59. Охарактеризуйте значение сорбентов для решения проблемы очистки питьевой воды?

Человеческая деятельность сопряжена с антропогенным и техногенным загрязнением одного из важнейших компонентов биосферы – воды в реках, водоемах, подземных природных источниках.

Сорбция – один из наиболее эффективных методов очистки воды. Основным элементом для осуществления сорбции является материал-сорбент, который обладает достаточно развитой поверхностью и, как следствие, способен к поглощению загрязнений из воды.

Наиболее удобным для сорбционной очистки является активированный уголь, поскольку он широко доступен, легко крошится на очень мелкие пористые частицы с высокой площадью поверхности, не токсичен и безвреден для здоровья человека, может быть подвергнут физико-химическому модифицированию с целью повышения активности.

Уголь используется для очистки воды от пестицидов, нефтепродуктов, детергентов, свободного хлора и других химических веществ – либо полной, либо до уровня минимального содержания.

Безуглеродные сорбенты широко распространены в технологиях водоочистки. Они бывают природного и искусственного происхождения: цеолиты, глинистые породы и т.д. Преимущества неуглеродных сорбентов: повышенная емкость; способность обмениваться катионами с очищаемой средой; невысокая цена и распространенность.

Глинистые породы широко используются в процессе очистки воды. Их структура хороша развита, имеет множество микропор разного размера, обладает слоистой жесткостью и способна расширяться.

Глинистые сорбенты хорошо обесцвечивают воду, поглощая взвешенные частицы, токсичные органические соединения хлора, гербициды, ПАВ.

Цеолиты характеризуются трехмерным алюмосиликатным каркасом с правильной тетраэдрической структурой. Гидратированные ионы щелочных и щелочноземельных металлов расположены в пустотах каркаса и имеют положительный заряд, компенсирующий отрицательный заряд каркаса. Цеолиты можно использовать только для веществ, у которых размеры молекул меньше входного отверстия. Их еще называют ситом для молекул.

Цеолиты используются в порошкообразной форме и способны задерживать ПАВ, красители, пестициды, коллоидные и бактериальные загрязнения, органические соединения.

Применение неорганических ионитов считается перспективным направлением в технологии водоочистки. Самые распространенные из них –цирконилфосфат, титаносиликаты и цирконосиликаты, оксалат циркония, соли гетеро- и поликислот, ферроцианиты тяжелых и щелочных металлов, гидроксиды железа и сульфиды железа, нерастворимые в воде.

Органические иониты характеризуются гелевой структурой: реальных пор нет, но при попадании в водные растворы гель набухает, вследствие чего возникает возможность обмена ионов с очищаемой средой.Существует возможность синтезировать органические иониты с любыми ценными свойствами, не имеющие природных аналогов.

60. Значение катализаторов в процессах получения синтез-газа из углеродсодержащего сырья?

Синтез-газ (смесь H2 и CO) является исходным сырьем для производства многих химических и нефтехимических продуктов (метанол и другие оксигенаты, продукты синтеза Фишера-Тропша), а также используется для восстановления железной руды. Преобладающим сырьем для производства синтез-газа по-прежнему остаются природный газ и легкие углеводороды. Основным методом переработки природного газа является паровая конверсия метана:

СН4 + Н2О 3 Н2 + СО

Скорость реакции взаимодействия метана с водяным паром, т. е. количество метана, прореагировавшего в единицу времени, в отсутствие катализатора очень мала. Так, при нагревании смеси метана с водяным паром до 700°С и соотношении

СН4: H2O = 1 : 2 в течение 3 ч только 3% метана превращается в водород.

Для получения газа, содержащего 0,5% метана, требуется повысить температуру до 1400°С. В производственных условиях конверсия метана должна протекать в течение долей секунды, что достигается путем применения катализаторов.

В качестве катализаторов конверсии используют никель, нанесенный на пористый носитель. Содержание никеля в катализаторе может колебаться в широких пределах — от 4 до 35% (масс.). Наиболее стабильными катализаторами для широкого диапазона температур конверсии и работы в экстремальных условиях являются катализаторы, носители для которых не содержат SiО2, главной их основой является -Аl2О3 (корунд). В качестве активаторов в них могут содержаться оксиды кальция, титана, магния, хрома. Внутренняя поверхность таких катализаторов колеблется от 5 до 50 м2/г.

В свежем катализаторе никель находится в виде окислов. Катализатором же ускоряющим реакции конверсии метана, является металлический никель. Поэтом, перед началом процесса конверсии катализатор необходимо восстановить газом, содержащим водород NiO + H2 = Ni + H2O. Катализатор восстанавливается водородом полностью при температуре 300 — 400°С в течение 2—4 ч. При отсутствии водорода катализатор можно также восстановить рабочей смесью (метан и водяной пар или метан, водяной пар и кислород) при 750 — 850°С.

Для паровой, пароуглекислотной, паровоздушной конверсии газообразных углеводородов с целью получения технического водорода и различных технологических газов используются катализаторы марок ГИАП.

Катализаторы конверсии метана ГИАП-8, ГИАП-25, ГИАП-36Н применяются для воздушной конверсии газообразных углеводородов в эндотермических генераторах контролируемых атмосфер при температурах 1030-1050 °С. Могут применяться также для воздушной конверсии сжиженных газов (пропан и пропанобутановой фракции) в тех же целях. Используются также в различных отраслях машиностроительной промышленности, где контролируемые атмосферы используются для термообработки металлических изделий и деталей машин.