Термоокислительная активация и регенерация шунгитового сорбента Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

© И.О. Крылов, С.И. Ануфриева, A.B. Крылова, 2003

УЛК 622.793.5

И.О. Крылов, С.И. Ануфриева, A.B. Крылова

ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНАЯ АКТИВАЦИЯ И РЕГЕНЕРАЦИЯ ШУНГИТОВОГО СОРБЕНТА

В последнее время работами ВИМСа показана перспективность использования шунгитовой породы Зажо-гинского месторождения для очистки сточных вод от нефтепродуктов. Широкое внедрение шунгитовых сорбентов в народ-ное хозяйство требует дальнейшего повышения их сорбционной активности и разработки процесса регенерации отработанного сорбента.

Известно, что исследуемая порода содержит около 30% масс углерода, 50% оксида кремния, примеси оксидов железа и другие.

Целью работы является изучение влияния термоокислительной обработки на сорбционную активность, выявление роли углеродной и минеральной составляющей в процессе сорбции и разработка процесса регенерации шунгитового сорбента.

Термоокислительную обработку проводили на воздухе при трех температурах, соответ-стующих характерным точкам термограммы породы, (рис. 1) -максимуму экзопика (528о С) и точкам перегиба (411 и 750о С), отражающим, температуры

структурных изменений материала. Быстрое увеличение потери веса породы, которое, со-

гласно кривой ТС, имеет место выше 500 оС, объясняется выгоранием углерода. Сорбцию нефтепродуктов изучали из приготовленных специальным образом модельных водных растворов. Сравнение изотерм сорбции (рис. 2), представляющих зависимости сорбционной емкости от равновесной концентрации растворов, показывает, что термоокислительная обработка повышает исходную сорбционную емкость (кривая ШС-750), т.е. активирует сорбенты в 1,5-4 раза. Ряд активности имеет вид ШС-750 = ШС-411>> ШС-528> ШС-исх., согласно которому наиболее эффективна активации при самой низкой и наиболее высокой температурах.

В таблице представлены характеристики структуры сорбентов.

Изотерма исходного образца описывается моделью Лэнгмюра, отвечающей монослойной адсорбции на однородной поверхности, тогда как изотермы всех активированных образцов описываются моделью Фрейндлиха, соответствующей полимолеку-лярной адсорбции на резко неоднородной поверхности. Измеренные величины сорбции соответствуют покрытию 75 % поверхности исходного ШС и образованию

до 1,5 монослоев нефтепродуктов на активированных образцах.

Термоокислительная актива -ция до трех раз увеличивает удельную поверхность, до 10 раз общий объем пор и изменяет объем микропор сорбента. Корреляция активности с общим объемом пор и объемом микро-пор сорбентов указывает на то, что термоокислительная активация обусловлена, в первую очередь, развитием пористой структуры сорбента.

На рис. 3 можно видеть, что содержание углерода в породе не определяет активности. Активация при 411оС имеет место при почти неизменном содержании углерода. При частичном выгорании углерода выше 500 оС сорбция возрастает по мере уменьшения содержания углерода в образцах.

По данным компьютерной рентгеновской томографии углерод по мере повышения температуры диффундирует из объема силикатной матрицы в приповерхностные слои зерна. Активированные сорбенты с высоким содержанием углерода в объеме оказываются одинаковыми по активности с образцами с относительно тонким слоем приповерхностного углерода.

Отработка технологических режимов сорбции нефтепродуктов в динамических режимах (рис. 4) подтверждает большую степень извлечения нефтепродуктов активированным сорбентом (на примере ШС-528), чем исходным образцом.

На рис. 5 можно видеть, что термоокислительная регенерация сорбентов при 411 оС приводит к безостаточной десорбции неф-

ХАРАКТЕРИСТИ КА СТРУКТУРЫ СОРБЕНТОВ

Сорбент Модель изотермы Тип поверхности и сорбции Заполнение поверхности 0 монослой Удельная поверхность Буд м2/г Объем ме-зопор, Уме, см3/г Предельный объем микропор, У„ см3/г

ШС исх. Лэнгмюр Однородная монослойная 0,75 9,05 0,025 0,032

ШС 411 Фрейндлих Неоднородная полимолекулярная 1,5 27,96 0,289 0,035

ШС 528 Фрейндлих Неоднородная полимолекулярная 1,2 29,26 0,175 0,044

ШС 750 Фрейндлих Неоднородная полимолекулярная 1,4 9,02 0,3 0,025

Ряд активности: Упор: ШС-750 « ШС 411 > ШС 528 >> ШС исх

масса

т (мг)

>40 4

0.0 — — -1528 С ,

900 Т6 Ттч . г. - / /-о •

01(3

-20.0 33*4Х

У/ 750 С ;■

0ТА / |У

411 С "

/ -1.0'

Т

о

1СК время t

Рис. 1. Термограмма исходной шунгито-

вой породы

Равновесная концентрация, мг/л.

Рис 2. Изотермы адсорбции нефтепродуктов шунгитом исходным и его термоактивированными образцами

Содержание углерода, %

Рис 3. Зависимости адсорбционной емкости от содержания углерода в шунгитовом сорбенте

100% IV

80% і \ к

извлечение, % 2 4 6 %%% 4 - й иикп алсорбмии

^^ 1 - й микп алсорбмии

0 20 40 60 80 100 120

Время, час.

Рис. 6. Экспериментальные динамические кривые извлечения нефтепродуктов из модельного раствора ШС 411 в первом и четвертом цикле

тепродуктов. По предварительным данным, в продуктах десорбции обнаруживаются только диокид углерода и пары воды. Это указывает на возможность каталитического окисления нефтепродуктов примесью оксидов железа на поверхности сорбента,

присутствие которых в приповерхностных слоях подтверждено рентгеновской томографией.

Рис. 6 представляет пример активности сорбентов при цикловой работе сорбция- регенерация, согласно которому при переходе от первого к четвертому

циклу активность может возрастать на 18- 30%. Дополнительная активация в ходе термоокислительной регенерации отработанных сорбентов сопровождается уменьшением содержания углерода.

ТЕХНИЧЕ—КИЕ~ХАРА

ІІ „

R Ом х 100

ТЕщтки щвщгА-тчЕСКИїіропедАТОРОВ исследования

_гельность

Крупность исходно

Диаметр осадитель

і осадительно:

чество секций

ляемая

ПОТ^е^

U (B)х Т0

регенерации со-

позволі

УШ-ЭДать

pF

TT

20400

гтт|

о рмуаб

гр=ириала, мм 7

його электрода, мм стрирует воз—

о элёктртммсть

очистки и

УсіаНзоВі0,ОІ1і4,0}зво

1,5 м /ч^з^ОН1 мНогс

плуатаЦи ниях

гс^рОренЫерЗДир^^бИДпе

а очистн

и

-ав

мощіость ОТра бОтаннПОдогревОдЫев сОответстві

анспорта,

а качество очищенно

время, мин.

итные размер длина ™ирин

Рис. 7. Диаграмма взаимосвязи токовых и тем - ысота пературных параметров при проведении электрорегенерации ШС постоянным током (высота слоя=25 мм; статическая нагруз- /пРаЕ ка=0,07кг/см2)

тора,

тельн

сорбентов_____Ак-

ниями ІПК для для

ы,тШность после электрорегенерации в режимах переменного или

венных водоемов. испольэойала сь си окисли Ге^лУЙо й бента Г 2700

кг постоянного то-

Т акиМ 70обра зом

ления, кгохраняется_______тельная аООквация

у?та-згкв(дО-

лозовЫ* во,

*320

ь

мой 9кс

О

с

ооруже

и1 с требовг рыбохозяйст

На установке сїЄ160 терме 5е00нераци

220рмоокис

іОЗЗООляет по

ес^ипукавонрадпга рудных луяариановые активные шунги

Расчеты показали экономическую эффективность термоокислительной регенерации. Эконо-ческий эффект использования шунгитового сорбента в 5-ти цик-

При электрорегенерации температура задается начальной силой тока и напряжением. Период регенерации сокращается в 8-10 раз и носит характер авторегуляции. Химический состав сорбента сохраняется неизменным.

вые сорбционные материалы, рактеризующиеся различной ристой структурой и содер-ем углерода, и пригодные, даря возможности регенерации, для многократного ис-

ния при сорбционной очистке.

КОРОТКО ОБ авторах

Крылов И.О., Ануфриева С.И. - ВИМС. Крылова А.В. - РХТУ.

© А.И. Месеняшин, Н.А. Логачева, 2003

УЛ К 621.928

А.И. Месеняшинн, Н.А. Логачева ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКАЯ СЕПАРАЦИЯ

рулного и техногенного сырья

а последние годы повысился интерес к электростатической сепарации и, соответственно спрос на электростатические сепараторы. Это экологически чистый процесс, который не загрязняет окружающую среду химическими реагентами, не потребляет воды и может быть использован в районах с ограниченными водными ресурсами. Электростатические сепарато-

ры просты в эксплуатации и не имеют быстроизнашивающихся дорогостоящих деталей, мощность электрического оборудования сепараторов небольшая

[1-5].

С учетом особенностей этого процесса и оборудования для его осуществления прикладные работы велись в следующих направлениях: создание электросепараторов различной производи-

тельности для доводки редкоме-талльных концентратов; разработка технологии и создание электросепараторов для выделения металлов из вторичного сырья (отходов и устаревших деталей электро- и радиоаппаратуры, кабеля и т. д.); регенерации материалов - диэлектриков (например, пластмасс) при их вторичном использовании; глубокой очистки металлических порошков от окислов и неметаллических частиц, и наоборот глубокой очистки неметаллических частиц от проводящих частиц; обогащения неметаллорудного сырья (полевых шпатов, кварца, волластонита, слюды), классификация материалов по крупности и форме.

Оборудование для электростатической сепарации