Помощь студентам в учебе
Сорбенты для очистки эмульсионных сточных вод
|
Введение 5
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1 Краткая характеристика нефтепродуктов 7
1.2. Пути поступления нефтепродуктов (НТ) в окружающую среду 7
1.3 Методы очистки сточных вод от нефтепродуктов 9
1.4 Сорбционный метод очистки сточных вод 15
1.5. Магнитные сорбенты 16
1.5.1. Синтез пористых ферритов с применением выгорающих добавок.. ..16
1.5.2. Неорганические магнитно наполненные адсорбенты 18
1.5.3. Углеминеральные магнитные сорбенты 19
1.6. Природа и состав сорбента для очистки водных растворов от
ТМ и НП 20
1.6.1 Отход древесного отхода (ОДВ) 20
1.6.2. Магнитный сорбент 23
1.6.3. Композиционного сорбента 24
1.6.4. Активированный уголь марки БАУ-А 25
1.7 Патентный поиск в области сорбционной очистки сточных вод с
использованием отхода древесного волокна 27
1.8 Анализ ГОСТов и СанПинов в области очистки сточных вод 31
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
2.1. Используемые реактивы, химическая посуда 35
2.2. Применяемые вспомогательное и испытательное оборудование, средства
измерения 35
2.3 Описание приборов 36
2.4 Методы получения магнетита 39
2.5 Изготовление композиционного сорбента для очистки водных растворов
от ТМ и НП 40
2.6. Определение фракционного состава сорбционного материала 42
2.7 Определение насыпной плотности ОДВ 43
2.8 Определение зольности сорбционных материалов 43
2.9 Определение гигроскопической влажности сорбционных материалов.. .44
2.10 Определение плавучести сорбционных материалов 45
2.11 Определение водопоглощения СМ 45
2.12 Определение элементного состава ОДВ 45
2.13. Методика определения маслоемкости ОДВ 46
2.14. Способ утилизации отработанного композиционного сорбента 46
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖЕНИЕ.
3.1 Характеристики сорбционных материалов 49
3.2 Определение фракционного состава ОДВ 52
3.3 Определение насыпной плотности, влажности, зольности, плавучести
ОДВ 53
3.4 Определение элементного состава ОДВ 54
3.5 ИК-спектроскопические исследования 54
3.6. Определения маслоемкости ОДВ 55
3.7 Определения водопоглощения ОДВ 56
3.8. Модельные растворы ТМ 58
3.9. Сорбция тяжелых металлов - меди, свинца и хрома из модельных
растворов композиционным сорбентом «магнетит - отходы древесного волокна», а также отдельными его компонентами 59
3.10. Влияние объема пропускаемого водного раствора через сорбент 61
3.11. Очистка модельных растворов от нефтепродуктов различными сорбционными материалами 61
3.12 Очистка модельных растворов от эмульгированных и растворенных
нефтепродуктов 62
4 ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
4.1 Охрана труда при работе в ученых лабораториях кафедры «Химии и
экологии» 68
4.2 Охрана труда при работе с химической посудой и приборами из
стекла 70
4.3 Охрана труда при работе с кислотами и щелочами 73
Выводы и результаты работы 77
Список литературы 80
Перечень условных сокращений 88
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1 Краткая характеристика нефтепродуктов 7
1.2. Пути поступления нефтепродуктов (НТ) в окружающую среду 7
1.3 Методы очистки сточных вод от нефтепродуктов 9
1.4 Сорбционный метод очистки сточных вод 15
1.5. Магнитные сорбенты 16
1.5.1. Синтез пористых ферритов с применением выгорающих добавок.. ..16
1.5.2. Неорганические магнитно наполненные адсорбенты 18
1.5.3. Углеминеральные магнитные сорбенты 19
1.6. Природа и состав сорбента для очистки водных растворов от
ТМ и НП 20
1.6.1 Отход древесного отхода (ОДВ) 20
1.6.2. Магнитный сорбент 23
1.6.3. Композиционного сорбента 24
1.6.4. Активированный уголь марки БАУ-А 25
1.7 Патентный поиск в области сорбционной очистки сточных вод с
использованием отхода древесного волокна 27
1.8 Анализ ГОСТов и СанПинов в области очистки сточных вод 31
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
2.1. Используемые реактивы, химическая посуда 35
2.2. Применяемые вспомогательное и испытательное оборудование, средства
измерения 35
2.3 Описание приборов 36
2.4 Методы получения магнетита 39
2.5 Изготовление композиционного сорбента для очистки водных растворов
от ТМ и НП 40
2.6. Определение фракционного состава сорбционного материала 42
2.7 Определение насыпной плотности ОДВ 43
2.8 Определение зольности сорбционных материалов 43
2.9 Определение гигроскопической влажности сорбционных материалов.. .44
2.10 Определение плавучести сорбционных материалов 45
2.11 Определение водопоглощения СМ 45
2.12 Определение элементного состава ОДВ 45
2.13. Методика определения маслоемкости ОДВ 46
2.14. Способ утилизации отработанного композиционного сорбента 46
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖЕНИЕ.
3.1 Характеристики сорбционных материалов 49
3.2 Определение фракционного состава ОДВ 52
3.3 Определение насыпной плотности, влажности, зольности, плавучести
ОДВ 53
3.4 Определение элементного состава ОДВ 54
3.5 ИК-спектроскопические исследования 54
3.6. Определения маслоемкости ОДВ 55
3.7 Определения водопоглощения ОДВ 56
3.8. Модельные растворы ТМ 58
3.9. Сорбция тяжелых металлов - меди, свинца и хрома из модельных
растворов композиционным сорбентом «магнетит - отходы древесного волокна», а также отдельными его компонентами 59
3.10. Влияние объема пропускаемого водного раствора через сорбент 61
3.11. Очистка модельных растворов от нефтепродуктов различными сорбционными материалами 61
3.12 Очистка модельных растворов от эмульгированных и растворенных
нефтепродуктов 62
4 ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
4.1 Охрана труда при работе в ученых лабораториях кафедры «Химии и
экологии» 68
4.2 Охрана труда при работе с химической посудой и приборами из
стекла 70
4.3 Охрана труда при работе с кислотами и щелочами 73
Выводы и результаты работы 77
Список литературы 80
Перечень условных сокращений 88
Рост и развитие химического и нефтехимического комплексов промышленности приводит к серьезному загрязнению гидросферы нефтью и продуктами ее переработки. Вследствие разлива нефти происходит загрязнение больших территорий, которое негативно влияет на биосистемы и экологический баланс в течение длительного периода времени. Для устранения данной проблемы необходимо выбрать наиболее эффективный метод сбора нефти и нефтепродуктов (НП) [1].
На сегодняшний день наибольшее предпочтение отдается сорбционным методам, так как они обладают рядом преимуществ в сравнении с другими методами очистки. Для ликвидации разливов нефти производится около двухсот различных сорбентов, которые подразделяются на: неорганические, природные органические и органоминеральные, и синтетические. Качество сорбентов определяется их емкостью по отношению к нефти, степенью гидрофобности, плавучестью после сорбции нефти НП, возможностью десорбции нефти, регенерации или утилизации сорбента.
Сорбционный материал (СМ) должны соответствовать ряду требований, предъявляемых к нефтяным сорбентам: экологичность, высокая эффективность, доступность, дешевизна в сравнении с синтетическими сорбентами, плавучесть, а также отсутствие вторичных загрязнений, поэтому наиболее привлекательны СМ из отходов переработки растительного сырья [2-3].
Опилки, отход лесной и деревообрабатывающей промышленностей, являются потенциальным СМ для извлечения нефти и НП с поверхности воды. Анализ литературных данных показал недостаточность изученности как самих СМ на основе отходов деревообработки, так и методов модификации для улучшения их свойств.
Цель работы - представленной работы является определение физико-химических свойств отходов древесного волокна (ОДВ) для дальнейшего применения в качестве сорбционного материала для удаления ТМ , нефти и НП с поверхности водных объектов
Для выполнения заданной цели были поставлены следующие задачи:
- изучить характеристики исследуемого сорбента;
- определить фракционный состав ОДВ;
- изучить физико-химические характеристики ОДВ;
- определить водопоглощение ОДВ.;
- определить значение маслоемкости;
- получить и описать ИК-спектры ОДВ;
- получить новый композиционный сорбент с магнитными свойствами на основе древесных волокон из ОДВ;
- изучить эффективность полученного композиционного сорбента;
Объект исследований - водные растворы, содержащие ионы ТМ и НП.
Предмет исследований - изучение процессов сорбции ОДВ и Fe3O4 от
ТМ, нефти и НП из водных растворов.
Новизна работы заключается в возможности применения ОДВЛе3О4 в качестве сорбента, при очистки водных растворов от ТМ, нефти и НП.
На сегодняшний день наибольшее предпочтение отдается сорбционным методам, так как они обладают рядом преимуществ в сравнении с другими методами очистки. Для ликвидации разливов нефти производится около двухсот различных сорбентов, которые подразделяются на: неорганические, природные органические и органоминеральные, и синтетические. Качество сорбентов определяется их емкостью по отношению к нефти, степенью гидрофобности, плавучестью после сорбции нефти НП, возможностью десорбции нефти, регенерации или утилизации сорбента.
Сорбционный материал (СМ) должны соответствовать ряду требований, предъявляемых к нефтяным сорбентам: экологичность, высокая эффективность, доступность, дешевизна в сравнении с синтетическими сорбентами, плавучесть, а также отсутствие вторичных загрязнений, поэтому наиболее привлекательны СМ из отходов переработки растительного сырья [2-3].
Опилки, отход лесной и деревообрабатывающей промышленностей, являются потенциальным СМ для извлечения нефти и НП с поверхности воды. Анализ литературных данных показал недостаточность изученности как самих СМ на основе отходов деревообработки, так и методов модификации для улучшения их свойств.
Цель работы - представленной работы является определение физико-химических свойств отходов древесного волокна (ОДВ) для дальнейшего применения в качестве сорбционного материала для удаления ТМ , нефти и НП с поверхности водных объектов
Для выполнения заданной цели были поставлены следующие задачи:
- изучить характеристики исследуемого сорбента;
- определить фракционный состав ОДВ;
- изучить физико-химические характеристики ОДВ;
- определить водопоглощение ОДВ.;
- определить значение маслоемкости;
- получить и описать ИК-спектры ОДВ;
- получить новый композиционный сорбент с магнитными свойствами на основе древесных волокон из ОДВ;
- изучить эффективность полученного композиционного сорбента;
Объект исследований - водные растворы, содержащие ионы ТМ и НП.
Предмет исследований - изучение процессов сорбции ОДВ и Fe3O4 от
ТМ, нефти и НП из водных растворов.
Новизна работы заключается в возможности применения ОДВЛе3О4 в качестве сорбента, при очистки водных растворов от ТМ, нефти и НП.
1. Собраны и обработаны сведения о различных методах очистки сточных вод от нефтепродуктов;
2. Получен синтетический магнетит путем гидролиза смеси солей двух- и трехвалентного железа, с помощью аммиачной воды;
3. Получить новый композиционный сорбент с магнитными свойствами на основе древесных волокон из отходов обработки древесины, путем осаждения на его поверхности, магнетита, образующегося в водном растворе, в результате обменной реакции;
4. Изучить эффективность полученного композиционного сорбента.
5. Были определены физико-химические характеристики ОДВ: насыпная плотность - 0,148 г/см3, влажность - 14,3%, зольность - 0,68 %, плавучесть -
82,3 % .
6. Сделан спектральный микроанализ на химический состав. В состав ОДВ входят следующие элементы:О-37,1%; С- 35,4; N-22,8; Al-4,0; Ca-0,26; Mg- 0,25; Fe-0,23;
7. Проведен ситовый анализ определили, что в составе ОДВ преобладают частицы размером от 0,5 - 3 мм (около 80%).
8. Получены и описаны ИК-спектры. В ИК-спектрах наблюдаются полосы поглощения, обусловленные валентными колебаниями группы ОН-в области 3400-3500 см-1, карбонильной группы в области 1610-1620 см-1, а также нитрильных групп в области 2350-2360 см-1.
9.Основное поглощение сорбата наступает в первые 10 минут контактирования, дальнейшее увеличение времени выдержки не способствует значимому повышению исследуемого показателя. Максимальное значение маслоемкости составляет - 19,5 г/г.
10. Максимальное значение водопоглащения составляет 8,5 г/г
11. По результатам очистки по ионам свинца эффективность очистки составила 92%, по меди 83%. по хрому 70%. Остаточное содержание ТМ соответствует нормативным требованиям.
12. При пропускании 1 л раствора эффективность очистки снижается на 20 % для свинца, для меди на 45%, для хрома на 30 %. Это означает что, через определенные промежутки времени, связанные с конкретным объемом, прошедшего раствора, нужно проводить работы либо по регенерации композиционного сорбента, либо по его замене.
13. Согласно полученным результатам, для активированного угля скорость расхода очищаемой воды составила 0,1—0,3 см3/мин, средняя эффективность очистки от НП - 93%. Высокую степень очистки (85%) при высокой скорости протекания СВ (18-23 см3/мин) проявил КС. Модифицирование поверхности волокна магнетитом позволило существенно увеличить сорбционную емкость ОДВ. Следует отметить, что сами по себе ОДВ обладают достаточно высокой степенью очистки от НП (76%).Таким образом, проведенные исследования показывают, что применение магнитного композиционного сорбента позволяет довольно эффективно, помимо тяжелых металлов, удаляет и от нефтепродуктов.
14. Степень эффективности очистки с использованием ОДВ наблюдаем у толуола со значением 74%, а с ватой у гексана. Но низкий процент наблюдается у бензола. В связи с невысокой степенью сорбции растворенных НП в статических условиях у ОДВ, пришли к мнению в нецелесообразности проведения данного эксперимента на образце «магнетит-ОДВ».
2. Получен синтетический магнетит путем гидролиза смеси солей двух- и трехвалентного железа, с помощью аммиачной воды;
3. Получить новый композиционный сорбент с магнитными свойствами на основе древесных волокон из отходов обработки древесины, путем осаждения на его поверхности, магнетита, образующегося в водном растворе, в результате обменной реакции;
4. Изучить эффективность полученного композиционного сорбента.
5. Были определены физико-химические характеристики ОДВ: насыпная плотность - 0,148 г/см3, влажность - 14,3%, зольность - 0,68 %, плавучесть -
82,3 % .
6. Сделан спектральный микроанализ на химический состав. В состав ОДВ входят следующие элементы:О-37,1%; С- 35,4; N-22,8; Al-4,0; Ca-0,26; Mg- 0,25; Fe-0,23;
7. Проведен ситовый анализ определили, что в составе ОДВ преобладают частицы размером от 0,5 - 3 мм (около 80%).
8. Получены и описаны ИК-спектры. В ИК-спектрах наблюдаются полосы поглощения, обусловленные валентными колебаниями группы ОН-в области 3400-3500 см-1, карбонильной группы в области 1610-1620 см-1, а также нитрильных групп в области 2350-2360 см-1.
9.Основное поглощение сорбата наступает в первые 10 минут контактирования, дальнейшее увеличение времени выдержки не способствует значимому повышению исследуемого показателя. Максимальное значение маслоемкости составляет - 19,5 г/г.
10. Максимальное значение водопоглащения составляет 8,5 г/г
11. По результатам очистки по ионам свинца эффективность очистки составила 92%, по меди 83%. по хрому 70%. Остаточное содержание ТМ соответствует нормативным требованиям.
12. При пропускании 1 л раствора эффективность очистки снижается на 20 % для свинца, для меди на 45%, для хрома на 30 %. Это означает что, через определенные промежутки времени, связанные с конкретным объемом, прошедшего раствора, нужно проводить работы либо по регенерации композиционного сорбента, либо по его замене.
13. Согласно полученным результатам, для активированного угля скорость расхода очищаемой воды составила 0,1—0,3 см3/мин, средняя эффективность очистки от НП - 93%. Высокую степень очистки (85%) при высокой скорости протекания СВ (18-23 см3/мин) проявил КС. Модифицирование поверхности волокна магнетитом позволило существенно увеличить сорбционную емкость ОДВ. Следует отметить, что сами по себе ОДВ обладают достаточно высокой степенью очистки от НП (76%).Таким образом, проведенные исследования показывают, что применение магнитного композиционного сорбента позволяет довольно эффективно, помимо тяжелых металлов, удаляет и от нефтепродуктов.
14. Степень эффективности очистки с использованием ОДВ наблюдаем у толуола со значением 74%, а с ватой у гексана. Но низкий процент наблюдается у бензола. В связи с невысокой степенью сорбции растворенных НП в статических условиях у ОДВ, пришли к мнению в нецелесообразности проведения данного эксперимента на образце «магнетит-ОДВ».