Углеродный сорбент из Тарского лигнита

нимия

Катализаторы на основе композитов высокоактивны в процессах гидрирования, ацетоксилирования, гидродехлорирования.

Таким образом, разработана и реализована в опытном масштабе технология получения ассортимента углеродных изделий сложной геометрической формы на основе сибунита. Достигнутый уровень освоения технологии позволяет получать разнообразные изделия с заданными основными характеристиками, такими как прочность, удельная поверхность, текстурные свойства, геометрическая форма и т.п. В настоящее время расширяется поиск областей применения новых углеродных материалов. Наряду с синтезом высокоэффективных катализаторов для химической и нефтехимической промышленности получены результаты, подтвер>ццающие высокую эффективность формованных углеродных материалов в медицине - в качестве гемосорбентов, в электрохимии - в качестве проточных трехмерных электродов и в других областях.

Литература

1. Yermakov Uu.l., Surovikin V.F., Plaksin G.V. at all.//Reakt. Kinet. Catal. Lett. -1987. - V.33. - P. 435.

2. Pat. 4978649, US, 1990.

3. Семиколенов В.А.//Успехи химии. - 1992. -T.61, вып.2. - С.320.

4. Островский Н.М., Мицуля Т.П., Дуплякин В.К.// Тез. докл. Всесоюзн. конференции "Химреактор-10". - Куйбышев-Тольятти, 1989. - Т.2. - С.3-8.

5. Гаврилов В.Ю., Фенелонов В.Б., Плаксин Г.В.// ХТТ. - 1990. - №2. - С.125.

6. Гаврилов В.Ю., Фенелонов В.Б., Плаксин Г.В.// ХТТ. - 1990. - №4. - С.121.

7. Суровикин В.Ф., Фенелонов В.Б., Плаксин Г.В.// ХТТ. - 1995. - №3. - С.62.

8. Likholobov V.A., Fenelonov V.B., Okkel L.G. at all./ / Reakt. Kinet.Catal. Lett. -1995. - V.54. - №2, R 381-411.

20.07.98 г

Плаксин Георгий Валентинович - канд. хим. наук, ст. научный сотрудник Омского филиала Института катализа СО РАН.

Бакланова Ольга Николаевна - канд. техн. наук, научный сотрудник Омского филиала Института катализа СО РАН.

Дуплякин Валерий Кузьмич - д-р хим. наук, директор Омского филиала Института катализа СО РАН.

УДК 541.183

О.Н.Бакланова, Г.В.Плаксин, В.Д.Дергачев, В.Ю.Давыдова УГЛЕРОДНЫЙ СОРБЕНТ ИЗ ТАРСКОГО ЛИГНИТА

Рассмотрены получение и свойства сорбентов на основе природного углеродсодержащего материала - лигнита. Показано, что данный материал обладает развитой пористой структурой и достаточной механической прочностью для использования его в системах водоподготовки и водоочистки.

Залежи углеродсодержащего материала - лигнита, встречающегося в Омской области, весьма велики. На сегодняшний день запасы разведанных пяти месторождений составляют 2,5 млн. тонн.

По предварительной оценке данный минерал может быть отнесен к слабометаморфизованным углям. Особенность таких углей состоит в том, что их сорбционный объем представлен в основном мезо- и макропорами при достаточно высокой прочности - 20 - 25 кг/см2. Это позволяет использовать подобные материалы в качестве сырья для приготовления промышленных сорбентов путем минимальной предварительной обработки. Основными требованиями к качеству угля как промышленного сорбента являются величина удельной поверхности, превышающая 10 м2/г, и наличие в угле мезопор (1], что обеспечивает технологически приемлемую скорость процесса очистки фильтруемых речной или сточной вод, а также механическая прочность, достаточная для того, чтобы угольная мелочь не загрязняла очищаемую жидкость.

Лигниты Омской области,на наш взгляд, обладают указанными свойствами.

Проведенный литературный поиск по проблеме использования лигнита показал, что в России данный материал до настоящего времени не получил широкого распространения в качестве сырья для получения промышленных сорбентов. В то же время в зарубежной печати последних лет опубликован целый ряд статей [2-6], посвященных детальному изучению химического состава и сор-бционных свойств лигнитов, и показана высокая эффективность лигнитных углей при сорбционной очистке воздуха и воды от нежелательных примесей, например бензола и аммиака [2]. Сообщается также, что в Северной Дакоте (США) [3] предполагается вложить более 900 тыс. долларов в организацию добычи лигнита и проведение исследований по получению углей на его основе с высокими сорбционными характеристиками.

Необходимо отметить тот факт, что в связи с продолжающимся загрязнением источников вод о-

снабжения как химическими веществами, так и болезнетворными бактериями, а также с возрастанием требований к качеству питьевой воды большие количества углеродных адсорбентов требуются для очистки питьевой и сточных вод. В мировой практике производство адсорбентов для экологических целей достигает (развитые страны) 200-400 г на человека в год [9]. Россия адсорбенты для этих целей практически не производит, а основная часть производимых адсорбентов идет на технологические цели.

Однако несмотря на актуальность проблемы, дешевизну и доступность местного углерод содержащего сырья, в Омске практически до последнего времени не проводились исследования процессов получения из него эффективных сорбентов, определения их физико-химических и текстурных свойств и полного тестирования полученных пористых материалов в модельных и реальных системах водоподготовки и водоочистки.

В связи с этим нами была поставлена задача получения сорбента на основе Тарского лигнита, для чего проведена предварительная оценка элементного состава данного материала и проверена возможность развития пористой структуры при сохранении прочностных показателей материала на уровне промышленных углеродных сорбентов.

С помощью рентгено-флуоресцентного спектрометра \ZRA-30 был оценен качественный состав минеральной части (золы) лигнита и установлено,

что зола лигшта содержит много Ре и Са, отмечено также наличие А1, Т1 и К и следов Бг, 1г и Мп. Для получения более точной количественной информации о составе данного материала требуются длительные специальные исследования. Общее содержание минеральной части в представленном образце лигнита составляет 48-49%.

Следующим этапом работы была оценка возможности получения сорбента на основе лигнита. Материал измельчался на шнековой дробилке и просеивался через сито 3 мм, после чего проводилась термообработка полученных гранул, приводящая к формированию в материале развитой пористой структуры. Режимы термообработки выбирались аналогично применяемым в промышленности при получении активных углей (из бурых и каменных углей, торфа и др.) [7]. Для готовых образцов был проведен анализ прочности и пористой структуры (результаты см. в табл. 1).

В этой же таблице для сравнения приведены справочные показатели углей БАУ и АБД [8]. БАУ получают из древесного угля-сырца методом парогазовой активации. Он рекомендован для локальной очистки питьевой воды (снаряжение бытовых фильтров типа "Родник"). Уголь АБД получают по упрощенной технологии из ископаемого сырья (каменного и бурого угля). Он предназначен для очистки природных, сточных и оборотных вод от растворенных органических веществ и соединений тяжелых металлов.

Таблица 1

Текстурно-прочностные характеристики лигнитных сорбентов и промышленных

активных углей

Шифр образца Содержание золы, % Прочность, кг/см2 Удельная поверхность, м2/г Суммарный объем пор, У^ см3/г Насыпная плотность, г/см3

235-1К 48 17,4 125 0,46 0,38

235-2К 49 17,3 209 0,44 0,41

БАУ <7 11 800 1,65-1,80 0,17

АБД <26 - - 0,60-0,68 <0,48

Как свидетельствует материал таблицы, полученный сорбент обладает достаточно развитой пористой структурой, суммарный объем пор составляет 0,44-0,46 смэ/г, причем за счет изменения режимов карбонизации можно получить пористый продукт с различной величиной удельной поверхности (120 - 209 м2/г). При этом механическая прочность гранул сохраняется на уровне 17 кг/см2.

Дополнительная обработка образца 235-2К в окислительной атмосфере, так называемая активация, увеличивает \/Е до 0,68 см^г, однако механическая прочность при этом снижается и составляет 9,9 кг/см2.

Сравнение текстурно-прочностных характеристик опытных лигнитовых образцов с промышленными углями показывает следующее. Суммарный объем пор углей на основе лигнита несколько меньше, чем у угля АБД, и значительно ниже суммарного объема пор древесного угля БАУ. Прочность лигнитового угля, определенная на приборе МП-9С, составляет 15-17 кг/см2, что несколько выше прочности гранул БАУ (11 кг/см2), определенной по этой же методике. Определение прочности гранул угля АБД на приборе МП-9С не проводилось. Содержание золы в лигнитовых углях почти

88

ХИМИЯ

в 2 раза превышает допустимое содержание золы в угле АБД.

По выбранным режимам изготовлен опытный образец сорбента в количестве 250 г с удельной поверхностью S = 159 м2/г, суммарным объемом пор N/^,=0,45 см3/г, прочностью 8^=20,7 кг/см2, который передан АО "Водоканал" для проведения модельных испытаний лигнитового угля по оценке сорбционной емкости при очистке воды от нежелательных примесей и выдачи заключения об эффективности работы данного материала в процессах водоподготовки и водоочистки.

Таким образом, на основании полученных результатов можно сделать следующие выводы.

Оценен элементный состав углеродсодержаще-го материала - лигнита, встречающегося на севере Омской области, и установлено, что представленный образец лигнита имеет высокое содержание материальных веществ (48-49 %), состоящих в основном из солей железа и кальция.

Показана принципиальная возможность получения пористого и прочного материала в виде гранул диаметром 1-3 мм с удельной поверхностью 125-209 м2/г, суммарным объемом пор 0,44-0,46 см3/г и прочностью 15-20 кг/см2. Уровень текстурно-прочностных показателей, достигнутый при обработке лигнита, позволяет предположить, что данный материал может быть эффективен при использовании его в качестве сорбента в технологии водоподготовки и при очистке сточных вод.

Литература

1. Углеродные адсорбенты и их применение в промышленности // Тезисы докладов. - Пермь, 1991. - С.110-112.

2.Yosslef A.M., El.-Hakam S.A.- Indian J. Technol.

- 1992. - V.30, № 10. - P.496-500.

3. Новости по углю из США //Engineering and Mining Journal. - 1995. - V.196, №.3. - P. 16D, 16F.

4. Структура и химические свойства лигнита. Yuriim Yuda, Alf. Nursen //Fuel Sei. and Tehcnol. Int.-1994. - V.12, №.7-8. - P. 1115-1129.

5. Gupta R. Добыча лигнитов в Индии - блестящие перспективы //The Jndian Mining and Engineering J. - V.31,№8. - P.11-19.

6. Durusoy J., Ozbos T, Tanyolac А. Биообессе-ривание некоторых турецких лигнитов с помощью "Sulfolobus solvataricus" // Energy and Fuels. -1992.

- V.6, № 6. - P.804-808.

7. Бутырин Г.М. Высокопористые углеродные материалы. - М.: Химия, 1978. - 190 с.

8. Ути активные: Каталог - НИИТЭХИМ, 1990.-24 с.

9. Передерий М.А., Казаков В.А. Очистка сточных вод на буроугольных адсорбентах // Химия твердого топлива. - 1994. - №6. - С. 79-85.

20.07.98 г.

Бакланова Ольга Николаевна - канд. техн. наук, научный сотрудник Омского филиала Института катализа СО РАН.

Плаксин Георгий Валентинович - канд. хим. наук, старший научный сотрудник Омского филиала Института катализа СО РАН.

Дергачев Владимир Дмитриевич - начальник Омской геолого-разведочной экспедиции.

Давыдова Валентина Юрьевна - инженер Омского филиала Института катализа СО РАН.

УДК 541.18. 047

Г.В.Плаксин, О.Н.Бакланова, В.А.Левицкий

СОРБЕНТЫ НА ОСНОВЕ САПРОПЕЛЕЙ ОМСКОЙ ОБЛАСТИ

Дается оценка возможности получения сорбентов из сапропепей месторождений Омской области, определяются их физико-химические свойства и области применения.

Сегодня экологическая ситуация в Омске оценивается как кризисная. Продолжается интенсивное загрязнение окружающей природной среды газообразными, жидкими и твердыми отходами производства и потребления. Спад производства не повлек снижения загрязнений окружающей среды. Предприятия энергетики, нефтепереработки, нефтехимии, машиностроения являются экологически опасными объектами по выбросу загрязняющих веществ в атмосферу и водную среду [1, 2].

Одна из основных проблем охраны среды обитания человека - проблема охраны от загрязнения водных ресурсов, обеспечения качества питьевой

воды. Среди методов, успешно используемых для ее решения, можно отметить сорбционную очистку воды на углеродных сорбентах. В настоящее время сорбционные методы водоподготовки, очистки и доочистки питьевой, природной, технической и сточных вод достаточно широко применяются в России и за рубежом. Активные угли (АУ) наиболее эффективны при извлечении из воды веществ растворенных в ней в молекулярной форме углеводородов и нефтепродуктов, ПАВ и красителей, токсичных веществ. АУ как неполярные сорбенты используются для удаления практически всех пестицидов (хлор- и фосфорорганических), ин-