Дешевый активный уголь для поглощения вредных веществ
УДК 661.66.3:661.183.2ч630.86
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
|Катал|Выход |Характеристика угля |
|изато|адсорбен| |
|р |та при | |
| |550 (С | |
| | |Удельная |Суммарный |Ионо-обменн|Сорбционная|
| | |поверхност|объем пор по|ая емкость,|емкость по |
| | |ь, м2/г |бензолу, |мг-экв/г |метану, г/г|
| | | |см3/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 |
** - 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.