Углеродные адсорбенты как функциональные материалы для решения экологических проблем

Сравнительная оценка скорости протекания процессов на стадии осветления (1450°С) показала, что наблюдаются различия в поведении шихт при варке. В случае использования уплотненной шихты в стекломассе уже после 20 мин выдержки наблюдается практически полный провар и через 30 мин -полностью осветленное стекло, в то время как в случае с сыпучей шихтой непровар остается и после 50 мин выдержки. Следовательно, уплотнение шихты позволяет существенно интенсифицировать процесс осветления стекла. За счет уплотнения шихты методом таблетирования удается сократить величину времени изотермической выдержки при температуре варки на 40-50%.

Увеличению скорости варки стекла в значительной степени способствуют лучшие теплофизические свойства уплотненных стекольных шихт: теплопроводность сыпучей шихты составляет 0.190 Вт/м К, таблетированной - 0.310 Вт/мК.

Литература

1. Шапилова М.В., Тимофеева И.Т. Охрана атмосферного воздуха в стекольной промышленности. М.: Легпромбытиздат, 1992. 175 с.

2. Назаров В.И., Мелконян Р.Г., Калыгин В.Г. Техника уплотнения стекольных шихт / под общ. ред. проф. О.С. Чехова. М.: Легпромбытиздат, 1985. 176 с.

3. Мелконян Р.Г. Аморфные горные породы и стекловарение. М.: НИА Природа, 2002. 266 с.

4. Крашенинникова Н.С., Казьмина О.В. Уплотнение как способ улучшения технологических свойств стекольных шихт // Вопросы теории и практики. Томск: Изд-во ТПУ, 2011. 168 с.

5. Пат. 2049746 Рос. Федеарция, МПК6 С03С 3/097, 4/02. Черное стекло / Макаров В.Н., Локшин Э.П., Суворова О.В; Ин-т химии и технологии редких элементов и минер. сырья Кол. науч. центра РАН. № 93033768/33; заявл. 01.07.1993; опубл. 10.12.1995, Бюл. № 34.

6. Пат. 2151751 Рос. Федерация, МПК7 С03С 10/06, 3/087. Декоративное стекло / Макаров В.Н., Суворова

О.В., Макаров Д.В. и др.; Ин-т химии и технологии редких элементов и минер. сырья Кол. науч. центра РАН. № 99101981/03; заявл. 27.01.1999; опубл. 27.06.2000, Бюл. № 18.

Сведения об авторах

Мелконян Рубен Г арегинович,

д.т.н., Московский государственный горный университет, г.Москва, Россия, mrg-kanazit@mail.ru Суворова Ольга Васильевна,

k. т.н., Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН,

г. Апатиты, Россия, suvorova@chemy.kolasc.net.ru Макаров Дмитрий Викторович,

д. т.н., Институт проблем промышленной экологии Севера КНЦ РАН, г.Апатиты, Россия, makarov@inep.ksc.ru Кожина Ирина Семеновна,

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН, г.Апатиты, Россия, suvorova@chemy.kolasc.net.ru

Melkonyan Ruben Gareginovich,

Dr.Sc. (Engineering), Moscow State Mining University, Moscow, Russia, mrg-kanazit@mail.ru Suvorova Olga Vasilievna,

PhD (Engineering), I.V.Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the KSC of the RAS, Apatity, Russia, suvorova@chemy.kolasc.net.ru Makarov Dmitry Victorovich,

Dr.Sc. (Engineering), Institute of Industrial Ecology of the North, Apatity, Russia, makarov@inep.ksc.ru Kozhina Irina Semenovna,

l. V.Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the KSC of the RAS, Apatity, Russia, suvorova@chemy.kolasc.net.ru

УДК 661.183.2

УГЛЕРОДНЫЕ АДСОРБЕНТЫ КАК ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ

В.М. Мухин

ОАО «ЭНПО “Неорганика”», Электросталь, Россия Аннотация

Прогрессирующее загрязнение окружающей среды сделало экологическую безопасность важной составляющей национальной безопасности в целом. Сегодня практически вся планета и особенно районы массового проживания людей подвержены серьезным экологическим угрозам, главными из которых являются: радиационное загрязнение территорий; угнетение почв кислотными дождями; загрязнение почв химическими веществами и пестицидами;

572

разливы нефти на суше и на море и разрушение атмосферы. Одним из способов решения этой важной задачи является разработка и применение универсальных материалов, в роли которых с успехом выступают углеродные адсорбенты - активные угли.

Ключевые слова:

адсорбция, активные угли, санитарная очистка, порошковые активные угли, пестициды, детоксикация почв.

CARBON ADSORBENTS AS FUNCTIONAL MATERIALS FOR SOLVING ENVIRONMENTAL PROBLEMS

V.M. Mukhin

JSC “ESPE «Neorganika»”, Elektrostal, Russia Abstract

Progressive pollution of environment made the environmental safety an important constituent of the national safety as a whole. Today almost all the planet and especially the densely populated areas are subjected to severe environmental threats, main of which are: radioactive pollution of territories; soil poisoning by acid rains; soil pollution by chemicals and pesticides; oil spills over land and sea and atmosphere destruction. One of methods of solving this important task is the development and application of universal materials in the form of carbon adsorbents - active carbons.

Keywords:

adsorption, active carbons, sanitary purification, powder active carbons, pesticides, soil detoxification.

Проблемы глобального загрязнения окружающей среды поднимались еще раньше российским ученым, профессором МХТИ им. Д.И. Менделеева Н.В. Кельцевым, предложившим магистральный путь разрешения ситуации. Он писал: «В настоящее время, когда вопрос жизни и смерти стоит уже не только перед армией, но и перед всем человечеством, обеспокоенным катастрофическим загрязнением биосферы, настало время вновь обратиться за помощью к адсорбции - одному из самых эффективных методов защиты окружающей среды от загрязнений».

В силу своих физико-химических свойств углеродные адсорбенты (активные угли - АУ) являются уникальными и идеальными сорбционными материалами, которые позволяют решать большой круг вопросов обеспечения химической и биологической безопасности человека, окружающей среды и инфраструктуры. АУ - это высокопористые углеродные материалы, имеющие чрезвычайно развитую внутреннюю поверхность (1000-2000 м2/г). В пористой структуре АУ (объеме микропор и мезопор) происходит поглощение любых типов органических микропримесей за счет адсорбционных сил (сил поверхностного взаимодействия) [1].

Ниже, в табл. 1, приведены глобально значимые экологические технологии использования АУ.

Таблица 1. Экологические технологии использования активных углей

Составляющая биосферы Углеродсорбционная технология

Атмосфера Рекуперация растворителей Санитарная очистка отходящих газов, в т.ч. сероочистка Система газоочистки АЭС Улавливание паров бензина, выделяемых автотранспортом Уничтожение химического оружия Уничтожение твердых бытовых отходов Очистка воздуха, поступающего в жилые и рабочие помещения

Г идросфера Очистка питьевой воды Обезвреживание сточных вод Переработка жидких радиоактивных отходов Добыча золота и цветных металлов

Литосфера Защита почв от ксенобиотиков, в т.ч. пестицидов Ремедиация почв Зоны санитарной охраны водоисточников

Человек Средства индивидуальной и коллективной защиты фильтрующего типа Производство хим.-фарм. препаратов, витаминов, антибиотиков Энтеро- и гемосорбция Получение экологически чистой пищи

Стоит сказать о постоянном возникновении новых угроз, для предотвращения которых необходимы АУ. Остановимся более подробно на некоторых экологических технологиях использования АУ.

Обширный круг технологий санитарной углеасорбционной очистки включает, в частности, процессы улавливания из воздуха аммиака, хлора, сероуглерода, диоксида серы, сероводорода, ртути, углеводородов,

573

органических и хлорорганических растворителей низкой концентрации (<1 г/м3) решается с помощью АУ, катализаторов и химпоглотителей на их основе. Процессы санитарной очистки можно разделить на следующие основные направления: обессернивание газов, удаление радиоактивных газов и адсорбция вредных и дурнопахнущих веществ. Эти процессы достаточно хорошо описаны в монографии профессора Кельцева Н.В. и монографии Э.Бадера и Х.Кинле [2, 3].

Загрязнение окружающей среды автотранспортом в последние годы привлекает все более пристальное внимание. Наряду с поступлением углеводородов с отработанными газами двигателей внутреннего сгорания значительное их количество попадает в атмосферу в результате обусловленного различными причинами испарения топлив из систем питания двигателей (баков для горючего, карбюраторов и других устройств).

Применение в автомобилях ВАЗ 2110-2115 адсорберов улавливания паров бензина, снаряженных АУ, позволило предотвратить его выброс в атмосферу за время эксплуатации машин в количестве 10000 т, что, безусловно, способствовало улучшению экологической обстановки в городах РФ.

Воды поверхностных источников водоснабжения наиболее часто загрязнены нефтепродуктами, пестицидами и другими весьма стабильными веществами в основном органического происхождения.

Одним из методов очистки питьевой воды является ее обработка порошковым активным углем (ПАУ). Обычно предварительно готовят суспензию из 3-7 мас. % ПАУ в воде, которую дозируют в поток подлежащей обработке воды. В последние годы для этих целей, как правило, использовали активный уголь из древесины типа ОУ. Однако требование повышения эффективности процесса сорбции обусловило необходимость доработки качественных параметров ПАУ на основе каменноугольного сырья типа УАФ, что повысило поглощающую способность по особо токсичным соединениям (хлорфенолам и пестицидам).

Увеличения глубины очистки воды достигают дополнением традиционной технологии водоподготовки этапами озонирования воды и ее последующей обработки гранулированными активными углями (ГАУ). Озоносорбционная обработка предусмотрена проектами очистных сооружений новых водопроводных станций. В связи с запланированным впервые в России вводом в 2002 г. на Рублевской водопроводной станции современного блока озоно-сорбционной очистки воды мощностью 240 тыс. м3/сут была поставлена задача разработки с названной целью отечественных ГАУ.

Свойства нового активного угля «Г идросорб» и регламент эксплуатации обеспечивают его эффективное использование в подготовке питьевой воды, что подтверждают данные контроля качества воды после 4-го блока и традиционных сооружений РВС: по обобщенным показателям органического загрязнения (содержание органического углерода, перманганатная окисляемость) эффективность очистки воды превосходит таковую в традиционной технологии на 40-50%; при появлении в воде р. Москвы неприятных запахов обеспечена ее надежная дезодорация; побочные продукты озонирования (формальдегид, в частности) отсутствуют в воде после угольных фильтров.

Одной из основных угроз биосфере является снижение плодородия почв и даже полное истощение сельхозугодий в результате техногенной деятельности. В то же время почв сельхозугодий на планете всего 6% от общей территории суши. С учетом того, что в конце XXI века на планете будет жить более 10 млрд чел., защите и реабилитации почв должно быть уделено первостепенное внимание.

Широкомасштабное использование в мировой сельскохозяйственной практике разнообразных химикатов, в том числе пестицидов, обострило медико-экологические проблемы, обусловленные загрязнением продуктов растениеводства, животноводства и биосферы в целом. В настоящее время ассортимент применяемых в различных странах мира ядохимикатов насчитывает около тысячи наименований (по действующим веществам), при этом широко используют около трехсот [4].

При решении экологических задач агропромышленного комплекса (АПК) АУ характеризуют такие преимущества, как избирательность сорбции органических токсикантов, универсальность сорбционных свойств, высокая поглотительная способность, гидрофобность, удобная препаративная форма (зерна, порошок) и низкая стоимость.

Суть углеасорбционной детоксикации состоит во внесении в загрязненную почву АУ в виде зерен или порошка с объемом микропор 0.20-0.30 см3/г и последующей заделки его на глубину 10-15 см; затем в обработанную углем почву высевают заданную сельхозкультуру.

Результаты экспериментов, выполненных в лаборатории искусственного климата (ЛИК) с разными типами и концентрациями (соответствующими реальным остаточным количествам) гербицидов в почвах, свидетельствуют, что активный уголь действительно является универсальным средством для восстановления плодородия загрязненных почв вне зависимости от типа и остаточного содержания гербицида, повышая урожайность на 20-100%.

Другим важным результатом углеасорбционной детоксикации почв является получение экологически чистой продукции растение- и овощеводства. В табл.2 представлены результаты сопоставительных экспериментальных исследований на сельскохозяйственных культурах при их возделывании по обычной технологии и с использованием углеродного адсорбента. Как видно, внесение АУ на загрязненные участки в количестве до 100 кг/га (в случае зерновой культуры ячменя до 200 кг/га) позволяет резко снизить, а в ряде случаев и полностью исключить накопление гербицидов в продуктах растение- и овощеводства. Таким образом, применение АУ непосредственно влияет на питание и качество жизни человека.

574

Таблица 2. Накопление гербицидов сельскохозяйственными культурами

Доза гербицида, кг/га Доза активного угля, кг/га Тест-культура Содержание гербицида в урожае, мкг/кг

Трефлан - 1 - Томаты 28

Трефлан - 1 100 То же 0.6

Трефлан - 1 - Морковь 95

Трефлан - 1 100 То же Не обнаружено

2.4-Д - 5 - Ячмень 220

2.4-Д - 5 200 То же Не обнаружено

2.4-Д - 10 - Ячмень 670

2.4-Д - 10 200 То же Не обнаружено

2.4 - дихлорфеноксиуксусная кислота

По данным ВНИИ фитопатологии РАН, ожидаемый эколого-экономический эффект от детоксикации почв достигает 500 долл. США с га и только в Московской области может составить до 30 млн долл. США/год.

Таким образом, можно констатировать, что в XXI веке человечество вступило в новую эру - эру защиты биосферы, в которой ключевая роль при очистке промышленных выбросов и защите человека принадлежит углесорбционным технологиям.

Литература

1. Мухин В.М., Тарасов А.В., Клушин В.Н. Активные угли России. М.: Металлургия, 2000. 352 с.

2. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. М.: Химия, 1976. 511 с.

3. Кинле X., Бадер Э. Активные угли и их промышленное применение: пер. с немец. Л.: Химия, 1984. 215 с.

4. Мухин В.М., Спиридонов Ю.Я. Сорбционная детоксикация почв, загрязненных пестицидами // Проблемы экологической безопасности агропромышленного комплекса. Вып. 4. РАСХН - Минсельхоз РФ. Сергиев Посад, 1999. С. 30-38.

Сведения об авторе

Мухин Виктор Михайлович,

д.т.н., ОАО «ЭНПО “Неорганика”», Электросталь, Россия, victormukhin@yandex.ru Mukhin Victor Mikhailovich,

Dr.Sc. (Engineering), JSC “ESPE «Neorganika»”, Elektrostal, Russia, victormukhin@yandex.ru

УДК 691.327.332

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ И УЛУЧШЕНИЯ СВОЙСТВ ГАЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ

А.А. Пак, Р.Н. Сухорукова

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева Кольского научного центра РАН, Апатиты, Россия

Аннотация

Приводятся особенности формования изделий из газобетона. Отмечены недостатки традиционной газобетонной технологии. В результате анализа особенностей технологии газобетонных изделий и известных путей ее совершенствования нами предлагается ряд предложений по совершенствованию технологии и улучшению свойств газобетонных изделий.

Ключевые слова:

ячеистый бетон, технология, газобетонная смесь, закрытая форма, плотность, структура бетона.

PROMISING DIRECTIONS IN UPDATING OF TECHNOLOGY AND PROPERTIES OF GAS-CONCRETE PRODUCTS

A.A. Pak, R.N. Sukhorukova

I.V.Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Kola Science Centre of the RAS, Apatity, Russia

575