеводороды и ионы тяжелых токсичных элементов из воды и большой набор органических соединений из атмосферного воздуха. [1,2]. Высокая пористость сорбента СВ-100, легкость прохождения через его гранулы потока воздуха, способность поглощать многие органические и неорганические соединения стали основой для изучения возможности использования этого сорбента для создания систем очистки атмосферного воздуха в жилых помещениях и рабочих зонах промышленных предприятий.

В данной работе изучены основные термодинамические характеристики статической сорбции оксида и диоксида азота, анилина, ацетальде-гида, ацетона, диоксида серы, амилового, н-бути-лового, метилового спиртов и фенола сорбентом СВ-100 из водных растворов в области рН 6-7.

Реагенты, аппаратура, методика. В бутылях емкостью 5 дм3 создавали с помощью вакуумного насоса небольшое разрежение (остаточное давление ~ 0,6-105 Н/м2) и через специальный патрубок пропускали пары исследуемого вещества. Пары генерировали, нагревая в пробирке с газоотводной трубкой навеску вещества (ацетон, аце-тальдегид, спирты, фенол) или в результате прове-

дения химической реакции меди с серной или азотной кислотой (получали соответственно газы 802 или К02). Далее в бутыль пропускали воздух до доведения общего давления до 1,02-105 Н/м2 и пропускали смесь воздуха и исследуемого газа из бутыли через трубку с сорбентом, создавая разрежение на выходе из этой трубки.

Изотермы сорбции. Изотермы адсорбции ряда токсикантов из воздуха приведены на рис. 1-4.

Величины поверхностного избытка (адсорбции) Г рассчитывали по формуле

(С 0 - Сх) - V

Г =

шу

где С0 -исходная концентрация исследуемого компонента, моль/дм3; Сх -концентрация, характеризующая количество поглощенного вещества, моль/дм3; у-объем воздуха, взятый для адсорбции исследуемого компонента, дм3; V- стандартный объем воздуха, V = 1 дм3; ш-масса сорбента, г. Опыты проводили при температурах 278, 295 и 320 К. Для этого всю аппаратуру охлаждали потоком холодного воздуха, использовали обычные лабораторные условия или обдували воздухом, подаваемом с помощью калорифера. При этом температура находилась на уровне (5±1), (22±2) или (47±2) 0С.

По изотермам сорбции, приведенным на рис. 1-4 строили графики в прямолинейной форме уравнения Ленгмюра, далее рассчитывали константы сорбции для Т1, Т2 и Т3, изменение энтальпии (АН, кДж/моль), энтропии (А8, Дж/моль-К) и изобарно - изотермического потенциала (АО, кДж/моль) (табл.1).

Результаты изучения сорбции различных веществ сорбентом СВ-100 приведены в таблице 2.

Как видно из приведенных результатов, сорбент СВ-100 более эффективно поглощает различные органические и неорганические соединения, чем модифицированные цеолиты, и может быть рекомендован для очистки атмосферного воздуха в рабочих зонах промышленных предприятий и лабораторий, а также в жилых помещениях.

8 и 6 -4 -2 -

0

Г-106, моль/г

6 -4 -2 -

0

6 -

10 20 30 40

[с]-105, моль/дм3

в)

20 530 40

[с]-10 , моль/дм

г)

Рис.1. Изотермы сорбции диоксида азота (а), анилина (б), фенола (в), изопропилового, метилового и этилового спиртов (г)

сорбентом СВ-100 при 278К (1), 295К (2) и 320К (3).

6 -4 -2 -0

20 30

[с]-105, моль/дм3

а)

10 20 30 40

[с]-105, моль/дм3

б)

Рис. 2. Изотермы сорбции ацетальдегида (а) и ацетона (б) сорбентом СВ-100 при 278К (1), 295К (2) и 320К (3).

-I-1-1

10 20 30 40

[с]-105, моль/дм3

а)

8 1 6 -4 -2 -0

, моль/г

10 20 5 30 3 40

[с]-10 , моль/дм

б)

Рис. 3. Изотермы сорбции диоксида серы (а) и брома (б) сорбентом СВ-100 при 278К (1), 295К (2) и 320К (3).

0

10 20 30 40 0 10 20 30 40

[с]-105, моль/дм3 [с]105, моль/дм3

а) б)

Рис. 4. Изотермы сорбции амилового (а), н-бутилового и изобутилового спиртов (б) сорбентом СВ-100 при 278К (1),

295К (2) и 320К (3).

0

0

0

Таблица 1.

Основные характеристики сорбции различных токсикантов из воздуха сорбентом СВ-100.

Вещества Константы сорбции при различных температурах -АН, кДж/моль -А§295, Дж/(моль-К) -Ав295, кДж/моль Г А да, мг/г

278 295 320

Анилин 410 205 120 21,64 29,1 13,05 0,65

Ацетальдегид 195 105 70 18,04 22,5 11,42 0,29

Ацетон 215 110 75 18,55 23,8 11,53 0,39

Бром 310 205 115 17,46 14,9 13,05 1,2

Диоксид азота 220 140 70 20,17 27,3 12,2 0,24

Диоксид серы 240 160 95 16,32 13,2 12,44 0,47

Метанол 180 120 75 15,42 12,5 11,74 0,22

Спирт амиловый 210 140 85 15,93 16,6 12,12 0,67

Спирт н-бутиловый 315 205 105 19,35 21,4 13,05 0,52

Фенол 410 205 120 21,64 12,9 13,05 0,65

Таблица 2.

Содержание различных токсикантов в специально подготовленных образцах воздуха до и

после сорбционной очистки сорбентом СВ-100.

№ п.п. Вещество Внесено токсикантов в мг/м3 воздуха Найдено токсикантов в мг/м3 после сорбционной очистки воздуха сорбентом СВ-100 Найдено токсикантов в мг/м3 после сорбционной очистки воздуха с помощью активированного цеолита

1 Азота диоксид 0,55 0,005 0,1

2 Азота оксид 0,60 0,005 0,5

3 Анилин 0,80 0,0005 0,05

4 Ацетальдегид 0,25 0,001 0,05

5 Ацетон 0,20 0,001 0,05

6 Бензин 10 0,05 0,1

7 Бензол 20 0,01 1,0

8 Бром 5 0,01 0,5

9 Серы диоксид 1,0 0,0001 0,001

10 Спирт амиловый 1,0 0,0001 0,001

11 Спирт н-бутиловый 10 0,0001 0,01

12 Спирт изобутиловый 5 0,01 0,01

13 Спирт изопропиловый 5 0,001 0,01

14 Спирт метиловый 5 0,001 0,01

15 Спирт этиловый 5 0,001 0,01

16 Фенол 5 0,001 0,05

Сорбент СВ-100 не регенерируют, а после его отработки используют в качестве материала 1 для засыпки дорог, оврагов, канав и как компонент, входящий в строительные материалы. Содержание в нем самых разнообразных токсичных 2 летучих и нелетучих компонентов все равно находится ниже уровня показателей, определенных Сан-ПиН и другими правилами для материалов, используемых в дорожном строительстве.

ЛИТЕРАТУРА

Алыкова Т.В. и др. Опоки Астраханской области. Астрахань: Изд.дом «Астраханский университет». 2004. 210 с.

Алыкова Т.В., Фидурова С.Н. Изучение нового сорбента СВ-100 // ХЬ Всероссийская конференция по проблемам математики, информатики, физики и химии. Москва. 19-23 апреля 2004 г. Тез. докл. С.160-162.