Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология сорбентов из растительного сырья. Учебное пособие
.pdf
температуре, гидромодуле 2 в течение 15 мин. Удаление лигногуминовых и водорастворимых веществ, находящихся в порах частиц лигнинов, способствует формированию развитой пористой структуры,
что позволяет препаратам адсорбировать различные органические
и неорганические вещества. Полученные сорбенты обладают высокой
сорбционной способностью, обусловленной также наличием в их
макромолекулах различных кислородсодержащих функциональных
групп. Это позволяет связывать как низкомолекулярные органические
и неорганические вещества, так и высокомолекулярные вещества белковой природы (микроорганизмы и их токсины, «молекулы средней
массы»).
Лигнин, имеющий влажность 75…80 %, обрабатывают 0,4%-м
раствором бикарбоната натрия при комнатной температуре, гидромодуле 2 с перемешиванием в течение 15 мин, отфильтровывают на вакуумном фильтре, промывают водой до нейтральной реакции промывных вод и высушивают на воздухе.
Сорбционную активность полученных сорбентов оценивают
по адсорбции йода, метиленового синего и желатина – маркеров,
применяемых в фармакопее для моделирования токсикантов различной природы и молекулярной массы. В качестве образца сравнения выбран промышленный препарат «Полифепан» (ЗАО «Сайнтек», г. СанктПетербург).
Существуют различные способы обработки лигнинсодержащего
сырья:
1) лигнин влажностью 75…80 %, полученный каталитической
окислительной делигнификацией опилок пихты, обрабатывают
0,4%-м раствором бикарбоната натрия при комнатной температуре,
гидромодуле 2 с перемешиванием в течение 15 мин, промывают водой на фильтре до нейтральной реакции промывных вод и высушивают на воздухе. Выход сорбента – 73,4 %, сорбционная емкость по
отношению к йоду – 34,7 %, метиленовому синему – 89,2 мг/г и желатину – 312,0 мг/г;
2) способ осуществляют аналогично первому, только используют лигнин, полученный делигнификацией опилок осины. Выход сорбента – 75,1 %, сорбционная емкость по отношению к йоду – 38,8 %,
метиленовому синему – 88,4 мг/г и желатину – 200,0 мг/г;
3) способ аналогичен первому, только используют лигнин, полученный делигнификацией опилок березы. Выход сорбента – 76,1 %,
сорбционная емкость по отношению к йоду – 39,0 %, метиленовому
синему – 89,6 мг/г и желатину – 183,0 мг/г (табл. 14).
81
Таблица 14
Сорбционные характеристики сорбентов из лигнина,
полученного делигнификацией опилок древесины
Адсорбция Образец Выход, % Содержание во-
дорастворимых
веществ, %
Пример 1 –
лигнин пихты
Пример 2 –
лигнин осины
Пример 3 –
лигнин березы
Полифепан – не более 5 38,7 44,0 115,0
73,4 1,2 34,7 89,2 212,0
75,1 3,4 38,8 88,4 200,0
76,1 4,4 39,0 89,6 183,0
I2, % MC, мг/г желатин,
мг/г
Как видно по данным табл. 14, полученные сорбенты обладают
высокой сорбционной активностью в отношении веществ-маркеров:
йода, метиленового синего и желатина. При этом адсорбционная способность по йоду, характеризующая микропористую структуру сорбента, мало зависит от вида древесины и находится в пределах
32,7…43,1 %. В то же время способ обработки лигнинов оказывает
существенное влияние на содержание водорастворимых веществ в
полученных лигниновых сорбентах и на их сорбционную активность
по отношению к метиленовому синему и желатину.
Показатели сорбционной активности предлагаемого сорбента и
промышленного энтеросорбента «Полифепан» по отношению к йоду
близки. Сорбционная активность предлагаемого сорбента по отношению к метиленовому синему практически в 2 раза выше, а также значительно превышает сорбционную способность в отношении веществ
белковой природы (маркер – желатин).
Таким образом, разработан простой и экономичный способ получения лигнинового сорбента с высокими сорбционными характеристиками. Расширен ассортимент используемого лигнинсодержащего
сырья за счет использования лигнина, получаемого как побочный
продукт при каталитической окислительной делигнификации опилок
древесины.
Получение углеродного сорбента из растительного сырья.
Способ получения углеродного адсорбента из отходов растительного
сырья, а именно из лузги подсолнечной, включает химическое удаление балластных веществ, промывку водой и сушку при
100…120 °C. Удаление балластных веществ осуществляют в две стадии:
на первой, химической, стадии лузгу обрабатывают при 90…100 °C
суспензией, содержащей следующие компоненты, мас. %: гидрооксид
82
кальция 6,2…8,5; карбамид 5,3…7,5; вода 84,0…88,0; в соотношении
суспензия: лузга подсолнечная, мас.ч., равном 1 : (0,06…0,10) в течение 0,5…1,0 ч; на второй стадии термически карбонизуют обработанную лузгу подсолнечную, предварительно нагревая в токе азота при
атмосферном давлении со скоростью 10…15 °C/мин до температуры
300…400 °C с последующей выдержкой в течение 0,25…0,5 ч;
промывку и сушку осуществляют перед второй стадией, причем промытую лузгу сушат в токе азота в течение 0,3…0,5 ч (Патент РФ
№ 2395336 от 05.11.2008).
Недостатками данного метода являются многостадийность процесса, использование токсичных продуктов, повышенная общая длительность процесса, наличие сточных вод, требующих регенерации.
Способ получения углеродного сорбента из растительного сырья, включающий нагрев со скоростью 10…15 °C/мин химически обработанного растительного сырья до температуры 300…400 °C с последующей временной выдержкой и его карбонизацию, отличающийся тем, что в качестве растительного сырья используют оболочки семян проса, химическую обработку которых осуществляют водным
раствором тетрафторбората аммония концентрации 25…35 % в соотношении 1:1 одновременно с карбонизацией, нагревом и временной
выдержкой в течение 5 мин.
Для достижения данного технического результата в способе получения углеродного сорбента из растительного сырья, включающем
нагрев со скоростью 10…15 °C/мин химически обработанного растительного сырья до температуры 300…400 °C с последующей временной выдержкой и его карбонизацию, в качестве растительного сырья
используют отходы обмолота семян проса – оболочки семян проса,
химическую обработку которых осуществляют водным раствором
тетрафторбората аммония концентрации 25…35 % в соотношении 1:1
одновременно с карбонизацией нагревом и временной выдержкой
в течение 5 минут.
Способ получения выглядит следующими образом: готовится
водный раствор тетрафторбората аммония, смешивается 100 г оболочек проса и 100 г приготовленного раствора, обеспечивая соотношение 1:1. Влажная смесь помещается в печь с программным управлением скорости подъема температуры в печи. Карбонизуют смесь при
достижении заданной температуры от 300 до 400 °C с выдержкой в
течение 5 минут. Структурные показатели оболочки оценивали на
приборе NOVA 1200 е.
Эксплуатационные характеристики сорбента, т. е. его эффективность (нефтеемкость, водопоглощение, плавучесть) определяли
83
по ТУ 214-10942238-03–95. В испытаниях использовали нефть грозненскую и моторное масло.
Более подробно сущность заявляемого изобретения описывается
следующими примерами (табл. 15).
Таблица 15
Сорбционные характеристик сорбентов
№ примера
Параметры процесса
Основные характеристики
1
2
3
4
Лузга подсолнечника
°C
Температура,
300 25 5,85 98,65 5,65 95,50
350 30 6,3 99,75 6,15 100,00
350 30 6,14 99,55 6,10 99,90
400 35 6,00 99,01 5,93 99,75
400 16 5,80 98,45 5,69 99,32
%
от нефти, %
теемкость, г/г
Концентрация,
Удельная неф-
очистки воды
Эффективность
лоемкость, г/г
Удельная мас-
Плавучесть, %
Таким образом, рассмотренные выше способы получения сорбентов с высокими сорбционными характеристиками показывают, что
любое органическое сырье, включая отходы сельского хозяйства, может быть использовано для получения ПУМ с высокими сорбционными свойствами.
Вопросы и задания для самоконтроля
1. Опишите процесс активации угля-сырца в псевдоожиженном
слое.
2. Охарактеризуйте совмещенную карбонизацию-активацию
древесного сырья в псевдоожиженном каталитическом слое.
3. Как осуществляется интегрированный процесс получения
углеродных сорбентов и топливного газа из растительного сырья?
4. Какими способами возможно получение энтеросорбентов из
растительного сырья?
5. Какое применение находят энтеросорбенты из растительного
сырья в медицине и ветеринарии?
6. Приведите характеристики энтеросорбентов из растительно-
го сырья.
84
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Бакланова, О. Н. Микропористые углеродные сорбенты
на основе растительного сырья / О. Н. Бакланова, В. Г. Плаксин,
В. А. Дроздов // Рос. хим. журнал. – 2004. – Т. XLVIII. – № 3. –
С. 89–94.
2. Веприкова, Е. В. Получение энтеросорбентов из отходов
окорки березы / Е. В. Веприкова, М. Л. Щипко, С. А. Кузнецова,
Б. Н. Кузнецов // Химия растительного сырья. – 2005. – № 1. – С. 65–70.
3. Грегг, С. Адсорбция, удельная поверхность, пористость /
С. Грегг, К. Синг. 2-е изд. – М. : Мир, 1984. – 200 с.
4. Закис, Г. Ф. Функциональный анализ лигнинов и их произ-
водных / Г. Ф. Закис. – Рига : Зинатне, 1987. – 230 с.
5. Карнаухов, А. П. Адсорбция. Текстура дисперсных и порис-
тых материалов / А. П. Карнаухов. – Новосибирск : Наука. Сиб. отдние, 1999.
6. Кельцев, Н. В. Основы адсорбционной техники / Н. В. Кель-
цев. – М. : Химия, 1984. – 358 с.
7. Кинле, Х. Активные угли и их промышленное применение :
пер. с нем. / Х. Кинле, Э. Бадер. – Л. : Химия. Ленингр. отд-ние,
1984. – 216 с.
8. Кузнецов, Б. Н. Актуальные проблемы промышленной орга-
нической химии : монография / Б. Н. Кузнецов ; Краснояр. гос. ун-т. –
Красноярск, 2002. – С. 155–174.
9. Кузнецов, Б. Н. Катализ химических превращений угля и
биомассы / Б. Н. Кузнецов. – Новосибирск : Наука. Сиб. отд-ние,
1990. – 302 с.
10. Кузнецов, Б. Н. Новые подходы в переработке твердого
органического сырья / Б. Н. Кузнецов, М. Л. Щипко, С. А. Кузнецова,
В. Е. Тарабанько. – Красноярск : ИХПОС СО РАН, 1991. – 371 с.
11. Кузнецов, Б. Н. Синтез и применение углеродных сорбентов /
Б. Н. Кузнецов // Соросовский образовательный журнал. – 1999. –
№ 12. – С. 29–34.
12. Кузнецов, Б. Н. Углеродные подложки из природного органи-
ческого сырья и палладиевые катализаторы на их основе / Б. Н. Кузнецов // Кинетика и катализ. – 2007. – Т. 48, № 4. – С. 612–620.
13. Кузнецов, Б. Н. Химическая переработка ископаемых углей
и древесины : учеб. пособие по спецкурсу / Б. Н. Кузнецов. – Красноярск, 1999. – 200 с.
85
14. Левин, Э. Д. Теоретические основы производства древесно-
го угля / Э. Д. Левин. – М. : Лесная пром-сть, 1980. – 151 с.
15. Лукин, В. Д. Регенерация сорбентов / В. Д. Лукин, И. С.
Анцынович. – Л. : Химия. Ленингр. отд-ние, 1983. – 340 с.
16. Мухин, В. М. Активные угли России / В. М. Мухин,
А. В. Тарасов, В. Н. Клушин. – М. : Металлургия, 2000. – 352 с.
17. Новый справочник химика и технолога. Сырье и продукты
промышленности органических и неорганических веществ. Ч. II. Раздел 10. Углеродные адсорбенты (активные угли) / под. ред. В. А. Столяровой, Ю. В. Поконовой. – СПб. : Профессионал, 2005. – С. 503–659.
18. Плаксин, О. Н. Углеродные сорбенты из скорлупы кедро-
вых орехов / Г. В. Плаксин, О. Н. Бакланова, В. А. Дроздов [и др.] //
Химия в интересах устойчивого развития. – 2001. – Т. 8, № 5. –
С. 715–722.
19. Смирнов, А. Д. Сорбционная очистка воды / А. Д. Смирнов. –
Л. : Химия. Ленингр. отд-ние, 1982. – 168 с.
20. Сорбенты для ликвидации нефтяных загрязнений, получен-
ные автогидролизом древесных отходов / Е. В. Веприкова, Е. А. Терещенко, М. Л. Щипко, Б. Н. Кузнецов // Экология и промышленность России. – 2011. – С. 16–20.
21. Строение и свойства адсорбентов и катализаторов / под ред.
В. Г. Линсена. – М. : Мир, 1973. – 245 с.
22. Углеродные адсорбенты из гидролизного лигнина для очи-
стки сточных вод от органических примесей / А. О. Еремина,
В. В. Головина, Н. В. Чесноков, Б. Н. Кузнецов // Журнал Сиб. федер.
ун-та. Химия. – 2011. – № 1. – С. 100–107.
23. Фенелонов, В. Б. Адсорбционно-капилярные явления и по-
ристая структура катализаторов и адсорбентов / В. Б. Фенелонов,
М. С. Мельгунов ; Новосиб. гос. ун-т. – Новосибирск, 2010. – 190 с.
24. Фенелонов, В. Б. Пористый углерод / В. Б. Фенелонов. –
Новосибирск : Ин-т катализа СО РАН, 1995. – 518 с.
86
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
(обязательное)
Перечень ключевых слов
Очистка воды
Реторты
Сушилки (тунельные, шахтные)
Уголь (древесный, активный, производство, активность, выход технические требования, применение)
Факторы технологические
Химизм процесса
Адсорбенты
Активация
Активные угли
Аппаратурное оформление
Аппараты (сушки, пиролиза, активации)
Безотходное производство
Газы пиролиза древесины (состав)
Закономерности (пиролиза древесины)
Контроль (производства, качества продукции)
Катализаторы
Методы (активации)
Парогазы (пиролиза, конденсация, состав)
Переработка (древесины, угля)
Пиролиз (древесины, ореха, продукты, тепловой эффект, режимные факторы, химизм)
Пожаро- и взрывобезопасность пиролизного производства
Пористые углеродные материалы (ПУМ)
Производство (древесного угля, активного угля)
Применение (активного угля, ПУМ)
Распад (древесины, компонентов при пиролизе)
Технологические факторы
Состав и свойства активного угля
87
Приложение 2
Требования к качеству питьевой воды
СанПиН 2.1.4.1074–01
Показатели
Ед. измерения
Норм. ПДК,
не более
Показ.
вредн.
Класс
опасн.
ВОЗ USEPA ЕС
Водородный показатель ед. рН в пределах 6–9 – – – 6,5–8,5 6,5–8,5
Общая минерализация (сухой остаток) мг/л 1 000 (1 500) – – 1 000 500 1 500
Жесткость общая мг–экв/л 7,0 (10) – – – – 1,2
Окисляемость перманганатная мг О2/л 5,0 – – – – 5,0
Нефтепродукты, суммарно мг/л 0,1 – – – – –
Поверхностно-активные вещества
(ПАВ), анионоактивные
мг/л 0,5 – –
– – –
Фенольный индекс мг/л 0,25 – – – – –
Щелочность мг НСО3–/л – – – – – 30
Неорганические вещества
Алюминий (Al3+) мг/л 0,5 с.-т. 2 0,2 0,2 0,2
Азот аммонийный мг/л 2,0 с.-т. 3 1,5 – 0,5
Асбест
милл. воло-
кон/л
– – – – 7,0 –
Барий (Ва2+) мг/л 0,1 с.-т. 2 0,7 2,0 0,1
Берилий (Ве2+) мг/л 0,0002 с.-т. 1 – 0,004 –
Бор (В, суммарно) мг/л 0,5 с.-т. 2 0,3 – 1,0
Ванадий (V) мг/л 0,1 с.-т. 3 0,1 – –
Висмут (Bi) мг/л 0,1 с.-т. 2 0,1 – –
Железо (Fe, суммарно) мг/л 0,3 (1,0) орг. 3 0,3 0,3 0,2
Кадмий (Cd, суммарно) мг/л 0,001 с.-т. 2 0,003 0,005 0,005
Калий (К+) мг/л – – – – – 12,0
Кальций (Са2+) мг/л – – – – – 100,0
Кобальт (Со) мг/л 0,1 с.-т. 2 – – –
88
СанПиН 2.1.4.1074–01
Окончание прил. 2
Показатели
Ед. измерения
Норм. ПДК,
не более
Показ.
вредн.
Класс
опасн.
ВОЗ USEPA ЕС
Кремний (Si) мг/л 10,0 с.-т. 2 – – –
Магний (Mg2+) мг/л – с.-т. – – – 50,0
Марганец (Mn, суммарно) мг/л 0,1 (0,5) орг. 3 0,5 (0,1) 0,05 0,05
Медь (Сu, суммарно) мг/л 1,0 орг. 3 2,0 (1,0) 1,0–1,3 2,0
Молибден (Мо, суммарно) мг/л 0,25 с.-т. 2 0,07 – –
Мышьяк (As, суммарно) мг/л 0,05 с.-т. 2 0,01 0,05 0,01
Никель (Ni, суммарно) мг/л 0,1 с.-т. 3 – – –
Нитраты (по NO
Нитриты (по NO
-
) мг/л 45 с.-т. 3 50,0 44,0 50,0
3
-
) МГ/Л 3,0 – 2 3,0 3,5 0,5
2
Ртуть (Hg, суммарно) мг/л 0,0005 с.-т. 1 0,001 0,002 0,001
Свинец (Pb, суммарно) мг/л 0,03 с.-т. 2 0,01 0,015 0,01
Селен (Se, суммарно) мг/л 0,01 с.-т. 2 0,01 0,05 0,01
Серебро (Ag+) мг/л 0,05 – 2 – 0,1 0,01
Сероводород (H2S) мг/л 0,03 орг. 4 0,05 – –
Стронций (Sr2+) мг/л 7,0 орг. 2 – – –
Сульфаты (SO
Фториды (F) для климатических районов I и II
2-
) мг/л 500 орг. 4 250,0 250,0 250,0
4
мг/л 1,51,2
с.-т.
с.-т.
22 1,5 2,0-4,0 1,5
Хлориды (Cl-) мг/л 350 орг. 4 250,0 250,0 250,0
Хром (Cr3+) мг/л 0,5 с.-т. 3 – –
Хром (Cr6+) мг/л 0,05 с.-т. 3 0,05
0,1
(всего)
0,05
Цианиды (CN-) мг/л 0,035 с.-т. 2 0,07 0,2 0,05
Цинк (Zn2+) мг/л 5,0 орг. 3 3,0 5,0 5,0
Примечания: с.-т. – санитарно-токсикологический; орг. – органолептический; величина, указанная в скобках, во всех
таблицах может быть установлена по указанию Главного государственного санитарного врача.
89
Учебно-теоретическое издание
Демиденко Наталья Юрьевна
Рязанова Татьяна Васильевна
Почекутов Иван Сергеевич
Кузнецов Борис Николаевич
ТЕХНОЛОГИЯ СОРБЕНТОВ
ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
Учебное пособие
Редактор Т. Л. Патюкова
Оригинал-макет и верстка М. А. Светлаковой
Подписано в печать 28.06.2018. Формат 60×84/16. Бумага офисная.
Печать плоская. Усл. печ. л. 4,8. Уч.-изд. л. 5,9. Тираж 50 экз.
Заказ . С 131/18.
Санитарно-эпидемиологическое заключение
№ 24.49.04.953.П.000032.01.03 от 29.01.2003 г.
Редакционно-издательский отдел СибГУ им. М. Ф. Решетнева.
Отпечатано в редакционно-издательском центре
СибГУ им. М. Ф. Решетнева.
660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31.
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]