 |  | |
 УДК 544.723.21 Адсорбционные характеристики природного и модифицированного трепела
Милова Е.А., магистрант, Мнускина Ю.В., доцент, кандидат химических наук Донецкий национальный технический университет
Рассмотрены адсорбционные характеристики трепела и проведен анализ методов активаций для его дальнейшего применения.
На современном этапе развития адсорбционных технологий особое внимание уделяется использованию не только промышленных, но и природных адсорбентов. И одной из важнейших задач на сегодня является замена используемых адсорбционных материалов (в частности, активированных углей) на более доступное, прочное, целесообразное, экономически выгодное и дешевое сырье, которое ничем не будет уступать по различным требованиям промышленным адсорбентам. И такими адсорбентами являются природные, которые получают из растительного или минерального сырья с довольно большой удельной поверхностью. Одним из природных адсорбентов является трепел – это осадочная горная порода, от светло серого до желтоватого цвета, которая в основном состоит из активного кремнезема (до 80 %) [1]. С целью повышения адсорбционных характеристик трепела для обеспечения требуемых технологических свойств его модифицируют, как и другие природные адсорбенты. Различают следующие виды модификации: термическую, механическую, химическую, гидротермальную обработку и даже физическую. В свою очередь химическая активация делится на содовую, солевую, щелочную и кислотную [2]. Цель работы: установить эффективность применения различных активаций адсорбента на основе природных компонентов для дальнейшего его применения. Объектом исследований выступает трепел, а предметом – адсорбционная очистка воздуха от вредных примесей. Анализ многих источников литературы и полученных данных [3] показывают, что адсорбционные характеристики трепела несколько ниже, чем например, активированного угля. Но это не исключает возможности применения трепела в качестве адсорбента для очистки воздуха от вредных примесей. Для увеличения адсорбционных характеристик трепела необходимо провести его модификацию различными методами, которые рассмотрены в данной статье. Термическая активация способствует увеличению удельной поверхности и активности адсорбента. Для этого адсорбент необходимо прокалить при определенной температуре для удаления излишков воды и посторонних загрязняющих аморфных веществ с последующим измельчением его до определенного размера гранул. Оптимальная температура активации трепела составляет 150 - 300 °С до потери гидратной воды 50-80 %, которая была предложена [4]. Близко к термической активации стоит метод гидротермального модифицирования природных сорбентов – обработка в парах воды при высоких температурах и давлении. При кислотной активации адсорбентов чаще всего применяют серную или хлорную кислоту в различных количествах в зависимости от воздушно-сухой навески. Ее механизм сводится к растворению и вымыванию катионов щелочных и щелочноземельных металлов – Na, K, Ca, Mg из каркаса минерала. Так ионы водорода, проникая внутрь структуры минерала, частично ее разрушают и вытесняют чаще всего ионы Al, Fe и происходит значительное удаление количества оксида алюминия. Также во многих исследовательских работах отмечено, что возможна потеря механической прочности самого адсорбента. При щелочной активации происходят различного рода изменения физико-химических и механических свойств адсорбента [2]. В качестве природного адсорбента в работе использовали трепел Авдеевского месторождения со средним размером зерен диаметром 0,75-1 мм. Первый образец трепела массой 10 г кипятили в 100 мл дистиллированной воды в течение одного часа, отделяли и сушили при 110 °С до постоянной массы. Второй образец с той же массой кипятили в 100 мл 1М раствора HNO3 в течение одного часа, затем отфильтровывали и промывали дистиллированной водой до отрицательной реакции на нитрат-ионы и pH = 5 и сушили при 110 °С до постоянной массы. Третий образец с той же массой сушили при 200 °С в муфельной печи до постоянной массы в воздушной среде. Несколько образцов, предварительно высушенных до постоянной массы, активировали путем пропитки различными водными растворами: четвертый раствором CuCl2, пятый - CuCl2 с KCl, шестой – CoCl2 седьмой - CoCl2 с KCl при определенных концентрациях компонентов. Используемые соли хлорида кобальта и меди были предварительно обезвожены. Полученные влажные и рыхлые образцы сушили в воздушной среде при 110 °С в течение 2-2,5 часов до постоянной массы. Содержание компонентов рассчитывали на массу образца. Адсорбционные свойства полученных активированных образцов трепела исследовали на примере адсорбции с парами ацетона, который содержится в воздухе, как вредное вещество, в качестве которого он был выбран. Ацето́н ( CH3-C(O)-CH3 ) — простейший представитель кетонов, бесцветная легкоподвижная летучая жидкость с характерным запахом. Ацетон хорошо растворяет многие органические вещества и некоторые соли. Мировое производство ацетона составляет более 3-х миллионов тонн в год и с каждым годом все больше. Ацетон малотоксичен, также считается, что он не вызывает хронических болезней при использовании основных методов предосторожностей при работе с ним. Он обладает возбуждающим и наркотическим действием, поражает центральную нервную систему (4 класс опасности). Огромные потери, загрязняющие окружающую среду и атмосферный воздух, происходят при переливании в емкости ацетона [5]. Определение адсорбционной емкости трепела по отношению к ацетону проводили статическим методом. Для проведения эксперимента брали все модифицированные образцы трепела и один образец активированного угля. Все исследуемые образцы помещали в эксикатор с ацетоном. На протяжении 10-14 дней при фиксировании комнатной температуры и давления, определяли массу образцов на аналитических весах до установления равновесия. Масса образцов увеличивалась вследствие взаимодействия каждого адсорбента с парами ацетона. На рисунке 1 представлен график зависимости массы адсорбированного ацетона на грамм адсорбента от времени.
Рис.1 - Зависимость массы адсорбированного ацетона на грамм адсорбента от времени
Исходя из графика следует отметить, что все исследуемые образцы имеют адсорбционные характеристики, незначительно отличающие друг от друга. Время для поглощения той же массы ацетона у природного трепела незначительно больше, чем у его активированных образцов. А скорость поглощения ацетона у активированных образцов выше, чем у обычного трепела. А в сравнении с активированным углем, скорость адсорбции всех образцов трепела не существенно ниже. Для полной адсорбционной характеристики и сравнения полученных данных об активированных образцах необходимо провести ряд исследований, такие как определение адсорбционной емкости по красителям, йодное число, емкость катионного обмена, что и является следующей нашей задачей.
Библиографический список
| ||
 |  |
#menuinclude(1-elibraryru)