Исследование адсорбционной обработки отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей с использованием адсорбентов

Р. Р. Каримов, М. В. Шулаев, В. М. Емельянов,

Г. А. Г адельшина

ИССЛЕДОВАНИЕ АДСОРБЦИОНОЙ ОБРАБОТКИ ОТРАБОТАННЫХ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩИХ ЖИДКОСТЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

РАЗЛИЧНЫХ АДСОРБЕНТОВ

Исследована возможность адсорбционной обработки отработанных смазочно- охлаждающих жидкостей с использованием различных адсорбентов. Получены изотермы адсорбции компонентов СОЖ.

Одним из отходов машиностроения являются отработанные смазочноохлаждающие жидкости (СОЖ). СОЖ представляет из себя водную эмульсию минерального масла, стабилизированную ПАВ и органическими добавками. СОЖ в процессе эксплуатации истощаются и теряют свои технологические свойства. Когда дальнейшее использование отработанной СОЖ становится невозможным, возникает необходимость ее удаления из системы и замены свежей.

Проблема утилизации отработанной СОЖ является важнейшей производственной задачей. Широко используемые химические методы приводят к вторичному загрязнению окружающей среды за счет образования различных отходов (шламов и т.д.) и имеют недостатки при организации данного процесса.

В настоящей работе исследована возможность утилизации отработанной СОЖ методом адсорбции [1]. В качестве адсорбента в системе адсорбционной очистки был испытаны следующие адсорбенты: гранулированный активированный уголь марки СКТ-3 (ГАУ СКТ-3), циолитсодержащая порода - диатомит, а также адсорбенты, полученные в результате пиролиза изношенных шин и резиновых изделий - ТОП-Н, ТОП-ЗО, ТОП-50. Диатомит является природным адсорбентом с хорошо развитой поверхностью. Он представляет из себя светло-бежевый порошок или зерна неправильной формы различного размера. ТОПы представляют собой смесь хрупких частиц черного цвета различного фракционного состава. ТОП-Н является неактивированным сорбентом, в то время как ТОП-ЗО и ТОП-50 были подвергнуты радиационно-химическому воздействию. Эта активация производилась во ВНИИ экспериментальной физики Российского экспериментального Федерального Ядерного центра (г. Саров) на линейном резонансном ускорителе электронов ЛУ-1020. Образец подвергался облучению дозой 30 и 50 МРад. Остаточный фон радиационной активности образцов определенный по счетчику Гейгера-Мюллера, равен нулю.

В качестве характеристики адсорбционных свойств пористых тел используют зависимость равновесной загрузки носителя Г (адсорбционная способность) от равновесной концентрации растворенного вещества Ср при постоянной температуре (изотерму адсорбции) [2].

Известно, что изотерма адсорбции является источником информации о структуре адсорбента, тепловом эффекте адсорбции и ряде других физико-химических, и технологических характеристик [2].

Для разработки технологии адсорбционной очистки необходимо исследовать сорбционное сродство компонентов СОЖ к испытываемым адсорбентам. Получены изотермы адсорбции этиленгликоля (рис. 1), триэтаноламина (рис. 2), эмульгатора (рис. 3), индуст-

ТОП-Е ГАУ СЕТ-3 ТОП-30 Диатомит

Рис. 1 - Изотермы адсорбции этиленгликоля

Рис. 2 - Изотермы адсорбции триэтаноламина

риального масла (рис.4) на поверхности исследуемых адсорбентов: ГАУ СКТ-3, диатомита, ТОПа-Н, ТОПа-ЗО и ТОПа-50.

По классификации Гильса [3], полученная изотерма адсорбции этиленгликоля на поверхности ГАУ СКТ-3 (рис.1) относится к ЬЗ типу. Форма изотермы говорит о том, что взаимодействие между адсорбированными молекулами пренебрежимо мало и энергия активации не зависит от степени заполнения поверхности. Перегиб на изотерме может быть связан с изменением ориентации молекул адсорбируемого вещества или с образованием второго слоя.

Изотерма адсорбции на ТОП-Н, которая также отнесена к ЬЗ типу, свидетельствует об более высоких сорбционных свойствах его к этиленгликолю. Лучшими характеристиками к данному компоненту СОЖ имеет ТОП-Н. Выпуклая часть изотермы, при малых равновесных концентрациях, свидетельствует о высокой скорости адсорбции при невысоких концентрациях загрязнения в сточной воде.

Форма кривой на ТОП-ЗО можно отнести к Б2 типу. Это говорит о том, что сила взаимодействия между адсорбированными молекулами больше силы взаимодействия между растворенным веществом и адсорбентом, энергия активации возрастает.

О 200 400 600 800 Ср,мг/л

Рис. 3 - Изотермы адсорбции эмульгатора

0 200 400 600 800 Ср,мг/'л

ТОП-50 ТОП-ЗО -*г- Диатомит -«-ГАУСЕТ-3 ТОП-Е Рис. 4 - Изотермы адсорбции индустриального масла

Полученная изотерма адсорбции на диатомите отнесена к Н2-типу, что говорит о сильном адсорбционном взаимодействии между адсорбентом и адсорбатом при не высоких концентрациях загрязнений. Начальный участок изотермы адсорбции диатомита определяет невысокую скорость адсорбции при невысоких значениях концентраций нефтепродуктов в сточной воде.

Изотерма адсорбции триэтаноламина на поверхности диатомита и ГАУ СКТ-3 (рис. 2) относится к Ь2 типу. Этот тип характерен для микропористых сорбентов. Изотерма адсорбции угля проходит выше, чем у диатомита. Это подтверждает то, что ГАУ как универсальный сорбент, имеет лучшие сорбционные свойства по сравнению с диатомитом. Изотермы адсорбции на ТОП-Н и ТОП-30 относятся к Ь3 тип. Высокая сорбционная емкость ТОП-30 характеризует его как наилучшего адсорбента при сорбции триэтаноламина.

Изотермы адсорбции эмульгатора на поверхности ГАУ СКТ-3, ТОП-Н иТОП-30 относятся к Ь3 типу, а на диатомите к Ь4. Второе плато на кривой адсорбции диатомита также можно связать с возможностью изменения ориентации молекул адсорбируемого веще-

ства или с образованием второго слоя. Наибольшей сорбционной емкостью, также как и в предыдущем случае, обладает ТОП-ЗО.

При получении изотерм адсорбции индустриального масла был использован дополнительный адсорбент - ТОП-50. Кривые имеют практически аналогичную форму, как в случае сорбции с эмульгатором. Наиболее высокие сорбционные свойства проявил ТОП-50.

Таким образом, по полученным изотермам адсорбции можно заключить, что все типы адсорбентов являются сорбционными материалами с развитой поверхностью способные адсорбировать компоненты СОЖ из воды.

По анализу изотерм можно заключить, что ГАУ СКТ-3 не имеет особенных преимуществ перед исследуемыми типами адсорбентов. Причем при адсорбции индустриального масла, как основного компонента СОЖ, ТОПы наиболее эффективны.

Проведя ряд экспериментов, мы пришли к следующим выводам:

- адсорбция является эффективным методом при очистке сточных вод от нефтесодержащих загряз нений, в том числе и от отработанных СОЖ.

- наряду с использованием промышленных адсорбентов, таких как активированные угли, предлагается использование новых, более дешевых адсорбентов, в нашем случае это диатомит и ТОПы.

- для достижения непрерывности процесса, а также повышения эффективности, предлагается использование данных адсорбентов в процессе биосорбции, т. е. микробиологическом разложении с использованием адсорбентов.

Экспериментальная часть

Для определения емкостей адсорбентов с целью построения изотерм адсорбции использовалась следующая методика. В шесть плоскодонных колб емкостью 250 мл помещались навески адсорбента по 0.5 г. Затем в колбы заливалось по 200 мл раствора, содержащего отработанную СОЖ, в следующих концентрациях:

№ колб 1 2 3 4 5 6

конц., мг/л 200 400 800 1200 1600 2000

Колбы, с находящимися в них навесками адсорбента и соответствующим раствором, плотно закрывались пробками и энергично встряхивались в течение трех часов (до наступления адсорбционного равновесия). Затем адсорбент отфильтровывался и в фильтратах определялись равновесные концентрации ионов тяжелых металлов фотоколориметрическим методом [4].

Количество ионов адсорбированное 1 г угля, мг/г, рассчитывали по формуле:

Г = (С° ~ Ср ^ * 200,

1000 * 0.5

где Со - исходная концентрация ионов, мг/л; Ср - конечная концентрация ионов, мг/л; 200 - объ-

ем раствора, мл; 0.5 - вес угля, г; 1000 - переход от мл к л.

Зная емкости Г исследуемых адсорбентов, при различных равновесных концентрациях СОЖ, построили изотермы адсорбции (рис. 1 - 4).

Литература

1. Костюк В.И. Утилизация и регенерация отработанных СОЖ. - М., 1994. - 48 с.

2. КельцевН.В. Основы адсорбционной техники. - М.: Химия, 1984. - 591 с.

3. Смирнов А.Д. Сорбционная очистка воды. - Л.: Химия, 1982. - 168 с.

4. Люрье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод.- М.: Химия, 1984.- 448 с.

© Р. Р. Каримов - асп. каф. химической кибернетики КГТУ; М. В. Шулаев - канд. техн. наук, доц. той же кафедры; В. М. Емельянов - д-р техн. наук, проф. той же кафедры; Г. А. Гадельшина -канд. техн. наук, ассис. той же кафедры.