Равновесие сорбции н-бутанола из его паровоздушных смесей активными углями различных марок Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 661.6.183

Е. В. Зенькова*, В. Н. Клушин, А. В. Осипова.

Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 e-mail: zenkova-elena@yandex.ru

РАВНОВЕСИЕ СОРБЦИИ Н-БУТАНОЛА ИЗ ЕГО ПАРОВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ АКТИВНЫМИ УГЛЯМИ РАЗЛИЧНЫХ МАРОК

Приведено сравнение поглотительной способности активных углей марок БАУ и АР-В и активного угля ДПУ, полученного из компонентов ТБО - фрагментов ДСП и ППУ, растворенного в серной кислоте, при очистке воздуха от паров ЛОР на примере бутанола. Показана высокая конкурентоспособность активного угля ДПУ в этом процессе, обусловленная спецификой его пористой структуры.

Ключевые слова: отходы фрагментов древесностружечных плит и мягкого пенополиуретана, активные угли, пары летучих органических растворителей, равновесие сорбции.

Насыщенность и разнообразие мебельного рынка, обусловливаемые растущими потребностями населения, непрерывно увеличиваются [1]. Объем производства мебели в России в период 2012-2014 гг. возрос в 1,7 раза [2]. Пропорционально растет в составе ТБО и количество фрагментов утильной мебели в виде, в частности, ДСП и ППУ. Отходы ППУ наряду с другими отходами на базе синтетических полимеров представляют серьезную проблему во всем мире в виду их значительной массы: только в России ежегодно образуется около 750 тыс. т полимерных отходов, из которых находят использование лишь 10 % [3]. В РХТУ им. Д.И. Менделеева разработана технология активного угля марки ДПУ на базе названных фрагментов вышедшей из эксплуатации бытовой и офисной мебели [4, 5]. Ее реализация, как представляется, является важной задачей. В условиях значительного спроса на подобную продукцию она обещает способствовать, в частности, эффективному решению проблемы ТБО в названной ее части.

Практически важным является изучение эксплуатационных свойств адсорбента, получаемого в соответствии с этой технологией, и их сопоставление с таковыми активных углей отечественного заводского производства. В настоящей работе такое сопоставление выполнено применительно к процессу очистки воздуха от паров летучих органических растворителей (ЛОР) на примере бутанола с привлечением промышленных адсорбентов марок БАУ и АР-В. Характеристики их пористой структуры наряду с таковыми угля ДПУ согласно [5, 6] характеризуют данные таблицы 1.

Таблица 1. Характеристика пористой структуры

Марка угля Суммарный объем пор Vs, см3/г Объем, см3/г Удельная поверхность, м2/г

Vмикро Vмезо

ДПУ 0,80 0,40 0,38 810-966

АР-В 0,55 0,25 0,04 730-800

БАУ-А 1,71 0,24 0,09 400-500

Данные таблицы 1 позволяют заключить, что уголь ДПУ имеет удельную поверхность по БЭТ, сравнимую с таковой угля АР-В, предназначенного для рекуперации паров ЛОР, и превышающую этот показатель активного угля марки БАУ на древесной основе. Объемы его микро- и переходных пор также превосходят аналогичные характеристики указанных коммерчески доступных углеродных адсорбентов.

Результаты выполненного при комнатной температуре (20 оС) исследования равновесия адсорбции паров н-бутилового спирта из его паровоздушных смесей названными активными углями представлены на рисунке 1. Изотермы этого рисунка построены по предельным величинам насыщения этих адсорбентов парами бутанола при изучении кинетики их адсорбции при указанной температуре при различных величинах относительного давления Р^, выполненном на проточной установке с пружинными весами при удельном расходе паровоздушных смесей, исключавшем внешнедиффузионное торможение и составлявшем 2,1 л/(см2мин).

Анализ данных рисунка 1 указывает, что максимальные величины адсорбции паров н-бутанола активными углями БАУ, АР-В и ДПУ образуют восходящую последовательность 0,12 > 0,31 > 0,39 г/г. Представленные изотермы удовлетворительно описывает уравнение Дубинина-Радушкевича

ln A = ln A -

BT2 (. Ps ' —— ln —

P I P

[7]. Отношение

BT2

p2

V

представляет тангенс угла наклона изотермы, выраженной в координатах этого уравнения. Эти величины составили для угля БАУ — 0,6526, для АР-В — 0,3266, для ДПУ — 0,1684.

2

Таким образом, охарактеризованные результаты свидетельствуют об очевидных преимуществах гранулированного активного угля ДПУ по сравнению с гранулированным углем АР-В и зерненым углем БАУ в решении задач очистки воздуха от паров ЛОР. Естественно, что данное заключение нуждается в более детальном обосновании, связанном с анализом вопросов регенерации насыщенных адсорбентов и их цикличного использования в названных процессах, являющихся предметом текущих исследований авторов.

Зенькова Елена Васильевна, аспирант кафедры Промышленной экологии РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва.

Клушин Виталий Николаевич, профессор, д.т.н., профессор кафедры Промышленной экологии РХТУ им.Д.И. Менделеева, Россия, Москва.

Осипова Анастасия Сергеевна, студентка факультета Биотехнологии и промышленной экологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.

Литература

1. Рынок мебели 2014: итоги года и прогноз развития до 2018 с учетом вступления России в BTO.http://marketing.rbc.ru/research/562949994315397.shtml (дата обращения 25.11.2015).

2. Вокруг нуля. // Мебельный бизнес, № 6 (131), август 2014 г. http://www.promebel.com/ru/headings/?articleID=12696 (дата обращения 25.11.2015).

3. Денисов В.В. Экология города: Учебное пособие // Ростов н/Д: Издательский центр "МарТ", 2008, 832 с.

4. Зенькова Е.В., Рыжкова О.Д., Егорова Н.А. // XVI международной экологической конференции «Экология России и сопредельных территорий». Новосибирский гос. ун-т. - Новосибирск, 2011, - C. 191-192.

5. Зенькова Е.В., Клушин В.Н., Осипова А.С.// Химическая промышленность сегодня. - 2016. № 2.- C. 26-29.

6. Мухин В.М. Активные угли. Эластичные сорбенты. Катализаторы, осушители и химические поглотители на их основе. Номенклатурный каталог. -М.: Руда и металлы, 2003.- 280 с.

7. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. -М., Химия, 1984.-C.592.

Zenkova Elena Vasilevna*, Klushin Vitali Nikolaevich, Osipova Anastasija Sergeevna D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia *e-mail: zenkova-elena@yandex.ru

BALANCE OF SORPTION OF N-BUTANOL FROM ITS STEAM-AIR MIXES BY ACTIVE COALS OF VARIOUS BRANDS

Abstract

Comparison of absorbing ability of active coals of the BAU and AR-V brands and the DPU active coal received from the MSW components - fragments of the chipboard and PPU dissolved in sulfuric acid is given at purification of air of vapors of flying organic solvents on the example of a butanol. The high competitiveness of the DPU active coal in this process caused by specifics of its porous structure is shown.

Key words: waste of fragments of wood chipboards and soft polyurethane foam, active coals, vapors of flying organic solvents, balance of sorption.