Oпределение качества трепела для его дальнейшего использования как адсорбента

Автор: Милова Е. А., Мнускина Ю. В.
Источник: Использование современных технологий менеджмента в целях повышения эффективности деятельности предприятий/Материалы межвузовской студенческой конференции. — Донецк: ДонНТУ, 2015. — 88 с.

Постановка проблемы.

В ХХ веке началось активное развитие адсорбционных технологий и широкое внедрение их в промышленность. В настоящее время одним из эффективных способов очистки загрязненных природных сред является обработка сорбентами. Несмотря на их разнообразие, многие не удовлетворяют всему комплексу требований, предъявляемых к материалам подобного типа, в связи с чем поиск и разработка новых сорбционных материалов, в том числе природного происхождения, ведется постоянно.

Анализ последних исследований и публикаций.

О возможности использования трепела в качестве адсорбента свидетельствует, например, предложение очистки воды от нефтепродуктов трепелом не менее эффективно, чем и угольными сорбентами, с возможностью повторного использования сорбционного материала [1]. В [2] предложено посредством кипячения трепела в горячем щелочном растворе, содержащем К₃[Аl(ОН)₆], повысить сорбционную емкость, ионообменные свойства, селективность по отношению к солям кальция, магния, катионам тяжелых металлов (Cd, Cu, Zn, Co), a также радионуклидам ¹³⁷Cs.

Формулировка цели.

Целью проводимых исследований является определение сорбционных характеристик трепела (пористость, йодное число, адсорбционная емкость метилового оранжевого) для установления целесообразности его использования в качестве адсорбента.

Основной материал.

Адсорбцией называют процесс поглощения вещества из смеси газов, паров или растворов поверхностью или объемом пор твердого тела — адсорбента. Различают понятия физической и химической адсорбции. Физическая адсорбция в основном обусловлена межмолекулярными поверхностными Ван-дер-Ваальсовыми силами взаимодействия. При химической адсорбции поглощаемое вещество вступает в химическое взаимодействие с адсорбентом и образует на его поверхности новое химическое соединение.

По химическому составу все адсорбенты можно разделить на углеродные и неуглеродные. К углеродным адсорбентам относятся активированный угли (АУ), углеродные волокнистые материалы, а также некоторые виды твердого топлива. Неуглеродные адсорбенты включают в себя силикагели, активный оксид алюминия, алюмагели, цеолиты и глинистые породы.

Основным материалом, использующимся в качестве сорбента в настоящее время, являются активированные угли. Исходным сырьем для получения АУ может служить практически любой углеродсодержащий материал: уголь, древесина, полимеры, отходы промышленности. Технология получения АУ достаточно энергоемкая, что повышает стоимость готового продукта и приводит к необходимости регенерировать сорбент. Стоимость готового АУ разных марок составляет от 100–350 рублей за 1 кг.

Силикагелем называют продукт обезвоживания геля кремневой кислоты, получаемого действием серной или соляной кислот или растворов кислых солей на раствор силиката натрия. Выпавший гель кремневой кислоты после промывки высушивается при температуре 115–130 °С до влажности 5–7 %.Стоимость уже готового силикагеля от 20–100 рублей за 1 кг.

В настоящее время все чаще стали использовать природные сорбенты, так как это доступный и дешевый материал. Так, глины, обработанные серной или соляной кислотой для улучшения удельной поверхности применяют для очистки воды от различный примесей. Стоимость глины от 60 рублей за 1 кг.

Глинистые породы (диатомит, опоки, трепел) — наиболее распространенные неорганические сорбенты. Трепелы — легкие плотные тонкопористые породы, состоящие в основном из мельчайших (менее 0,005 мм) глобулярных зерен кремнезема. По внешнему виду они напоминают диатомиты. Окраска их от светло-серой, почти бледной, до желто-серой и буровато-серой в зависимости от количества органических примесей и наличия оксидов железа. Средняя плотность колеблется от 700–1200 кг/м³ и от 2000–3000 кг/м³ в зависимости от месторождения [3]. Стоимость трепела на рынке достигает 10–20 рублей за 1 кг.

Химический состав этого минерала, его строение и адсорбционные свойства позволяют использовать трепел в качестве сорбента для очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов, масел, взвешенных частиц, в пищевой промышленности, корм для животных и др. Химический состав трепела представлен в таблице 1.

Таблица 1 — Средний химический состав трепела, %

Одной из важнейших характеристик адсорбента является определение его пористости, которая в целом зависит от его месторождения. Она характеризуется суммарным объемом всех пустот (пор) в породе. Определялась пористость трех образцов трепела: без предварительной подготовки (образец № 1), обработанный микроволновым излучением в течении 30 минут при мощности 320 Вт (образец № 2), предварительно просушенный при 200 ºС в течении 2х часов (образец № 3). Результаты экспериментов приведены в таблице 2.

Таблица 2 — Результаты экспериментов

Адсорбционная емкость по метиленовому оранжевому определялась в соответствии с методикой [4], по йоду  в соответствии с методикой [5]. Результаты экспериментов сведены в таблицу 2.

Данные экспериментов показывают, что адсорбционные характеристики трепела меньше в сравнении с таковыми активированного угля, что не исключает возможности использования трепела как адсорбента. Необходимо отметить, что трепел является природным, более дешевым и экономически выгодным материалом из всех рассмотренных ранее сорбентов.

Выводы из данного исследования и перспективы. Таким образом, в работе определены адсорбционные показатели трепела. Установлено, что обработка СВЧ–излучением трепела увеличивает его пористость и адсорбционную емкость по йоду, хотя и  незначительно.

Список литературы:

1. Татаренко О. Ф.; Конышев Н. М., Патент РФ на изобретение № 2182118,10.05.2002. — 7 с.

2. Ратников А. Н., Анисимов В. С., Патент РФ на изобретение № 2427420,27.08.2011.— 6 с.

3.. Дистанов У. Г., Минеральное сырье. Опалкристобалитовые породы [текст ] : Справочник.– М.: Геоинформмарк, 1998.–27 с.

4.. ГОСТ 6217–74., Уголь активный древесный дробленный. – 1974. — 7 с.

5. ГОСТ 4453–74., Уголь активный осветляющий древесный порошкообразный

6.. Киселев А. В., Межмолекулярные взаимодействия в адсорбции и хроматографии. [текст] — М.: Высш. шк., 1986.

7. Активные угли и их промышленное применение: пер. с нем. – Л.: Химия, 1984.— 216 с.