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-инженерныйинститут МЧС Республики Беларусь
2 Институт общей инеорганической 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, сорбционнуюемкость по метану 0,11-0,18 г/г, удельную поверхность 895-1446 м2/г,ионообменную емкость 1,0-1,7 мг-экв/г. Адсорбентможет быть использован для решения экологических задач и повышения пожаро — и взрывобезопасности угольных шахт.
Известно, что окружающая среда, прежде всегоатмосфера, все более и более загрязняется результатами деятельности человека:работы электростанции, химических и металлургических заводов, общественного иличного транспорта. Содержание токсичных примесей, особенно летом, в воздухемногих городов зачастую превышает предельно допустимые концентрации. Поэтомупроблема очистки выбрасываемых в атмосферу газов, загрязняющих атмосферу,весьма актуальна. Решение этой проблемы возможно путем повсеместного использованиясорбентов, активно поглощающих вредные соединения. Кроме того, использованиесорбентов, активно поглощающих метан и смеси метана с воздухом, позволит решитьзадачу снижения пожаро — и взрывоопасности угольныхшахт.
Длярешения экологических проблем сорбенты должны быть эффективными, доступными и дешевыми.
Намиразработаны новые активные угли и способы их получения. Способ получениявключает обработку отходов деревообрабатывающей промышленности (опилок хвойныхи лиственных пород) импрегнатом: катализаторомдегидратации и углефикации и порообразующимидобавками, термообработку в интервале 20-550 <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">°
С и последующую отмывку ихдо нейтральной среды. В условиях термической обработки древесины во время ее углефикации создаются условия формирования пор в получаемомугле. Сорбционные свойства получаемых углей направленно регулируются изменениемсостава используемого импрегната [1-2].Типичные экспериментальныеизотермы сорбции паров бензола полученными активными сорбентами представлены нарисунке.
Рис. Изотермы адсорбции паровбензола активным углем(номеркривой соответствует номеру катализатора таблицы;Vs–суммарный объем адсорбционных пор; p/ps– относительное давление)
Изотермы адсорбции паровбензола на полученных углях (см. таблицу) характеризуются крутым подъемом при p/ps<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">£
0,05, что указывает наналичие в структуре адсорбента микропор радиусом r=1,5 мм. Дальнейшеепоглощение сорбируемого соединения указывает назаполнение бензолом имеющихся у адсорбента мезопор.Изотермы адсорбции – десорбции бензола имеют петлю гистерезиса в интервале p/ps-0,95, характерную для мезопористыхадсорбентов. В таблице приведена характеристика полученных сорбентов.ТаблицаХарактеристика активных углейКатализатор
Выход адсорбента при
550 <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">°
С Характеристика угляУдельная поверхность, м2/г
Суммарный объем пор по бензолу, см3/г
Ионо-обменнаяемкость, 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 углефикациии порообразования;
** — азотсодержащий импрегнат: катализатор углефикации и порообразования.
Следует отметить, что угольные адсорбенты активнопоглощают бензол, метан, четыреххлористый углерод, сероводород и др. газообразныесоединения, а также ионы тяжелых металлов: свинца, висмута, молибдена, ртути идр.
Наличие в структуре активных углей большой долимикропор обеспечивает их высокую емкость по метану (130 г/г сорбента), чтоопределяет возможность применения полученных активных углей в угольных шахтахдля снижения их пожаро — и взрывобезопасности.
Кроме того, активные угли испытывали в качествесорбентов для очистки водного конденсата и сточных вод тепловых станций отпримеси органических соединений: масла и нефтепродуктов (при их содержании4,5-10 мг/дм3). В результате проведенных испытаний установлено, чтосорбционная активность полученного угля в 1,5 раза выше, чем специальныхактивных углей марки ДАУ и БАУ, производимых в России, а ориентировочнаястоимость разработанного угля в 3 раза ниже.
Анализ полученных данных показывает, что активныйуголь является универсальным сорбентом, способным поглощать различныегазообразные соединения по молеклярно-ситовомумеханизму, а также извлекать из водных растворов ионы тяжелых металлов путем кулоновскоговзаимодействия (ионообменная сорбция).
Разработанный способ в отличие от известных <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">[
3<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">]прост, менее энергоемок, экологически безопасен, быстр (25–30 минут). В настоящеевремя получение активного угля в Беларуси отсутствует. Между тем, потребность виспользовании, безусловно, имеется. Поэтому, исходя из вышеприведенного,организация производства нового универсального сорбента в Беларуси весьмаактуальна. Применение угля для очистки газообразных выбросов и сточных вод различныхпредприятий позволит существенно улучшить экологическую безопасность иуменьшить риск крупномасштабных техногенных катастроф промышленных объектов. ЛИТЕРАТУРА1.<span Times New Roman"">
LunevaN. K., Safonova A.M., Rekachova N. I. etc. “Abstracts of IIIInternational School-seminar” Modern problems of combustion and itsapplications.–Minsk, Belarus.–1999.– P. 74-77.2.<span Times New Roman"">
Северо-Запада России”. С-П–Кронштадт.-1997.–Тезисыдокладов.– С. 168-169.3.<span Times New Roman"">
Кинле Х., БарерхХ. Активные угли и их практическое применение. Л.: Химия, 1984. 214 с.