Реферат: Дешевый активный уголь для поглощения вредных веществ
Реферат: Дешевый активный уголь для поглощения вредных веществ
УДК 661.66.3:661.183.2÷630.86
В. К. Воробьев, к.х.н.,
профессор, начальник КИИ МЧС РБ 1
Н. К. Лунева, к.х.н., вед.н.с., зав. лаб.2, И. А. Людчик, м.н.с.2,
Л. И. Петровская, с.н.с.2,
Т.И. Езовитова, м.н.с.2,
1 Командно-инженерный институт МЧС Республики Беларусь
2 Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси
Дешевый
активный уголь для поглощения
вредных веществ
Установлено, что активный уголь в
зависимости от состава катализатора имеет суммарный объем пор по бензолу
0,62- 0,86 см3/г, сорбционную емкость по метану 0,11-0,18
г/г, удельную поверхность 895-1446 м2/г, ионообменную емкость
1,0-1,7 мг-экв/г. Адсорбент может быть использован для решения экологических задач
и повышения пожаро- и взрывобезопасности угольных шахт.
Известно, что окружающая среда, прежде всего
атмосфера, все более и более загрязняется результатами деятельности человека:
работы электростанции, химических и металлургических заводов, общественного и
личного транспорта. Содержание токсичных примесей, особенно летом, в воздухе
многих городов зачастую превышает предельно допустимые концентрации. Поэтому
проблема очистки выбрасываемых в атмосферу газов, загрязняющих атмосферу,
весьма актуальна. Решение этой проблемы возможно путем повсеместного использования
сорбентов, активно поглощающих вредные соединения. Кроме того, использование
сорбентов, активно поглощающих метан и смеси метана с воздухом, позволит решить
задачу снижения пожаро- и взрывоопасности угольных шахт.
Для
решения экологических проблем сорбенты должны быть эффективными, доступными и
дешевыми.
Нами
разработаны новые активные угли и способы их получения. Способ получения
включает обработку отходов деревообрабатывающей промышленности (опилок хвойных
и лиственных пород) импрегнатом: катализатором дегидратации и углефикации и
порообразующими добавками, термообработку в интервале 20-550 °С и последующую отмывку их до нейтральной
среды. В условиях термической обработки древесины во время ее углефикации
создаются условия формирования пор в получаемом угле. Сорбционные свойства получаемых
углей направленно регулируются изменением состава используемого импрегната
[1-2].
Типичные экспериментальные изотермы сорбции паров
бензола полученными активными сорбентами представлены на рисунке.
Рис. Изотермы адсорбции паров
бензола активным углем
(номер
кривой соответствует номеру катализатора таблицы;
Vs
–суммарный объем адсорбционных пор; p/ps –
относительное давление)
Изотермы адсорбции паров бензола на полученных углях
(см. таблицу) характеризуются крутым подъемом при p/ps £ 0,05, что указывает на наличие в структуре адсорбента
микропор радиусом r=1,5 мм. Дальнейшее поглощение сорбируемого соединения
указывает на заполнение бензолом имеющихся у адсорбента мезопор. Изотермы
адсорбции – десорбции бензола имеют петлю гистерезиса в интервале p/ps-0,95,
характерную для мезопористых адсорбентов. В таблице приведена характеристика
полученных сорбентов.
Таблица
Характеристика активных углей
Катализатор |
Выход адсорбента
при
550 °С
|
Характеристика
угля
|
Удельная поверхность, м2/г
|
Суммарный объем пор по бензолу, см3/г
|
Ионо-обменная емкость, мг-экв/г |
Сорбционная емкость по метану, г/г |
1* |
50,0 |
1006 |
0,62 |
1,0 |
0,12 |
2* |
49,0 |
1105 |
0,64 |
1,1 |
0,14 |
3** |
58,5 |
1446 |
0.86 |
1,3 |
0,18 |
4** |
56,0 |
895 |
0,67 |
1,8 |
0,11 |
* - фосфорсодержащий
импрегнат: катализатор углефикации и порообразования;
** - азотсодержащий
импрегнат: катализатор углефикации и порообразования.
Следует отметить, что угольные адсорбенты активно
поглощают бензол, метан, четыреххлористый углерод, сероводород и др. газообразные
соединения, а также ионы тяжелых металлов: свинца, висмута, молибдена, ртути и
др.
Наличие в структуре активных углей большой доли
микропор обеспечивает их высокую емкость по метану (130 г/г сорбента), что
определяет возможность применения полученных активных углей в угольных шахтах
для снижения их пожаро- и взрывобезопасности.
Кроме того, активные угли испытывали в качестве
сорбентов для очистки водного конденсата и сточных вод тепловых станций от
примеси органических соединений: масла и нефтепродуктов (при их содержании
4,5-10 мг/дм3). В результате проведенных испытаний установлено, что
сорбционная активность полученного угля в 1,5 раза выше, чем специальных
активных углей марки ДАУ и БАУ, производимых в России, а ориентировочная
стоимость разработанного угля в 3 раза ниже.
Анализ полученных данных показывает, что активный
уголь является универсальным сорбентом, способным поглощать различные
газообразные соединения по молеклярно-ситовому механизму, а также извлекать из
водных растворов ионы тяжелых металлов путем кулоновского взаимодействия
(ионообменная сорбция).
Разработанный способ в отличие от известных [3]
прост, менее энергоемок, экологически безопасен, быстр (25–30 минут). В настоящее
время получение активного угля в Беларуси отсутствует. Между тем, потребность в
использовании, безусловно, имеется. Поэтому, исходя из вышеприведенного,
организация производства нового универсального сорбента в Беларуси весьма
актуальна. Применение угля для очистки газообразных выбросов и сточных вод различных
предприятий позволит существенно улучшить экологическую безопасность и
уменьшить риск крупномасштабных техногенных катастроф промышленных объектов.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Luneva N. K., Safonova A. M., Rekachova N. I.
etc. “Abstracts of III International School-seminar” Modern problems of combustion
and its applications.–Minsk, Belarus.–1999.– P. 74-77.
2.
Сафонова А. М., Лунева Н. К., Виноградов Л. И. и др. Новые сорбенты для
мониторинга водотоков на основе модифицированных угольных материалов. 2-ая
Международная конференция “Экология и развитие Северо-Запада России”.
С-П–Кронштадт.-1997.–Тезисы докладов.– С. 168-169.
3.
Кинле Х., Барерх Х. Активные угли и их практическое применение. Л.:
Химия, 1984. 214 с.
|