Телефон: +7 (383)-202-16-86

Статья опубликована в рамках: Научного журнала «Студенческий» № 27(71)

Рубрика журнала: Технические науки

Секция: Материаловедение

Скачать книгу(-и): скачать журнал часть 1, скачать журнал часть 2

Библиографическое описание:
Устинова П.В., Лодочникова А.С. ПОЛУЧЕНИЕ АДСОРБЕНТОВ ИЗ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ // Студенческий: электрон. научн. журн. 2019. № 27(71). URL: https://sibac.info/journal/student/71/151231 (дата обращения: 14.11.2019).

ПОЛУЧЕНИЕ АДСОРБЕНТОВ ИЗ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ

Устинова Полина Владимировна

студент, кафедра лесопромышленных производств и обработки материалов, Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова

РФ, г. Архангельск

Лодочникова Анастасия Сергеевна

студент, кафедра лесопромышленных производств и обработки материалов, Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова

РФ, г. Архангельск

В настоящее время в России остро стоит проблема комплексного использования природного сырья, главным образом, древесины. При этом известно, что отходы механической и химической переработки древесины – опилки, кора и т.д. могут быть использованы для получения ценного продукта – активированного угля [1]. При этом для его получения применяют химические активирующие агенты, такие как ZnCl2 и гидроксиды щелочных металлов [2]. Химический метод активации углеродсодержащего сырья благодаря своим преимуществам постепенно вытесняет физический метод, основанный на активации водяным паром и/или углекислым газом. При химической активации получаются сорбенты с лучшими адсорбционными характеристиками. Однако распространение метода ограничено агрессивностью используемых реагентов. Поэтому было принято решение использовать неагрессивный химический агент – карбонат натрия (стиральная сода).

Нами было получено 2 серии активированного угля (АУ). Для получения адсорбентов серии АУ-Б в качестве сырья использовали берёзовые опилки, для серии АУ-О - осиновые.

АУ получали обработкой древесного сырья 30%-м раствором карбоната натрия с последующей пропиткой, сушкой, пиролизом полученной смеси и промывкой угля водой до нейтральной реакции среды.

Синтез и исследование свойств активированного угля проводили методом планированного эксперимента. В качестве входных параметров были выбраны дозировка Na2CO3, продолжительность и температура пиролиза. Значения и диапазон варьирования входных параметров представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Уровни и диапазон варьирования входных параметров

Переменные факторы

Шаг

Уровни варьирования входных параметров

-1,682 (-α)

-1

0

1

1,682 (+α)

Содержание Na2CO3, %, W

6

20

24

30

36

40

Продолжительность L, мин

6

20

24

30

36

40

Температура пиролиза T,°С

40

770

800

840

880

910

 

Выходными параметрами синтеза АУ являются выход, адсорбционная активность по йоду, по метиленовому голубому, по парам воды и гептана. Полученные экспериментальные данные использовали для расчета коэффициентов уравнений регрессии и разработки статистических моделей, связывающих значения выходных параметров с условиями их получения. Уравнения регрессии для серии АУ-Б:

АМГ = 126 + 28 W – 44 T – 41 W∙L – 18 L2 + 38 T2                                                        (1);

AI2 = 995 + 141 L – 223 T – 136 L2 – 191 T2                                                                          (2);

AГ = 202 + 7,1 L + 7,7 T – 15,0 L2 – 7,4 T2                                                                          (3);

AВ = 175 – 11 W + 6 L – 8 W∙L – 6 W2 + 3 T2                                                                       (4);

η = 22,9 + 0,9 T - 1,4 W∙L + 0,8 W∙T + 2,8 W2 + 2,8 L2 - 0,7 T2                                               (5),

где: АМГ, AI2, AГ, AВ - адсорбционная активность по метиленовому голубому, по йоду, по парам гептана и водяному пару соответственно, мг/г;

η – выход адсорбента, % от абсолютно сухого сырья.

Из уравнений 2 и 3 видно, что на адсорбционную активность по йоду и по парам гептана у адсорбентов серии АУ-Б не влияет дозировка карбоната натрия, а зависимость активности по данным адсорбтивам от продолжительности и от температуры пиролиза проходит через максимум. Влияние температуры пиролиза на адсорбцию МГ отрицательное. Продолжительность и дозировка Na2CO3 имеют взаимное влияние друг на друга, и максимальное значение АМГ достигается либо при малой продолжительности и высоком содержании Na2CO3, либо при низком содержании Na2CO3 и большой выдержке. Влияние продолжительности на адсорбцию водяного пара – положительное, а температура не оказывает влияния на адсорбцию. Повышение дозировки Na2CO3 при низкой продолжительности способствует увеличению адсорбции водяного пара, а при высоких значениях L – снижению. Зависимости выхода от продолжительности и дозировки Na2CO3 проходят через минимум. Температура практически не влияет на значение η.

Уравнения зависимости для серии АУ-О выглядят следующим образом:

 АМГ = 131 + 41 W + 18 L+ 20 T + 13 W∙T + 26 L∙T – 7 W2 – 9 L2                                                      (6);

 AI2 = 824 + 184 W + 163 T + 65 W∙T                                                                                 (7);

 AГ = 210 – 70 T + 14 W∙T – 7 W2 + 23 L2 + 12 T2                                                          (8);

 AВ = 204 + 19 L – 20 L2 – 26 T2                                                                       (9);

 η = 40 – 2 T + 0,5 W2 – 0,5 L2 – 0,8 T2                                                               (10).

В ходе работы выявлены определенные зависимости. Адсорбция МГ при увеличении продолжительности и дозировки Na2CO3 возрастает. Температура синтеза также оказывает положительное влияние на адсорбцию МГ, однако при повышенных дозировках Na2CO3 и низкой продолжительности влияние температуры становится крайне мало.

Адсорбционная ёмкость по йоду линейно увеличивается с повышением температуры синтеза и увеличением содержания Na2CO3 в смеси. Продолжительность синтеза не влияет на адсорбцию йода.

Адсорбция паров гептана возрастает при увеличении температуры. При высоких температурах снижение дозировки способствует повышению адсорбции гептана, а при низких - наоборот. Зависимость адсорбции гептана от продолжительности проходит через минимум. Адсорбция паров воды не зависит от дозировки Na2CO3. Зависимости от продолжительности и температуры синтеза проходят через максимум.

Для угля на основе берёзовых опилок температура синтеза негативно сказывается на выходе. Отмечается также меньший выход АУ при умеренных дозировках Na2CO3 и при высокой продолжительности.

Таким образом, полученные данные свидетельствуют о хороших адсорбционных свойствах активированного угля, получаемого по предложенному способу. При этом использование берёзовых опилок даёт лучший эффект.

 

Список литературы:

  1. Головков, C.И. Энергетическое использование древесных отходов / С.И. Головков, И.Ф. Коперин, В.И. Найдёнов / М.: Лесная промышленность – 1987. -  – 224 с.
  2. Viswanathan, B. Methods of activation and specific applications of carbon materials / B. Viswanathan, P. Indra Neel, T.K. Varadarajan // NCCR Internal Bulletin. – P. 160 [Электронный ресурc] – Режим доступа. – URL: http://www.nccr.iitm.ac.in/e%20book-Carbon%20Materials%20final.pdf (дата обращения 31.07.2019)

Оставить комментарий