Реферат: 1. 1 Твердые отходы сахарной промышленности

Оглавление:


Введение………………………………………………………………………………….….3

1. Литературный обзор………………………………………………………………….…..4

1.1 Твердые отходы сахарной промышленности…………………………………...4

1.2. Научная гипотеза работы………………………………………………………...5

1.3. Общие сведения о красителях…………………………………………………...6

1.4. Красители синтетические. Виды красителей………………………………..….7

1.5. Влияние красителей на водные объекты……………………………………..…7

1.6. Очистка сточных вод от красителей………………………………………….....8

Выводы……………………………………………………………………………........9

2. Основная часть………………………………………………………………………….....9

2.1. Характеристика объектов и методов исследований………………………...…..9

2.1.1. Характеристика дефеката………………………………………...……....…9

2.1.2. Физико-химические свойства ТД………………………………………......10

2.1.3. Модельные растворы………………………...……………………………...11

2.1.4. Методы исследований………………………...………………………….....11

2.1.5. Методы исследований по очистке модельных растворов...…………...….11

2.2. Экспериментальная часть…………………………………………………………11

2.2.1. Адсорбционные исследования……………………………………...……....11

2.2.2. Влияние массы добавки термически модифицированного дефеката (ТД)

на эффективность очистки………………………………………………………....13

2.2.3. Сравнение эффективности очистки модельных растворов……………….

различными сорбентами…………………………………………………..………..14

2.2.4. Определение влияния длительности перемешивания суспензии…………

на эффективность очистки…..……………………………………………..………15

2.2.5. Зависимость эффективности очистки от температуры обжига ИД……....15

2.2.6. Определение оптимального времени термической обработки ИД………16

2.2.7. Определение роли углерода в процессе очистки…………………………..

модельных растворов……………………………………………………………....17

3. Заключение…………………………………………………………………….…………....18

4. Библиографический список………………………………………………………….…….19


Введение

Рациональное использование и охрана природных ресурсов – важнейшая задача современности, которая и заключает в себе главный компонент экологической модернизации России! Поскольку столь пренебрежительное отношение к нашим ресурсам может привести к трагическим последствиям. Особую тревогу вызывают вопросы водопользования, особенно в регионах с ограниченными водными ресурсами. Реальна угроза не только количественного истощения природных вод, но и широкомасштабного ухудшения их качества, не позволяющего использовать имеющиеся природные ресурсы[1].

По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), около 80% всех инфекционных болезней в мире связано с неудовлетворительным качеством питьевой воды и нарушениями санитарно-гигиенических норм водоснабжения[2].

Научная новизна работы:

впервые предложено использовать дефекат – крупнотоннажный отход сахарной промышленности

исследованы зависимости эффективности очистки от влияния различных технологических факторов

установлены рациональные условия ведения процесса очистки

К одним из крупнотоннажных сточных вод относятся стоки, содержащие различные красящие вещества, очистка от которых представляет собой актуальную задачу[3].

Практическая значимость работы заключается в разработке альтернативного способа очистки сточных вод от красителей с помощью отхода сахарной промышленности – дефеката. При этом снижается негативное антропогенное воздействие на окружающую среду, более рационально используются природные ресурсы.

^ Целью данной работы является разработка адсорбционного способа очистки сточных вод от красителей с помощью отхода сахарной промышленности – термически модифицированного дефеката (ТД).

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

Исследовать теоретическую возможность использования отхода сахарной промышленности – дефеката для очистки водных сред от красителей

Разработать рациональные технологические условия для получения модифицированного дефеката с высокими сорбционными свойствами

Исследовать влияние на эффективность очистки таких факторов, как масса добавки дефеката, длительность перемешивания смеси, температура и длительность термического воздействия на ИД, а также определить роль углеродной составляющей в ТД




^ Литературный обзор

1.1 Твердые отходы сахарной промышленности

При производстве сахара из сахарной свеклы образуется два вида твердых отходов – жом и фильтрационный осадок (дефекат). Белгородская область традиционно является сахаропроизводящей областью. Этому способствуют плодородные черноземные почвы и благоприятные климатогеографические условия. Много сахарных заводов имеется также в Липецкой, Воронежской, Брянской, Курской областях, Краснодарском и Ставропольском крае и других регионах, где имеются благоприятные условия для выращивания сахарной свеклы. В Белгородской области в настоящее время действует 11 сахарных заводов (рис. 1).



Рис. 1. Схема расположения сахарных заводов в белгородской области

Естественно, деятельность такого количества свеклоперерабатывающих предприятий влечет за собой проблему образования, накопления и утилизации промышленных отходов. Как уже упоминалось, в процессе переработки свеклы образуется жом и дефекат. Жом используется как добавка в корм скоту, поэтому вопрос о его утилизации закрыт. Иначе обстоит дело с дефекатом. О количестве образующегося дефеката на примере Белгородской области можно судить из табл. 1.

Информация о количестве дефеката в области Таблица 1

Количество сахарных заводов

11

Мощность одного завода по переработке свеклы, год/т

2 000 000

Количество дефеката, образующегося на 1 заводе, год/т

200 000

Общее количество дефеката по Белгородской области, год/т

2 200 000

В настоящее время лишь небольшая доля дефеката используется в сельскохозяйственной сфере для минерализации почв, однако большая его часть складируется на промышленных полигонах или полях фильтрации как невостребованный отход. По ориентировочным подсчетам, для складирования дефеката на промышленных полигонах на каждом заводе отчуждается более 120 га земель. И это в богатейшей черноземом Белгородской области, чьи плодородные почвы прославлены на весь мир! При хранении дефеката на полигонах происходит загрязнение окружающей среды (рис. 2).



Рис. 2. Загрязнение объектов окружающей среды при хранении дефеката на промышленных полигонах

Как видно из рис. 2, при хранении дефеката на промышленных полигонах происходит поступление в объекты окружающей среды значительного количества загрязняющих веществ и ухудшение санитарно-гигиенических показателей атмосферного воздуха, водных объектов и почв. Поэтому проблема утилизации дефеката (Д) является актуальной.


^ 1.2. Научная гипотеза работы

Научной гипотезой работы явилось предположение о возможности при определенной обработке Д превратить его в сорбционный материал. Предпосылка основывается на особенностях физико-химических свойств дефеката, который в своем составе содержит СаСО3 и примеси органических веществ. Из литературы известно, что процесс окисления органических веществ может сопровождаться их обугливанием, не достигая конечной стадии окисления - СО2 и Н2О. Значит, из Д может получиться углеродсодержащий сорбент, обладающий сорбционными свойствами. Таким образом из отхода сахарной промышленности – дефеката возможно получить ценный продукт, который можно использовать в водоочистке.

Как известно, углеродные сорбенты широко используются для очистки сточных вод. Однако они имеют ряд недостатков: необходимость регенерации и утилизации, высокая стоимость, нерациональное использование природных ресурсов (вырубка леса).

Получаемый из дефеката углеродсодержащий сорбент, разумеется, может обладать более низкими сорбционными свойствами по сравнению с общепризнанными углеродными сорбентами. Однако, невзирая на это, его производство и использование имеет ряд преимуществ (рис. 3.).



Рис. 3. Преимущества термически модифицированного дефеката

Следовательно, получение из Д сорбционного материала, должно привести к ряду положительных факторов:

уменьшение количества крупнотоннажного отхода – дефеката;

сокращение площадей плодородных почв, занятых под хранение дефеката;

повышение эффективности очистки сточных вод;

снижение уровня загрязнения водных объектов;

улучшение санитарно-эпидемиологических показателей почв и подземных вод в районах действия сахарных заводов;

социальный эффект – улучшение условий проживания населения вследствие снижения антропогенной нагрузки на окружающую среду.

Изучение возможности использования термически модифицированного дефеката (ТД) для водоочистки проводили на примере очистки модельных растворов от красителей.


^ 1.3. Общие сведения о красителях

Красители – химические соединения, используемые для придания окраски различным материалам. Крашение – процесс придания окраски таким материалам. Ежегодное мировое потребление красителей составило около полумиллиона тонн; свыше двух третей этого количества идет на окраску текстильных материалов.

Синтетические красители получают в результате проведения многостадийного химического синтеза из промежуточных продуктов, производимых, в свою очередь, из ароматических и гетероароматических соединений, вырабатываемых угле- и нефтехимической промышленностью. Часто из одного промежуточного продукта получают несколько синтетических красителей [4].

^ 1.4. Красители синтетические. Виды красителей

Красители синтетические – вещества для окраски различных материалов, получаемые методами органического синтеза. В широком смысле сюда относятся также бесцветные соединения, из которых окрашенные вещества образуются уже после нанесения на окрашиваемый материал[5]. Красители широко используются в различных отраслях промышленности для крашения разнообразных материалов, таких как шелк, мех, кожа и различные синтетические материалы [6].

По физическим свойствам красители синтетические можно разбить на две основные группы: растворимые и нерастворимые в воде.

^ Красители, растворимые в воде. Почти все растворимые красители имеют ионогенный характер. Находят применение для окраски натурального шелка, приготовления чернил, карандашей, в полиграфии, косметике, а также в качестве сенсибилизирующих красителей, для галогенсеребряных фотоэмульсий [7].

^ Красители, нерастворимые в воде. К числу нерастворимых в воде относятся кубовые и сернистые красители. Природные кубовые красители – индиго и тирийский пурпур (6,6’-диброминдиго) – были известны в древности.

Многие синтетические красители нашли применение, не связанное с окраской. Например, метиленовый синий, бриллиантовый зеленый, фенолфталеин в качестве лекарственных веществ, индиго, фталоцианин и некоторые полициклические кубовые красители для консистентных высокотемпературных смазок и т. п. Кроме того, многочисленные природные красители, входящие в состав многих природных растений и материалов, при их переработке попадают в сточные воды, которые также необходимо подвергать очистке.


^ 1.5. Влияние красителей на водные объекты

Сточные воды текстильных предприятий представляют собой сложную систему, содержащую большое количество разнообразных минеральных и органических примесей. Загрязнения этих сточных вод могут быть в грубодисперсной, коллоидной, молекулярной и ионной формах[8].

Критерием загрязненности сточных вод при сбросе красителей в водоемы является ухудшение качества природных вод вследствие изменения их органолептических свойств, появление вредных веществ для человека, животных, птиц, кормовых и промысловых организмов, а также нарушение процесса самоочищения и санитарного режима поверхностных источников. Содержание загрязнений в сточных водах меховой промышленности столь велико, что в случае поступления последних в водный объект может вызвать необратимые процессы, включая полное разрушение в сложившейся экосистеме.

Вред, наносимый сбросом окрашенных сточных вод в водоемы, помимо указанного отрицательного влияния на светопроницаемость воды и на ассимиляцию водорослей, проявляется в повышении минерализации, а это отрицательно сказывается на вкусовых качествах воды при использовании водоисточника для питьевых целей.

Кроме того, увеличение минерализации может угнетать биохимическую жизнь в водоеме. Определены предельно допустимые концентрации (ПДК) красителей, не влияющие на процессы самоочищения воды, которые составляют менее 0,001 мг/дм3. В связи с этим возникает необходимость очистки сточных вод, содержащих красители.


^ 1.6. Очистка сточных вод от красителей

Ассортимент красителей, используемых предприятиями текстильной промышленности, постоянно расширяется. Между тем, красители являются весьма токсичными и одними из самых трудноудаляемых загрязнителей сточных вод.

Выбор соответствующего метода очистки сточных вод, загрязненных красителями, определяется концентрацией красителей, их химическим строением, качеством и количеством примесей, а также требованиями, предъявляемыми к очищенной воде.

Более широкое распространение получили сорбционные методы. Так, для очистки от красителей предлагается использовать дробленый активированный антрацит, также минеральные сорбенты, в частности глинистые минералы: бентониты, монтмориллониты, перлиты и другие в виде порошков. Бентонит рекомендуется использовать для очистки сточных вод от прямых красителей. При этом показано, что бентонит с сорбированными красителями может быть использован в качестве наполнителей в бумажной массе. Установлено, что сложные силикаты, в частности монтмориллонит, являются эффективными сорбентами при удалении катионных красителей. Также, для удаления красителей из сточных вод красильных производств рекомендуется использовать цеолиты, доломиты тонкого помола – размеры частиц 150 мкм.

В качестве сорбентов можно также использовать кору тинового дерева, рисовую шелуху, хлопковые отходы, уголь, волос и прочее[9].

Таким образом, в настоящее время сорбционная очистка сточных вод от красителей принадлежит к числу наиболее эффективных и распространенных. Однако поиск новых недорогих методов очистки сточных вод от красителей, основанных на применении местных природных материалов и отходов производства, является актуальным.

По предварительным данным, для очистки сточных вод от красителей можно использовать дефекат – твердый отход сахарной промышленности.


^ Выводы по литературному обзору

Интенсивное развитие промышленности привело к глобальному загрязнению окружающей среды

Отходы переработки сахарной свеклы являются одними из наиболее крупнотоннажных, требующих утилизации

Красители относятся к одним из наиболее распространенных веществ, загрязняющих водные объекты

Рассмотрены виды красителей, их влияние на водные объекты

Установлено, что в настоящее время наиболее широкое распространение получили сорбционные методы очистки водных сред от красителей

Разработка альтернативных эффективных и недорогих способов очистки вод от красителей является актуальной задачей.


^ 2. Основная часть

2.1. Характеристика объектов и методов исследований

Объектами исследований являлись дефекат, образующийся при производстве сахара, и модельные растворы, содержащие краситель «оранжевый R» (OR).


^ 2.1.1. Характеристика дефеката

Дефекат – фильтрационный осадок, образующийся на стадии очистки (сатурации) диффузионного сока сахарной свеклы, в результате фильтрации соков на прессфильтрах. В основном он состоит из СаСО3 до (75%), некоторого количества сахара, адсорбционных органических веществ, несахаров, которые в процессе обработки соков образуют с кальцием нерастворимые соединения или адсорбируются на поверхности СаСО3 (табл. 2).

Таблица 2

Состав дефеката*

Ингредиент

%масс

Сахар

2,0

Пектиновые вещества

1,7

Углекислый кальций

74,2

Азотистые органические вещества,

в том числе азот

5,9

0,9

Безазотистые органические вещества

9,5

Известь в виде солей разных кислот

2,8

Прочие минеральные вещества,

в том числе фосфорная кислота

3,9

1,7

* Состав дефеката в % по данным Дмитротарановского сахарного завода(Белгородская обл.)

Для получения ТД600, пригодного к использованию в водоочистке, ИД подвергали обжигу при различных температурах. Поскольку в качестве примесей в ИД содержатся органические вещества, процесс их окисления может протекать по следующим схемам:

CxHyOz + O2  xCO2 + yH2O;

CxHyOz  C + H2O

коме того, может протекать разложение СаСО3:

t

СаСО3  CaO + CO2,

Чтобы избежать окисления углеродной составляющей до СО2 и свести разложение СаСО3 до минимума, необходимо было выбрать соответствующий температурный режим.

Изменение окраски ИД от серой до черной свидетельствует о протекании процесса обугливания органических веществ; а дальнейший процесс снижения интенсивности черной окраски означает протекания процесса разложения СаСО3 до СаО и СО2 и сгорания углерода. Наибольшая интенсивность черной окраски наблюдалась при температуре 600ºС. Таким образом, в результате термообработки дефеката был получен тонкодисперсный порошок, на поверхности которого содержались продукты различной степени обугливания органических веществ (Табл. 3).

Таблица 3

Изменение окраски дефеката в зависимости от температуры прокаливания

Температура обжига, oС

Цвет дефеката

100

Песочный

200

Светло-коричневый

300

Коричневый

400

Темно-коричневый

500

Темно-серый

600

Черный

700

Темно-серый

800

Светло-серый


^ 2.1.2. Физико-химические свойства ТД

Таблица 4

№

п/п

Показатели

Значение

1

рН водной вытяжки

9,52

2

Насыпная плотность, г/см3

1,24

3

Истинная плотность, г/см3

2,32

4

Гигроскопическая влага, %

38,28

5

Потери при прокаливании, %

37,2

6

Влагопоглощение, %

70

7

Растворимость в HNO3, H2SO4

н/р

8

Растворимость в Н2О

н/р

9

Растворимость в NaOH

н/р

Поскольку в процессе сорбционной очистки большое значение имеет размер частиц сорбента, нами был проведен ситовой анализ дефеката. Определялись следующие фракции: > 2; 2; 1,4; 1; 0,63; 0,315; 0,25; 0,2; 0,14; 0,1; 0,08; 0,06; 0,05 (табл.5).

Таблица 5

Ситовой анализ дефеката

Фракция,

мм

>2

2

1,4

1

0,63

0,31

0,25

0,2

0,14

0,1

0,08

0,06

0,05

Масса

дефеката,

%

-

2,2

4

8,1

12,7

19,6

20,2

15,5

7,6

5,1

2,5

2,5

-


^ 2.1.3. Модельные растворы

Модельные растворы красителя OR готовили путем растворения навески реактива «Orange R» в дистиллированной воде. В работе используются растворы OR с концентрациями 25 и 50 мг/л.

^ 2.1.4. Методы исследований

В работе использовались фотоколориметрический, гравиметрический, ситовой и сорбционный методы анализов.

2.1.5. Методы исследований по очистке модельных растворов

Исследования по очистке модельных растворов проводили на лабораторной установке, представляющей собой стеклянный стакан вместимостью 300мл, снабженный магнитной мешалкой. К имеющимся в стакане 100 мл модельного раствора добавляли расчетную навеску ТД, смесь перемешивали в течение указанного времени при заданных параметрах. Затем смесь фильтровали через бумажный фильтр «белая лента», в фильтрате определяли остаточную концентрацию OR.

^ 2.2. Экспериментальная часть

2.2.1. Адсорбционные исследования

Адсорбционные методы исследования свойств поверхности позволяют количественно охарактеризовать происходящие при адсорбции межмолекулярные взаимодействия адсорбат-адсорбент, исследовать геометрические параметры адсорбента (величину удельной поверхности, объем пор и распределение пор по размерам), характерные для этого материала.

Основные сведения об адсорбционных свойствах материала и их характере адсорбции на нем определенных веществ могут быть получены из изотерм адсорбции, характеризующих зависимость сорбционной способности от концентрации адсорбируемого компонента при постоянной температуре. Вещества, хорошо адсорбируемые из водных растворов активными углями, имеют выпуклую изотерму адсорбции, плохо адсорбируемые – вогнутую. Изотерму адсорбции веществ, находящихся в сточной воде, определяют опытным путем.

Скорость процесса адсорбции зависит от концентрации, природы и структуры растворенных веществ, температуры воды, вида и свойств адсорбента. В общих случаях процесс адсорбции складывается из трех стадий: переноса вещества из сточной воды к поверхности зерен адсорбента (внешнедиффузионная область), собственно диффузионный процесс, перенос вещества внутри зерен адсорбента (внутридиффузионная область).

Для изучения адсорбционных характеристик использовали краситель «Оранжевый R» (рис.4). Внешний вид – красновато-бурые кристаллы. Растворимость в воде (20 ºС, г/л) – 60. При переходе к рН = 8-10 окрас меняется из оранжевого в красный. Молекулярная масса 351,33 г/моль. Длина волны 482 нм.

Для построения градировочных зависимостей модельные стандартные растворы готовили следующим образом: навеску красителя массой 0,5 г растворяли в 1 л дистиллированной воды с последующим их разбавлением.

Изотермы адсорбции и десорбции оранжевого R на исследуемом адсорбенте

приведены на рис 5.

Рис. 4.Краситель «Оранжевый R»

[ (2-окси-1-нафтол-)-азо-] бензосульфокислоты натриевая соль



Рис. 5. Изотермы адсорбции (1) и десорбции (2 – дистиллированной водой (Т=20 oС) и 3 – дистиллированной водой (Т = 100oС)) оранжевого R на поверхности ТД600

Анализируя рис., можно сделать вывод, что адсорбция красителя ОR на исследуемом адсорбенте носит как химический, так и физический характер, предельная десорбция оранжевого R для ТД600 составляет 55 мг/г. Выпуклая форма изотерм указывает на наличие в адсорбенте микропор.

^ 2.2.2. Влияние массы добавки термически модифицированного дефеката (ТД) на эффективность очистки

В процессах очистки сточных вод от загрязняющих веществ большую роль играют концентрации взаимодействующих веществ. Поскольку концентрация добавляемого ТД зависит от его массы, добавляемой к раствору, представляет интерес исследовать влияние массы добавляемого ТД на эффективность водоочистки.

К раствору объемом 100 мл добавляли различные массы ТД в интервале от 1 до 5 гр. Продолжительность перемешивания была равна 15 мин. После перемешивания суспензию фильтровали через фильтровальную бумагу «белая лента», в фильтрате определяли концентрацию красителя на фотоэлектроколориметре (ФЭК) при установленных длинах волн. Для OR значение λ составляло 490 нм, а для МГ λ = 590 нм. Зная исходные концентрации красителей в растворах и определив остаточные, рассчитываем эффективность очистки по формуле:

,

где Сн – начальная концентрация красителя в растворе, мг/дм3;

Ск – конечная концентрация красителя в растворе, мг/дм3.

Из графика, представленного на рис.6 следует, что в интервале масс добавляемого ТД от 1 до 2 г наблюдается интенсивное увеличение эффективности очистки раствора OR (до 91–93 % для концентраций 25 и 50 мг/дм3), затем интенсивность роста эффективности значительно снижается и после добавления массы ТД, равной 5 г эффективность очистки увеличивается всего лишь на 4 и 5 % соответственно.

^ Рис. 6. Зависимость эффективности очистки модельных растворов OR

от массы добавления ТД

(100 мл р-ра; 15 мин; t = 20°C)

Таким образом, из результатов эксперимента можно сделать вывод, что наиболее рациональное количество ТД на 100 мл модельного раствора составляет 2 г, т.к. с последующим добавлением эффективность очистки растет незначительно, а увеличение массы сорбента влечет за собой повышение экономических затрат связанных с закупкой, логистикой, хранением и т.п.

^ 2.2.3. Сравнение эффективности очистки модельных растворов

различными сорбентами

Чтобы выяснить целесообразность термической модификации исходного дефеката (ИД) необходимо было сравнить показатели эффективности очистки при использовании ТД, ИД и чистого СаСО3, поскольку ИД содержит в себе около 75 % этого соединения.

В модельный раствор OR с концентрацией 25 мг/дм3 вносили навески каждого сорбента от 1 до 5 г. После пятнадцатиминутного перемешивания суспензию фильтровали через «белую ленту» и определяли остаточную концентрацию красителя в растворе на фотоэлектроколориметре ФЭК (КФК-2-УХЛ 4.2) при длине волны λ=490 нм (рис. 7).

Рис. 7. Зависимость эффективности очистки от массы добавления сорбента

(100 мл; 15 мин; t = 20°C)

Из представленного рисунка следует, что эффективность очистки с помощью ИД и СаСО3 даже при добавлении максимального количества сорбента не превышает 53 % для ИД и 44 % для мела. В то время как эффективность очистки ТД на отрезке от 1 до 2 г возрастает до 91 %, а в конечном итоге составляет 97 %.

Следовательно, можно сделать вывод, что термическая модификация ИД целесообразна, т.к. значительно увеличивает его сорбционные характеристики.


^ 2.2.4. Определение влияния длительности перемешивания суспензии

на эффективность очистки

Длительность перемешивания в процессе очистки вод от загрязнителей имеет важное значение, т.к. характеризует скорость взаимодействия сорбента с сорбатом и определяет КПД процесса.

Для определения наиболее рациональной длительности мы подвергли модельные растворы OR сорбции в длительном временном интервале. В пробу раствора OR объемом 100 мл внесли навеску ТД600 массой 2 г и осуществляли перемешивание в течении 30 мин, фиксируя показатель эффективности очистки каждые 2 мин (рис. 8).

^ Рис. 8. Зависимость эффективности очистки модельных растворов OR

от длительности перемешивания

(100 мл; 2 г ТД600; t = 20°C)

Как видно из графика на рис. 8, в интервале времени от 2 до 10 мин, наблюдается стремительный рост эффективности очистки с 86 и 93 %, для концентраций 25 и 50 мг/дм3, до 96 и 98 %. Что вероятно обусловлено с активной гомогенизацией раствора. После 10 мин взаимодействия интенсивность подъема кривой значительно спадает, что, скорее всего, свидетельствует о прекращении или замедлении реакций взаимодействия веществ. Следовательно, интервал взаимодействия 10 мин можно считать достаточным для достижения высоких показателей эффективности очистки.

^ 2.2.5. Зависимость эффективности очистки

от температуры обжига ИД

В связи с тем, что состав ИД может изменяться под действием различных температур, имело интерес выяснить наиболее рациональный температурный режим.

Для этого готовили навески ИД около 50 г каждая и обжигали в муфельной печи (ПР 25А) при различных температурах от 100 до 800 °С, с шагом в 100 °С. Период термического воздействия для всех проб составил 30 мин. Обожженные пробы ИД использовали для очистки модельных растворов OR, масса добавки ТД составила 2 г.

^ Рис. 9. Зависимость эффективности очистки модельных растворов OR

от температуры обжига ИД

(100 мл; 15 мин; 2 г; t = 20°C)

Как следует из рис. 9, на начальных этапах эксперимента эффективность очистки невысока и составляет 44 и 57 % для раствора красителя OR с концентрациями 25 и 50 мг/дм3. Однако, с увеличением температуры обжига происходит значительное возрастание эффективности. В интервале от 100 до 600 °С она увеличивается на 50 и 38 %, при этом при температуре 600 °С наблюдается максимум эффективности. На отрезке от 600 до 800 °С эффективность очистки снижается на 22 и 15 % для концентрации OR в растворе 25 и 50 мг/дм3, что, вероятно, связано с выгоранием углерода, т.к. начало процесса сгорания находится на 615 °С, а максимум - на 670 °С.

Таким образом, из полученных результатов следует, что наиболее оптимальной температурой обжига является значение в 600 °С.


^ 2.2.6. Определение оптимального

времени термической обработки ИД

Ранее было выяснено, что максимальные сорбционные свойства ТД наблюдаются при температуре 600 °С. Однако, в процессе обжига немаловажное значение имеет продолжительность температурного воздействия, т.к. этот показатель может влиять на эффективность очистки и повлечь за собой неоправданные энергетические затраты.

Для определения наиболее рациональной длительности обжига ИД подвергли термической обработке в интервале от 5 до 60 мин, с шагом 5 мин. При анализе растворов красителя OR использовались растворы с концентрациями 25 и 50 мг/дм3 с добавлением ТД массой 2 г на 100 мл. Перемешивали суспензию в течении 15 мин.

Как видно из рис. 10, первые 5 мин обжига не дают нам необходимой эффективности

очистки. При этом наблюдается рост с максимальными показателями 92 и 95 % на 20-ой минуте обжига. Затем и до 40-ой мин опыта эффективность обеих концентраций снижается на 7 %. Дальнейшая убыль ограничена всего 1 % эффективности. Активный подъем кривой



^ Рис. 10. Зависимость эффективности очистки модельных растворов OR

от продолжительности термического воздействия

(100 мл; 2 г; 15 мин; t = 20°C)

в первой части графика очевидно связан с процессами выгорания содержащихся в ИД сахаров, органических веществ, минералов и т.п., а деградацию эффективности можно связать с разрушением структуры углерода в следствие его длительного нахождения в печи.

Получаем, что наиболее оптимальное время обжига составляет 20 мин, т.к. в этот период достигается максимальная эффективность очистки модельных растворов, не влекущая завышенных энергозатрат.

^ 2.2.7. Определение роли углерода в процессе очистки

модельных растворов

Для уточнения роли углерода в процессе очистки необходимо было определить его эффективность. Чтобы получить из ТД углерод в чистом виде, потребовалось провести химическую «отмывку». Суть процесса заключалась в обработке ТД концентрированной соляной кислотой (HCl), с последующим промыванием оставшегося осадка углерода. Сначала промывку осуществляли водопроводной водой, затем дистиллированной до рН ≈ 7. Отмытый осадок высушивали до постоянного веса при t ≈ 100 °C в сушильном шкафу (ШС-80-01 СПУ). Готовый порошок после помола использовали для очистки модельных растворов OR.

Учитывая в априори высокие сорбционные характеристики углерода, интервал навесок уменьшили от 0,1 до 0,5 г на 50 мл раствора.

Опираясь на рис. 11 мы отмечаем высокие значения эффективности уже при добавлении 0,1 г, 82 и 88 % для растворов OR с концентрациями 25 и 50 мг/дм3.

С дальнейшим добавлением больших масс эффективность стремительно растет и достигает своего max (98-99 %) при добавлении 0,4 г. Последующее увеличение навески