Химия. Экология. Биотехнология – 2015

УДК 579.66

А.Н. Цуканова, Е.А. Фарберова

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПОРИСТОЙ СТРУКТУРЫ УГЛЕРОДНЫХ СОРБЕНТОВ

Пермскийнациональный исследовательский политехнический университет

Углеродные микропористые адсорбенты (активные угли, активированные волокна и ткани) – класс высокомолекулярных твердых пористых углеродных материалов, имеющих развитую удельную поверхность и обладающих способностью эффективно и избирательно поглощать молекулы веществ различной химической природы из газовых, парогазовых и жидких сред.

Молекулярные сита используют для разделения газов и воздуха, очистки веществ от нежелательных примесей, фракционирования синтетических полимеров, хроматографического разделения белков, углеводов, гормонов, антибиотиков и пр.

Активные угли получают из разнообразного углеродсодержащего сырья в некарбонизованном виде или в форме углей и коксов. Основной принцип активирования состоит в том, что углеродсодержащий материал подвергается селективной термической обработке в соответствующих условиях, в результате которой образуются многочисленные поры, щели и трещины и увеличивается площадь поверхности пор на единицу массы. В технике используются химические и парогазовые способы активирования.

В настоящее время остается малоизученным вопрос активирования углеродных материалов под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов. Для изучения данной проблемы была изготовлена серия лабораторных образцов углеродных адсорбентов. Углеродсодержащей основой в составе угольно-смоляных композиций

121

использовали пыль неспекающегося каменного угля, в качестве связующего агента в образцах серии А использовали связующее ВС Верхнесинячихинского ЛХЗ, в образцах серий Б, БГ-3, БГ-4 – каменноугольную смолу (КУС), в образцах серии В – смесь связующего ВС и КУС.

Проведены исследования физико-механических, адсорбционных и молекулярно-ситовых свойств углеродных сорбентов, полученных методом парогазовой активации без активизирующих добавок и с их введением. В табл. 1 представлены характеристики полученных сорбентов.

Таблица 1

Сорбционная емкость образцов сорбентов

Биохимическому окислению подвергали карбонизованные гранулы углеродного материала, в состав которого на стадии получения УСК вводили активирующую добавку К2СО3.

Для проведения биохимического исследования выделена культура углеводородокисляющих микроорганизмов. Выделенные микроорганизмы вносились в колбы с жидкой питательной средой и карбонизованным образцом угля (в соотношении – среда : уголь = = 10 : 1), затем колбы помещались на качалку при температуре

32 °С, 120 об/мин.

В течение 8 дней происходило изменение оптической плотности растворов. Пик накопления биомассы наблюдался на 3-и–4-е сутки, на 8-е сутки наступила гибель микроорганизмов.

Образцы карбонизованного угля после воздействия микроорганизмов отмывались от биомассы, высушивались и помещались в эксикаторы для исследования сорбционной способности по отношению к веществам, молекулы которых имеют различные газокинетическиеразмеры: к бензолу, водеи четыреххлористому углероду.

Данное исследование показало, что активация биохимическим методом является эффективным способом получения активированных углеродных сорбентов. В табл. 2 представлены данные исследования сорбционных емкостей образца сорбента, полученного биохимическим методом.

Таблица 2

Сорбционная емкость образцов сорбентов

Вещество – Сорбционная емкость образцов сорбентов серии БГ-3, см3/г маркер Обгар 7,9 % Обгар 10,6 % Обгар 11,6 % Биохимическая

активация

Основываясь на полученные результаты исследования, можно сделать вывод о том, что сорбционная емкость образцов углеродных сорбентов по воде выше, чем сорбционная емкость по бензолу,

123

примерно в два раза. Это объясняется тем, что газокинетический диаметр молекулы воды (0,3 нм) в два раза меньше диаметра молекулы бензола (0,6 нм). Данная тенденция прослеживается и в результатах биохимического исследования.

В дальнейшем планируется изучить влияние жизнедеятельности микроорганизмов на активированные и обезлетученные образцы углеродных сорбентов, а также подбор оптимальных условий для достижения большей эффективности биохимического метода активирования.

УДК 661.152.2

О.Р. Середкина, Р.В. Газизулина, О.В. Рахимова

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЙСТВИЯ ФЛОКУЛЯНТА, ПРИГОТОВЛЕННОГО НА СОЛЕВЫХ РАСТВОРАХ

Березниковский филиал Пермского национального исследовательского политехнического университета

Одним из путей решения проблемы водного баланса калийной обогатительной фабрики является замена воды на рассол или маточный раствор при приготовлении рабочих растворов флокулянта – полиакриламида (ПАА).

С целью обоснования возможности сокращения расхода воды, поступающей на флотофабрику, изучена эффективность действия флокулянта, приготовленного на солевых растворах. Флокулянт получали путем растворения ПАА в воде, 10 %-ном растворе хлорида натрия и растворе хлоридов калия и натрия (10,5 % KCl и 19,5 % NaCl). Приготовленный таким образом реагент добавляли в суспензию глинистого шлама, полученную растворением сильвинитовой руды в воде. Флокулирующую способность растворов

124

ПАА исследовали с помощью лазерного анализатора размера частиц «LasentecD600L» системы FBRM®. Эффективность флокуляции оценивали по конечному размеру флокул и суммарному содержанию частиц менее 100 мкм по отношению к их исходному количеству в суспензии до флокуляции.

Результаты исследований показали высокую флокулирующую способность полиакриламида, приготовленного на солевых растворах, – несмотря на некоторое уменьшение конечного размера флокул по сравнению с водным раствором ПАА, по содержанию мелких частиц эффективность действия реагентов практически не отличается. Кроме того, использование в качестве растворителя ПАА солевых растворов не требует увеличения расхода реагента. Гидродинамический режим процесса приготовления флокулянтов в интервале 100–500 мин–1 не оказывает значимого влияния на эффективность их действия. Увеличение числа оборотов мешалки при флокуляции до 500 мин–1 хотя и способствует заметному увеличению скорости агрегирования за счет возрастания числа эффективных соударений между частицами суспензии, в конечном итоге приводит к полному разрушению флокул.

Существенным недостатком приготовления ПАА в солевых растворах является длительность процесса. При изучении кинетики набухания полиакриламида установлено, что скорость набухания полимера в воде в десятки раз выше, чем в растворах электролитов, что объясняется снижением активности воды. Учитывая это, предложено проводить набухание ПАА в воде, а для разбавления флокулянта до рабочей концентрации использовать рассол или маточный раствор.

Замена воды на рассол или маточник при приготовлении рабочих растворов ПАА способствует заметному увеличению показателя извлечения KCl в концентрат. Материальный баланс производства хлористого калия на БКПРУ-2 показывает, что такое замещение может дать до 1,5 % прироста извлечения КСl в процессе обогащения сильвинитовой руды.

125

УДК 532.785 : 661.87

Е.Ю. Грехова, С.В. Лановецкий

ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА СТУПЕНЧАТОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ РАСТВОРА НИТРАТА МАРГАНЦА НА КАЧЕСТВО ГОТОВОГО ПРОДУКТА

Березниковский филиал Пермского национального исследовательского политехнического университета

В современной промышленности большое значение уделяется использованию технологий с наиболее экономичными и выгодными для предприятия условиями ведения технологического процесса. Так, кристаллизационные процессы, являясь достаточно малоэнергоемкими и эффективными, достаточно широко применяются в производстве высокочистых кристаллических продуктов.

На ОАО «Элеконд» (г. Сарапул) гексагидрат нитрата марганца используется в технологии получения оксидно-полупроводниковых танталовых чип-конденсаторов, которые нашли широкое применение в отечественной микроэлектронике. В последнее время на предприятии проведен ряд работ, направленных на улучшение качества получаемого кристаллического продукта. Однако, несмотря на то, что проблема получения чистого продукта решена, интерес к изучению кристаллизационных процессов не ослабевает. В первую очередь это связано со сложностью и многогранностью самого процесса кристаллизации.

Известно, что нестационарные режимы в процессе политермической кристаллизации приводят к получению более крупных кристаллических частиц с минимальным включением посторонних примесей. В связи с этим в работе предприняты попытки проанализировать при помощи лазерного анализатора частиц «Mettler Toledo» FBRM D600 и атомно-эмиссионном спектрометре с индук-

тивно-связанной плазмой «Optima-3000» фирмы «Perkin Elmer»

126

(США) влияние нестационарного (ступенчатого) режима кристаллизации раствора нитрата марганца на качественные характеристики готового продукта – гексагидрата нитрата марганца.

В результате проведенных исследований установлено, что ступенчатая кристаллизация позволяет принудительно осуществить перекристаллизацию формирующихся твердых частиц, что способствует образованию более крупных кристаллов гексагидрата нитрата марганца. Показано влияние интенсивности механического воздействия на средний размер кристалических частиц гексагидрата нитрата марганца в условиях массовой кристаллизации. Определен оптимальный температурный и гидродинамический режим ступенчатой кристаллизации гексагидрата нитрата марганца, благодаря которому удалось значительно повысить степень очистки исследуемого кристаллогидрата от посторонних примесей.

Выявленные особенности проведения процесса позволят снизить затраты предприятия на предварительную очистку марганцевого раствора, что в конечном итоге положительным образом отразится на снижении себестоимости готового продукта.

УДК 66.061.16

А.П. Середкина, О.Е. Нисина, О.К. Косвинцев

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ КАРЬЕРНОЙ СОЛИ СПОСОБОМ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Березниковский филиал Пермского национального исследовательского политехнического университета

Предприятия калийной промышленности ведут масштабную добычу и переработка руды, которая связана с необходимостью отчуждения больших площадей для хранения отходов. Наиболее рас-

127

пространенным отходом калийных производств является карьерная соль. Из-за хранения на открытой территории она содержит избыточное количество сульфата кальция, что является одной из причин ограниченности ее применения. Для решения этой проблемы необходимо усовершенствовать технологию очистки карьерной соли, позволяющую получить продукт с минимальным количеством сульфата калия.

В процессе предварительных исследований установлено, что сульфат кальция находится в гидротированной форме и располагается равномерно на поверхности кристаллов галита, образуя сростки. Для «очистки» поверхности кристаллов галита предложено использовать ультразвуковое воздействие на суспензию карьерной соли, которое способствует отрыву сростков и снижению концентрации сульфатов при дальнейшем использовании карьерной соли. При проведении экспериментов карьерная соль смешивалась с маточным раствором, приготовленным из карьерной соли. Полученная суспензия перемешивалась параллельно с обработкой ультразвуком. По окончании обработки маточный раствор декантировался, после чего карьерная соль подвергалась фотомикроскопическому анализу. В ходе проведенных экспериментов установлено, что частицы сульфата кальция формируются на поверхности галитовых частиц в виде мелких кристаллов со средним размером от 20 до 80 мкм. Изучено влияние гидромеханической обработки на эффективность очистки карьерной соли от примесей сульфата кальция. Показано, что механического воздействия перемешивающего устройства на удаление нерастворимых частиц CaSO4 с поверхности галитовых кристаллов оказалось недостаточно для достижения заданной степени очистки. Установлено, что в процессе ультразвуковой гидросерапации значительно повышается степень очистки исходного сырья от нерастворимых частиц CaSO4.

Предложенный метод позволяет очистить карьерную соль от примеси сульфата кальция без применения каких-либо реагентов. Рассмотренный технологический прием позволяет использовать карьерную соль для переработки в новые виды продукции, это снижает экологическую нагрузку на верхнекамский регион.

128

УДК 676.168

М.В. Теплоухова, А.Н. Мизев, С.Д. Вельможин

ИССЛЕДОВАНИЕ БУМАГООБРАЗУЮЩИХ СВОЙСТВ ЩЕЛОЧНОЙ ОРГАНОСОЛЬВЕНТНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

В данной работе было изучено изменение бумагообразующих свойств нового вида целлюлозы в процессе многоступенчатой отбелки кислородсодержащими регентами. Целлюлоза была получена способом натронной варки в среде изобутилового спирта. Выход целлюлозы после варки составлял 57,7 %, степень провара 75 п.е.

Отбелку органосольвентной целлюлозы проводили по бесхлорной схеме ПК−П−ПК−П× ПК, где ПК – перуксусная кислота; П – пероксид водорода; (–) наличие промывки целлюлозы между ступенями отбелки, (× ) – последовательная обработка целлюлозы реагентами (без промывки).

Результаты исследований показаны в таблице.

Изменение бумагообразующих свойств органосольвентной целлюлозы в процессе отбелки

Из таблицы видно, что в результате последовательного воздействия отбеливающих растворов на целлюлозу растворяется лигнин, понижается степень полимеризации целлюлозы, уменьшаются длина, грубость и прочность индивидуальных волокон.

В процессе отбелки все показатели механической прочности целлюлозы уменьшаются. Снижение отдельных показателей происходит неодинаково и зависит от вида применяемого отбельного реагента и стадии отбелки. Наиболее заметно понижается сопротивление излому и раздиранию. Это связано как со снижением содержания лигнина и уменьшением прочности индивидуальных волокон, так и с изменением размеров волокон в процессе отбелки. В целом показатели прочности беленой осиновой целлюлозы находятся на высоком уровне.

УДК 661.418

Э.А. Залевский, В.А. Тихонов, С.В. Лановецкий

ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ГИДРОКСИДА КАЛИЯ ЗА СЧЕТ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТАВА ФИЛЬТРУЮЩЕЙ ДИАФРАГМЫ

Березниковский филиал Пермского национального исследовательского политехническогоуниверситета

Среди перспективных направлений в области электрохимического синтеза гидроксида калия находятся следующие: получение стойких к коррозии диафрагм с длительным сроком службы, создание диафрагм с более равномерной структурой (по пористости идиаметру пор) и снижение их электрического сопротивления за счет уменьшения толщиныи выбораоптимальной структуры диафрагмы.

Известно, что модифицированные диафрагмы имеют длительный срок службы, более однородны, меньше набухают в процессе

130