Структурно-адсорбционные свойства паров бензола на адсорбентах, полученных из рисовой и подсолнечной лузги

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассмотрены вопросы по структурно-адсорбционным свойствам паров бензола на разработанных угольных адсорбентах, полученных из рисовой и подсолнечной лузги методом пиролиза.

ABSTRACT

This article discusses the structural and adsorption properties of benzene vapors on the developed coal adsorbents obtained from rice and sunflower husk by pyrolysis.

Ключевые слова: адсорбция, активированный уголь, рисовая лузга, подсолнечная лузга, пары бензола, отбелка масла.

Keywords: adsorption, activated carbon, rice husk, sunflower husk, benzene vapor, oil bleaching.

Известно, что адсорбенты имеют определенные размеры пор и окон, где сорбируются органические вещества, требующие удаления из растительных масел и жиров. В прессовом и экстракционном хлопковых маслах содержатся госсипол, хлорофилл и их производные, которые придают маслу темный коричневый и синий цвета. Для их удаления и придания пищевому маслу прозрачности осуществляют очистку и отбелку активированным углем, полученным методом пиролиза угля, древесины, отходов промышленностей и др. [3; 7].

В нашем случае для получения активированного угля мы в качестве исходного сырья использовали рисовую и подсолнечную лузгу, местные отходы пищевой промышленности. После пиролиза рисовой и подсолнечной лузги полученный активированный уголь анализировали на специальной установке для определения структурно-адсорбционных свойств. При этом в качестве сорбирующего агента использовали пары бензола, т.е. углеводорода стандартного качества [4].

Результаты анализов представлены в табл. 1.

Таблица 1.

Структурно-адсорбционные свойства паров бензола на адсорбентах, полученных из рисовой и подсолнечной лузги

Из табл. 1 видно, что адсорбционная активность угля, полученного из рисовой лузги, лучше, чем соответствующие показатели, полученные на подсолнечной лузге. Причем удельная поверхность в обоих случаях резко увеличивается в 3,0–3,2 раза при повышении активации угля от 400 до 700 °С. Активация, осуществленная HCl, примерно в 2 раза выше, чем применение традиционного реагента активации угля.

На рис. 1 представлены адсорбционные изотермы паров бензола в 4 видах активированного угля при 400 и 700 °С, полученных из рисовой лузги.

Рисунок 1. Изотермы адсорбции паров бензола:
1 – рисовая лузга – 400; 2 – рисовая лузга КА; 3 – рисовая лузга – 700; 4 – рисовая лузга КА-700

Из рис. 1 видно, что наибольшая адсорбция паров бензола наблюдается в угле активированном при 700 °С и, наоборот, наименьшая – при 400 °С. Активированный уголь, полученный из рисовой лузги, марок КА (2) и 700 (3) занимает промежуточное положение между 1-м и 4-м образцами автивированного угля [6].

Параллельно нами изучена изотерма адсорбции паров бензола на активированным угле, полученном на основе подсолнечной лузги, результаты проиллюстрированы на рис. 2.

Из рис. 2 видно, что наибольшая адсорбция паров бензола наблюдается в угле из подсолнечной лузги, активированном при 700 °С и, наоборот, наименьшая – при 400 °С. Активированный уголь марок КА (2) и 700 (3) занимает промежуточные положение между 1-м и 4-м образцами автивированного угля, полученного из подсолнечной лузги.

Рисунок 2. Изотермы адсорбции паров бензола:
1 – подсолнечная лузга – 400; 2 – подсолнечная лузга КА; 3 – подсолнечная лузга – 700; 4 – подсолнечная лузга КА-700

Как видно, в зависимости от типа лузги, режима пиролиза и активаторов, а также методов активации получается активированный уголь разной структуры (пористости), разных адсорбционных свойств и различного назначения. При этом важное значения в производстве активированного угля имеют подбор сырья, способ его подготовки, температура пиролиза, метода активации карбонируемого сырья: а – парагазовая; б – активация пиролизом, карбонизация с добавкой химически активных неорганических веществ, смешенная активация, включающая и другие методы [2].

Активированный уголь проявляет высокую сорбционую способность по отношению к молекулам пигментов (основных компонентов, извлекаемых из хлопковых масел при отбелке). Теоретически установлено, что молекулы пигментов могут концентрироваться на поверхности угля в форме поверхностых агрегатов (мицелл). В этом случае поглощение пигментов из хлопкового масла приобретает избирательный характер, подчиняющийся в основном закономерностям мицеллообразования. Сорбция пигментов при этом происходит настолько интенсивно, что поры угля заполняются аналогично объемному механизму заполнения микропор. Это вызывает в свою очередь отбелку объема тех пор угля, которые заключены в узких интервалах эффективных радиусов. Интервал радиусов пор угля определен по вертикальному участку изотермы сорбции на основе уравнения Кельвина и составляет 22–40 Å. Поры таких размеров относятся к супермакропорам и, как известно, играют основную роль при извлечении из жидкостей молекул крупных размеров [1].

Аналогичным образом были определены интервалы радиусов пор, заполнение которых в режиме избирательной сорбции происходит при невысоких температурах отбелки. В этих целях были использованы кривые сорбции пигментов, снятые после 30 мин контактирования фаз и при числах оборотов мешалки, которые соответствуют максимальной интенсивности массопереноса при конкретных температурах отбелки [5].

Полученные результаты приведены в табл. 2.

Таблица 2.

Полученные результаты

Как следует из данных табл. 2, каждой конкретной температуре отбелки соответствует определенный интервал пор, заполнение которых происходит в режиме избирательной сорбции пигментов. При низких температурах отбелки из-за высокой вязкости масла, ухудшающей массоперенос пигментов, происходит заполнение поверхности крупных мезопор. С увеличением температуры улучшается массоперенос пигментов, и за тот же промежуток времени отбелки, что и при более низкой температуре, происходит заполнение пор меньших размеров. Поскольку большая часть промышленно выпускаемого угля представлена в основном с порами малых размеров, то эффективность отбелки масла этим углем при невысоких температурах невелика в случае применения в качестве сорбентов большинства отбельных углей.

Таким образом, полученный активированный уголь на основе рисовой и подсолнечной лузги отвечает основным технологическим требованиям следующего ряда: 1 – адсорбционная активность (по йоду от 30 до 100 %), определяемая по ГОСТ 6217-74 и ГОСТ 4453-73; 2 – суммарный объем пор по влагоемкости равен 1,4–1,6 см³/г, определяемой по ГОСТ 17219-71; 3 – насыпная плотность в кг/м³, определяется по ГОСТ 16190-70; 4 – содержание зерен, нормируемое для каждой марки отдельно по размерам зерен (в %), по ГОСТ 16187-70; 5 – содержание золы (от 7 до 10 %) по ГОСТ 12596-67; 6 – содержание влаги (не более 10 %).

Список литературы:

1. Адсорбционная очистка хлопкового масла на модифицированном углеродном адсорбенте / Д.С. Салиханова, Г.Э. Пардаев, Ф.Н. Агзамова, А.А. Агзамходжаев // Химическая промышленность. – Санкт-Петербург, 2016. – Т. 92. – № 1. – С. 42–45.
2. Григорчук Р.Т., Миронова А.Н., Тросько У.И. Природа окрашивающих веществ хлопковых масел и способы их удаления. – М. : ЦНИИТЭИ пищепром, 1979. – Вып. 7. – 48 c.
3. Комплексная очистка хлопковых масел на угольных и глинистых адсорбентах / Д.С. Салиханова, Г.Э. Пардаев, И.Д. Эшметов, А.А. Агзамходжаев. – Ташкент : Навруз, 2016. 160 с.
4. Надиров Н.К. Теоретические основы активации и механизма действия природных сорбентов в процессе осветления растительных масел. – М. : Пищевая промышленность, 1973. – С. 205–210.
5. Сабурова Н.П. Закономерности процессов адсорбционной очистки растительных масел активными углями: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. – 1988. – 16 с.
6. Сабурова Н.П., Лепилин В.Н., Ключкин В.В. Исследование сорбции пигментов из растительных масел активированными углями // Масложировая промышленность. – 1992. – № 3. – С. 15–16.
7. Таран Н.Г. Адсорбенты и иониты в пищевой промышленности. – М. : Легкая и пищевая промышленность, 1983. – 248 с.