Оценка реологических свойств торфяных паст для получения высокопрочных гранулированных активных углей

шекной скоростью износа по сравнению с воздушной средой. Это обстоятельство, по всей видимости, связано с неоднородностью химического состава поверхностного слоя и объема гранул этого адсорбента, так как сырьевая торфополимерная композиция с добавлением фурфурола представляет собой многокомпонентную систему, содержащую летучие и поверхностно активные вещества, способные к концентрированию на границе разделе паста-воздух.

Библиографические ссылки

1. Касаточкин В.И., Ларина Н.К. Строение и свойства природных углей. -М.: Недра, 1975. 159 с.

2. Крагельский И.В. Трение и язнос. М.: Машиностроение, 1968. 360 с.

3. Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения. М.: Наука, 1974. 640 с.

4. Колышкин А.Г., Михайлова К.К. Активные угли: Свойства и методы испытаний. Справочник. Л.: Химия, 1972. 56 с.

5. Аналитическая химия и технический анализ угля: Учебник для техникумов. / И.В.Авгушевич [и др.]; М.: Недра, 1987. 336 с.

6. Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Муллер В.М. Поверхностные силы. М.: Наука, 1985.398 с.

7. Стрижко Л.С. Металлургия золота и серебра. / МИСИС, М.: Изд-во МИСИС, 2001. 336 с.

8. Патент№ 2019503 [РФ]. / В.В. Гурьянов [и др.]; [опубл. 15.09.94]. М., Бюллетень, 1004.

9. Хомутов А.Н., Клушин В.Н. Влияние добавок фурфурола и лигнина на кинетику истирания высокопрочных активных углей из отходов полиэфира и торфа. // Успехи в химии и химической технологии: Сб. науч. тр. [под ред. П.Д. Саркисова и В.Б. Сажи на]? / РХТУ им. Д.И. Менделеева М.: Изд-во РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2006. Том XX. № 6. С. 45-47.

УДК 631.4:632.954:661.183

А. Н. Хомутов. В. Н. Клушин, В. М. Мухин, А. В, Нистратов

Российский химико-технсшогический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ОЦЕНКА РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТОРФЯНЫХ ПАСГ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ГРАНУЛИРОВАННЫХ АКТИВНЫХ УГЛЕЙ

Estimation of Maxwell-Kelvin-Shvedov rheological model constants of peat pastes tor producing high-strength granulated activated carbons was made in this paper.

Проведена оценка констант реологической модели Макевеляа-Кельвииа-Шведова торфяных паст для получения высокопрочных гранулированных активных углей.

Гранулированные активные угли на торфяной основе эффективны во многих сорбционных процессах, используемых в технике защиты окружающей среды [1]. На российском рынке наиболее популярны активные угли на торфяной основе серии СКТ отечественного производства и активные угли голландской фирмы "КОШТ". Разработка новых гранулированных активных углей на торфяной основе - весьма перспективное направление в технологии углеродных адсорбентов [2]. Торф, являющийся широко распространенным, доступным и дешевым сырьем, представляет собой сложную по коллоидно-химическому строению многокомпонентную систему, образующую с самыми разнообразными веществами органического и неорганического происхождения структуры, обладающие выраженными пластическими свойствами [3], позволяющими эффективно формовать гранулы [4]. Важным показателем качества активных углей является их прочность при истирании, поскольку с технических позиций она определяет потери сорбента и сроки его эксплуатации, а с экологической точки зрения - загрязнение окружающей среды пылевидными фракциями сорбента, обычно содержащими всевозможные токсиканты. Большинство торфяных активных углей не обладает высокими прочностными характеристиками [4,5].

Технология высокопрочных торфяных активных углей с развитой микропористой структурой, разработанная на кафедре Технологии защиты биосферы РХТУ им. Д.И. Менделеева, включает последовательно реализуемые процессы получения вязкого связующего из отходов термопластичного полимера, приготовления пасты путем смешения связующего с торфом, ее формования в виде цилиндрических гранул в шнековом аппарате, карбонизации и активации приготовленного гранулята [б]. Производимые согласно этой технологии активные угли с 30-40 %-ной степенью обгара характеризуют прочность при истирании, превосходящая 95 %, суммарная пористость по воде 0,6-0,8 см /г и объем сорбирующих пор по бензолу 0,4-0,6 см’/'г [6].

Метод формования гранул сырьевых паст ключевым образом отражается на прочностных свойствах результирующих их переработку активных углей [4]. Наиболее эффективно экструзионное формование паст может быть проведено в том случае, когда в совокупности деформаций, возникающих в пастах под действием сдвиговых нагрузок, преобладают пластические.

Табл. 1. Константы модели (уравнения) Максвелла-Кельвина-Шведова паст на основе торфа и полиэфирных волокон

Время вылеживания, сутки Еь МПа Е,. МПа Ц|-юЛ Па-с Ро, кПа п-106, с'1 1 6, с

0 42,1 42,1 250 20 0,08 0,5 12000

1 35 44 100 10 0,01 0,44 5150

6 72,7 53,3 270 35 0,129 0,58 8770

Существенные отличия энергии активации термической деструкции вьшежанных и не вылежанных паст, использованных для приготовления ак-

тинных углей в указанной технологии, свидетельствуют о значительных химических и структурных изменениях в них в процессе вылеживания [7]. В этой связи оценка характера изменения реологических свойств наст при хранении крайне необходима. Такую оценку проводили, рассматривая пасты, как вязко-плаетическо-упругие тела (по модели Максвелда-Кельвина-Шведова [8]). Течения паст изучали, используя пластометр Толстого и секундомер, согласно методике [9], применяя нагрузки 2-60 кПа.

Табл. 2, Приведенные деформации паст

Время вылеживания, сутки Су... Lj, г.,.

Суп svr,/£Ci, ' % «м % Cm спп/ %

0 0,048 46 0,048 46 0,008 8

1 0,057 46,3 0,046 37.4 0,02 16,3

6 0,027 I 37,8 0.037 51,8 0,007 10,4

Результаты обработки кривых течения свежеприготовленных и вы-лежанных сутки и шестеро суток паст в виде величин модулей упругости (Ei) и эластичности (Ег), пластической вязкости (rji), напряжения сдвига (Ро), а также предельной пластичности (п), эластичности (л,), времени релаксации (0) приведены в табл. 1.

S ПЛ.

Рис. 1. Диаграмма деформационного состояния паст:

• - свежеприготовленная;  - вылежанная 1 сутки; А - вылежал пая 6 суток

Как видно из табл. 1, величины модуля упругости, вязкости, предела текучести, пластичности, эластичности и времени релаксации имеют минимум в зависимости от времени выдержки паст. Модуль эластичности с увеличением времени выдержки пасты непрерывно возрастает. Реологические характеристики свежеприготовленных и вылежанных паст в сравнении с данными работ [3,8] находятся на уровне, промежуточном между таковыми мало обводненных торфов и глин.

Результаты расчета относительных деформаций, оцененных при нагрузке 2 10° Па и времени 1000 с (приведенных деформаций), выполненного с целью определения: структурно-механического типа пасты, приведены в табл. 2. Как следует из таблицы 2, доля пластических деформаций паст низка, эластические деформации преобладают у паст, вылежанных в течении б суток, С увеличением времени выдержки общая величина деформаций снижается, причем доли упругих и пластических деформаций проходят через максимум, а доля эластических - через минимум. Собственно оценку структурно-механического типа паст характеризуют дан ные рис. 1.

Как видно из рисунка 1, изучаемые пасты принадлежат к нулевому и первому структурно-механическим типам. Сравнение данных табл. 1 и 2 с литературными данными [3,10] показывает, что пасты, изученные в настоящей работе, проявляют существенно более высокие упругие и эластические свойства, обладают более высоким пределом текучести, чем типовые водноторфяные пасты с неорганическими добавками :Вязкость изученных паст на 5-6 порядков превышает вязкость известных водно-торфяных паст (находится примерно на одном уровне с вязкостью паст для формования керамических изделий [11]). Таким образом, для эффективного формования изученных паст необходимо применение пластификаторов.

Библиографические ссылки

1. Gunther J. Die Einsatzgebiete von Torfakti.vkohle. Telma, 1990. P. 20.

2. Лиштван И.И., Круглицкий О.И. Возможности торфа как природного сырья. //Торфяная промышленность, 1991. № 4. С. 15-23.

3. Воларович М.П. Изучение реологических свойств торфов пониженной влажности.//Коллоидный журнал, 1958. № 3. С. 361-363.

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

5. Дрожалина Н.Д. Углеродные молекулярные сита из торфа. М.: Наука и техника, 1978. 150 с.

6. Хомутов А.Н. Основы технологи активных углей из отходов полиуре-танполиамидных тканей и торфа: Дисс ...к.т.и./ РХТУ им. Д.И. Менделеева. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2005. 161 с.

7. Хомутов А.Н., Клушин В.Н., Мухин В.М, // Успехи в химии и химической технологии: Сб. науч. тр. [под ред. П.Д. Саркисова и В.Б. Сажина]; / РХТУ им. Д.И. Менделеева М.: Изд-во РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2004. Том XVIII. №6(46). С. 94-95.

8. Валкевич В.Л., Мосин О.М. Реологические свойства керамических масс. / МХТИ им. Д.И. Менделеева. М.: Изд-во МХТИ им. Д.И. Менделеева, 1983. 68 с.

9. Акутин М.С., Тихонов Н.Н. Лабораторные работы по реологии полимеров. / МХТИ им. Д.И. Менделеева. М.: Изд-во МХТИ им. Д.И. Менделеева, 1983.43 с.

10. Виригов Г.П., Мшиства И.М // Коллоидн. ясурн. 1968.Т. 30. № 3. С. 300.

11. Комская М.Е., Найтыс В.Ю. Керамические массы с повышенной износостойкостью. //Физико-химическая механика и лиофильность дисперсных систем: Сб. науч. тр. Киев: Наукова Думка, 1971. С. 84-89.