close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

Муниципальное дошкольное образовательное учреждение;doc

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Манина Татьяна Сергеевна
ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫСОКОПОРИСТЫХ
УГЛЕРОДНЫХ СОРБЕНТОВ НА ОСНОВЕ ЕСТЕСТВЕННО
ОКИСЛЕННЫХ УГЛЕЙ КУЗБАССА
05.17.07 – химическая технология топлива и высокоэнергетических веществ
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата химических наук
Кемерово - 2013
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт углехимии и химического материаловедения Сибирского
отделения Российской академии наук
Научный
руководитель:
доктор химических наук, член-корреспондент РАН
Исмагилов Зинфер Ришатович
Официальные
оппоненты:
Исламов Сергей Романович доктор технических наук,
старший научный сотрудник, Энерготехнологическая
компания «Сибтермо», г. Красноярск, генеральный директор
Кузнецова Людмила Ивановна кандидат химических
наук, старший научный сотрудник, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии
и химической технологии Сибирского отделения Российской академии наук, г. Красноярск, ведущий научный сотрудник
Ведущая организа- Федеральное государственное бюджетное учреждение
ция:
науки Институт органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения Российской академии наук, г.
Екатеринбург
Защита диссертации состоится «22» апреля 2014 г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д 003.041.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт химии и химической технологии
Сибирского отделения Российской академии наук по адресу: 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50, стр. 24, конференц-зал ИХХТ СО РАН;
(факс+7(391)249-41-08, e-mail: [email protected]).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института химии и
химической технологии СО РАН.
Автореферат разослан «_____» __________ 2014 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
Павленко Н.И.
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ
Актуальность работы. При добыче углей открытым способом образуются огромные количества углесодержащих отходов. Вследствие изменения
химического состава в условиях выветривания их потребительские характеристики заметно ухудшаются: повышаются зольность, влажность, количество
мелких фракций, снижаются теплотворная способность и спекаемость; витринитовые компоненты подвергаются фюзенизации. Из-за низкого качества,
окисленные угли практически не перерабатываются и вместе с вскрышными
породами сбрасываются в отвалы, что оказывает отрицательное воздействие на
окружающую среду. Ухудшение технологических свойств происходит также в
результате длительного хранения угля на перерабатывающих предприятиях
(шахтах, обогатительных фабриках, коксохимических заводах, предприятиях
энергетического сектора).
Проблема утилизации углесодержащих отходов и некондиционных окисленных углей приобретает особую актуальность в крупных угледобывающих
центрах, в первую очередь в Кузбассе, где высока концентрация угледобывающих предприятий и горнорудной промышленности. Поэтому в настоящее время
существует настоятельная потребность в разработке эффективных способов
утилизации этих некондиционных углей, как вторичного сырьевого ресурса.
Одно из направлений использования естественно окисленных углей - получение на их основе высокопористых углеродных материалов для сорбционной очистки сточных и питьевых вод, для синтеза композиционных материалов,
других востребованных продуктов. В настоящее время для получения сорбционных материалов зачастую используют методы химической активации природного углеродсодержащего сырья неорганическими кислотами, щелочами и
солями, способствующими развитию пористой структуры в процессе термолиза. Однако исследования, направленные на разработку методов получения эф3
фективных углеродных материалов на основе естественно окисленных углей,
ограничены.
Диссертационная работа выполнялась в рамках проекта РФФИ № 10-0898006 «Разработка научных основ малотоннажных ресурсо- и энергосберегающих технологий переработки низкосортных углей, отходов угледобычи и обогащения в ценную химическую продукцию», Интеграционного проекта СО
РАН №13 «Разработка научных основ энергосберегающих технологий глубокой переработки углей Монголии и Западной Сибири РФ методами активирующего химического и физического воздействия», ФЦП «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг., соглашение
№14.В37.21.0081.
Цель работы – получение высокопористых углеродных сорбентов на основе естественно окисленных углей Кузбасса посредством их термолиза в присутствии гидроксида калия и исследование их сорбционных свойств.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- установить зависимости выходов углеродных сорбентов, величин их удельной
поверхности, адсорбционных активностей от соотношения КОН/уголь в процессе карбонизации различных естественно окисленных углей в смеси со щелочью;
- выявить особенности формирования текстурных свойств углеродных сорбентов, полученных пропиткой гидроксидом калия от природы окисленного угляпредшественника;
- определить влияние способа введения щелочи на параметры пористой структуры и сорбционную активность углеродных сорбентов, полученных путем щелочной активации и карбонизации естественно окисленных углей;
- определить особенности сорбционных свойств углеродных сорбентов, полученных путем щелочной активации естественно окисленных углей различной
степени углефикации, при поглощении фенола.
4
Научная новизна работы. Впервые показана возможность получения
высокопористых углеродных материалов на основе естественно окисленных
углей путем их карбонизации в присутствии щелочи. Впервые показано, что
механоактивационное воздействие на углещелочную смесь и последующая
карбонизация позволяют получить углеродные сорбенты с высокими значениями удельной поверхности и объемов пор. Впервые изучен процесс сорбции фенола из водных растворов углеродными сорбентами, полученными на основе
естественно окисленных углей со щелочью.
Практическая значимость результатов. Показано, что в качестве исходного сырья для получения углеродных сорбентов с развитой удельной поверхностью могут служить естественно окисленные угли разных стадий углефикации. Механоактивационная обработка углей в присутствии щелочи может
быть использована при разработке новых или усовершенствовании известных
технологических способов получения углеродных материалов с заданными
свойствами. Углеродные сорбенты, полученные термолизом в присутствии
гидроксида калия естественно окисленных углей, могут быть применены для
очистки питьевых и сточных промышленных вод от фенола.
На защиту выносятся:
- закономерности изменения выхода углеродных сорбентов в процессе термолиза естественно окисленных углей в смеси со щелочью, величины их удельной
поверхности и адсорбционной емкости от соотношения КОН/уголь;
- установленные особенности формирования пористой структуры (текстуры)
углеродных сорбентов, полученных пропиткой гидроксидом калия при весовом
соотношении КОН/уголь 1,0 г/г от природы угля-предшественника;
- результаты исследований о влиянии способа получения углещелочной смеси
на текстурные характеристики углеродных сорбентов, получаемых термолизом
естественно окисленных углей в присутствии КОН;
5
- результаты исследования процесса сорбции фенола из водных растворов углеродными адсорбентами полученными термолизом естественно окисленных углей в смеси со щелочью.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались на
Международном симпозиуме «Углехимия и экология Кузбасса», г.Кемерово,
2011 г.; конференции молодых ученых «Актуальные вопросы углехимии и химического материаловедения», Кемерово, 2012 г.; VII Международном симпозиуме
«Физика
и
химия
углеродных
Материалов / наноинженерия»,
г.Алматы, 2012 г. и др.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 6
статей в журналах и изданиях, рекомендованных ВАК РФ для опубликования
результатов диссертаций.
Личный вклад автора. Диссертантом сформулированы цели, задачи, выполнены экспериментальные исследования по приготовлению углеродных адсорбентов, физико-химическими методами охарактеризованы их текстурные и
сорбционные свойства, участвовал в обсуждении результатов, формулировании
основных положений и выводов работы.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 132 листах машинописного текста и состоит из введения, пяти глав, выводов и списка цитируемой литературы, включающего 221 наименование, содержит 28 рисунков и
19 таблиц.
СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи диссертационной работы, перечислены полученные в диссертации новые
результаты, их научная и практическая ценность, представлены положения,
выносимые на защиту.
В первой главе рассмотрены основные способы и технологии переработки углеродсодержащего сырья при получении углеродных сорбентов, приведе6
ны характеристики пористой структуры. Обоснован методический подход получения углеродных сорбентов на основе естественно окисленных углей путем
их химической активации.
Во второй главе приводится характеристика объектов и методов исследования. В качестве объектов исследования использовали образцы естественно
окисленных углей разных стадий углефикации вскрышных пластов различных
месторождений Кузнецкого бассейна: разрезы Кайчакский, Моховский, Шестаки и Апанасовский, на которых разрабатываются угли марок Б, Д, СС и Т соответственно.
Схема получения углеродных сорбентов, показанная на рис. 1, включала
обработку гидроксидом калия исходных образцов углей методами пропитки,
механического и механоактивационного смешения, карбонизацию углещелочных смесей, промывку карбонизованных остатков и сушку.
Для установления зависимости выходов углеродных сорбентов, величин
их удельной поверхности, адсорбционной емкости по метанолу, бензолу и йоду
от соотношения КОН/уголь в процессе карбонизации естественно окисленных
углей в смеси со щелочью были получены образцы сорбционных материалов
методом пропитки исходных углей водно-щелочным раствором в различных
соотношениях (RКОН) 0,25; 0,5; 1,0 и 2,0 г/г. Сухие углещелочные смеси подвергали карбонизации со скоростью нагрева 10 0С /мин до 800 0С (1 час). Карбонизованные остатки отмывали от щелочи дистиллированной водой, 0,1 н раствором соляной кислоты и далее опять дистиллированной водой, после чего высушивали до постоянной массы.
Для установления влияния способа введения щелочи на характеристики
углеродных сорбентов обработку исходных углей гидроксидом калия осуществляли методом пропитки, механическим и механоактивационным смешением (при соотношении щелочь/уголь 1,0 г/г). Механическое смешение (МС)
углей со щелочью осуществляли в лабораторной шаровой мельнице «Pulver7
isette 6» фирмы Fritsch (Германия) при вращении рабочего органа 290 об/мин в
течение 2-х мин. Механоактивационный способ (МА) введения щелочи в уголь
проводили в мельнице-активаторе АГО-2 планетарно-центробежного типа в течение 2-х мин в воздушной среде.
Окисленный уголь
марок Б, Д, СС и Т
Обработка гидроксидом калия
Технический и элементный
анализ
Физикохимические
методы
анализа
Состав кислородсодержащих групп
ИК-спектроскопия
Пропитка раствором КОН
Механическое смешение
с КОН
Термогравиметрия
Механоактивационное смешение с КОН
Сухая углещелочная смесь
Карбонизация
Физикохимические
методы
анализа
Химический состав золы
Анализ пористой структуры
Сканирующая и просвечивающая
микроскопия
Отмывка от КОН, сушка
Анализ сорбционной активности
Углеродный
адсорбент
Рентгенографический анализ
Термогравиметрия
Рис. 1. Принципиальная схема получения углеродных сорбентов
Карбонизацию всех угольных образцов со щелочью проводили в муфельной печи в фарфоровых тиглях с притертыми крышками в тех же условиях,
описанных выше.
Анализ исходных углей и полученных продуктов производили с помощью комплекса физических и химических методов. Содержание углерода и водорода в углях определяли методом Либиха, основанном на сожжении навески
угля в токе кислорода. Количество карбонильных групп определяли по реакции
с гидроксиламином солянокислым, карбоксильных – ацетатным методом, суммарную кислотность – ионным обменом с гидроксидом натрия. ИК-спектры
образцов углей регистрировали на Фурье-спектрометре «Инфралюм-ФТ-801» в
области 400-4000 см-1.
8
Термический анализ проводили на термоанализаторе фирмы Netzsch
STA409: тигель платиново-иридиевый; нагрев до 1000оС со скоростью 10
о
С/мин в среде гелия. Характеристики пористой структуры углеродных сорбен-
тов рассчитывали из изотерм адсорбции-десорбции азота при 78 К, полученных
при помощи объёмной вакуумной статической установки ASAP-2020. Морфологию поверхностей углеродных сорбентов изучали на сканирующем и просвечивающем электронных микроскопах JSM-6390LA и JEM-2100 фирмы “JEOL”
соответственно. Активность сорбентов оценивали по адсорбции паров метанола
и бензола в статических условиях, сорбционную ёмкость по йоду и фенолу
определяли по их поглощению из водных растворов.
Характеристика использованных в работе углей приведена в табл. 1. Из
приведенных данных видно, что все образцы углей характеризуются повышенным содержанием кислорода в их органической массе, что обусловливает повышенный выход летучих веществ и приводит к снижению высшей теплоты
сгорания углей от 15 % (для угля марки Т) до 20-25 % (для углей марок Б, Д и
СС).
Таблица 1
Характеристика состава и свойств образцов использованных окисленных углей
Код
образца
угля
Ad,
%
Б
Д
СС
Т
20,7
13,7
16,2
9,4
Vdaf,
%
52,9
44,9
35,9
19,3
Qsdaf,
МДж/к
г
21,6
23,2
25,3
30,9
Функциональный
состав,
мг-экв/г daf
Элементный
состав, % на daf
Степень
окислен
ности по
ГОСТ Р
50904
C
H
O
S
N
С=О
II
II
II
I
63,0
65,5
72,7
84,6
3,2
3,2
2,6
2,6
32,5
30,5
22,9
9,8
0,3
0,4
0,7
0,6
1,0
0,9
1,1
1,2
2,35
1,96
1,48
1,17
СО
ОН
0,32
0,39
0,06
0,15
-ОН
2,11
1,75
1,54
0,55
Для изучения особенностей термического разложения окисленных углей был проведен термогравиметрический анализ, результаты которого приведены в табл. 2. Видно, что все исследованные образцы углей обладают низкой
термостойкостью их органического вещества. Разложение начинается уже при
9
160 ºС, сразу после удаления влаги, что, по-видимому обусловлено распадом
термически нестабильных кислородсодержащих групп, образовавшихся в угле
в результате выветривания. В угле Т разложение этих окисленных фрагментов
органической массы отчетливо проявляется в виде эндоэффекта при 250 ºС.
Начало термической деструкции органического вещества окисленных углей в
зоне относительно низких температур приводит к формированию слабоинтенсивного и «размытого» максимума основного разложения Высокотемпературные эндоэффекты на кривых ДТА (700 ºС и выше) могут быть обусловлены реакциями в минеральной части углей. В целом, термическое поведение использованных окисленных углей соответствует общей закономерности повышения
термоустойчивости органического вещества с ростом степени углефикации БД-СС-Т (табл. 2). Так, температура максимального разложения органического
вещества в ряду углей Б-Д-СС-Т возрастает от 432 до 558 оС; при этом скорость
потери массы убывает от 1,0 до 0,35 %/мин (табл. 2).
Таблица 2
Результаты термогравиметрического анализа исследованных проб углей
Код
образца
угля
Б
Д
CC
Т
Δm, масс. %, при температурах
Тmax, С
Vmax,
%/мин
25-110 °С
110-600 °С
600-800 °С
800-1000 °С
432
440
473
558
0,86
1,00
0,56
0,35
10,1
8,5
1,9
1,5
19,8
22,0
19,6
11,0
10,0
9,0
8,0
6,0
4,0
4,4
4,0
3,8
о
В третьей главе приведены результаты исследования влияния соотношения
щелочь/уголь на выход, характеристики пористой структуры и адсорбционную
активность углеродных сорбентов.
Предварительно было установлено, что при термолизе окисленных углей
без добавления щелочи образуются карбонизаты с относительно низкой удельной поверхностью 30-150 м2/г. Введение щелочи приводит к уменьшению выхода карбонизата в результате деструктирующего действия щелочи, способной
10
расщеплять эфирные «мостики», лактонные и фурановые группы с образованием летучих продуктов. С увеличением количества добавляемой щелочи выход
карбонизатов уменьшается в 1,3-1,5 раза (рис. 2).
Введение щелочи в окисленные угли способствует значительному развитию пористой структуры органической массы (рис. 3). Основной прирост
удельной поверхности (в 5-25 раз в зависимости от угля) достигается при соотношении R= 0,5 г/г угля. Дальнейшее увеличение количества щелочи оказывает
сравнительно небольшое влияние на величину поверхности. При RКОН 2,0 г/г
для сорбентов, полученных из углей Б, Д и СС, достигнута почти одинаковая
величина SBET около 1000 м2/г. Сорбенты из окисленного угля марки Т отличаются заметно меньшей поверхностью (820 м2/г при максимальном соотношении
щелочь/уголь).
Рис. 2. Зависимость выхода адсорбентов
G из окисленных углей от соотношения
щелочь/уголь RKOH (г/г)
Рис. 3. Зависимость удельной поверхности SBET (м2/г) адсорбентов от соотношения щелочь/уголь RКОН (г/г)
Характер изменения адсорбционной активности сорбентов в результате
добавки щелочи практически одинаков для всех углей (рис. 4). Добавка щелочи
способствует увеличению адсорбционной активности. Основной прирост активности, как и удельной поверхности, происходит при RКОН 0,5 г/г угля. Для
образцов углей марок Б, Д и СС максимальная активность при поглощении йода достигает величин 1200-1600 мг/г. Сорбционная активность при поглощении
бензола и метанола увеличивается при добавлении щелочи в соотношении RКОН
11
0,5 г/г угля, при больших добавках щелочи мало меняется. Можно предположить, что развитие пористой структуры в присутствии больших добавок щелочи достигается за счет образования микропор малого размера, недоступных для
молекул бензола и метанола.
Рис. 4. Зависимости величин адсорбционной емкости по метанолу (1), бензолу (2) и по йоду (3) от
RКОН сорбентов углей марок Б, Д, СС и Т
В табл. 3 приведены результаты исследования влияния соотношения
щелочь/уголь на объемы микро- и мезопор углеродных сорбентов, полученных
на основе естественно окисленных углей. Видно, что с ростом RКОН (г/г) объем
микропор увеличиваются для всех образцов исходных углей. Вероятно, с
увеличением RКОН (г/г) удельная поверхность углеродных сорбентов возрастает
за счет развития микропористой структуры (рис. 3 и табл. 3).
Стоит отметить, что соотношение 1,0 г/г позволяет получить углеродные
сорбенты с высокими значениями параметров пористой структуры. При этом,
сорбенты с преобладающей мезопористой структурой (Vme/VΣ 56-69%) образуются на основе естественно окисленных углей Б и Д, с преобладающей микропористостью – из углей СС и Т (Vmi/VΣ 78-92%).
12
Таблица 3
Объемы микро- и мезопор углеродных сорбентов, полученных при различных соотношениях щелочь/уголь
Код образца угля
Б
Д
СС
Т
Объем пор,
Соотношение щелочь уголь RKOH, г/г
3
см /г
Vmi
0
0,06
0,25
0,15
0,5
0,23
1,0
0,24
2,0
0,42
Vme
0,03
0,10
0,33
0,52
0,39
Vmi
0,01
0,14
0,28
0,29
0,52
Vme
0,01
0,05
0,21
0,37
0,13
Vmi
0,14
0,21
0,25
0,33
0,40
Vme
0,02
0,05
0,25
0,09
0,50
Vmi
0,02
0,07
0,23
0,36
0,38
Vme
0,02
0,01
0,03
0,03
0,02
Тип формирующейся пористой структуры углеродных сорбентов в процессе щелочного пиролиза зависит от содержания углерода в угляхпредшественниках. С ростом степени углефикации относительное содержание
микропор увеличивается, мезопор - уменьшается (рис. 5). Формирование
мезопористого пространства для сорбентов углей Б и Д происходит в основном
за счет мезопор диаметром 2-5 нм (рис.6).
Рис. 5. Зависимость относительного
объема микро- и мезопор от содержания углерода углей-предшественников
Рис. 6. Кривые распределения мезопор по
размерам для образцов углеродных сорбентов на основе углей Б и Д, полученных методом пропитки при RКОН равном 1,0 г/г
Пиролиз углей в присутствии щелочи изменяет морфологию поверхности
сорбентов. На рис. 7 представлены микрофотографии карбонизата из исходного
13
угля марки СС и сорбентов, полученных при разном RKOH. Видно, что введение
щелочи способствует образованию большего количества пор малого размера и
развитию губчатой структуры сорбента. Карбонизат из исходного угля имеет
лишь небольшое количество пор, в основном крупного размера в виде трещин.
Анализ методом просвечивающей электронной микроскопии показывает,
что все образцы по своим структурно-морфологическим признакам близки к
углеродным аморфным материалам (рис. 8). Для всех образцов характерно
наличие агрегатов бесформенной, либо волокнисто-игольчатой формы, состоящих из аморфных первичных частиц.
а
в
б
г
Рис. 7. Морфология поверхностей карбонизата из исходного угля марки Д (а)
и углеродных сорбентов, полученных
при RKOH равном 0,5 г/г (б); 1,0 г/г (в) и
2,0 г/г (г).
Рис. 8. Электронные микрофотографии углеродного сорбента угля Д,
полученного методом пропитки при
RKOH равном 1,0 г/г
В четвертой главе приведены результаты по исследованию влияния способа
введения щелочи (пропитка, механическое и механоактивационное смешение)
на параметры пористой структуры углеродных сорбентов, полученных при
RКОН равном 1,0 г/г.
14
В табл. 4 представлены параметры пористой структуры углеродных материалов, рассчитанные по изотермам адсорбции-десорбции азота. Видно, что
термолиз углей всех марок, вне зависимости от способа приготовления углещелочной смеси, способствует образованию углеродных продуктов с высокими
значениями параметров пористой структуры. При этом материалы, полученные
на основе углей, измельченных в аппарате АГО-2 и в шаровой мельнице в присутствии КОН, обладают наиболее высокими значениями удельной поверхности и общего объема пор, что обусловлено в основном развитием системы микропор (табл. 4).
Таблица 4
Характеристика пористой структуры углеродных материалов
Код
образца
угля
Б
Д
СС
Т
Метод
введения
щелочи
Удельная
поверхность
SBET, м2/г
Общий объем
сорбционных
пор
VΣ,
см3/г
Объем микропор
Vmi,
см3/г
Объем
мезопор
Vme,
см3/г
Пропитка
МС
МА
Пропитка
МС
МА
Пропитка
МС
МА
Пропитка
МС
МА
790
730
1050
850
1150
1370
900
810
970
780
980
990
0,76
0,62
0,73
0,66
0,85
1,10
0,42
0,45
0,87
0,39
0,48
0,64
0,24
0,29
0,42
0,29
0,48
0,56
0,33
0,36
0,41
0,36
0,46
0,44
0,52
0,33
0,31
0,37
0,37
0,53
0,09
0,09
0,46
0,03
0,02
0,2
Относительное содержание
микропор
Vmi/VΣ,
%
31
47
57
44
57
52
78
80
47
92
96
69
Средний
диаметр
пор, нм
2,9
2,6
2,1
2,3
2,2
2,4
1,6
1,7
2,7
1,5
1,5
1,9
В пятой главе приведены результаты изучения процесса адсорбции фенола из водных сред углеродными сорбентами, полученными химической активацией естественно окисленных углей марок Б, Д, СС и Т в присутствии гидроксида калия, введенного путем механоактивационной обработки углещелочной
смеси при Rкон 1,0 г/г.
Изотермы адсорбции фенола на образцах различных углеродных сорбентов представлены на рис. 9. Видно, что при малых равновесных концентрациях
15
фенола в растворе (Ср=0,1-1,0 мг/мл) для всех образцов наблюдается крутой
подъем кривых, при концентрации более 1,0 мг/мл они выходят на насыщение.
Для образцов углей Д и Т предельная адсорбционная емкость составляет 350
мг/г. Сорбенты углей Б и СС имеют более низкие значения адсорбционной емкости (АФ 290 мг/г).
Рис. 9. Изотермы адсорбции фенола образцами углеродных сорбентов, полученных механохимическим способом при Rкон 1,0 г/г на основе углей марок Б, Д, СС и Т
Рассчитанные параметры уравнений Ленгмюра и Фрейндлиха для адсорбции фенола углеродными сорбентами приведены в табл. 5.
Таблица 5
Параметры уравнений Ленгмюра и Фрейдлиха адсорбции фенола
углеродными сорбентами
Уравнение Ленгмюра
Код
образца угля
Емкость
монослоя
Аmax,
мг/г
Константа адсорбционного
равновесия K
Коэффициент
разделения
RL
r2
Б
Д
СС
Т
270
357
322
322
12,0
14,0
5,2
15,5
0,98
0,96
0,90
0,98
0,997
0,998
0,998
0,999
Уравнение Фрейндлиха
ПоказаКоэффициент
тель
пропорциоr2
степени
нальности Kf
1/n
227
320
244
290
0,24
0,27
0,41
0,25
0,993
0,937
0,956
0,977
Видно, что для всех образцов углеродных сорбентов в интервале равновесных концентраций фенола 0,1−3,0 мг/мл изотермы адсорбции описываются
уравнением Ленгмюра (r2= 0,997-0,999). Рассчитанная ёмкость адсорбционного
монослоя (Аmax) увеличивается в ряду образцов марок Б < СС≤ Т< Д. Рассчитанные значения коэффициента RL равны 0,90-0,98 (табл. 5), что свидетельствует о
пригодности полученных углеродных сорбентов для адсорбции фенола из вод16
ных растворов. Экспериментально определенная степень извлечения фенола из
разбавленных растворов (С0 ≤0,1 мг/мл) составляет ≥97%.
Выводы:
1.
Установлено, что с ростом RКОН выход сорбентов для всех образцов углей
снижается, но при этом увеличивается их удельная поверхность. Для всех углей
основной прирост удельной поверхности (в 5-25 раз) и адсорбционных активностей достигается при введении щелочи в количестве 0,5 г/г угля.
2.
Показано, что на основе окисленных углей марок Б и Д, пропитанных
щелочью, в процессе термолиза получаются углеродные сорбенты с пористой
структурой, имеющей большое количество мезопор и долю микропор на уровне
30-45%. Из наиболее углефицированных углей марок СС и Т образуются углеродные сорбенты с развитой микропористой структурой (78-92%).
3.
Впервые показано, что углеродные материалы, полученные на основе углещелочных смесей, подвергнутых механоактивационному воздействию, обладают наиболее развитой пористой структурой и высокими значениями адсорбционных активностей.
4.
Впервые показано, что углеродные материалы, полученные на основе
окисленных углей, обладают высокими сорбционными свойствами по отношению к фенолу, степень извлечения которого из разбавленных растворов (С0 ≤0,1
мг/мл) составляет 97%.
Основное содержание диссертации изложено в работах:
Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ
1. Семенова С.А., Манина Т.С., Федорова Н.И. Характеристика
природноокисленных углей Кузбасса // Вестник КузГТУ. – 2012. – №3. – С. 4851.
2. Манина Т.С., Федорова Н.И., Семенова С.А., Исмагилов З.Р. Переработка
низкосортных окисленных углей с получением высокоэффективных углеродных сорбентов // Кокс и химия. – 2012. – №3. – С. 43-46.
3. Манина Т.С., Федорова Н.И., Семенова С.А., Исмагилов З.Р. Характеристика
пористой структуры адсорбентов на основе природноокисленных углей кузбасса // Кокс и химия. – 2012. – № 11. – С. 32-34.
4. Семёнова С. А., Гуляева Т.И., Леонтьева Н.Н., Дроздов В.А., Манина Т.С.,
Федорова Н.И., Исмагилов З.Р. Пористая структура углеродных материалов на
основе естественно окисленных углей Кузбасса // Химия твердого топлива. –
2013. – № 5. – С. 40–45.
17
5. Федорова Н.И., Манина Т.С., Семенова С.А., Исмагилов З.Р. Влияние условий щелочной обработки на свойства адсорбентов на основе природноокисленных углей Кузбасса // Кокс и химия. – 2013. – №5. – С. 25-28.
6. Федорова Н.И., Манина Т.С., З.Р. Исмагилов. Адсорбция фенола углеродными сорбентами на основе химически активированного угля марки Д // Кокс и
химия. – 2013. - № 12. – С. 44-48.
Тезисы докладов
1. МанинаТ.С., Федорова Н.И., Семенова С.А., Исмагилов З.Р. Получение углеродных материалов из естественно окисленных углей // Тезисы докладов I
Международного симпозиума «Углехимия и экология Кузбасса». – Кемерово,
2011. – С. 61.
2. Манина Т.С., Исмагилов З.Р., Семенова С.А., Федорова Н.И., Болтнева А.В.
Получение пористых углеродных материалов из естественно окисленного низкометаморфизованного угля // Программа и научные материалы VI международного симпозиума «Горение и плазмохимия». – Алматы, 2011. – С. 80-82.
3. Манина Т.С. Влияние щелочи на формирование пористой структуры сорбентов на основе окисленных углей // Материалы конференции молодых ученых
«Актуальные вопросы углехимии и химического материаловедения». – Кемерово, 2012. – С.23
4. Манина Т.С. Cинтез углеродных наноматериалов на основе природноокисленных углей // Материалы Международной молодежной конференции «Функциональные материалы в катализе и энергетике». – Новосибирск, 2012. – С. 6667.
5. Семёнова С. А., Гуляева Т.И., Леонтьева Н.Н., Дроздов В.А., Манина Т.С.,
Федорова Н.И., Исмагилов З.Р. Семёнова С. А., Гуляева Т.И., Леонтьева Н.Н.,
Дроздов В.А., Манина Т.С., Федорова Н.И., Исмагилов З.Р. Исследование текстурных характеристик углеродных материалов, полученных из природноокисленных углей различных месторождений Западной Сибири и Монголии // Тезисы докладов II Всероссийского симпозиума «Углехимия и экология Кузбасса».
– Кемерово, 2012. – С. 27.
6. Федорова Н.И., Манина Т.С., Исмагилов З.Р. Адсорбция фенола углеродными сорбентами на основе окисленных углей разной стадии метаморфизма //
Тезисы докладов III Всероссийского симпозиума «Углехимия и экология Кузбасса». – Кемерово, 2013. – С. 50.
18
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа