CC BY
94
УДК 541.183.26: 661.183.6 М.Н. Костина, М.Б. Алехина
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ И ХРАНЕНИЯ ЦЕОЛИТОВ NaK И LiX НА ИХ РАВНОВЕСНУЮ АДСОРБЦИОННУЮ ЕМКОСТЬ ПО АЗОТУ И КИСЛОРОДУ
It is investigated the influence of the contents of residual water in zeolites, such types as X and LSX, their adsorption properties according to nitrogen and oxygen. It is shown, that the dependence of adsorption capacity of zeolite NaX on nitrogen from the contents of residual water has extreme character. After decreasing of the contents of residual water the continuous growth of adsorption capacity on nitrogen for the Li-forms of zeolites Х was observed At all investigated zeolites adsorption capacity on oxygen grew with growth of dehydration temperature and decrease of the contents of residual water.
Исследовано влияние содержания остаточной воды в цеолитах NaX и LiX на их адсорбционную емкость по азоту и кислороду. Показано, что зависимость адсорбционной емкости по азоту цеолита NaX от остаточноговлагосодержания имеет экстремальный характер. Для литиевых форм цеолитов Х при снижении содержания остаточной воды наблюдался непрерывный рост адсорбционной емкости по азоту. Адсорбционная емкость по кислороду возрастала с ростом температуры дегидратации и снижения остаточного вла-госодержания у всех исследованных цеолитов.
Адсорбционное разделение воздуха методом КБА - это сегодня промышленно освоенный процесс, который положен в основу выпуска серийных установок. Метод основан на способности адсорбентов лучше сорбировать один из компонентов воздуха при прохождении воздушного потока через слой адсорбента, что приводит к повышению концентрации второго компонента в газовой смеси на выходе из слоя. Целевой продукт может извлекаться из адсорбированной и газовой фаз. При адсорбции на цеолитах различия в адсорбируемости азота и кислорода объясняют тем, что кроме обычного дисперсионного взаимодействия при адсорбции азота проявляется дополнительный вклад взаимодействия квадруполя молекулы азота с катионами цеолита.
Азот и кислород являются слабо адсорбирующимися веществами и их чувствительность к содержанию воды в цеолитах очень велика. Как показали ранее проведенные исследования [1-4], адсорбционные свойства цеолитов по азоту и кислороду определяются условиями подготовки и хранения адсорбентов.
В работе были исследованы промышленные цеолиты типов NaX, LiX и LiCaLSX со связующим производства ряда отечественных и зарубежных фирм. Цеолиты типа X и LSX имеют топологически одинаковый алюмосиликатный каркас и относятся к семейству фожазитов, но являются самостоятельными цеолитами с характерными различиями. Цеолиты типа X характеризуются соотношением Si/Al в интервале 1,1-1,5; для LSX - Si/Al = 1.
Предварительная дегидратация цеолитов проводилась в токе осушенного воздуха, не содержащего СО2, в интервале температур 100-550 оС. Содержание паров воды в продувочном воздухе составляло не более -50 оС по точке росы (0,12 г/м3). После дегидратации образцов определяли содержание в них остаточной воды весовым методом. Равновесную адсорбционную емкость цеолитов по компонентам воздуха исследовали волюмометрическим методом.
Равновесную адсорбционную емкость цеолитов по азоту и кислороду в зависимости от температуры предварительной дегидратации сопоставили с изменениями содержания воды в цеолитах. Эти данные для цеолита NaX марки Порелит-1 производ-
ства ЗАО «Нижегородские сорбенты» приведены в табл. 1.
Табл. 1 Влияние температуры дегидратации цеолита КаХ на остаточное содержание воды в цеолите и адсорбцию азота и кислорода при 25 оС и 1 ата
Температура, оС Хост, мас. % Равновесная адсорбция при 25 оС и 1 ата, см3/г
по азоту по кислороду
100 12,4 2,0 1,4
200 3,3 4,2 2,1
300 2,0 7,7 2,8
350 1,7 8,5 2,7
400 1,8 8,7 3,0
450 1,5 8,6 3,3
500 1,3 8,3 3,0
550 1,1 6,9 3,5
Как видно из таблицы, с ростом температуры дегидратации монотонно убывает остаточное влагосодержание адсорбента. Одновременно плавно возрастает величина адсорбции кислорода. Однако величина равновесной адсорбции азота с изменением температуры дегидратации и остаточного влагосодержания меняется экстремально: она возрастает до тех пор, пока температура дегидратации не достигнет 400 оС, при этом Хост составляет 1,8 мас. %, а затем падает.
Аналогичные эксперименты были проведены с цеолитом LiX, полученным из NaX (Порелит-1) путем ионного обмена и промышленными LiX (производства Франции) и LiCaLSX (производства России). Результаты представлены в табл. 2 и 3.
Табл. 2 Влияние температуры дегидратации цеолитов ЫХ и ЫСаЬ8Х на остаточное содержание воды в цеолитах и адсорбцию азота и кислорода при 25 оС и 1 ата
Температура, оС ш УСаЬБХ
Хост, мас. % ар, см3/г Хол, мас. % ар, см3/г
по азоту по кислороду по азоту по кислороду
100 16,6 1,5 1,4 12,1 1,8 1,7
200 7,0 3,0 2,0 6,6 2,7 2,2
300 1,9 10,9 2,9 3,8 7,9 2,5
350 - - - - 16,4 -
400 1,5 11,6 3,1 3,0 13,6 3,3
450 - - - - - -
500 1,4 13,2 3,2 2,8 14,1 4,6
Как видно из табл. 2, по мере роста температуры дегидратации и снижения остаточного влагосодержания способность адсорбировать азот у литиевых форм цеолитов монотонно возрастает. После предварительной дегидратации при температурах 300-500 оС цеолит LiCaLSX содержал остаточной воды вдвое больше, чем цеолит LiX, но при этом проявлял большую равновесную активность по азоту, чем литиевая форма цеолита Х.
На адсорбцию кислорода исследованными цеолитами температура дегидратации влияет в общем не сильно, но тенденция к возрастанию равновесной емкости по кислороду наблюдается во всех случаях.
В табл. 3 приведены данные по исследованию влияния температуры предварительной дегидратации и условий хранения на адсорбционную емкость по азоту и кислороду цеолита LiX производства Франции.
Адсорбционная емкость исходного образца цеолита LiX по азоту была достаточна высока даже при значительном содержании воды в нем (4,2 мас. %), но при этом адсорбция кислорода была низкой. После прогревания в токе осушенного воздуха содержание остаточной воды в цеолите снижалось, что приводило к резкому возрастанию адсорбции как азота, так и кислорода. Из данных табл. 3 можно заключить, что снижение содержания остаточной воды в цеолите LiX ниже 3-4 мас. % приводит к существенному возрастанию адсорбируемости кислорода.
Хранение цеолитов в закрытом эксикаторе при комнатной температуре над прокаленными хлоридом кальция и цеолитом CaA в течение 1 месяца тоже привело к аналогичному результату. В результате хранения исходного образца в течение 10 месяцев из-за недостаточной герметичности эксикатора влагосодержание цеолита повысилось, и это привело к снижению адсорбции кислорода образцом при сохранении высокого уровня адсорбируемости азота.
Табл. 3. Равновесная величина адсорбции азота и кислорода на цеолите ЫХ с/св. (Франция) при 25 оС и 1 ата
№ Условия предварительной подготовки и хранения Хост, мас. % а р, см3/г
по азоту по кислороду
1 Исходный образец 4,2 10,68 2,36
2 Образец № 1 после регенерации при 200 оС в токе осушенного воздуха - 5,48 2,39
3 Образец № 1 -//-//-//- 300 оС 10,93 3,89
4 Образец № 1 -//-//-//- 350 оС - 11,47 2,67
5 Образец № 1 -//-//-//- 400 оС гранулы микросфера 2,52 16,82 11,55 5,35 11,35
6 Образец №1 после выдерживания над прокаленным СаС12 гранулы 1 мес. микросфера 10 мес. 4,72 14,05 8,12 4,65 2,00
7 Исходный образец после выдерживания над прокаленным цеолитом 1 мес. - 13,00 5,00
Список литературы
1. Лазарева, Т.И. Влияние условий предварительной дегидратации цеолитов на адсорбцию азота и кислорода/ Т.И.Лазарева, О.О.Морокина, М.Б.Алехина // Успехи в химии и химической технологии. Т. 16, 2002, № 2.- С 96-97.
2. Шумяцкий, Ю.И. Цеолиты для безнагревных процессов разделения воздуха/
Ю.И.Шумяцкий, М.Б. Алехина // Материалы 8-мого Всерос. симп. «Актуальные проблемы теории адсорбционных процессов в пористых структурах», 2003. -С. 67-68.
3. Алехина, М.Б. Влияние содержания остаточной воды в дегидратированных цеолитах на адсорбцию азота и кислорода/ М.Б.Алехина, Ю.И.Шумяцкий // Материалы 8-мого Всерос. симп. «Актуальные проблемы теории адсорбционных процессов в пористых структурах», 2003. -С. 73. 15.
4. Алехина, М.Б. Ионообменные формы цеолита типа Х для процессов безнагревного разделения воздуха с получением кислорода // Хим. пром. сегодня. - 2005.- № 7.- 9-14.
УДК 628.16.081 : 537.563.7
Е.В. Максимова, Ю.В. Прокофьева, И.А. Почиталкина
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
The opportunity of sewage treatment from PEAHENS up to maximum concentration limit by adsorption on active coals has been investigated. The experimental work has shown, that adsorptive treatment of sewage polluted with anionic PEAHENS, allows to lower concentration of PEAHENS to value of maximum concentration limit which makes 0,2 mg/m3.
Была исследована возможность очистки сточных вод от ПАВ до ПДК с помощью адсорбции на активных углях. Проведенная экспериментальная работа показала, что применение адсорбционной очистки сточных вод загрязненных анионоактивными ПАВ, позволяет снизить концентрацию содержащихся в них ПАВ до значения ПДК, которое составляет 0,2 мг/дм3.[4]
Среди большого разнообразия растворенных органических веществ, загрязняющих промышленные сточные воды различных предприятий, особое место принадлежит поверхностно-активным веществам (ПАВ). Около 60% выпускаемых в настоящее время ПАВ используется в качестве моющих средств для бытовых и промышленных целей. Адсорбция гидрофильных групп молекул ПАВ на поверхности раздела фаз (на поверхности загрязнения) вызывает понижение поверхностного натяжения, что и обеспечивает перевод загрязнений в раствор.
Защита окружающей среды при производстве и применении синтетических моющих средств (CMC) является обязательным условием. Несмотря на то, что токсичность многих ПАВ, например анионных, незначительна, присутствие их в водоеме оказывает на его биологическую жизнь общее неблагоприятное воздействие: в концентрациях, не превышающих 10 мг/л ПАВ замедляют процессы самоочищения природных вод, ухудшают их органолептические свойства, замедляют развитие водных растительных и животных организмов.
Физико-химические методы очистки сточных вод от ПАВ основаны на использовании их поверхностной активности (адсорбция), поведения как электролитов (ионный обмен), либо на растворимости молекул ПАВ в различных жидкостях (экстракция). Также для очистки сточных вод от ПАВ применяют методы флокуляции, коагуляции и обратного осмоса, ультрафильтрации, биохимический метод. [1-3]
Для определения концентрации ПАВ в исследуемом растворе была использована фотометрическая методика количественного химического анализа проб природных и сточных вод. Данная методика предназначена для определения массовой концентрации анионоактивны ПАВ экстракционно- фотометрическим методом. Метод основан на образовании окрашенного соединения при взаимодействии анионоактивных веществ с метиленовым синим, экстрагируемого хлороформом.
