акция

Исследование характеристик сорбента, приготовленного на основе шелухи гречихи

Авторы: Аббас Хуссейн Али

.

Рубрика: Технические науки

Страницы: 48-52

Объём: 0,19

Опубликовано в: «Наука без границ» № 3 (8), март 2017

Скачать электронную версию журнала

Библиографическое описание: Аббас Хуссейн Али. Исследование характеристик сорбента, приготовленного на основе шелухи гречихи // Наука без границ. - 2017. - № 3 (8). - С. 48-52.

Аннотация: Одним из наиболее перспективных направлений в создании высокоэффективных экологически безопасных промышленных технологий и природоохранной деятельности человека, отвечающей экологической концепции социально-экономического развития общества на современном этапе, является использование различных типов активных углей. 

Введение

Низкая стоимость побочных продуктов переработки сельского хозяйства, бытового и промышленного секторов позволяет их использовать для очистки сточных вод. С их помощью можно добиться удаления загрязняющих веществ из сточных вод и в то же время минимизировать отходы, они имеют возможность восстановления и повторного использования. Несмотря на многочисленные аналитические обзоры, опубликованные за последние несколько лет, прямое сравнение данных, полученных с использованием различных сорбентов, в настоящее время затруднительно из-за несоответствий в их представлении.

Цель настоящего исследования состоит в том, чтобы проанализировать существующую литературу о применении недорогих адсорбентов для очистки сточных вод, а также их характеристики и адсорбционные способности. Для этого сорбенты были разделены на следующие шесть групп [1]:

  1. сельскохозяйственные и бытовые отходы;
  2. побочные продукты промышленного производства;
  3. ил;
  4. морские материалы;
  5. почвы и руды материалы;
  6. новые низко-затратные адсорбенты.

Было рассмотрено сходство сорбентов при удалении различных загрязняющих веществ, их применение в реальных условиях с использованием сточных вод, затраты и возможность их повторного использования после процессов адсорбции. В результате, с помощью простых методологических инструментов, исследовав различные виды сорбентов с большим количеством загрязняющих веществ (красители, тяжелые металлы, неразлагающиеся соединения, азотные и фосфорные соединения), была составлена матрица «адсорбент-загрязнитель». На основании матрицы был определен адсорбент, способный заменить активированный уголь – сорбент, полученный из шелухи гречихи.

Данный сорбент может использоваться для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды в качестве фильтрующей засыпки для глубокой очистки сточных вод и для очистки воды от фотокатализаторов и красителей адсорбционным методом [2, 3, 4]. Насыщенный сорбент не тонет и легко собирается с водной поверхности.

Экспериментальная часть

1. Метод сушки. Сущность метода заключается в высушивании навески образца (шелухи гречихи) в сушильном шкафу при температуре 210 °С в течение трех часов до постоянного веса и определении уменьшения веса образца.

2. Метод карбонизации. Первичный углеродный сорбент на основе шелухи гречихи получают при одностадийной карбонизации при невысоких температурах Ткарб. ≤ 400 °С. Процесс карбонизации осуществляется на проточной лабораторной установке, состоящей из электрической печи, сделанной из нержавеющей стали с размерами 400×400×800 мм, обеспечивающей температуру до 1200 °С. Процесс проводили без доступа воздуха в токе азота. Исходный образец шелухи гречихи размером 1,5×15 мм, после сушки при температуре 210 °С в течение трех часов, загружают во вращающийся реактор, затем материал подвергают карбонизации при Т ≈ 300-400 °С в потоке азота в течение 70 мин (обычно это время, в течение которого прекращается выделение дыма). Выход угля составляет около 60 %. Переменными параметрами в процессе карбонизации являются температура и скорость подъема температуры в реакторе.

3. Адсорбционный метод определения характеристик первичного углеродного сорбента по этанолу. Адсорбцию измеряли весовым методом на вакуумной адсорбционной установке типа весов Макбейна при начальном давлении Р = 10-5 мм.рт.ст.

Результаты эксперимента

Изучение адсорбции и десорбции с помощью весов Макбейна.

В результате карбонизации был получен образец первичного углеродного сорбента: ГС.

Полученный образец был приготовлен при температуре карбонизации 240 °С со скоростью подъема температуры 10 °С и время контакта τ=70 мин.

Таблица 1.

Изотермы адсорбции и десорбции паров этанола первичным углем ГС при начальном давлении 10-5 мм. рт. ст. и температуре 25 °С

Адсорбция

Десорбция

a

p/ps

a

p/ps

0

0

1,12

0,2

0,614

0,02

1,22

0,233

0,74

0,04

1,286

0,36

0,88

0,082

1,336

0,48

1

0,12

1,379

0,64

1,06

0,153

1,4

0,78

1,12

0,2

1,429

0,86

1,14

0,22

1,48

0,942

1,171

0,34

 

1,2

0,44

 

1,229

0,52

 

1,26

0,6

 

1,28

0,68

 

1,3

0,8

 

1,34

0,88

 

1,42

0,96

 

 

Изотермы адсорбции и десорбции паров этанола

Рис. 1. Изотермы адсорбции и десорбции паров этанола первичным углем ГС при начальном давлении 10-5 мм. рт. ст. и температуре 25 °С

 

Изотерма адсорбции паров этанола

Рис. 2. Изотерма адсорбции паров этанола первичным углем ГС в координатах уравнения БЭТ при температуре 25 °С

 

В результате изучения адсорбции паров этилового спирта на весовой адсорбционной установке была получена изотерма (рис. 1). Из графика видно, что после значения Р / Рs = 0,614 начинается процесс полимолекулярной адсорбции с большой петлей гистерезиса. По форме петли гистерезиса можно сказать, что эти углеродные сорбенты имеют бутылочную форму поры и неоднородную структуру, особенно неоднороден сорбент ГС. Полученная изотерма относятся ко второму типу изотерм адсорбции по квалификации Брунауэра, Эммета и Теллера. Также была получена изотерма десорбции паров этилового спирта при заданных условиях.

Полученная изотерма адсорбции паров этилового спирта была также рассмотрена в координатах уравнения БЭТ (рис. 2) для расчёта адсорбционной емкости монослоя (аm).

Выводы

1. Был получен образец ПУС при одностадийной карбонизации шелухи гречихи при температуре карбонизации 420 °С, со скоростью подъема температуры карбонизации 10 °С и при продолжительности τ = 70 мин.

2. Полученная изотерма адсорбции и десорбции паров этилового спирта на опытном образце ПУС относятся ко второму типу изотерм адсорбции по квалификации Брунауэра, Эммета и Теллера. Используя изотерму адсорбции пара этилового спирта были рассчитаны адсорбционные характеристики углеродного сорбента с помощью уравнений БЭТ.

Список литературы

  1. Sabino, De G. Characteristics and adsorption capacities of low-cost sorbents for wastewater treatment: A review      / De G. Sabino, L. Giusy, G. Mariangela, N. Michele // Sustainable Materials and Technologies. – 2016. – V. 9. – P. 10-40.
  2. Мухин В. М., Тарасов А. В., Клушин В. Н. Активные угли России. – М. : Металлургия, 2000. – 352 с.
  3. Хоанг Ким Бонг, Темкин О.Н., Фомичева Т.В., Шестаков Г.К. // Журнал прикладной химии. – 1997. – т. 70. – № 11. – С. 1872-1876.
  4. Боресков Г. К. Гетерогенный катализ. – М. : Наука, 1988 – 303 с.

Материал поступил в редакцию 23.03.2017
© Аббас Х. А., 2017