Адсорбция макрокомпонентов воздуха на цеолитах и минеральных адсорбентах

3. Терморасширенный графит: синтез, свойства и перспективы применения / Яковлев А.В. и др. // Журнал прикладной химии. - 2006. -Т. 79. - С. 1761-1771.

4. Мазуров А.В. Физиология и патология тромбоцитов. М.: Литтерра, 2011. - 480 с.

УДК 517.977.5:541.183

Е.М. Вахрушева, Е.Н. Иванова, М.Б. Алехина, Т.В. Конькова, Д.Ш. Джумамухамедов, В.И. Ванчурин

Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева, Москва, Россия

АДСОРБЦИЯ МАКРОКОМПОНЕНТОВ ВОЗДУХА НА ЦЕОЛИТАХ И МИНЕРАЛЬНЫХ АДСОРБЕНТАХ

Измерены адсорбционные емкости сформованных образцов цеолитов BEA, ZSM-5, ZSM-12, мезопористого силиката МСМ-41 и модифицированной монтмориллонитовой глины по макрокомпонентам воздуха. Показано, что из исследованных материалов наибольшей селективностью в отношении азота обладал образец цеолита BEA, в отношении кислорода - образец МСМ-41, в отношении аргона - образец монтмориллонитовой глины.

Adsorption capacity valuesof molded zeolite samples BEA, ZSM-5, ZSM-12, mesoporous silicate MCM-41 and modified montmorillonite clays were measured on macrocomponents of air. It was shown thatthe highest selectivity among the studied materials for nitrogen had sample of zeolite BEA, for oxygen — a sample of MCM-41, for argon — montmorillonite clay sample.

Адсорбционное разделение воздуха с получением кислорода осуществляется с использованием цеолитов. При адсорбции на цеолитах различия в адсорбируемости азота и кислорода обусловлены тем, что кроме дисперсионных и поляризационных сил проявляется дополнительный вклад специфического взаимодействия квадруполей азота и кислорода с внекаркасными катионами цеолита. В отличие от азота молекула кислорода обладает существенно меньшим квадрупольным моментом (0,43*1026 э.с.е., у азота — 1,29*1026 э.с.е [1]), и поэтому вклад специфической со-

ставляющей при адсорбции кислорода на цеолите в несколько раз ниже [2,3]. К числу макрокомпонентов воздуха, наряду с азотом и кислородом, относится аргон. Дисперсионные взаимодействия для Аг на цеолитах существенно выше, чем для О2, поскольку он имеет большую молекулярную массу. Но кислород адсорбируется как за счет дисперсионных сил, так и за счет специфического взаимодействия, и по сумме сил адсорбция кислорода на цеолитах такая же, как и у аргона. Поэтому при полном поглощении азота из слоя цеолитов выходит смесь кислорода и аргона, в которой отношение кислород : аргон такое же, как в атмосферном воздухе (О2 : Аг = 20,95 : 0,932). Следовательно, предельная чистота кислорода, произведенного в адсорбционных установках с цеолитами, составляет 95,7 об. %. (4,3 об. % приходится на аргон). Практически они производят кислород чистотою 90—95 об. % [4]. Поскольку аргона в кислородообогащенном потоке всего 5 об. %, то для удаления этой примеси (и выделения аргона в концентрированном виде) по-прежнему актуальным остается поиск высокоактивных в отношении аргона цеолитовых и других типов адсорбентов.

В работе были исследованы адсорбционные свойства по макроком-понетам воздуха ряда цеолитовых адсорбентов, а также образцов мезопо-ристого силикатного материала МСМ-41 и модифицированной монтмо-риллонитовой глины. Образцы высококремнистых цеолитовBEA, ZSM-5 и ZSM-12, а также образец МСМ-41 представляли собой порошки белого цвета. Для определения их текстурных характеристик были сняты изотермы адсорбции азота при 77 К на объемной установке Nova 1200e (Quan-tachrome, США). Перед измерением изотерм проводили дегазацию образцов при 400 °С и остаточном давлении 10 мм рт. ст.в течение 4 ч.

Удельную поверхность ^уд) образцов рассчитывали методом БЭТ, объем адсорбционного пространства микропор и характеристическую энергию адсорбции (Wo, Eo) рассчитывали по уравнению Дубинина-Радушкевича.

Формование порошкообразных цеолитовтипов BEA, ZSM-5 и ZSM-12, а также мезопористого силиката МСМ-41 проводили со связующим (псевдобемит). Таблетирование образцов глины осуществляли без связующего методом сухого формования.

На рис. 1 приведены изотермы адсорбции азота при 77 К на исходных образцах цеолитовББЛ и 7БМ-5, а также на образцах этих адсорбентов, сформованных со связующим.

Адсорбционная емкость по азоту сформованных образцов в начальной области изотерм несколько ниже, чем исходных порошков. Кроме того, на изотермах имеются петли гистерезиса в области значений относительного давления 0,5-1,0, что говорит о наличии мезопор в структуре сформованных цеолитов. В табл. 1 приведены текстурные характеристики порошковых и формованных адсорбентов, использованных в работе.

300 *

а, см3/г

250 А

200 -

150 -

100 -

50

ZSM-5+бемит ZSM-5 ВЕА+бемит ВЕА

"Г

0,2

0,4

0,6

0,8

P/Ps

0

0

1

Рис. 1. Изотермы адсорбции азота при 77 К на исходных образцах

Из данных, представленных в табл. 1, следует, что после формования текстурные характеристики (£уд.,Ж0 и Е0) у всех адсорбентов снизились по сравнению с порошками, а средний радиус пор вырос. Исключением является цеолит ZSM-12, у которого, наоборот средний радиус пор не изменился, но выросли все остальные параметры текстуры. Наибольшим значением удельной поверхности и наименьшим значением характеристической энергии обладал образец МСМ-41, тогда как наибольшим значениемЕ0обладал цеолит BEA.

Табл. 1. Текстурные характеристики образцов

№ п/п Цеолит Удельная поверхность £уд. БЕТ, м2/г Параметры уравнения Дубинина-Радушкевича

Ж0, см3/г £Ь,кДж/моль г ср Жр нм

1 БЕЛ (порошок) 592,0 0,25 20,24 0,6

2 БЕЛ со связ. 547,1 0,24 15,1 0,9

3 2БМ-5 (порошок) 359,7 0,15 14,5 0,9

4 2БМ-5 со связ. 279,7 0,13 13,0 1,0

5 2БМ-12 (порошок) 45,3 0,02 9,2 1,4

6 2БМ-12 со связ. 94,5 0,04 9,4 1,4

7 Монтмориллонитовая глина модиф. 120,6 0,05 14,4 0,9

8 МСМ-41 (порошок) 1082,5 0,47 7,7 1,7

9 МСМ-41 со связ. 938,0 0,63 4,5 2,8

Равновесные величины адсорбции азота, кислорода и аргона образцами сформованных адсорбентов были определены волюмометрическим методом из экспериментальных кинетических кривых адсорбции газов. Все измерения были выполнены при 25 оС и атмосферном давлении. В качестве адсорбатов были использованы азот, кислород и аргон из баллонов. В качестве калибровочного газа применяли гелий. В табл. 2 приведены данные по адсорбции азота, кислорода и аргона на формованных образцах адсорбентов различного типа при температуре 25оС и давлении 0,1Мпа

Табл. 2. Адсорбция азота, кислорода и аргона на формованных образцах

Образец Равновесная адсорбция при 25 оС и 0,1 МПа, см3/г

азота кислорода аргона

БЕЛ 4,32 2,90 2,25

2БМ-5 4,53 4,32 3,77

2БМ-12 1,22 1,26 0,63

Монтмориллонитовая глина модиф. 2,10 2,44 6,25

МСМ-41 1,36 2,94 2,21

Из данных таблицы видно, что из представленных материалов наибольшей селективностью в отношении азота обладал образец цеолита

BEA, в отношении кислорода - образец МСМ-41, в отношении аргона -образец монтмориллонитовой глины.

Авторы благодарят доцента Иркутского государственного технического университета С.А. Скорникову и профессора Института химии и химической технологии СО РАН (г. Красноярск) С.Д. Кирика за образцы, предоставленные для исследования.

Библиографический список

1. Kington J. L. Heats of sorption of gases in chabasitesenergetic heteroge-nety and the role of quadrupoles in sorbtion/ J.L. Kington, A. C. Maclead // Trans. FaradaySoc. —1959. — V. 55, № 10. — P. 1799—1814.

2. Брек Д. Цеолитовые молекулярные сита / Д.Брек. — М.: Мир, 1976. — 781 с.

3. Жданов С. П. Синтетические цеолиты / С. П. Жданов, С. С. Хвощев, Н. Н. Самулевич. — М.: Химия,1981.— 264 с.

4. Шумяцкий Ю. И. Промышленные адсорбционные процессы / Ю. И. Шумяцкий. — М.: КолосС, 2009. — 183 c.

УДК 66.08:628.16

А.В. Жога, Н.Е. Пудова, Н.П. Какуркин

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

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ АНТИСКАЛАНТОВ

Разработана микроскопическая методика оценки влияния вида и дозы антискаланта на процесс осадкообразования карбоната кальция из пересыщенных растворов. Выполнено сравнение эффективности ряда антискалантов.

The microscopic method of estimation of antiscalant's type and dose effects on the process of calcium carbonate precipitation from oversaturated solutions has been developed. The effectiveness of a number of antiscalants was compared.