авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 ||

Получение и катионообменные свойства березового окисленного угля

-- [ Страница 2 ] --

Из таблицы 1 видно, что в процессе окисления древесного угля происходит частичная активация вследствие выгорания пековых перегородок и раскрытия первичной пористой структуры. При окислении активного угля происходит увеличение поверхности угля, что можно объяснить формированием вторичной микропористости.

3 Исследование сорбционных характеристик ДОУ

Обнаружено, что на поверхности ДОУ имеются различные кислородсодержащие функциональные группы. Для изучения сорбционных свойств ДОУ изучена статическая (СОЕ) и динамическая (ДОЕ) обменные емкости ДОУ по некоторым катионам металлов.

По величине СОЕ катионы можно расположить в следующий ряд:

Fe3+ > Ni2+ > Fe2+ > Al3+ > Zn2+ > Pb2+ > Co2+.

Статическая обменная емкость ДОУ по катионам Fe3+, Ni2+, Fe2+, Al3+, Zn2+, Pb2+, Co2+ в нейтральной среде показана на рисунке 9.

 Зависимость СОЕ ДОУ от-9

Рис. 9. Зависимость СОЕ ДОУ от продолжительности контакта по катионам: 1 – Fe3+; 2 – Ni2+; 3 – Fe2+; 4 – Al3+; 5 – Zn2+; 6 – Pb2+; 7 – Co2+.

Из полученных данных видно, что максимального значения СОЕ ДОУ по всем катионам, кроме Ni2+, достигает за 30 минут.

В соответствии с имеющимися данными по распределению водорастворимых форм катионов металлов в зависимости от рН можно предположить, что при рН2 большая часть катионов никеля, железа и меди сорбируется на поверхности ДОУ в форме дегидратированных ионов, остальная часть в форме ацидокомплексов. Катионы цинка сорбируются на поверхности ДОУ в форме дегидратированных ионов.

На рисунке 10 показана зависимость концентрации катионов Na+, Al+3, Fe+2, Co+2, Ni+2, Cu+2, Zn+2, Pb+2 в растворе на выходе из колонки от продолжительности элюирования при рН2.

 Зависимость концентрации катионов-10

Рис. 10. Зависимость концентрации катионов металлов в растворе на выходе из колонки от продолжительности элюирования: 1 – Na+; 2 – Al+3; 3 – Fe+2; 4 – Co+2; 5 – Ni+2; 6 – Cu+2; 7 – Zn+2; 8 – Pb+2.

Сорбция катионов Al+3, Pb+2 продолжается по истечении 120 минут, тогда как сорбция катионов Fe+2, Cu+2 замедляется после 60 минут элюирования. Сорбция катионов Co+2, Zn+2, Ni+2, Na+ замедляется после 5 минут элюирования.

На рисунке 11 показана зависимость концентрации катионов Na+, Al+3, Fe+2, Co+2, Ni+2, Cu+2, Zn+2, Pb+2 в растворе на выходе из колонки от продолжительности элюирования при рН7.

 Зависимость концентрации катионов-11

Рис. 11. Зависимость концентрации катионов металлов в растворе на выходе из колонки от продолжительности элюирования: 1 – Na+; 2 – Al+3; 3 – Fe+2; 4 – Co+2; 5 – Ni+2; 6 – Cu+2; 7 – Zn+2; 8 – Pb+2.

Сорбция катионов Al+3, Pb+2 продолжается по истечении 120 минут, тогда как сорбция катионов Fe+2, Cu+2 замедляется после 20 минут элюирования. Сорбция катионов Co+2, Zn+2, Ni+2, Na+ замедляется после 5 минут элюирования.

При рН7 большая часть катионов никеля, железа и меди сорбируется на поверхности ДОУ в форме дегидратированных ионов, остальная часть в форме ацидокомплексов, а малая часть катионов сорбируется на поверхности ДОУ в виде гидроксокомплексов (NiOH+, FeOH+, CuOH+). При рН2 катионы цинка сорбируются на поверхности ДОУ в форме дегидратированных ионов, а при рН7 часть в форме гидроксокомплексов (ZnOH+).



Исследование динамической обменной емкости ДОУ для смеси катионов железа и цинка.

В процессе цинкования на металлургических предприятиях образуются сильнокислые стоки, содержащие значительное количество катионов железа и цинка. Нами предлагается концентрирование стоков на ДОУ, с возвратом цинка в производство, выделением железа, в результате возможно получение более экологически чистых стоков.

В сильнокислой среде функциональные группы на поверхности сорбента становятся недиссоциированными, то есть поверхностные группы адсорбента неионогенны. Следовательно, процесс адсорбции идет на нейтральной поверхности ионообменника. Катионы Fe2+ адсорбируются на поверхности древесного окисленного угля в виде ацидокомплексов, поэтому способность сорбироваться у катионов железа должна быть выражена в большей степени, чем у катионов цинка. Вследствие сильной сольватации катионы Zn2+ имеют высокую подвижность и меньшее сродство к поверхности ДОУ по сравнению с катионами Fe2+. Катионы последовательно заполняют поры угля, начиная с объемного заполнения микропор, заканчивая послойным заполнением мезопор, вследствие чего сорбция должна иметь двухстадийный характер.

Исследование проводилось на отработанных травильных растворах цинковального отделения ОАО «Северский трубный завод». На рисунке 12 показана зависимость концентрации катионов Fe2+ и Zn2+ на выходе из колонки от объема пропущенного через колонку элюата. Концентрации катионов металлов в растворе на выходе из колонки определяли с помощью атомно-эмиссионного спектрофотометра с индуктивно связанной плазмой Spektroflame фирмы Spektra.

 Зависимость концентрации катионов-12

Рис. 12. Зависимость концентрации катионов металлов от объема элюата: 1 – Zn2+; 2 – Fe2+.

Из рисунка 12 видно, что катионы Fe2+ сорбируются на ДОУ лучше, чем катионы Zn2+. При сорбции катионов цинка наблюдалось двухстадийное прохождение сорбции.

При регенерации ДОУ соляной кислотой в динамических условиях не удалось вымыть катионы металлов с поверхности ДОУ до приемлемой концентрации. Регенерация соляной кислотой в статичных условиях в течение 12 часов позволила практически полностью вымыть катионы металлов с поверхности ДОУ. Качественные показатели ДОУ не снизились после 10 циклов сорбции-десорбции катионов Fe2+ и Zn2+.

Технологическая часть.

На основании вышеизложенного предполагается осуществлять активацию березового угля-сырца в печи с зигзагообразной вставкой, с последующей классификацией. Фракция, соответствующая активному углю марки БАУ-А, направляется на окисление в реактор.

 Технологическая схема-13

Рис. 13. Технологическая схема производства окисленных и активных углей из древесного угля:

Аппараты: ПО – реактор; ПА – печь активации; РИ – рекуператор-испаритель; РТ – рекуператор; Х1, Х2– холодильник первой и второй ступени, соответственно; Х3 – холодильник ДОУ; К – калорифер; ББ – барботер; ДШ – дозатор шлюзовый; ПВ – питатель винтовой; П – питатель; Э – элеватор; МД – молотковая дробилка; ШМ – шаровая мельница; Г – грохот; Т – топка; Ц – циклон; В – вентилятор; Е – бункер; М – затвор типа «мигалка»; Б – бак.

Потоки: ТН –теплоноситель; ОТН – отработанный теплоноситель; ГА – газы активации; ДУ – древесный уголь; АУ – активный уголь; ДГ – дымовые газы; ДОУ – древесный окисленный уголь.

Древесный уголь (ДУ) подается в печь активации (ПА). Печь активации (ПА) представляет собой аппарат барабанного типа с зигзагообразной вставкой. Внешним теплоносителем в процессе активации являются дымовые газы, получаемые при сжигании газов активации (ГА) в топке (Т). Газы активации отделяются от пыли активного угля в циклоне (Ц) и через рекуператор (РТ) вентилятором (В) подаются на сжигание. Угольная пыль, осевшая в циклоне, подается на фасовку через затвор типа «мигалка» (М) в качестве активного угля марки ОУ. Готовый теплоноситель (ТН) с температурой 950 °С подается в печь активации противотоком. Отработанный теплоноситель (ОТН) после печи активации с температурой 530…535 °С направляется в рекуператор-испаритель (РИ), где он частично отдает тепло на испарение воды, а затем выбрасывается в атмосферу вентилятором (В) с температурой 180...270 оС, в виде дымовых газов (ДГ).

После печи активации активный уголь (АУ) сначала поступает на охлаждение в шнековый холодильник первой ступени (X1), где охлаждается водяным паром до 300 °С, а затем в шнековый холодильник (Х2), где охлаждается водой до 50 °С. Вода-хладоагент проходит три стадии подогрева (Х2, РИ, X1) и в виде перегретого пара с температурой 500 °С используется в качестве активирующего агента в процессе активации.

После охлаждения активный уголь через бункер (Е) с помощью винтового питателя (ПВ) поступает на цепной элеватор (Э), откуда подается винтовым питателем в молотковую дробилку (МД) на измельчение. После измельчения уголь классифицируется на грохоте (Г), где происходит разделение активного угля на три фракции. Нижняя фракция (менее 0,5 мм) винтовым питателем (ПВ) через бункер (Е) подается на доизмельчение в шаровую мельницу (ШМ) и далее направляется на фасовку в качестве активного угля марки ОУ. Средняя фракция отбирается в виде готового продукта активного угля марки БАУ-МФ. Верхняя фракция с размерами частиц 1…3.6 мм подается на фасовку в качестве активного угля марки БАУ-А либо в реактор (ПО), для получения древесного окисленного угля (ДОУ).

В зависимости от производительности по древесному окисленному углю активный уголь марки БАУ-А подается в реактор (ПО), куда также подается воздух вентилятором (В), прошедший через насадочный абсорбер (НБ) и подогретый до необходимой температуры в калорифере (К). Отработанные газы окисления подаются в топку (Т). ДОУ из печи окисления через холодильник (Х3) подается в бункер (Е), откуда направляется на фасовку.

Для оценки эффективности переработки березового угля-сырца с получением древесного окисленного угля проведены технико-экономические расчеты. Уровень рентабельности производства составляет 62%, срок окупаемости 1,4 года.

Выводы

  1. В процессе окисления происходит увеличение значения удельной поверхности, как при окислении активного угля, так и при окислении древесного угля. Данные по ИК-спектроскопии древесного угля-сырца, активного и окисленного угля показали, что в процессе активации происходит снижение содержания поверхностных кислородсодержащих групп по сравнению с исходным древесным углем, что связано с выгоранием пековых перегородок, а в процессе окисления содержание кислородсодержащих групп возрастает, что связано с формированием новых групп на поверхности угля.
  2. Изучено влияние температуры, продолжительности процесса окисления и расхода воздуха на выход и свойства древесных окисленных углей. С ростом температуры наблюдалось снижение выхода ДОУ при увеличении значения СОЕ, продолжительность окисления оказывала сходное влияние на выход ДОУ и значение СОЕ. При снижении расхода воздуха ниже 0.5 л/(гчас) увеличивался выход ДОУ, но резко снижалось значение СОЕ ДОУ, а при увеличении расхода воздуха выше 0.7 л/(гчас) снижались как выход ДОУ, так и значение СОЕ, что связано с преобладанием процессов окисления угля до газообразных продуктов. Для проведения окисления рекомендуются следующие условия: температура – 240°С, продолжительность процесса окисления – 24 часа, расход воздуха 0.5 л/(гчас).
  3. Окисление угля-сырца и окисление активного угля дает примерно равный выход окисленного угля в пересчете на исходный уголь-сырец. Однако в первом случае интервал рабочих рН сужается, так как в щелочной среде вымываются окрашивающие вещества.
  4. Проведены исследования по изучению статической обменной емкости ДОУ, по отношению к катионам различных металлов. В зависимости от величины СОЕ ДОУ металлы располагаются в следующий ряд: Fe3+ > Ni > Fe2+ > Al > Zn > Pb > Co.
  5. Проведены исследования по изучению динамической обменной емкости ДОУ, по отношению к катионам различных металлов. Подтверждено, что сорбция катионов металлов зависит от водорастворимой формы металлов, которая в свою очередь зависит от рН раствора.
  6. С положительными результатами проведены испытания полученного древесного окисленного угля в качестве катионообменника при очистке и регенерации отработанных травильных растворов цинковального отделения ОАО «Северский трубный завод». Получены данные, позволяющие сделать вывод о возможности эффективного применения ДОУ в качестве катионообменника.
  7. Разработана новая гибкая технология, позволяющая получать древесный окисленный уголь на основе древесного угля-сырца. Показано, что организация производства древесного окисленного угля по предложенной технологии является экономически целесообразной, рентабельность составляет 42 %. Срок окупаемости инвестиций - около двух лет.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:





  1. Гиндулин, И.К. Получение древесного окисленного угля [Текст] / И.К. Гиндулин, Ю.Л. Юрьев // Наука, технологии, инновации: м-лы всеросс. науч. конф. молодых ученых / НГТУ. Новосибирск, 2006. Ч. 2. С. 268-270.
  2. Гиндулин, И.К. О выборе технологии окисления древесного угля [Текст] / И.К. Гиндулин, Ю.Л. Юрьев // Научное творчество молодежи – лесному комплексу России: м-лы 3 всеросс. науч.-техн. конф. / Ур.гос.лесотехн.ун-т. Екатеринбург, 2007. Ч.2. С. 6-10.
  3. Гиндулин, И.К. Исследование процесса окисления активного древесного угля кислородом воздуха [Текст] / И.К. Гиндулин, С.В. Еранкин, Ю.Л. Юрьев // Химия растительного сырья. Барнаул, 2007. №4. С. 117-120.
  4. Еранкин, С.В. Сорбция ионов металлов на окисленном угле [Текст] / С.В. Еранкин, И.К. Гиндулин, Л.А. Петров, В.Т. Суриков, Ю.Л. Юрьев // Каталитические технологии защиты окружающей среды для промышленности и транспорта: сб. тезисов докл. всеросс. конф. с междунар. участием / Ин-т катализа им. Г.К.Борескова СО РАН. Новосибирск, 2007. С.188-190.
  5. Еранкин, С.В. Исследование процесса окисления активного древесного угля кислородом воздуха [Текст] / И.К. Гиндулин, С.В. Еранкин, Ю.Л. Юрьев // Деревообработка: технологии, оборудование, менеджмент XXI века: труды II межд. Евразийского симп. / Екатеринбург, 2007. С.52-56.
  6. Пат. 71655 Российская Федерация, МПК С10В 1/04. Установка для получения окисленного древесного угля [Текст] / Юрьев Ю.Л., Гиндулин И.К.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет». – № 71655; заявл. 12.11.2007; опубл. 20.03.2008, Бюл. № 8. – 2 с.
  7. Климов, Л.А. Получение композиционного материала на основе модифицированного древесного угля. Физико-химические и каталитические свойства [Текст] / С.В. Еранкин, И.К. Гиндулин, Ю.Л. Юрьев, Л.А. Петров // Научное творчество молодежи – лесному комплексу России. Материалы IV всероссийской начн.-техн. конф. / Урал. гос. лесотехн. ун-т. г. Екатеринбург, 2008. Ч.2. С.269-272.
  8. Климов, Л.А. Применение окисленного древесного угля для очистки водных растворов [Текст] / А.Д. Медведев, И.К. Гиндулин, С.В. Еранкин, Ю.Л. Юрьев // Научное творчество молодежи – лесному комплексу России. Материалы IV всероссийской начн.-техн. конф. / Урал. гос. лесотехн. ун-т. г. Екатеринбург, 2008. Ч.2. С.272-275.
  9. Петров, Л.А. Свойства древесного окисленного угля [Текст] / Л.А. Петров, Ю.Л. Юрьев, И.К. Гиндулин, С.В. Еранкин // Вестник Московского государственного университета леса – Лесной вестник. Москва, 2008. №3. С. 149-153.

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах с заверенными гербовой печатью подписями просим направлять по адресу: 163002 г.Архангельск, наб. Северной Двины, 17, АГТУ, диссертационный совет Д.212.008.02.

Подписано в печать 28.10.2008. Объем 1,0 п.л. Заказ 421. Тираж 100.

620100 г. Екатеринбург, Сибирский тракт, 37.

Уральский государственный лесотехнический университет.

Отдел оперативной полиграфии.



Pages:     | 1 ||
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.