Научная статья на тему 'Синтез сорбентов из систем Al(III), Cu(II), Mg(II) - NaOH -, na 2SiO 3'

Синтез сорбентов из систем Al(III), Cu(II), Mg(II) - NaOH -, na 2SiO 3 Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
91
14
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ВОДНЫЙ РАСТВОР / AQUEOUS SOLUTION / АЛЮМОСИЛИКАТ / ALUMINOSILICATE / ДООЧИСТКА НЕФТЕПРОДУКТОВ ОТ СЕРЫ / CLEAN OIL FROM SULFUR

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Белик И.В., Биктагирова С.Р., Динь З.Т., Бахтеев С.А., Юсупов Р.А.

Проведено исследование систем Al(III), Cu(II), Mg(II) NaOH -, Na 2SiO 3 методами потенциометрического титрования и математического моделирования. На основе математического моделирования подобраны оптимальные рецептуры приготовления растворов для синтеза сорбентов с требуемой механической прочностью

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Белик И.В., Биктагирова С.Р., Динь З.Т., Бахтеев С.А., Юсупов Р.А.

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

Текст научной работы на тему «Синтез сорбентов из систем Al(III), Cu(II), Mg(II) - NaOH -, na 2SiO 3»

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, irishka-126@mail.ru; С. Р. Биктагирова - магистрант той же кафедры, melmik598@mail.ru; З. Т. Динь - асп. той же кафедры, gnudktvn@gmail.com; С. А. Бахтеев - к.х.н., асс. той же кафедры, said-bah@yandex.ru; Р. А. Юсупов - д.х.н., проф. той же кафедры, yusupovraf@yandex.ru.

© I. V. Belik - undergraduate of Department of Analytical Chemistry, Certification and Quality Management, irishka-126@mail.ru; S. R. Biktagirova - undergraduate of the same department, melmik598@mail.ru; Z. T. Dinh - graduate of the same department, gnudktvn@gmail.com; S. A. Bakhteev - Ph.D. ass. of the same department, said-bah@yandex.ru; R. A. Yusupov - Dr. Sci. (Chem.), prof. of the same department, yusupovraf@yandex.ru.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.