Адсорбция паров бензола в модифицированных угле-минеральных адсорбентах

АННОТАЦИЯ

В статье приведены результаты исследований по разработке адсорбентов на основе активированных при различных условиях образцов древесного угля из чинара и Навбахорского щелочного бентонита, а также адсорбции паров бензола на них. Изучением процессов адсорбции-десорбции паров бензола на угольно-минеральных адсорбентах ЧДКУМС-4 установлено, что ≈15 % количества адсорбата на адсорбентах связаны за счет образования π-комплексов.

ABSTRACT

The article presents the results of studies on the development of adsorbents based on activated charcoal samples from plane tree and Navbahor alkaline bentonite activated under various conditions, as well as the adsorption of benzene vapor on them. By the studying the processes of adsorption-desorption of benzene vapors on coal-mineral adsorbents ChDKUMS-4, it was found that ≈15% of the amount of adsorbate on adsorbents is due to the formation of π-complexes.

Ключевые слова: угольно-минеральный адсорбент, бензол, адсорбент, адсорбат, адсорбция, десорбция, изотерма, емкость монослоя, удельная поверхность.

Keywords: coal-mineral adsorbent, benzene, adsorbent, adsorbate, adsorption, desorption, isotherm, monolayer capacity, specific surface.

Введение. В связи с быстрым развитием промышленности и нанотехнологий широко изучен синтез недорогих угольно-минеральных сорбентов (УМС) из угля и горной промышленности [5; 6]. Навбахорский щелочной бентонит, полученный из местного сырья, используется в различных отраслях народного хозяйства [4], но из-за его гидрофильных свойств не позволяет производить полную очистку промышленных сточных вод. В то же время угольные адсорбенты неэффективны для очистки полярных соединений в сточных водах и тяжелых металлов в них [2].

С учетом этого подготовка модифицированных УМС с использованием смеси активированного угля и угольного сырья является ключевой задачей снижения гидрофильных свойств Навбахорского щелочного бентонита.

Для получения угольно-минеральных адсорбентов, нагревая щелочной Навбахорский бентонит, богатый монтмориллонитом, при 200 °С без кислородной среды в течение 2 часов получили NaM, активируя в течение 4 часов при 300 °С 15 %-ной серной кислотой адсорбент KФАМ, пиролизуя образцы из тела дерева чинар при 800 °С в течение 2 часов ЧДК-800 и активируя в течение 1,5 часа при 750–800 °С с помощью водяного пара ФЧДК. Адсорбционные свойства полученных адсорбентов изучали методом адсорбции паров бензола.

Поглощенный бензол очищали в условиях вакуума перед использованием в адсорбции, давление его паров замораживали, и отмораживанием выводились растворенные газы до тех пор, пока данные не совпали с данными давления паров для чистого бензола, приведенными в таблице [3].

Изотермы адсорбции паров бензола в активированных адсорбентах измеряли на чувствительном кварцевом приборе «Maк-Beна». Перед измерением адсорбции паров бензола в адсорбентах каждую адсорбцию вакуумировали до остаточного давления 1,33 × 10^–3 Па и нагревали при 473 К в течение 8 ч, после чего получили изотермы адсорбции.

Компоненты УМС были размолоты до соотношения 1:1, каждый со степенью дисперсии 0,1 мм, нагревая в течение 2 часов при 200–250°C без воздушных условий, получили угольно-минеральные адсорбенты. Полученные модифицированные адсорбенты условно названы: NaM: ЧДК-800 (ЧДКУМС-1), NaM: ФЧДК (ЧДКУМС-2), КФАМ: ЧДК-800 (ЧДКУМС-3), КФАМ: ФЧДУМ (ЧДКУМС-4).

С целью сравнения полученных угольно-минеральных адсорбентов с исходными образцами и для исследования сорбционных свойств изучалась адсорбция паров бензола. Было обнаружено, что скорость адсорбции была выше, чем в NaM: в ЧДКУМС-1 – в 1,74 раза, в ЧДКУМС-2 – в 2,00 раза, в ЧДКУМС-3 – в 2,18 раза и в 2,87 раза в ЧДКУМС-4 (рис. 1).

Рисунок 1. Изотермы адсорбции паров бензола в ЧДКУМС-1 (1), ЧДКУМС-2 (2), ЧДКУМС-3 (3), ЧДКУМС-4 (4)

В адсорбентах значение относительного давления Р/Р_s адсорбции резко увеличивается от нуля до 0,2 и наблюдается приближенность к состоянию насыщения микропор.

В ЧДКУМС-4 адсорбция паров бензола выше, чем у других углеминеральных адсорбентов, что может быть связано с образованием π-комлексов между ионами натрия активированных минеральных адсорбентов (КФАМ) и ОН-группами в угле 2БПК-Б и электронной природой молекул бензола.

На основе полученных изотерм с использованием уравнения БЭТ были рассчитаны емкость монослоя, удельные поверхности и адсорбция насыщения угольно-минеральных адсорбентов (табл. 1). Адсорбенты имеют наибольшую концентрацию адсорбции бензола: ЧДКУМС-1 – 42,5 %, ЧДКУМС-2 – 41,8 %, ЧДКУМС-3 – 33,2 % и ЧДКУМС-4 – 39,4 %. Сравнительная поверхность AнУМС-4 и емкость монослоя были выше, чем у NaM, в 3 раза.

Таблица 1.

Структурно-сорбционные параметры адсорбции паров бензола в углеминеральных адсорбентах

Объемы адсорбции, определенные при различных относительных давлениях на основе изотерм адсорбции бензола в углеминеральных адсорбентах, показаны в следующей таблице (табл. 2).

Таблица 2.

Размер пор в угольно-минеральных адсорбентах по адсорбции паров бензола

Было обнаружено, что объем микропор ЧДКУМС-4, рассчитанный с использованием уравнения теории насыщения микропор, выше, чем у других адсорбентов.

При адсорбции ЧДКУМС-4 на углеминеральных адсорбентах было установлено, что ~ 15 % молекул бензола тесно связаны за счет образования π-комплесов.

В ЧДКУМС-4 адсорбция бензола характеризуется высоким содержанием других адсорбентов, трещинами в слоях адсорбента и более высокой пористостью по сравнению с другими адсорбентами.

В результате адсорбции бензола на адсорбентах эти адсорбенты могут использоваться в различных областях, что поможет в некоторой степени устранить потребность республики в адсорбентах.

Список литературы:
1. Получение хинолиновых оснований на основе ароматических аминов реакцией с карбонильными соединениями получения гетероциклов в паровой фазе / Ш.М. Хошимов [и др.] // Universum: технические науки. – 2019. – № 11-3 (68).
2. Регулирование адсорбционных свойств отработанных алюмосиликатных сорбентов и катализаторов с целью их применения для очистки воды / Ю.И. Тарасивич, В.М. Руденко, Г.М. Климова, И.Я. Пищай // Химия и технология воды. – 1980. – № 5. – С. 392–395.
3. Сорбционные материалы на основе бентoнитовой глины месторождения «Острожанское» для обеспечения безопасного обращения с радиоактивными отходами / Л.Н. Москальчук, А.А. Баклай, Т.Г. Леонтьева, Д.К. Стреленко // Химия и технология. – 2015. – № 3. – С. 71–75.
4. Хандамов Д.А. Модификациаланган монтмориллонитда баъзи органик моддалар адсорбция термодинамикаси. – 2019.
5. Govindaraj A., Rao. C.N.R. // Carbon Nanotechnology, Liming Dai, Ed. – Amsterdam : Elsevier, 2006.
6. Rakov E.G. Usp. Khim. – 2000. – Vol. 69. – № 1. – P. 4.