Научная статья на тему 'ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРУКТУРНО-СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА АКТИВИРОВАННОГО УГЛЯ, ПОЛУЧЕННОГО ИЗ СКОРЛУПЫ КОСТОЧЕК УРЮКА'

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРУКТУРНО-СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА АКТИВИРОВАННОГО УГЛЯ, ПОЛУЧЕННОГО ИЗ СКОРЛУПЫ КОСТОЧЕК УРЮКА Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
173
34
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
косточки урюка / активированный уголь / изотерма / бензол / относительное давление / мегапоры / мезопоры / микропоры / уравнения БЭТ / удельная поверхность / емкость монослоя / предельная адсорбция

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — А.А.Ахадов, М.Н.Муродов, Р.Р.Хайитов, Л.Н.Орипова, Т.М.Тошкузиев

В статье приведены результаты определения структурносорбционные свойства активированного угля, полученного из скорлупы косточек урюка. Снята изотерма адсорбции бензола на активированном угле и на основании полученных результатов вычисляли структурно-сорбционные свойства: удельную поверхность, емкость монослоя, предельную адсорбцию с помощью уравнения БЭТ.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по промышленным биотехнологиям , автор научной работы — А.А.Ахадов, М.Н.Муродов, Р.Р.Хайитов, Л.Н.Орипова, Т.М.Тошкузиев

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

Текст научной работы на тему «ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРУКТУРНО-СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА АКТИВИРОВАННОГО УГЛЯ, ПОЛУЧЕННОГО ИЗ СКОРЛУПЫ КОСТОЧЕК УРЮКА»

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРУКТУРНО-СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА

АКТИВИРОВАННОГО УГЛЯ, ПОЛУЧЕННОГО ИЗ СКОРЛУПЫ

КОСТОЧЕК УРЮКА

А.А.Ахадов axtamahadov9 5 @gmail. com М.Н.Муродов Р.Р.Хайитов leo-bexa@mail.ru Бухарский инженерно-технологический институт

Л.Н.Орипова oripovalobar74@gmail.com Каршинский инженерно-экономический институт

Т.М.Тошкузиев amirtemurtoshqozi@gmail.com Ташкентский химико-технологический институт

Аннотация: В статье приведены результаты определения структурно-сорбционные свойства активированного угля, полученного из скорлупы косточек урюка. Снята изотерма адсорбции бензола на активированном угле и на основании полученных результатов вычисляли структурно-сорбционные свойства: удельную поверхность, емкость монослоя, предельную адсорбцию с помощью уравнения БЭТ.

Ключевые слова: косточки урюка, активированный уголь, изотерма, бензол, относительное давление, мегапоры, мезопоры, микропоры, уравнения БЭТ, удельная поверхность, емкость монослоя, предельная адсорбция.

DETERMINATION OF THE ADSORPTION CAPACITY OF ACTIVATED CARBONS FROM LOCAL RAW MATERIALS BY CRYOSCOPIC METHOD

A.A.Akhadov axtamahadov9 5 @gmail .com M.N.Murodov R.R.Khayitov leo-bexa@mail.ru Bukhara Institute of Engineering and Technology

L.N.Oripova oripovalobar74@gmail.com Karshi Engineering and Economic Institute

T.M.Toshkuziev amirtemurtoshqozi@gmail.com Tashkent Chemical-Technological Institute

Abstract: The article presents the results of determining the structural and sorption properties of activated carbon obtained from the shell of apricot seeds. The adsorption isotherm of benzene on activated carbon was removed and based on the results obtained, the structural and sorption properties were calculated: specific surface area, monolayer capacity, and limit adsorption using the BET equation.

Keywords: apricot seeds, activated carbon, isotherm, benzene, relative pressure, megapores, mesopores, micropores, BET equations, specific surface area, monolayer capacity, limiting adsorption.

В мире активное развитие химической, металлургической, нефтегазовой промышленности привело к увеличению потребности эффективных адсорбентов для получения качественных продуктов, избирательной сорбции и очистки веществ. В связи с этим в настоящее время в сферах коллоидной химии, нефти и газа особое значение имеет получение эффективных микропористых активированных углей на основе органического сырья и применение их в практике при очистке различных реагентов и продуктов [1-5].

До сегодняшнего дня в Республике несмотря на большой спрос на активированный уголь его не производят. В настоящее время потребность адсорбента предприятий металлургической и нефтегазовой промышленности Узбекистана составляет порядка 1000 т/г. Активированные угли различных марок поставляются в Республике из-за рубежа со стоимостью 2500-3500 доллар США за тонну, что исходя из годовой потребности по активированному углю ежегодно расходуется более 3,5 млн. доллар США. Наряду с этим на пищевых предприятиях республики ежегодно образуются значительные массы отходов переработки плодов урюка и персиков, которые могут служить хорошим сырьем для получения активированного угля [6-9].

С целью импортзамещения разработана лабораторная установка и на этой установке получен образец активированного угля из скорлупы косточек урюка (АУ-КУ). В ходе исследований была произведена карбонизация скорлупы косточек урюка в лабораторном трубчатом реакторе емкостью 0,25 м3 с электрическим обогревом без доступа воздуха. Температуру в печи контролировали с помощью термопары и потенциометра. Переработке подвергали фракции 0,2-5,0 мм и высушенных при 110°С до постоянной массы. После загрузки подсушенных гранул верхняя часть реактора герметично закрывалась, а нижняя имела трубчатый отвод для вывода смолообразных и

газообразных продуктов термического пиролиза. Процесс карбонизации проводили при температуре 400-800°С, которая контролировалась с помощью термопары, находящейся в средней части реактора. Скорость подъема температуры составляла 7-10°С в минуту. По достижению необходимой температуры эксперимента образец выдерживали в реакторе в течение 1-2 ч, а затем охлаждали до комнатной температуры. Выделяющиеся газообразные продукты пиролиза эвакуировали из реактора по газоотводной трубке и направляли в охлаждаемый конденсатор для конденсации паров воды и смол. Охлажденные карбонизаты выгружали из реактора и по стандартным методикам определяли их поглотительные свойства. Процесс активации карбонизата проводили в том же реакторе. Для проведения активации карбонизованные гранулы загружали в трубчатый реактор, который продували потоком газообразного азота в течение 15 мин для удаления кислорода из зоны реакции. Верхний фланец реактора снабжен патрубком для входа перегретого водяного пара, а нижний имеет патрубок для отвода парогазовой смеси. Перегретый пар, необходимый для активации получали в парогенераторе. Расход водяного пара, идущего на активацию, регулировали количеством воды, поступающей в парогенератор, за счет изменения скорости её истечения в капилляре в зависимости от давления над водой, создаваемого в дозирующей емкости с помощью азота. Температуру активации регулировали нагревом реактора и парогенератора. Нагрев образца проводили до конечной температуры активации, которая находилась в интервале 800-950°С. При достижении заданной температуры в реактор подавали водяной пар из генератора в течение 1 -2 ч. Объем газов активации, содержащих водород, оксиды углерода, метан после отделения от непрореагировавших паров воды измеряли газовым счетчиком, а химический состав - методом хроматографии с использованием угольной колонки и детектора теплопроводности. После термообработки полученный активированный уголь оставляли остывать до комнатной температуры без доступа воздуха [10-12].

Изучены сорбционные характеристики полученного образца. Сорбционные измерения адсорбции бензола на активированном угле АУ-КУ проводили на высоковакуумной установке с ртутными затворами и кварцевыми весами Мак-Бена при остаточном давлении 1,33-10-3 Па и 298 К. Удлинение пружин контролировали с помощью катетометра КМ-8.

На рисунке представлена изотерма адсорбции бензола на активированном угле АУ-КУ.

0 0.2 0.4 0.6 0.S 1,0

P/Ps

Рисунок. Изотерма адсорбции бензола на активированном угле

АУ-КУ

По изотерме адсорбции бензола на угле АУ-КУ можно узнать, что при низком относительном давлении P/Ps = 0,2 наблюдается резкое вырастание изотермы, что означает большое количество сорбции бензола. С повышением относительного давления адсорбент постепенно насыщается и изотерма меняется на линейную. В интервале относительного давления P/Ps=0,4-0,6 наблюдается вырастание изотермы.

На основании данных изотермы адсорбции вычисляли структурно-сорбционные характеристики: удельную поверхность, емкость монослоя, предельную адсорбцию с помощью уравнения БЭТ:

S = amNAa, (1)

где S - удельная поверхность, м2 /г; am - «емкость монослоя», т.е. количество вещества, сорбированное в монослое; N - число Авогадро; w - посадочная площадка молекулы сорбируемого пара или газа.

Полученные результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1

Структурно-сорбционные характеристики активированного угля АУ-КУ

Образец am, моль/кг as, моль/кг S-10"3, м2/г

АУ-КУ 1,77 3,27 426

Расчет объемов пор проводили по формуле:

V = аУя , (2)

где V- объем пор, заполняемых жидкостью; а - количество сорбированной жидкости при данном относительном давлении; Vт - мольный объем жидкости. Мольный объем жидкости находим по уравнению:

vя =м/р, (3)

где / - молекулярный вес; р - плотность.

Полученные результаты приведены в таблице 2, которые были сравнены с известными промышленными активированными углями различных марок.

Таблица 2

Структурно-сорбционные характеристики активированного угля АУ-КУ и

других промышленных образцов

Образец Объем микропор W0-10-3, м3/кг Объем мезопор, Wme-10-3, м3/кг Общий объем адсорбции, Vs-10-3, м3/кг

АУ-КУ 0,262 0,029 0,291

БАУ 0,128 0,031 0,159

ОУ-А (модифиц.) 0,390 0,140 0,530

ФАС (фурфурольный активированный сорбент) 0,210 0,05 0,215

АУ из кокосового ореха 0,258 0,059 0,317

Активный антрацитовый уголь 0,130 0,176 0,306

Изотерма адсорбции бензола на активированном угле АУ-КУ показала, что уголь АУ-КУ относится к микропористым сорбентам: общий объем адсорбции 0,291 м3/кг, объем микропор 0,262 м3/кг, объем мезопор 0,029 м3/кг, а общая динамическая емкость 3,27 моль/кг и по сравнению структурно-сорбционных характеристик его с характеристиками другими промышленных образцов установлено, что уголь АУ-КУ может конкурировать с зарубежными аналогами и рекомендуется для дальнейших исследований по очистки отработанных аминовых растворов.

Использованная литература

1. Хайитов Р.Р. Разработка технологии получения активированного угля из местного сырья для очистки отработанных аминовых растворов: Автореферат дисс. д.т.н. - Ташкент, 2019. - 67 с.

2. Хайитов, Р. Р. (2012). Адсорбционное улучшение качества бензина, полученного из нефтегазоконденсатного сырья: Автореферат дисс. к. х. н. -Ташкент, 2012.-25 с.

3. Хайдаров Бекзод Абдумалик Углы, Муродова Юлдуз Маликжон Кизи, Ботиров Санжар Хуршед Угли, & Хайитов Руслан Рустамжонович (2020). Хроматографический и ИК-спектральный анализ химического состава пиролизного дистиллята. Universum: технические науки, (7-3 (76)), 39-42.

4. Hojiyeva, R. B., & Hayitov, R. R. (2020). ISHLATILGAN AVTOMOBIL SHINALARINI QAYTA ISHLASH VA YOQILGI MAHSULOTLARINI OLISH IMKONIYATLARI. Science and Education, 1(9).

5. Сафаров, Ж. А., Хайитов, Р. Р., Муродов, М. Н., & Жумаева, М. Т. (2019). КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ОТРАБОТАННЫХ МОТОРНЫХ МАСЕЛ С ПОЛУЧЕНИЕМ ЦЕННЫХ ПРОДУКТОВ. Теория и практика современной науки, (4), 201-206.

6. Салимов, И. Р., Муродова, Ю. М. К., Муродов, М. Н., Тиллоев, Л. И., & Хайитов, Р. Р. (2020). ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО РЕЖИМА ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВИРОВАННОГО УГЛЯ ИЗ СКОРЛУПЫ КОСТОЧЕК ФРУКТОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ АЛКАНОЛАМИНОВ. Universum: технические науки, (7-2 (76)).

7. Хайитов, Р. Р., ШЕРМАТОВ, Б., ЭШОНКУЛОВ, У., & Нарметова, Г. Р. (2017). Карбонизация косточек урюка и паровая активация карбонизата с целью получения активированного угля. ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, 61.

8. Хайитов, Р. Р., & Нарметова, Г. Р. (2016). Активированные угли из местного сырья для регенерации алканоламинов очистки природного газа взамен сорбента АГ-3. Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний, (11), 23-26.

9. Rustamjonovich, K. R., & Rozukulovna, N. G. (2016). Production of activated coal from the pits of apricots and peach for the adsorption purification of the waste Diethanolamine. Austrian Journal of Technical and Natural Sciences, (7-8).

10. Хайитов, Р. Р., Наубеев, Т. Х., Сапашов, И. Я., Хайдаров, Б. А. У., & Абдикамолов, Д. Х. (2017). Определение физико-химических и адсорбционных характеристик нового активированного угля из косточек урюка. Universum: технические науки, (2 (35)).

11. Khayitov, R., & Narmetova, G. (2016). REGENERATION OF ALKANOLAMINES USED IN NATURAL GAS PURIFICATION. Journal of Chemical Technology and Metallurgy, 51(3), 281-286.

12. Rustamjonovich, K. R., Rozukulovna, N. G., & Eshbaevich, S. B. (2016). Regeneration of activated carbon used in adsorption purification of alkanolamines. Austrian Journal of Technical and Natural Sciences, (7-8).

References

1. Khayitov R.R. Development of a technology for obtaining activated carbon from local raw materials for the purification of spent amine solutions: Abstract of a thesis. Doctor of Technical Sciences - Tashkent, 2019 .-- 67 p.

2. Khayitov, R.R. (2012). Adsorption improvement of the quality of gasoline obtained from oil and gas condensate raw materials: Abstract of the diss. K. x. n.Tashkent, 2012.-25 p.

3. Khaidarov Bekzod Abdumalik Ugly, Murodova Yulduz Malikzhon Kizi, Botirov Sanzhar Khurshed Ugli, & Hayitov Ruslan Rustamzhonovich (2020).

Chromatographic and IR-spectral analysis of the chemical composition of the pyrolysis distillate. Universum: Engineering Sciences, (7-3 (76)), 39-42.

4. Hojiyeva, R. B., & Hayitov, R. R. (2020). POSSIBILITIES OF RECYCLING UTILIZED TIRES AND GETTING FUEL PRODUCTS. Science and Education, 1 (9).

5. Safarov, Zh.A., Khayitov, R.R., Murodov, M.N., & Zhumaeva, M.T. (2019). COMPREHENSIVE PROCESSING OF USED ENGINE OILS TO OBTAIN VALUABLE PRODUCTS. Theory and practice of modern science, (4), 201-206.

6. Salimov, I.R., Murodova, Yu.M. K., Murodov, M.N., Tilloev, L.I., & Khayitov, R.R. (2020). DETERMINATION OF THE OPTIMAL MODE OF OBTAINING ACTIVATED CARBON FROM FRUIT PITS SHELL FOR PURIFICATION OF ALKANOLAMINES. Universum: Engineering Sciences, (7-2 (76)).

7. Khayitov, R.R., SHERMATOV, B., ESHONKULOV, U., & Narmetova, G.R. (2017). Carbonization of apricot seeds and steam activation of the carbonizate in order to obtain activated carbon. PHYSICAL CHEMISTRY, 61.

8. Khayitov, R.R., & Narmetova, G.R. (2016). Activated carbons from local raw materials for the regeneration of alkanolamines for natural gas purification instead of the AG-3 sorbent. The world of petroleum products. Oil Companies Bulletin, (11), 2326.

9. Rustamjonovich, K. R., & Rozukulovna, N. G. (2016). Production of activated coal from the pits of apricots and peach for the adsorption purification of the waste Diethanolamine. Austrian Journal of Technical and Natural Sciences, (7-8).

10. Khayitov, R. R., Naubeev, T. Kh., Sapashov, I. Ya., Khaidarov, B. A. U., & Abdikamolov, D. Kh. (2017). Determination of physicochemical and adsorption characteristics of new activated carbon from apricot seeds. Universum: technical sciences, (2 (35)).

11. Khayitov, R., & Narmetova, G. (2016). REGENERATION OF ALKANOLAMINES USED IN NATURAL GAS PURIFICATION. Journal of Chemical Technology and Metallurgy, 51 (3), 281-286.

12. Rustamjonovich, K. R., Rozukulovna, N. G., & Eshbaevich, S. B. (2016). Regeneration of activated carbon used in adsorption purification of alkanolamines. Austrian Journal of Technical and Natural Sciences, (7-8).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.