Введение 4
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 5
1.1 Получение, модифицирование и применение сорбентов на основе
углеродсодержащего сырья 5
1.2 Общая характеристика подсолнечника масличного и отходов его переработки
1.3 Углеродные сорбенты на основе лузги и шляпок подсолнечника 12
2 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА 17
3 МЕТОДИКИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В РАБОТЕ 19
3.1 Методика получения углеродсодержащих материалов на основе шляпок
подсолнечника масличного путем химической модификации 19
3.2 Определение насыпной плотности получаемых активных углей на основе ШП
3.3 Сканирующая электронная микроскопия 21
3.4 Определение гранулометрического состава получаемых материалов 22
3.5 Определение содержания водорастворимой золы в полученных активных
углях на основе ШП 22
3.6 Определение содержания общей золы в полученных активных углях на основе ШП 23
3.7 Определение рН водных вытяжек полученных активных углей на основе ШП
3.8 Построение кинетических кривых сорбции красителя (метиленовый голубой)
3.9 Определение площади удельной поверхности по сорбции красителя
(метиленовый голубой) 26
3.10 Определение площади удельной поверхности по сорбции бензола 28
3.11 Определение электрокинетического потенциала полеченных активных углей
4 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 31
4.1 Активные угли на основе шляпок подсолнечника маличного 31
4.2 Насыпная плотность получаемых активных углей 32
4.3 Содержание общей и водорастворимой золы в получаемых активных углях .
4.4 Гранулометрический состав получаемых активных углей 42
4.5 Микрофотографии СЭМ 45
4.6 Электрокинетический потенциал получаемых углей 46
4.7 рН водных вытяжек получаемых активных углей 52
4.8 Площадь поверхности получаемых активных углей по сорбции красителя
(метиленовый голубой) 56
4.9 Площадь поверхности по сорбции бензола 62
4.10 Кинетические кривые поглощения красителя - метиленовый голубой 69
4.11 Модели диффузионной и химической кинетики 82
4.12 Модели, описывающие сорбцию из растворов на твердой поверхности 89
Заключение 98
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 101
Загрязнение воды и водоемов, как в мировом, так и зональном масштабах является все более возрастающей проблемой последних десятилетий. По данным Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации, объем сброшенных загрязненных сточных вод в природные водные объекты России, с 2015 по 2016 года, вырос на 10%. По данным аналитиков, во многом данная тенденция прослеживается ввиду перегрузки водоочистных сооружений, нехватки реагентов, нарушений технического регламента [1].
В связи с этим все больше возрастает потребность в создании новых технологий по очистке вод, а также синтезу материалов, обладающих высокими сорбционными свойствами.
Сорбенты на основе неорганических материалов обладают невысокой сорбционной емкостью к органическим поллютантам, гидрофильны, требуют дополнительного модифицирования (например, перевод глин в Н-форму или натриевую форму), вызывают трудности с утилизацией. Синтетические сорбенты удобны хорошей поглотительной способностью как к органическим, так и неорганическим поллютантам, доступны, однако отличаются высокой стоимостью, сложностью переработки в силу высокой токсичности продуктов горения.
В последнее время, в качестве сорбентов, наиболее привлекательны материалы из отходов растительного сырья. Главными достоинствами данного выбора являются низкая стоимость, простота в использовании, эффективность, возможность использования вторичного сырья, экологичность, высокая доступность исходного сырья.
Объем сбора подсолнечника на зерно в 2015 года в Белгородской области составил 321.9 тыс. т из которых порядка 106.3 тыс. т составили отходы при переработке (стержни, корзинки, лузга), что является благоприятной почвой, в сырьевом отношении, для разработки новых адсорбентов
1. Насыпная плотность получаемых материалов в среднем в 2 раза меньше, чем у образцов сравнения и колеблется в пределах 0,143-0,657 г/см3;
2. Содержание общей и водорастворимой золы увеличивается с ростом концентрации модификатора и температуры карбонизации;
3. Гранулометрический состав получаемых материалов представлен частицами диаметром 40,11-772,20 мкм;
4. По данным сканирующей электронной микроскопии отмечено, что после карбонизации в 200ОС сохраняется волокнистая структура исходного растительного сырья, при увеличении температуры карбонизации от 350-5000С происходит «раскрытие» внутренних пор материалов, а при температуре карбонизации 6500С происходит разрушение структуры растительного сырья;
5. Электрокинетический потенциал получаемых материалов находится в отрицательной области. Самое маленькое значение электрокинетического потенциала - -0,09 мВ, самое большое - -35,2 мВ;
6. рН водной вытяжки получаемых материалов при увеличении температуры карбонизации переходит из «кислой» в «щелочную» область значений рН. Однако образцы обработанные растворами ортофосфорной кислоты снижают рН в более «кислую» область с ростом концентрации модификатора и ростом температуры карбонизации;
7. Площадь поверхности по сорбции красителя - метиленовый голубой колеблется от 11,37 до 109,71 м2/г, причем данные коррелируют со значениями электрокинетического потенциала получаемых материалов. По количественным значениям площадей поверхности, можно сказать, что образцы являются микро- мезопористыми материалами;
8. Площадь поверхности по сорбции бензола колеблется от 3059 до 99555 м2/г, что подтверждает сделанные ранее выводы о принадлежности получаемых активных углей к микро- мезопористым материалам;
9. По данным кинетических кривых поглощение метиленового голубого сделаны выводу об оптимальном времени контакта сорбента с сорбатом;
10. Описывая кинетические кривые поглощения метиленового голубого по моделям диффузионной и химической кинетики установлено, что процессы идут в смешаннодиффузионном режиме и более достоверно получаемые данные описываются уравнением псевдо-второго порядка;
11. Исходя из значений параметров при описании сорбции на твердой поверхности из водных растворов по моделям Генри, Ленгмюра, Фрейндлиха, Дубинина-Астахова и Дубинина-Радушкевича установлено, что наиболее достоверно описать сорбцию метиленового голубого на получаемых активных углям можно с помощью модели Дубинина-Астахова.
