CC BY
27
УДК 661.6.183
Е. В. Зенькова, О. Д. Рыжкова, В.Н. Клушин
Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия
ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ПИРОЛИЗА НА ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАРБОНИЗАТОВ СЫРЬЕВОЙ КОМПОЗИЦИИ НА БАЗЕ ПОРОШКА ДСП И ПРОДУКТА РАСТВОРЕНИЯ ПЕНОПОЛИУРЕТАНА В СЕРНОЙ КИСЛОТЕ.
Исследована зависимость технических характеристик карбонизатов сырьевой композиции, полученной смешением порошка ДСП и продукта растворения пенополиуретана в серной кислоте, от длительности процесса пиролитической карбонизации сформованных гранул массового состава (ППУ:И2804):ДСП = (1:1,6):0,7 в условиях подъема температуры с интенсивностью нагрева 10 °С/мин до 800 °С, путем оценки их пористой структуры методом молекулярных щупов.
The dependence of the technical characteristics of карбонизатов raw material composition, obtained by mixing powder chipboard and product dissolution of polyurethane foam in sulfuric acid, the duration of the process of pyrolytic carbonation of the formed granules mass composition (Polyurethane:H2S04):Chipboard = (1:1,6):0.7 conditions of temperature increases with the intensity of heating of 10 °C/min up to 800 degrees, by the evaluation of their porous structure by the method of molecular probes.
Одна из разрабатываемых на кафедре технологии защиты биосферы РХТУ им. Д.И. Менделеева технологий гранулированных активных углей (ГАУ) ориентирована на вовлечение в их производство вышедшей из употребления мебели в виде фрагментов облагороженных древесностружечных плит (ДСП) и пенополиуретановых (ППУ) амортизирующих элементов. Её прототипом является способ получения ГАУ согласно патенту [1]. В соответствии с последним, отходы полиуретанполиамидного трикотажного полотна, растворенные в серной кислоте и смешанные с порошком торфа, позволяют эффективно решать задачу их переработки в дорогостоящую продукцию - активные угли. Эти адсорбенты, сформованные в виде гранул, характеризуют высокие показатели микропористой структуры и прочности при истирании, что делает особенно привлекательным их использование в процессах извлечения драгоценных металлов из хвостовых пульп реализуемых технологий их добычи. Основу этой технологии составляют процессы получения олигомерного щелока, гранулирования приготовленных на базе последнего и торфа паст, сушки полученных гранул, их карбонизации и активации.
Предполагается, что продукты сернокислотного гидролиза ППУ и ДСП в условиях их совместного пиролиза способны вступать в реакции полимеризации и поликонденсации, приводящие к образованию сорбционно-активных углеродных материалов. Сопутствующими предпосылками рациональности организации исследований указанного направления являются промышленно реализованные процессы производства активных углей из растительного сырья [2, 3], различные разработки, свидетельствующие о возможности получения высококачественных углеродных адсорбентов из формальдегидных смол, присутствующих в ДСП в качестве связующих материалов [4], а также перспективы экологического плана, связанные как с
упразднением названных отходов, так и с кругом природоохранных задач, обычно решаемых с привлечением активных углей.
Результаты выявления влияния длительности процесса обработки сырьевой композиции при конечной температуре пиролиза на выход, пористую структуру и адсорбционные свойства получаемых карбонизатов представляют существо данной публикации. Пиролизу с интенсивностью нагрева 10 °/мин до температуры 800 °С подвергали образцы гранулированной сырьевой композиции оптимального состава, выдержанные в эксикаторе в течение 7 суток.
В таблице 1 представлены величины массового выхода обрацов Вкарб.
Табл.1.Выход карбонизатов
Образец № 1 2 3 4 5
Вкарб.,% 30,60 30,20 30,51 30,00 30,50
Результаты исследований в виде величин суммарного объема пор (У^) и объемов (Уя) сорбирующих пор по бензолу (УяСбНб), четыреххлористому углероду (Уяса4) и воде (УяН2о), а также адсорбционной активности по мети-леновому голубому (Амг) и йоду (Б) указаны в таблице 2:
Табл. 2.Технические характеристики карбонизатов
Образец № т пиролиза при 800 0С, мин см /г Уз, см3/г Б, % Амг, мг/г
Н2О СС14 СбНб
1 0 0,38 0,1210 0,0210 0,0731 1,60 1,27
2 15 0,40 0,1200 0,0170 0,0587 3,80 1,19
3 30 0,28 0,1170 0,0083 0,0343 5,26 0,92
4 45 0,38 0,1000 0,0070 0,0109 5,50 1,00
5 60 0,41 0,0807 0,0100 0,0039 6,45 1,08
Как видно из таблиц 1 и 2, с увеличением времени выдержки образцов при конечной температуре пиролиза выход целевого продукта увеличивается, а объёмы сорбирующих пор по бензолу (У8С6Н6), четыреххлористому углероду (УвСС14) и воде (УэН20) падают. В то же время явно прослеживается рост показателя адсорбционной активности по йоду, что указывает на увеличение количества мезопор в образцах.
Как следует из таблицы 3, по величине показателя суммарного объёма пор образец № 1, полученный из пенополиуретана и ДСП, существенно превосходит карбонизат берёзовой щепы [5], однако по объёму микропор значительно уступает ему. Выход же целевого продукта значительно выше у полученных в нашей работе образцов карбонизатов.
Табл. З.Сравнительная характеристика карбонизатов
№ Вид отходов Показатели пористой струк- Скорость нагрева до конечной температуры, Выход продукта, масс.%
V^, см3/г Vми, см3/г
1 Пенополиуретан + ДСП 0,380 0,0731 10 30,6
2 Берёзовая щепа 0,159 0,1280 10 27,0
По охарактеризованным оценочным свойствам полученные нами образцы близки также к таковым карбонизатов, полученных при переработке на гранулированные активные угли торфополимерных сырьевых композиций [6, 7], что предопределяет целесообразность дальнейших исследований рациональности реализации процесса их активации водяным паром с целью получения гранулированного активного угля.
Библиографические ссылки
1. Способ получения активного угля: пат. Рос. Федерация. № 2346889; заявл. 15.13.09; опубл. 20.02.09 г. Бюл. № 5 (I ч.).3с.
2. ГОСТ 6217-74 Уголь активный древесный дробленый. Технические условия.
3. Шендрик Т. Г., Симонова В. В., Кучеренко В. А., Пащенко Л. В., Хабарова Т. В. Адсорбционные свойства активированного угля из лигнина. // Химия твердого топлива. 2007. № 1. С. 44-50.
4. Horikawa T., Hayashi J., Muroyama K. Preparation of molecular sieving carbon from waste resin by chemical vapor deposition. Carbon. 2002. V. 40, p. 709-714.
5. Ткачев К.В., Стахровская Т. E., Штеба Т.В. Разработка технологии получения активного угля - сорбента для очистки воды. // Чистая вода России 99. (Материалы международного симпозиума и выставки): тезисы докладов-Екатеринбург, 1999г. С. 130-131.
6. Хомутов А.Н. Основы технологии активных углей из отходов полиуретанполиамидных тканей и торфа.: дис. ... канд.техн.наук. М., 2005. 161с.
7. Хомутов А.Н., Клушин В.Н., Мухин В.М. // Сб. науч. тр. РХТУ им. Д.И. Менделеева: Успехи химии и хим. технологии. 2004. Т. 18, № 6 (46), ч. 1, с. 94-95.
