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-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
| Катализатор | Выход адсорбента при 550 °С |
Характеристика угля | |||
| Удельная поверхность, м2 /г | Суммарный объем пор по бензолу, см3 /г | Ионо-обменная емкость, 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 углефикации и порообразования;
** - 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.