Навигация
Способы получения адсорбентов
33855
знаков
0
таблиц
3
изображения
1.4 Способы получения адсорбентов
Современное мировое производство пористых углеродных материалов приближается к одному миллиону тонн в год. На данный момент перспективным направлением является получение сорбентов из различных отходов деревопереработки и не древесного растительного сырья. Такое использование отходов различных производств позволяет одновременно решать экологическую проблему их утилизации и расширить перечень сорбентов, пригодных для использования в различных областях. В настоящее время из древесины производят около 36% углеродных сорбентов, из каменных углей - 28, из бурых углей - 14, из торфа - 10, из скорлупы кокосовых орехов - около 10%.
Масштаб использования сорбентов для решения экологических задач лимитируется их стоимостью. Привлечение дешевых сырьевых источников и разработка эффективных технологических решений их переработки позволяет существенно снизить стоимость товарного продукта.
Важнейшим сырьем для получения активных углей является древесина (в виде опилок), древесный уголь, торф, торфяной кокс, некоторые каменные и бурые угли, а также полукокс бурых углей.
Мелкоизмельченные древесные отходы, карбонизируют во вращающихся печах или аппаратах с движущимися слоями. Кусковые и гранулированные угли, а так же прессованные изделия из древесноугольной пыли и связующего, активируются в шахтных и вращающихся печах водяным паром или диоксидом углерода при 800-10000С. В процессе активации возрастают объем пор, удельная поверхность сорбента, меняется соотношение между объемами микро-, мезо- и макропор. Скорость газификации поверхностного углерода в процессе активации зависит от степени структурной упорядоченности углеродного материала. Наиболее легко и быстро газифицируется углерод в разупорядоченных областях углеродной поверхности. Приготовленные со связующим формованные угли необходимо термообрабатывать перед активированием при температуре около 5000С; связующее в этих случаях частично карбонизуется. Качество активного угля зависит от свойств исходного углеродсодержащего материала и от режима активирования. Характеристикой степени активирования угля является обгар, то есть процент сгоревшего угля по отношению к исходному его количеству. Активные древесные угли отличаются высокой степенью чистоты и тонкопористостью [1, 6].
Количество и размер образующихся пор определяются природой сырья и режимными параметрами процесса термической обработки. Важное значение имеет скорость нагрева сырья. Общий объем пор, а также количество крупных пор (макропор) значительно возрастают с ростом скорости нагрева сырья. Медленные скорости нагрева реализуются в технологиях пиролиза в реакторах с неподвижным слоем сырья. Более производительные технологии пиролиза основаны на использовании измельченного сырья и реакторов с так называемым псевдоожиженным или кипящим слоем: увлекаемые потоком газа мелкие частицы сырья как бы находятся в кипящем состоянии. Преимуществом реакторов с кипящим слоем является высокая скорость массо- и теплопереноса, что обеспечивает повышенную интенсивность процесса пиролиза по сравнению с технологиями пиролиза в неподвижном слое сырья. Объем пор и распределение пор по радиусам можно регулировать также путем изменения продолжительности процесса пиролиза. В реакторах с псевдоожиженным слоем продолжительность пребывания частиц измельченного сырья в зоне пиролиза составляет от десятых долей секунды до нескольких минут.
Также важным адсорбентом на сегодняшний день является силикагель. Это один из самых первых минеральных синтетических сорбентов, нашедших широкое применение в промышленности. Силикагель не потерял своего промышленного значения, несмотря на то, что в последние годы бурно развиваются адсорбционные процессы с использованием уникальных кристаллических сорбентов – цеолитов.
Технический силикагель получают следующим образом: путем взаимодействия раствора силиката натрия или калия (жидкое стекло) с соляной или серной кислотой получают гель, который высушивают, а затем разламывают на куски, промывают водой, снова сушат, измельчают, фракционируют и прокаливают до полного удаления влаги. Товарный силикагель выпускают в виде зёрен или шаровидных гранул. Различные марки силикагелей имеют средний эффективный диаметр пор 20-150 Å и удельную поверхность 100-1000 м2/г [3, 8].
И следует отметить, что современные подходы к изучению структурно-сорбционных свойств позволяет прогнозировать соответствие структуры пористых материалов задачам их применения и теоретически обосновать закономерности адсорбции различных веществ.
1.5 Применение адсорбентов для адсорбции газов и паров
Пористые углеродные материалы человечество использует на протяжении многих столетий. Например, о лечебных свойствах активированного угля знали ещё древние египтяне, а также основоположник античной медицины Гиппократ.
Современная медицина широко применяет специальные угли для извлечения токсичных веществ из крови (гемосорбция), лимфы, плазмы для повышения иммунитета, для консервирования крови, при инфекционных заболеваниях желудочно-кишечного тракта [2, 7].
В XVIII веке была открыта способность древесного угля очищать различные жидкости и поглощать некоторые газы. До начала XX века углеродные сорбенты применяли преимущественно в пищевой промышленности и виноделии для очистки жидкостей. Необходимость обезвреживания боевых отравляющих веществ, возникшая в ходе первой мировой войны, стимулировала развитие работ по очистке газов. Разработанный российским ученым Н.Д. Зелинским противогаз с активным углем в качестве сорбента до сих пор является наилучшим способом защиты от летучих ядовитых веществ [1].
Для различных областей применения требуются углеродные сорбенты с определенным набором характеристических свойств: определенной пористой структурой, составом поверхностных функциональных групп, прочностью, степенью чистоты и др. Так например, карбонизация древесной коры и последующее активирование углекислым газом позволяет получить дешевый активный уголь, который применяется для обесцвечивания стоков бумажного производства [6-8].
Важной проблемой, при хранении углеводородов является подавление выбросов. Для этого используют резервуар с плавающей крышкой, взаимосвязанные газгольдеры, а также системы улавливания паров при давлении. При давлении более 76 кПа используют только системы улавливания паров. Загрязнитель может быть извлечен и подвергнут концентрированию в качестве продукта или для получения тепла в технологических процессах. Для улавливания паров углеводородов химической промышленности применяют активные угли АГ (к/у пыль + смола), СТК (торф), АРТ (торф + к/у пыль).
Как правило, стоимость углеродных сорбентов – это лимитирующий фактор их крупномасштабного использования. Для очистки газовых выбросов и промстоков целесообразно использовать достаточно дешевые сорбенты, получаемые из доступного, недорогого сырья или отходов производства. Такие сорбенты можно использовать как материалы одноразового применения. [5]
Выбор сорта угля зависит от характера проводимого процесса. В зависимости от области применения активные угли делят на следующие группы:
1.Угли для поглощения газов и паров.
а) рекуперационные угли, применяемые для поглощения паров органических веществ из воздуха или из других газов.
б) газовые угли, применяемые в промышленности, а так же в противогазах и газоубежищах для поглощения газов и паров воздуха;
в) катализирующие, или контактные, угли применяемые в качестве катализаторов химических реакций.
2. Угли для поглощения веществ из растворов.
а) обесцвечивающие угли, применяемые для обесцвечивания и очистки различных жидкостей;
б) медицинские угли, применяемые внутрь для адсорбции газов, ядов.
Пожалуй важный недостатк активного угля – это его горючесть. Нагревать активный уголь в воздушной среде допускается лишь до 2000С. При более высоких температурах он может загореться. Ввиду этой особенности при работе с ним требуется осторожность, особенно если есть угольная пыль, которая при высоких температурах способна взрываться. Чтобы сделать уголь менее горючим, к нему подмешивают силикагель. Полученная смесь называется силикакарбоном. Содержание SiO2 в силикарбоне настолько незначительно (обычно от 4 до 5%), что не может повлиять на свойства угля.
Так же как и уголь, силикагель нашел обширное техническое применение. Его используют как адсорбент при поглощении и разделении паров органических веществ и газов, при поглощении влаги, осушке газов, в противогазовом деле, как поглотитель веществ, плохо сорбируемых активным углем. По сравнению с углем силикагель механически более прочен, и имеет большой срок службы [6, 8, 9].
Можно констатировать, что области применения пористых материалов постоянно расширяются как за счет привлечения новых, более дешевых источников, так и за счет повышения качества сорбируемых материалов. Это позволяет заменять традиционно используемые промышленные адсорбенты без снижения эффективности процессов очистки.
Заключение
В ходе выполнения курсовой работы было изучено большое количество литературного материала по изотермам адсорбции паров пористых углеродных материалов, полученных из различного углеродсодержащего сырья. Так же определили наиболее эффективный поглотитель по отношению к остальным сорбентам, и оценили адсорбционную способность сорбентов по отношению к парам летучих углеводородов.
Список литературы
1. Кузнецов, Б.Н. Синтез и применение углеродных сорбентов / Б.Н.Кузнецов, М.Л. Щипко, В.Е. Тарабанько // Соросовский образовательный журнал, 1999. – №12. – С. 29–34.
2. Тайц, Е.М. Окускованное топливо и адсорбенты на основе бурых углей / Е.М. Тайц, И.А. Андреева, Л.И.Антонова. – М.: Недра, 1985. – 160 с.
3. Фенелонов, В.Б. Пористый углерод / В.Б. Фенелонов. – Новосибирск.: Химия, 1995. –513 с.
4. Рощина, Т.М. Адсорбционные явления и поверхность / Т.М. Рощина, В.П.Передовой, Ф.Л. Ковш // Соросовский образовательный журнал. 1998. –№2. – С. 89–94.
5. Серпионова, Е.Н. Промышленная адсорбция газов и паров / Е.Н. Серпионова. – М.: Высшая школа, 1969. –416 с.
6. Грег, С. Адсорбция, удельная поверхность, пористость / С. Грег, К. Синг. – М.: Мир, 1984. – 306 с.
7. Никитина, Ю.С. Экспериментальные методы в адсорбции и молекулярной хроматографии / Ю.С.Никитина. – М.: МГУ, 1990. – 318 с.
8. Кузнецов, Б.Н. Новые подходы в переработке твердого органического сырья / Б.Н. Кузнецов, М.Л. Щипко, С.А. Кузнецова // Журнал органической химии. – 1991. –Т.36.№3. –С.171–186.
9. Кинхле, Х. Активные угли и их промышленное применение / Х. Кинхле, Э. Бадер . – Л.: Химия, 1984. –216 с.
Похожие работы
... в условиях многоразового использования при температуре до 1000 °С в воздушной среде; матрица — неорганическая (бариевый глиноземистый цемент). [19]. 6. Сырье, используемое в производстве композиционных хемосорбционных волокнистых материалов Поликон К Фенол (ГОСТ 23519-93) – С6Н5ОН (молекулярная масса 94,1) при температуре 25 0C твердое белое кристаллическое вещество (в виде ромбических игл), ...
... полученных в ходе выполнения настоящей работы магнитных жидкостей (с магнитными оксидами железа в качестве дисперсионной фазы). Применение магнитных жидкостей позволяет варьировать свойства данных сорбентов в широких пределах. ü Методом электронно-микроскопического исследования показано, что разработанный способ получения магнитных сорбентов обеспечивает равномерное распределение частиц ...
... или кислот; так получают, например, золь гидроксида железа(III), имеющий следующее строение: {[Fe(OH)3]m n FeO+ · (n–x)Cl–}x+ x Cl– 4.2.2 Агрегативная устойчивость лиофобных коллоидов. Строение коллоидной мицеллы Лиофобные коллоиды обладают очень высокой поверхностной энергией и являются поэтому термодинамически неустойчивыми; это делает возможным самопроизвольный процесс уменьшения ...
... , газ-носитель поступает в колонку, представляющую собой трубку, заполненную сорбентом или другим хроматографическим материалом, играющим роль неподвижной фазы. Рис.5 Схема работы газового хроматографа: 1 – баллон высокого давления с газом-носителем; 2 – стабилизатор потока; 3 и 3 ' – манометры; 4 – хроматографическая колонка; 5 – устройство для ввода пробы; 6 – термостат; 7 – детектор; ...
0 комментариев