CC BY
14
УДК 546.05
И. В. Белик, С. Р. Биктагирова, З. Т. Динь, С. А. Бахтеев, Р. А. Юсупов
СИНТЕЗ СОРБЕНТОВ ИЗ СИСТЕМ Al(III), Cu(II), Mg(II) - NaOH-, Na2SiO3
Ключевые слова: водный раствор, алюмосиликат, доочистка нефтепродуктов от серы.
Проведено исследование систем Al(III), Cu(II), Mg(II) — NaOH-, Na2SiO3 методами потенциометрического титрования и математического моделирования. На основе математического моделирования подобраны оптимальные рецептуры приготовления растворов для синтеза сорбентов с требуемой механической прочностью
Keywords: aqueous solution, aluminosilicate, clean oil from sulfur.
It has been studied the systems Al (III), Cu (II), Mg (II) - NaOH-, Na2SiO3 by the methods of potentiometric titration and mathematical modeling. On the basis of mathematical modeling has been selected the optimal formulation of a solution for synthesis The sorbents with the required mechanical strength.
Введение
С 2011 г. в Европе и с 2014 в России вступили в силу нормы Евро-5 [1]. Согласно их требованиям концентрация серы в автомобильном бензине и дизельном топливе не должна превышать 10 ppm [2].
Существующие методы очистки снижают содержание сернистых соединений в дизельном топливе до 0,1 %, в бензинах до 0,05 %. В этой связи возникает необходимость в методах доочистки нефтепродуктов от серосодержащих соединений, к числу которых относятся сорбционные методы очистки.
Лучше всего зарекомендовали себя сорбенты на основе алюмосиликатов вследствие способности к регенерации. Перспективным методом их синтеза является гидрохимическое осаждение из систем Al(III), Mg(II), Cu(II) - H2O - NaOH, Na2SiC>3. Такой метод при этом требует изучения равновесных процессов, протекающих в системе.
Первоочередной задачей является подбор концентраций исходных компонентов для получения сорбента с хорошими показателями механической прочности. Поэтому оптимизация синтеза алюмосиликатов, содержащих медь, магний на основе математической модели системы Al(III), Si(IV), Cu(II), Mg(II)- H2O - NaOH, Na2SiO3 и соотнесение механических свойств сорбентов с составом и условиями синтеза является актуальной задачей.
Экспериментальная часть
По навескам солей CuCl2^6H2O (чда), AlCl3^6H2O (чда) и MgCl2^6H2O (хч) с использованием электронных весов OHAUS Adventurer Pro AV 264 готовились растворы Cu(II), Al(III), Mg(II) и их смеси. Раствор титранта NaOH готовился по навеске реактива NaOH (чда).
Далее проведено потенциометрическое титрование этих растворов стандартным раствором NaOH. Значения рН измерены на потенциометре рН-673.М. Кривые потенциометрического титрования представлены на Рис. 1 и Рис. 2 в координатах n=f(pH), где n -отношение числа молей ионов OH- к числу молей иона металла.
Как видно из данных рис. 1, 2 в системе Cu(II)— Mg(II)—H2O—OH- не образуется новых соединений, то же самое относится к системе Al(III)- Cu (II)-H2O-
ОН . В системе А1(111)-Мд(11)-Н20-0Н образуется новое (гетероядерное) соединение А1(111) с Мд(11) при рН = 9 - 10 см. рис. 2. Можно предположить, что в этой области должны получаться наиболее механически прочные сорбенты.
Al 0.SM
йош w>ij С» ММ
с t ? 9 la 0 , п ОМ'з
J
и)""
Рис. 1 - Кривые потенциометрического титрования растворов Al(III), Cu(II), Mg(II) =»
CaOmUfOAU Km*U
AJ GiNLMj 0.6М C*C',ftj Al0fiM.Ce0.6M wu
i с«
. j
№........;........j.........fc
и и V и и V ни щ щ и}*1*
Рис. 2 - Кривые потенциометрического титрования смесей растворов А1(111), Си(11), Мд(11)
На основе этих экспериментальных данных и с помощью программного продукта Бр (разработан проф. Р.А. Юсуповым) рассчитаны значения рН растворов, при которых далее выделены осадки из системы А!(!!!)-Мд(!!)-Н20-0Н-. Расчеты проведены с использованием значений констант равновесий, определенных в работах [3-5].
Отделение осадка от маточного раствора осуществлено с применением фильтрации под вакуумом на воронке Шота при тщательном промывании дистиллированной водой. Далее к осадку добавлены порции различных объемов растворов ЫаОН и Ма2ЭЮз согласно расчетам по программе
Бр, после чего раствор перемешивался не менее часа. Далее осадок заполняется в шприц и выдавливается. Диаметр трубок (сорбента) полученных из осадка составляет 2.0 мм. Затем сорбент прокаливается при температуре 250°С и 400°С. После этого оценена механическая прочность сорбента (Таблица 1), с помощью установки, показанной на Рис. 3.
Таблица 1 - Механическая прочность сорбентов
Состав соединения Механическая прочность, г/см
Комнатная температура 250° С 400° С
AiGi3-6H2Q+MgGi2+Na QH 8 5 5
AiGi3-6H2Q+ Na2SIQ3 3 27 30
AiGi36H2Q+MgGi2+Na2 SIQ3 3 15 9
AiGi36H2Q+MgGi2+Na2 SIQ3 (опыт 1) 7 - 35
AiGi36H2Q+MgGi2+Na2 SIQ3 (опыт 2) 10 - 37
Рис. 3 - Установка для измерения механической прочности: а - вид спереди; б - вид сбоку (1 - штатив; 2, 3 - устройство для закрепления сорбента с отверстиями 0 = 1, 2 и 3 мм; 4 - плоская пластина с отверстием для навешивания на сорбент; 5 - подвеска для гирь, 6 - фиксатор плоской пластины, 7 -гири,8 - сорбант)
Для измерения механической прочности сорбент в форме цилиндров диаметром 2.0 мм закрепляются в отверстии соответствующего диаметра. Пла-
стина с подвеской для гирь вставляется в сорбент на расстоянии 1см от края штатива. На подвеску для гирь постепенно ставятся гири и фиксируется максимальная суммарная масса гирь при изломе цилиндра.
Из данных Таблица 1, установлено, что температура 400°С для прокаливания сорбента является оптимальной для достижения заданной прочности. Соединение AlCl3-6H2O+MgCl2+Na2SiO3 обладает наибольшей механической прочностью в сравнении с другими соединениями, содержащими магний.
Заключение
Установлены закономерности влияния состава сорбентов и температуры на механическую прочность сорбентов. Сорбенты полученные из систем AlCl36H2O+MgCl2+Na2SiO3 обладают высокой механической прочностью равной 37 г/см.
Литература
1. Шишков, В.А. Методы управления рабочим циклом двухтопливных и однотопливных поршневых газовых двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием: дис. ... д-ра. техн. наук: 05.04.02 / В.А. Шишков -Самара, 2013. - 395 с.
2. Бекетова А.Б., Касенова Ж.М. Перспективы развития нефтеперерабатывающих заводов Республики Казахстан // Вестн. КазНТУ. - 2012. - № 3.
3. Петрова Е.В., Юсупов Р.А., Романова Р.Г., Сопин В.Ф. Математическое моделирование равновесий в системе Al(III)-Zr(IV)-H2O-OH- // Вестник Казан. технол. ун-та. -2004.- №1. - С. 156-163.
4. Гумеров Т.Ю., Добрынина А.Ф., Юсупов Р.А., Барабанов В.П. Потенциометрическое титрование Al(III) гид-роксидом натрия в присутствии флокулянтов // Вестник Казан. технол. ун-та. -2004.- №1. - С. 147-155.
5. Сорокина И.Д., Дресвянников А.Ф., Юсупов Р.А. Математическое моделирование равновесий в системах Fe(II), SO42" - H2O - OH" (I); Fe(II), SO42" - H2O - OH-, NH3 (II); Fe(II) - Al(III) - H2O - OH- (III) для оптимизации синтеза гетероядерных соединений // Вестник Казан. технол. ун-та. -2008.- №6. - С. 1-24.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках федеральной целевой программы по госконтракту 16.552.11.7012 и при финансовой поддержке гранта ГОЗ 03-53; по госконтракту 16.552.11.7060; в рамках ПНИЛ 96.12; в рамках утвержденного задания № 4.1584.2014/К конкурсной части государственного задания на 2014- 2016. Измерения проведены на оборудовании ЦКП КНИТУ в лаборатории спектральных методов анализа.
© И. В. Белик - магистрант каф. аналитической химии, сертификации и менеджмента качества КНИТУ, [email protected]; С. Р. Биктагирова - магистрант той же кафедры, [email protected]; З. Т. Динь - асп. той же кафедры, [email protected]; С. А. Бахтеев - к.х.н., асс. той же кафедры, [email protected]; Р. А. Юсупов - д.х.н., проф. той же кафедры, [email protected].
© I. V. Belik - undergraduate of Department of Analytical Chemistry, Certification and Quality Management, [email protected]; S. R. Biktagirova - undergraduate of the same department, [email protected]; Z. T. Dinh - graduate of the same department, [email protected]; S. A. Bakhteev - Ph.D. ass. of the same department, [email protected]; R. A. Yusupov - Dr. Sci. (Chem.), prof. of the same department, [email protected].
