Сич Наталія Володимирівна. Вдосконалення технологій одержання вуглецевих сорбентів з антрациту Донецького басейну

Краткое описание

Сич Наталія Володимирівна. Вдосконалення технологій одержання вуглецевих сорбентів з антрациту Донецького басейну: дис... канд. техн. наук: 05.17.01. / Національний технічний ун-т України "Київський політехнічний ін-т". - К., 2004

Сич Н.В. Вдосконалення технологій одержання вуглецевих сорбентів з антрациту Донецького басейну. -Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю
05.17.01 технологія неорганічних речовин. Інститут сорбції та проблем ендоекології НАН України, Київ, 2004.
Дисертаційна робота присвячена встановленню закономірностей термохімічних перетворень антрациту під дією технологічних та хімічних факторів та вдосконаленню на цій базі науково-обгрунтованих способів переробки антрациту в сорбційні матеріали, а також створенню гнучкої технологічної схеми одержання асортименту адсорбентів екологічного призначення.
Виконане системне дослідження по оптимізації процесу активації антрациту в температурно-часовому полі. За допомогою метода математичного планування експерименту зроблено прогноз раціональних режимів активації.
Вперше вивчено кінетичні закономірності високотемпературного окиснення антрациту зволоженим повітрям в інтервалі температур 300-400оС. Показано, що ефективність окиснення визначається температурними умовами ведення процесу, а також ступенем попередньої активації. Виявлено велике споріднення окисненого антрациту по відношенню до іонів Cu2+, Pb2+, Cd2+.
Розроблено методику хімічної активації, при проведенні якої у 2-3 рази збільшується реакційна здатність модифікованого антрациту, суттєво змінюється порувата структура, що позначається на збільшенні долі мезопор. Визначено оптимальний ступінь окиснення, що дозволяє при активації отримувати максимально високі значення обємів сорбційних пор.
Розроблено методику одержання високопоруватих КСМ з експлуатаційними характеристиками, порівнюваними із сорбційними показниками промислових гранульованих вуглів серії СКТ.
На основі проведених досліджень складено гнучку технологічну схему комплексної переробки антрациту, реалізація якої дозволить отримувати асортимент сорбційних матеріалів, що складається із 4-х найменувань при здійсненні безвідходного за сировиною виробництва.

Проведено дослідження по встановленню закономірностей термохімічних перетворень Донецького антрациту з метою отримання вуглецевих адсорбентів та здійснено вдосконалення технологій одержання високоякісних сорбційних матеріалів з активованого антрациту.
Виконано систематичне дослідження активації високометаморфізованого антрациту водяною парою та за допомогою методу математичного планування експерименту в температурно-часовому полі проведено оптимізацію параметрів ведення процесу. На цих засадах запропоновано технологічні режими одержання мікропоруватого адсорбенту, який характеризується величинами обєму сорбційних пор по бензолу в інтервалі 0,350,45 см3/г, питомою поверхнею 750800 м2/г при досягненні задовільного виходу готового продукту

( 2530% за масою).

Вперше вивчено кінетичні закономірності високотемпературного (в інтервалі 300400оС) окиснення антрациту різного ступеня активації (випал 0, 20, 40, 60%) зволоженим повітрям. Показано, що ефективність окиснення визначається ступенем попередньої активації, з чим повязане підвищення обєму сорбційних пор, питомої поверхні і, як наслідок, сорбційної активністі по тестових речовинах.

4. Розроблено методику хімічної активації антрациту, яка передбачає попередню активацію до значень VS~ 0,220,25 см3/г, окиснення зволоженим повітрям, імпрегнування розчином нітрату натрія та кінцеву активацію водяною парою. Це дозволяє збільшити швидкість процесу в 2-3 рази та отримувати матеріал з розвиненою мезопоруватою структурою. Визначено оптимальний рівень попереднього окиснення (СОЄ ~ 1,01,5 мг-екв/г), що дозволяє формувати адсорбенти з високими порометричними характеристиками (VS~ 0,550,60 см3/г, Sпит.~800 м2/г).

Розроблено методику одержання високопоруватих (переважно мікропоруватих) композиційних матеріалів з експлуатаційними характеристиками (VS~ 0,540,67 см3/г, Sпит.~ 870950 м2/г), близькими до сорбційних показників промислового вугілля марки СКТ. Показано, що отримувані формовані адсорбенти володіють необхідними властивостями, що дозволяють їх використання у якості сорбентів-акумуляторів метану.
Проведено систематичне дослідження сорбції іонів перехідних металів на активованому та окисненому антрациті з модельних розчинів.Встановлено, що окиснений антрацит виявляє властивості поліфункціонального катіонообмінника стосовно іонів багатозарядних металів. По здатності поглинатися досліджувані d-елементи утворюють наступні ряди активності:

активований антрацит:
при Срівн.= 1мг/л; Fe3+>Cu2+>Pb2+@Cd2+> Mn2+> Ni2+>Zn2+>Cr3+>Co2+;
при Срівн.= ПДК; Fe3+>Cd2+>Cu2+>Pb2+>Mn2+>Ni2+> Co2+>Zn2+>Cr3+;
окиснений антрацит:
при Срівн.=1мг/л; Cu2+=Pb2+>Fe3+>Cd2+>Mn2+> Ni2+> Co2+>Zn2+>Cr3+;
при Срівн.=ПДК; Cd2+>Pb2+>Fe3+=Cu2+>Mn2+>Ni2+> Co2+> Zn2+>Cr3+;
Виявлена велика спорідненість окисненого антрациту по відношенню до катіонів Cu2+,Pb2+,Cd2+, що проявляється підвищеними значеннями коефіцієнтів розподілу у порівнянні із активованим антрацитом (Cu2+у 3,5 рази, Cd2+у 6 разів, Pb2+у 18 разів). Доведено, що окиснений антрацит може бути ефективно використаний у сорбційних процесах водоочистки.

На основі отриманих результатів запропоновано:

- установку для високотемпературної обробки антрациту, яка дає змогу проводити процес активації та окиснення в заданому аеродинамічному та температурному режимах, зменшити енерговитрати у порівнянні з існуючими аналогами та забезпечити екологічні вимоги;
- схему комплексної, безвідходної за сировиною, переробки антрациту, реалізація якої дозволяє одержувати асортимент вуглецевих адсорбентів: мікропоруватий та мезопоруватий активований антрацит, окиснений антрацит, композиційні сорбуючі матеріали.