Трошина Е.А. , Пичахчи О.Ю.- Сорбционные свойство твердого остатка пиролиза автомобильных шин

Сорбционная очистка как природных, так и сточных вод позволяет удалить из очищаемой воды загрязнения различной природы практически до любой остаточной концентрации. Особенно распространено применение в качестве сорбентов активных углей, которые широко применяют как в технологиях водоподготовки, так и для очистки и доочистки сточных вод. Однако применение активных углей не всегда экономически целесообразно, что связано с их относительно высокой стоимостью и проблемами регенерации. Поэтому возникают вопросы о расширении сырьевой базы для производства активных углей и подобных им углеродистых сорбентов.

Ранее [1] нами была показана возможность использования в качестве сорбента для очистки воды твердого остатка, который образуется при низкотемпературном пиролизе отработанных автомобильных шин и содержит до 95 % углерода (в пересчете на сухое беззольное состояние). Целесообразно было расширить объем исследования, определив некоторые сорбционные характеристики.

С целью улучшения сорбционных характеристик твердый остаток после предварительной обработки был разделен на три фракции – 0.5 мм, (05-1.0) мм и (2.0-3.0) мм, для каждой из которых была определена удельная поверхность по методу БЭТ и которая составила соответственно 0.32, 0.30 и 0.18 м²/г. Для дальнейших исследований была выбрана фракция (05-1.0) мм. Подробное изучение адсорбционной активности по йоду согласно [2] и по метиленовому синему [3] подтвердило относительно хорошие сорбционные свойства исследуемого продукта. Эксперименты по изучению сорбционных свойств проводили при температуре (20?0.5) оС при контакте с модельными растворами красителей, фенола и сульфата меди, приготовленных на основе дистиллированной воды. Сорбционную емкость твердого остатка оценивали как массу адсорбированных веществ после контакта сорбента с раствором при взбалтывании в течение 20 мин. Равновесные концентрации извлекаемых соединений определяли после отделения сорбента фотоколориметрическим методом в случае красителей, бромид-броматным методом - для растворов фенола и в случае ионов меди – йодометрическим титрованием. Величину сорбционной емкости Г (мг/г) рассчитывали по уравнению

Г = (С₁- С₂)V/m,

где С₁и С₂ исходная и равновесная концентрации извлекаемых веществ соответственно, мг/дм³; V – объем раствора, дм³; m - масса сорбента, г.

Исследования проводили в диапазоне исходных концентраций веществ (100-1000) мг/г, на основании полученных данных были построены изотермы адсорбции. В случае красителей изотерма адсорбции имела вид, приведенный на рис.1.

Рисунок 1 - Изотерма адсорбции метиленового синего

Вид изотермы адсорбции свидетельствует о присутствии в сорбенте микро- и макро пор, а также о сильном межмолекулярном взаимодействии в веществе сорбата.

В табл.1 приведены результаты изучения процесса сорбции фенола из водных растворов. Как свидетельствую данные, приведенные табл.1, максимальная сорбционная емкость составляет 55.46 мг/г, что согласуется с литературными данными, приведенными для адсорбции фенола водных растворов на угле КАД [4].

Результаты определения сорбционной активности относительно фенола и метиленового красного при условии адсорбционного равновесия позволили получить эмпирические уравнения Фрейндлиха, которые для фенола и красителей имели вид:

для фенола Г = 4.10С^1/0.45;
для метилового синего Г = 0.65С^1/0.03,
для метилового красного Г = 2.90С^1/0,54

Полученные выражения свидетельствуют о высокой адсорбционной активности исследуемого продукта относительно органических веществ.

Для изучения возможности поглощения ионов тяжелых металлов была проведена серия опытов по поглощению ионов меди. Сорбцию проводили из растворов в диапазоне концентраций ионов меди (10?100) мг/дм3. Уравнение Фрейндлиха в этом случае имеет вид:

Г = 0.95С ^1/0.9

Процесс сорбции какого-либо вещества из сточных вод может быть осложнен присутствием других соединений, которые тем или иным образом могут влиять на сорбционные процессы, поэтому данные в случае модельных растворов и сточных вод могут не совпадать. Возможность применения в качестве сорбента для очистки сточных вод твердого остатка пиролиза автомобильных шин была проверена при обработке фенольной сточной воды коксохимического завода «Донецккокс». Сточную воду встряхивали в течение двух часов с навеской сорбента, отбирая пробы через каждые полчаса. Содержание фенола определяли хроматографичесикм методом. Как свидетельствуют результаты проведенного исследования, приведенные в табл.2, концентрация фенола в воде после контакта с сорбентом в статических условиях в течение двух часов понизилась в 1.6 раз.

Таким образом, выполненные исследования свидетельствуют о возможности использования твердого остатка пиролиза автомобильных шин в качестве сорбента для очистки сточных вод, а также о целесообразности проведения дальнейших исследований по уточнению технологических параметров процесса.