CC BY
200 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100
опилки, обработанные раствором гидроксида натрия концентрацией: С равн, мг/л
О500 мг/л П200 мг/л Д100 мг/л
Рисунок 2 - Зависимость сорбционной емкости (А)
обработанных гидроксидом натрия древесных опилок от равновесной концентрации (Сравн) ионов меди в растворе
Как видно из рисунка, наибольшей сорбционной емкостью (до 60 мг/г) по отношению к ионам меди обладают опилки, выдержанные в растворе гидроксида натрия концентрацией 500 мг/л. При этом отмечено, что изотерма для опилок, обработанных раствором щелочи концентрацией 100 мг/л, имеет Б-образный характер, что свидетельствует о заполнении одного слоя ионов металла.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В целом можно отметить, что сорбцион-ная емкость материала, полученного обработкой опилок гидроксида натрия, превышает аналогичные значения для сорбентов, приготовленных с использованием других модификаторов. Это делает возможным его применение в технологиях очистки стоков, содержащих соединения металлов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Фомин В.В. Способ получения сорбента для очистки технологических сточных вод от ионов
хрома и цинка / В.В. Фомин, В.И. Каблуков, А.М. Мержоев // Патент на изобретение СССР №1731737.
2.Wan Ngah W.S. Adsorption of dyes and heavy metal ions by chitosan composites: A review / W.S. Wan Ngah, L.C. Teong, M. A. K. M. Hanafiah // Carbohydrate Polymers. - 2011. - № 83. - C. 14471456.
3.Chang M.-Y. Adsorption of tannic acid, humic acid, and dyes from water using the composite of chitosan and activated clay / M.-Y. Chang, R.-S. Juang // Journal of Colloid and Science. - 2004. -№278. - C.18-25.
4.Величко Б.А. Способ получения сорбентов/ / Б.А. Величко, Л.А. Шутова, А.А. Рыжакова, Г.В. Абрамова, А.С. Фоменко, А.И. Албулов // Патент на изобретение РФ № 2079359, 1995.
5.Сомин В.А. Способ получения сорбционно-го материала / В.А. Сомин, А.А. Фогель, Л.Ф. Комарова // Патент на изобретение РФ №2460580, 2012.
6.Багровская Н.А. Сорбционные свойства модифицированных древесных опилок / Н.А. Баг-ровская, Т.Е. Никифорова, В.А. Козлов, С.А. Ли-лин // Химия в интересах устойчивого развития, №1, 2006.- С.1-7.
7.Косов В.И. Способ получения сорбента для очистки сточных вод / В.И. Косов, Э.В. Баженова, Г.М. Ходяков, Т.Г. Ходякова, Е.Н. Савенкова /Патент на изобретение РФ № 2251449, 2005.
8.Шевелева И.В. Сорбенты на основе рисовой шелухи для удаления ионов Fe(III), Cu(II), Cd(II) из растворов / И.В. Шевелева, А.Н. Холо-мейдик, А.В. Войт // Химия растительного сырья. -2009. - №4. - С.171-176.
9.Земнухова Л.А. Способ получения сорбента / Л.А. Земнухова, Е. Д. Шкорина, И.А. Филиппова // Патент на изобретение РФ № 2316393, 2008.
10. Сомин В.А. Использование сорбента на основе бентонитовых глин и древесных опилок для очистки воды от соединений металлов / В.А. Сомин, Л.Ф. Комарова // Ползуновский вестник. 2009. №3. С. 356-360.
11.Государственный контроль качества воды. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: ИПК издательство стандартов, 2003. - 776 с.
60
50
40
30
20
0
УДК 536.42
ПОЛУЧЕНИЕ АКТИВНЫХ УГЛЕЙ ИЗ СКОРЛУПЫ КЕДРОВОГО
ОРЕХА
А.В. Богаев, И.А. Лебедев, Д.Ф. Карчевский, Д.А. Берестенников,
О.О. Вторушина
В статье представлена обзорная информация о свойствах и области применения активных углей. Приведена сравнительная характеристика активных углей, полученных из скорлупы кедровых орехов, в процессе совмещенных карбонизации/активации в образованном воздушным дутьем термоокислительном фронте.
Ключевые слова: активный уголь, сорбенты, адсорбционная активность, получение сорбентов, мезопоры, микропоры, основные свойства сорбентов.
282 ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК № 1 2013
ВВЕДЕНИЕ
Активные (активированные) угли являются одним из типов промышленных сорбентов. Пористая структура активных углей и развитая поверхность обуславливают наличие адсорбционных свойств. По классификации М.М. Дубинина, принятой в 1972 г. МРАС в качестве официальной, все поры углеродных адсорбентов можно разделить на три группы по величине эффективного размера. Эффективный размер - диаметр наибольшей окружности, которая может быть вписана в плоское сечение поры произвольной формы (т.е. диаметр цилиндрической поры или расстояние между стенками в щелевидной поре и т.д.). Поры с эффективным размером с1эф < 2 нм называют микропорами, в диапазоне 2нм<с1эф<50нм - мезопорами и с1эф > 50 нм - макропорами. Эта классификация базируется на особенностях адсорбции в порах разного размера, которые проявляется на изотермах и в теплотах адсорбции. Величина удельной поверхности активных углей составляет от 400 м2/г до 2500 м2/г [1]. 298 ктивный уголь - единственный про-енный сорбент, обладающий неполярной поверхностью. Он хорошо адсорбирует органические, в том числе неполярные вещества, например: растворители (углеводороды, их галогенпроизводные, простые и сложные эфиры и др.), красители, нефтепродукты и т. д.
Активные угли в основном применяются
для:
• очистки питьевых и сточных вод;
• рафинирования сахара;
• очистки газов и рекуперации растворителей;
• получения медикаментов;
• очистки спирта и вин;
• разделения газовых смесей;
• производства катализаторов;
• получения особо чистых химических веществ;
• в системах защиты органов дыхания [2]. Основная характеристика активных углей
- адсорбционные свойства, которые определяются их текстурой, а также природой поверхностных функциональных групп.
Помимо адсорбционных свойств, также важную роль играют их механические свойства, в первую очередь - механическая прочность и гранулометрический состав.
Механическая прочность характеризует способность активного угля сопротивляться разрушению (истиранию, дроблению) под ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК № 1 2013
воздействием внешних нагрузок. От гранулометрического состава зависит гидравлическое сопротивление слоя сорбента, его поведение в адсорберах кипящего слоя.
В совокупности эти два показателя определяют эксплуатационую стабильность газо-и гидродинамических характеристик адсорбционных аппаратов, в которых применяется активный уголь.
Высокой механической прочности при получении древесных углей добиваются использованием в качестве сырья твердой древесины - скорлупы орехов, фруктовых косточек, дерева твердых пород. Так, для получения активного угля высокой прочности широко используется скорлупа кокосового ореха [3, 4].
В Сибирском же регионе перспективным сырьем для производства сорбента, аналогичного по своей текстуре сорбенту на основе кокосовой, может быть скорлупа кедрового и маньчжурского орехов.
Одним из новых перспективных направлений научно-исследовательской деятельности факультета пищевых и химических производств можно обозначить разработку технологии получения конкурентоспособных активированных углей на основе природных углеродсодержащих материалов, в том числе отходов производства.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Нами были получены образцы активных углей из скорлупы кедрового ореха (СКОАУ) по способу, описанному в пат. РФ 2323878 [5].
Для этого исходное сырье предварительно пропитывали раствором фосфорной кислоты и высушивали. Количество фосфорной кислоты в пропитанной скорлупе было выбрано 8% в пересчете на абсолютно сухое сырье. Далее проводили процесс совмещенных карбонизации/активации с использованием экспериментальной установки, схема которой представлена на рисунке 1. Установка представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, состоящий из трубчатого реактора 3, к нижней части которой присоединяется камера розжига 6 снабженной поддерживающей решеткой 5 и сеткой 4, предотвращающих осыпание материала. Для подачи необходимого количества воздуха в трубчатый реактор 3 имеется воздуходувка 9 и заслонка 8. Плоская крышка-сепаратор 2 предотвращает нежелательный унос мелких частиц активного угля в дымоотвод 1 .
Пропитанное раствором фосфорной кислоты и высушенное древесное сырье помещали в трубчатый реактор карбонизации-активации при открытой крышке-сепараторе с уплотнением каждого слоя. Начальной стадией процесса карбонизирации/активации сырья являлся его розжиг открытым огнем через дверцу в камере розжига при пропускании воздуха. После этого процесс протекает самопроизвольно при перемещении снизу вверх созданного воздушным дутьем термо-кислительного фронта в течение 15-20 минут. После остывания материал промывали дистиллированной водой для удаления фосфорной кислоты. Качественную оценку полноты отмывки проводили молибденованадиевым реактивом.
1
1
Рисунок 1 - Опытная установка для получения активных углей: дымоотвод; 2 - крышка-сепаратор; 3 - трубчатый реактор; 4 - сетка; 5 - поддерживающая решетка; 6 - камера розжига; 7 - днище; 8 - заслонка; 9 - воздуходувка
Для полученных СКОАУ и сравнительных образцов БАУ, по стандартным методикам были определены адсорбционная активность по йоду и осветляющая способность по метиленовому голубому, прочность и насыпная плотность. Результаты экспериментов приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Сравнительная характеристика СКОАУ и БАУ
Свойство сорбента Марка угля
СКОАУ БАУ
Адсорбционная активность по йоду, % 14 47
Осветляющая способность по метиленовому голубому, мг/г 318 238
Прочность, % 89 77
Насыпная плотность, г/дм3 250 243
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:
• По величине механической прочности полученные образцы превосходят уголь БАУна 12%;
• Осветляющая способность по метиленовому голубому для полученных образцов превосходит БАУ на 33 %.
Исходя из изложенного, сочетание высоких механической прочности и осветляющей способности делают полученный сорбент перспективным для очистки воды от органических загрязнителей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пористый углерод/ В.Б. Фенелонов; - Новосибирск: ИК СО РАН, 1995. -518 с.
2. Активный уголь на основе скорлупы грецких орехов/Багреев A.A., Брошник А.П., Стрелко В.В и др. //Журн. прикп. химии. - 1999. - т. 72, № 6. - С. 942-946.
3. Технология комплексной переработки кедровых орехов/ Рудковский A.B., Парфенов О.Г., Щипко М.Л., Кузнецов Б.Н.// Химия растительного сырья. - 2000. №1. - С. 61-68.
4. Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» Получение углеродных адсорбентов из растительных отходов. http://fhi.vniim.ru/news/release359.html
5. Патент РФ №2323878. Способ получения активного угля. 2006, бюлл. №11.
284
ПОЛЗУНОВСКИИ ВЕСТНИК № 1 2013
