Дешевый активный уголь для поглощения вредных веществ

УДК 661.66.3:661.183.2ч630.86

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

|Катал|Выход |Характеристика угля |

|изато|адсорбен| |

|р |та при | |

| |550 (С | |

| | | |см3/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.