Дешевый активный уголь для поглощения вредных веществ


УДК  661.66.3:661.183.2ч630.86


          В. К. Воробьев, к.х.н., профессор, начальник КИИ МЧС РБ 1


         Н. К. Лунева, к.х.н., вед.н.с., зав. лаб.2, И. А. Людчик, м.н.с.2,


             Л. И. Петровская, с.н.с.2, Т.И. Езовитова, м.н.с.2,


      1 Командно-инженерный институт МЧС Республики Беларусь
      2 Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси

                   Дешевый  активный уголь для  поглощения
                              вредных  веществ

          Установлено,  что  активный  уголь  в   зависимости   от   состава
      катализатора имеет суммарный объем пор по бензолу 0,62-           0,86
      см3/г,  сорбционную  емкость  по  метану   0,11-0,18   г/г,   удельную
      поверхность 895-1446  м2/г,  ионообменную  емкость  1,0-1,7  мг-экв/г.
      Адсорбент может быть использован для  решения  экологических  задач  и
      повышения пожаро- и взрывобезопасности угольных шахт.

      Известно, что окружающая среда, прежде всего атмосфера,  все  более  и
более    загрязняется    результатами    деятельности    человека:    работы
электростанции,  химических  и  металлургических  заводов,  общественного  и
личного  транспорта.  Содержание  токсичных  примесей,  особенно  летом,   в
воздухе   многих   городов   зачастую   превышает    предельно    допустимые
концентрации. Поэтому проблема  очистки  выбрасываемых  в  атмосферу  газов,
загрязняющих атмосферу, весьма актуальна.  Решение  этой  проблемы  возможно
путем повсеместного использования  сорбентов,  активно  поглощающих  вредные
соединения. Кроме того, использование сорбентов, активно  поглощающих  метан
и смеси метана  с  воздухом,  позволит  решить  задачу  снижения  пожаро-  и
взрывоопасности угольных шахт.
      Для решения экологических проблем сорбенты должны быть   эффективными,
доступными и дешевыми.
      Нами разработаны новые активные угли и способы  их  получения.  Способ
получения включает  обработку  отходов  деревообрабатывающей  промышленности
(опилок хвойных и лиственных пород) импрегнатом: катализатором  дегидратации
и углефикации и порообразующими добавками, термообработку  в  интервале  20-
550  (С  и  последующую  отмывку  их  до  нейтральной  среды.   В   условиях
термической обработки древесины во время ее  углефикации  создаются  условия
формирования пор в получаемом угле. Сорбционные  свойства  получаемых  углей
направленно регулируются изменением состава используемого импрегната [1-2].
      Типичные экспериментальные изотермы сорбции паров бензола  полученными
активными сорбентами представлены на рисунке.



            Рис. Изотермы адсорбции паров бензола активным углем


          (номер кривой соответствует номеру катализатора таблицы;

    Vs –суммарный объем адсорбционных пор; p/ps – относительное давление)

      Изотермы адсорбции паров бензола на  полученных  углях  (см.  таблицу)
характеризуются крутым подъемом при p/ps ( 0,05, что указывает на наличие  в
структуре  адсорбента   микропор   радиусом         r=1,5   мм.   Дальнейшее
поглощение  сорбируемого  соединения  указывает   на   заполнение   бензолом
имеющихся у адсорбента  мезопор.  Изотермы  адсорбции  –  десорбции  бензола
имеют петлю гистерезиса в интервале p/ps-0,95, характерную для  мезопористых
адсорбентов. В таблице приведена характеристика полученных сорбентов.



                                                                     Таблица


                        Характеристика активных углей

|Катал|Выход   |Характеристика угля                             |
|изато|адсорбен|                                                |
|р    |та при  |                                                |
|     |550 (С  |                                                |
|     |        |Удельная  |Суммарный   |Ионо-обменн|Сорбционная|
|     |        |поверхност|объем пор по|ая емкость,|емкость по |
|     |        |ь, м2/г   |бензолу,    |мг-экв/г   |метану, г/г|
|     |        |          |см3/г       |           |           |
|1*   |50,0    |1006      |0,62        |1,0        |0,12       |
|2*   |49,0    |1105      |0,64        |1,1        |0,14       |
|3**  |58,5    |1446      |0.86        |1,3        |0,18       |
|4**  |56,0    |895       |0,67        |1,8        |0,11       |


      *    -   фосфорсодержащий   импрегнат:   катализатор   углефикации   и
порообразования;
      **   -   азотсодержащий   импрегнат:   катализатор    углефикации    и
порообразования.
      Следует отметить, что угольные адсорбенты  активно  поглощают  бензол,
метан, четыреххлористый углерод, сероводород и др. газообразные  соединения,
а также ионы тяжелых металлов: свинца, висмута, молибдена, ртути и др.
      Наличие в структуре активных углей большой доли микропор  обеспечивает
их высокую емкость по метану (130 г/г сорбента), что определяет  возможность
применения полученных активных углей  в  угольных  шахтах  для  снижения  их
пожаро- и взрывобезопасности.
      Кроме того, активные угли испытывали в качестве сорбентов для  очистки
водного конденсата и сточных вод тепловых станций  от  примеси  органических
соединений: масла и нефтепродуктов (при  их  содержании  4,5-10  мг/дм3).  В
результате проведенных испытаний  установлено,  что  сорбционная  активность
полученного угля в 1,5 раза выше, чем специальных активных углей  марки  ДАУ
и БАУ, производимых в России,  а  ориентировочная  стоимость  разработанного
угля в 3 раза ниже.
      Анализ полученных  данных  показывает,  что  активный  уголь  является
универсальным  сорбентом,   способным   поглощать   различные   газообразные
соединения по молеклярно-ситовому механизму, а  также  извлекать  из  водных
растворов  ионы   тяжелых   металлов   путем   кулоновского   взаимодействия
(ионообменная сорбция).
      Разработанный  способ  в  отличие  от  известных  (3(   прост,   менее
энергоемок, экологически безопасен, быстр (25–30 минут). В  настоящее  время
получение активного угля в Беларуси отсутствует. Между  тем,  потребность  в
использовании, безусловно, имеется.  Поэтому,  исходя  из  вышеприведенного,
организация производства нового универсального сорбента  в  Беларуси  весьма
актуальна. Применение угля для очистки газообразных выбросов и  сточных  вод
различных   предприятий   позволит   существенно   улучшить    экологическую
безопасность  и  уменьшить  риск  крупномасштабных   техногенных   катастроф
промышленных объектов.


                                 ЛИТЕРАТУРА

     1. Luneva N. K., Safonova A. M., Rekachova N. I.  etc.  “Abstracts  of
        III International School-seminar” Modern problems of combustion and
        its applications.–Minsk, Belarus.–1999.– P. 74-77.
     2. Сафонова А. М., Лунева Н. К., Виноградов Л. И. и др. Новые сорбенты
        для  мониторинга  водотоков  на  основе  модифицированных  угольных
        материалов. 2-ая Международная  конференция  “Экология  и  развитие
        Северо-Запада России”.  С-П–Кронштадт.-1997.–Тезисы  докладов.–  С.
        168-169.
     3. Кинле Х., Барерх Х. Активные угли и их практическое применение. Л.:
        Химия, 1984. 214 с.