CC BY
35УДК 536.42
СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКА СОРБЕНТОВ НА ОСНОВЕ СКОРЛУПЫ КЕДРОВОГО ОРЕХА
А.В. Богаев, М.А. Полетаева, Е.С. Черняева
В статье представлена сравнительная характеристика свойств и характеристик сорбентов, полученных на основе скорлупы кедрового ореха. Проведена оценка влияния различных модификаторов на свойства и характеристики сорбентов и их изменение на всех стадиях обработки.
Ключевые слова: активный уголь, сорбенты, адсорбционная активность, получение сорбентов, основные свойства сорбентов.
В промышленном производстве, к сожалению, всегда образуются загрязняющие вещества, которые по различным каналам попадают в окружающую среду. Большая часть экотоксикантов способны накапливаться в окружающей среде и в течение длительного времени оказывать токсическое воздействие на живые организмы (эффект долгосрочного воздействия). Все химические соединения, сбрасываемые в окружающую среду, и продукты их распада, в конечном счете, попадают в водоемы.
Защита водных объектов от деградации в настоящее время являются весьма актуальной задачей, которая требует применения новых подходов при очистке сточных вод, в том числе ресурсосберегающих технологий, позволяющих использовать в производственных процессах очищенную воду, тем самым снижая потребление свежей.
Процессы адсорбции и ионного обмена на твердых сорбентах используют для очистки сточных вод от различных токсикантов.
В практике водоподготовки и очистки сточных вод наиболее распространенными являются активированные угли, хорошо сорбирующие органические, в том числе неполярные вещества, например растворители (углеводороды, их галогенпроизводные, простые и сложные эфиры и др.), красители, нефтепродукты. Адсорбционные свойства сорбентов определяются их текстурой, природой поверхностных функциональных групп. Помимо адсорбционных свойств, важную роль играют их механические свойства (механическая прочность и гранулометрический состав), которые в совокупности определяют эксплуатационную стабильность газо- и гидродинамических характеристик адсорбционных аппаратов, в которых применяется активный уголь. На выбор сорбентов влияют такие характеристики как влажность, золь-
ность, адсорбционная емкость по метилено-вому голубому и йоду, отражающие распределение пор сорбента по размерам.
Для получения активных углей может использоваться разнообразное органическое сырьё. С позиции ресурсосбережения перспективным сырьём для получения активных углей становятся углеродсодержащие отходы (опилки, стружка, скорлупа орехов, фруктовые косточки). Угли, отличающиеся высокой механической прочностью и адсорбционной способностью, получают из скорлупы кокосовых орехов [1]. В Сибирском регионе перспективным сырьем для производства сорбентов, аналогичных по своей структуре сорбенту на основе кокосовой, может быть скорлупа кедрового и маньчжурского орехов.
Одним из новых перспективных направлений научно-исследовательской деятельности факультета пищевых и химических производств является разработка технологии получения конкурентоспособных активированных углей на основе природных углерод-содержащих материалов, в том числе отходов производства.
При получении активных углей их свойства можно регулировать, при этом на выход и рабочие характеристики угля влияют природа сырья, метод активирования, условия и продолжительность процесса [2].
До промышленной выработки адсорбента отвечающего заданным требованиям необходимо отслеживать изменение основных адсорбционных свойств и характеристик сорбента, претерпевающего изменения на различных этапах обработки.
Нами изучалась возможность использования активного угля на основе скорлупы кедрового ореха в качестве сорбента нефтепродуктов. Получение сорбентов состоящих из скорлупы кедрового ореха и асбеста осу-
А.В. БОГАЕВ, М.А. ПОЛЕТАЕВА, Е.С. ЧЕРНЯЕВА
ществлялось по способу являющемуся ноу-хау АлтГТУ.
Таким способом были получены четыре образца:
- У-СКО-А(1/1);
- У-СКО-А(1/3);
- У-СКО-Масла;
- СКО-А-430.
Изучение свойств новых сорбентов проводилось в сравнении с образцом Пермского завода сорбентов «АралХимСорб» ДАК.
Установление степени влажности сорбентов имеет важное значение, поскольку при влажности более 5 % изменяются свойства сорбента при его хранении и транспортировании.
Влажность сорбентов определяется по методике ГОСТ 12597-67 при высушивании навески продукта в сушильном шкафу до постоянной массы и определении уменьшения массы продукта. Массовая доля воды выражается в процентах.
Влажность всех исследуемых образцов не превысила 1 % , что позволяет их использовать в промышленном масштабе.
Зольность характеризует количество неорганических элементов в составе активного угля. Определение массовой доли золы осуществляется по ГОСТ 12596-67. Сущность метода заключается в озолении навески образца в муфельной печи, прокаливании зольного остатка до постоянного веса при температуре (850±25) °С и взвешивании полученного остатка.
Как и ожидалось зольность исследуемых образцов значительно выше, чем у образца сравнения, что обуславливается содержанием в них асбеста.
Не менее важным фактором увеличения срока службы сорбентов является прочность, так как при фильтрации воды и очистке воды углем, особенно больших объемов, происходит постепенное механическое разрушение сорбента. Среди изученных сорбентов наименьшую измельчаемость и истираемость имеет образец У-СКО-Масла. Крепкая комко-
образная структура сорбента объясняется наличием в нем масел, которые при пиролизе связывают скорлупу и асбест в прочные агломераты.
Существует зависимость между йодным числом активированного угля и его удельной поверхностью, которую можно определить по методу Брюнера - Эммета - Теллера (БЭТ). Йод адсорбируется в основном на поверхности пор с диаметром значительно более 1 нм, а при большой удельной поверхности возрастает доля тонких пор, которые не доступны молекулам йода. Адсорбционная активность по йоду исследовалась по ГОСТ 6217-74.
Испытуемые образцы показывают небольшое значение активности, заметно уступая эталонному образцу. Но в свою очередь и заявленная производителем активность образца ДАК не соответствует полученному значению.
Так же была определена сорбционная ёмкость по метиленовому синему по ГОСТ 4453-74, показатель позволяющий судить о поверхности активированного угля, образованной порами с диаметром более 1,5 нм.
На основании полученных данных, можно сказать, что сорбенты являются перспективными сорбционными материалами, адсорбционная активность по отношению к красителю метиленовому синему не уступает образцу Пермского завода сорбентов «АралХимСорб».
Свойства исследованных сорбентов представлены в таблице 1.
Таким образом, полученные из скорлупы кедрового ореха и асбеста сорбенты по основным характеристикам не уступают известным промышленным образцам и для определение спектра их использования нами изучалась сорбционная емкость по нефтепродуктам. Статическая емкость сорбентов характеризуется изотермой сорбции. Для получения изотермы сорбции определяли сорбци-онную емкость сорбентов при различных концентрациях нефтепродуктов в воде при постоянных условиях (1=20 °С). Полученные изотермы сорбции, представлены на рисунке 1.
Таблица 1 - Свойства сорбентов
Адсорбционная активность Влажность, % Зольность, % Механическая прочность, %
Образцы по метиленовому голубому, мг/г по йоду, %
У-СКО-А(1/1) 33 5 1 52 79
У-СКО-А(1/3) 36 4 1 42 79
У-СКО-Масла 34 2 1 65 90
СКО-А-430 21 4 0,5 84 82
ДАК 36 17 1 5 78
СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКА СОРБЕНТОВ НА ОСНОВЕ СКОРЛУПЫ КЕДРОВОГО ОРЕХА
1 - ♦- ДАК; 2 - -□- У-СКО-А(1/3); 3 - А-У-СКО-А(1/1); 4 -А- У-СКО-430; 5 - #-У-СКО-масло Рисунок 1 - Изотермы сорбции нефтепродуктов на различных сорбентах
Невысокие значения сорбционной емкости образцов У-СКО-430 и У-СКО-Масло по сравнению с остальными делает нерентабельным их применение в качестве сорбентов при очистке воды. Однако сорбенты У-СКО-А(1/1) и У-СКО-А(1/3) показывают значения близкие к показателям известной марки активного угля (ДАК), что в перспективе позволит использовать их для очистки сточных вод и создании водооборотных циклов на предприятиях.
На сегодняшний день оОо «Барнаульский завод РТИ» является крупнейшим современным предприятием химической отрасли Алтайского края, а также основным производителем резинотехнических изделий в регионах Сибири и Дальнего Востока.
Практически все узлы технологических операций при производстве резинотехнических изделий являются источниками загрязнения как ливневых, так и производственных сточных вод. В настоящее время на предприятии проектируются системы очистки воды с применением сорбентов полученных из скорлупы кедрового ореха на базе кафедры химической техники и инженерной экологии.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Технология комплексной переработки кедровых орехов / А. В. Рудковский, О. Г. Парфенов, М. Л. Щипко, Б. Н. Кузнецов // Химия растительного сырья. - 2000. - № 1. - С. 61-68.
2. Фенелонов В. Б. Пористый углерод : монография. Новосибирск : Институт катализа, - 1995. - 518 с.
3. Патент РФ № 2174011, А61К 35/78, С07С 37/80, опубл. 27.09.2001.
4. Патент РФ №2323878. Способ получения активного угля. - 2006, - бюл. № 11.
5. Богаев, А. В. Получение активных углей из скорлупы кедровых орехов / А. В. Богаев, И. А. Лебедев, Д. Ф. Карчевский, Д. А. Берестенников, О. О. Вторушина // Ползуновский вестник. - 2013. -№ 1. - С. 282-284.
Богаев Александр Владимирович -
аспирант, Генеральный директор ООО «Барнаульский завод РТИ»; 8-(3852)245519, e-mail: [email protected].
Полетаева Мария Александровна -к.т.н., доцент кафедры ХТиИЭ АлтГТУ им. И.И. Ползунова, 8-(3852)245519, e-mail: [email protected].
Черняева Екатерина Сергеевна - магистрант, ФПХП, гр. 8ЭРПХ-51 АлтГТУ им. И.И. Ползунова, 8-(3852)245519, e-mail: [email protected].
