ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СОДЕРЖАНИЯ СВЯЗУЮЩЕЙ ДОБАВКИ НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЦИНКОВОГО ПОГЛОТИТЕЛЯ

АННОТАЦИЯ

Обосновано о том, что оптимизация количества связующих добавок может значительно улучшить эксплуатационные характеристики поглотителей соединений серы. Такая оптимизация необходима для разработки более эффективных материалов для применения в области охраны окружающей среды, таких как борьба с загрязнением окружающей среды и промышленные процессы, где выбросы серы должны быть сведены к минимуму. Систематическое изучение влияния связующих добавок на ключевые физико-химические параметры позволяет получить ценную информацию о разработке более эффективных поглотителей серы.

ABSTRACT

It is substantiated that optimization of the amount of binding additives can significantly improve the performance characteristics of sulfur compound adsorbers. Such optimization is necessary for the development of more effective materials for environmental applications such as pollution control and industrial processes where sulfur emissions must be minimized. Systematic study of the effect of binders on key physicochemical parameters provides valuable information for the development of more effective sulfur scavengers.

Ключевые слова: цинковый поглотитель, связующей добавки, оксид цинк, насыпная плотность, механическая прочность, удельная поверхность.

Keywords: zinc adsorber, binding additives, zinc oxide, bulk density, mechanical strength, specific surface area.

Введение. В мире удовлетворение потребностей населения планеты в продуктах питания невозможно без применения азотных удобрений, таких как аммиачная селитра, карбамид, сульфат аммония. Их производство связано на очистке природного газа от сернистых соединений путем поглощения на цинковых поглотителях. Ежегодно в процессе очистки природного газа от сернистых соединений образуется огромное количество отработанных цинковых поглотителей. В связи с отсутствием в стране производства цинка и его дороговизной в последние годы уделяется большое внимание использованию отработанных промышленных отходов в качестве вторичного сырья. В мировом масштабе проводятся научные исследования по разработки технологии переработки отработанного цинкосодержащего сырья. В этом плане особое внимание удаляется исследованию процессов кислотного методов переработки отработанного цинкового сырья, включающих стадии предварительного выщелачивания сырья, переработки кислотных растворов цинка на оксид цинка, переработки или утилизации маточных растворов, разработка эффективных технологий приготовления поглотителя сернистых соединений с применениям связующих добавок [3].

Методология исследования. В лабораторных условиях приготовление поглотителя в виде гранул на основе оксида цинка осуществляли формовкой ручным щприц-прессом (цилиндрический) с применением различных связующих добавок. Формовочную массу готовили из ZnО на ручном щприц-прессе в цилиндрические гранулы диаметром 6,5 мм, просеянную через сито с размерами отверстий 1 мм. В качестве упрочняющих добавок использовали CuО, MgО, Аl₂О₃, высокоглиноземистый цемент (талюм) и др. Сушку проводили в муфельной печи «SNОL» при температуре 120^оС в течение 3 часов [3].

Результаты и обсуждение. Результаты исследований по влиянию количество связующих добавок на физико-химические и механические показатели (насыпная плотность, механическая прочность, удельная поверхность) поглотителей сернистых соединений на основе оксида цинка приведены в таблицах 1 и 2 [4].

Таблица 1.

Влияние содержания связующих добавок CuО и MgО на физико-химические и механические показатели поглотителей сернистых соединений

Из табл. 1 видно, что с повышением содержания связующих добавок (CuО с 5% до 10% и MgО с 3% до 7%) насыпная плотность изменяется с 0,95 г/см³ до 1,04 г/см³, механическая прочность - индекс прочности на раскалывание повышается с 0,34 кг/мм до 0,41 кг/мм, удельная поверхность с 75,2 м²/г до 97,8 м²/г.

Таблица 2.

Влияние содержания связующих добавок CuО, MgО, Аl₂О₃ и ВГЦ на физико-химические показатели поглотителей сернистых соединений

Из табл. 2 видно, что исследование по влиянию содержания добавок Аl₂О₃ или ВГЦ (талюм) в формовочную массу поглотителя сернистых соединений на основе оксида цинка показали, что физико-химические и механические свойства поглотителя в отсутствии MgО не улучшаются [3].

Далее исследовано влияние содержания связующей добавки CuО на физико-химические и механические показатели (механическая прочность, удельная поверхность) поглотителей сернистых соединений на основе оксида цинка при добавлении CuО 5%-10% и MgО 7%. Полученные результаты приведены на рисунках 1 и 2.

Рисунок 1. Влияние содержания оксида меди на индекс прочности на раскалывание

Рисунок 2. Влияние содержания оксида меди на величину удельной поверхности поглотителя

Из рис. 1 видно, что с увеличением количества CuО с 5% до 10% механическая прочность - индекс прочности на раскалывание поглотителя сернистых соединений на основе оксида цинка повышается с 0,37 кг/мм до 0,41 кг/мм. Видно, что с увеличением содержания CuО с 5% до 10% удельная поверхность поглотителя сернистых соединений на основе оксида цинка повышается с 93,1 м²/г до 97,8 м²/г (рис. 2).

Рисунок 3. Рентгенограмма поглотителя на основе оксида цинка и связующих добавок CuО и MgО

На рис. 3 приведена рентгенограмма поглотителя, полученного на основе оксида цинка с применением связующих добавок CuО и MgО. Рентгенограмма поглотителя на основе оксида цинка с применением связующих добавок при массовой доле CuО 10% и MgО 7% характеризуется интенсивными пиками 2,81; 2,60; 2,47; 1,91; 1,62; 1,47; 1,35Å соответствующих ZnО; 2,51; 1,37Å – CuО; 2,42Å - MgО.

Рисунок 4. Микрофотография сканирующей электронной микроскопии поглотителя на основе оксида цинка и связующих добавок CuО и MgО

На рис. 4 представлена микрофотография сканирующей электронной микроскопии поглотителя на основе оксида цинка со снятием штрих-рентгенограмм и установления количественных характеристик присутствующих химических элементов. Полученные данные свидетельствует о том, что основными элементами являются цинк, кислород, медь и магний. Согласно полученным результатам, содержания цинка, кислорода, меди и магния составляют: 66,8%, 21,2%, 7,9% и 4,1%, соответственно.

Выводы и рекомендации. При приготовлении поглотителя на основе оксида цинка в лабораторных условиях его формовали на ручном щприц-прессе в виде гранул (цилиндрические) с применением связующих добавок CuО - 10% и MgО - 7%. При этом повышается индекс прочности на раскалывание до 0,41 кг/мм и удельной поверхности до 97,8 м²/г.

Список литературы:

1. Рахимов Г.Б., Каршиев М.Т., Муртазаев Ф.И. Pазработка технологии и процесса очистки природного газа от сернистых соединений // Universum: технические науки. - 2021. - №5(86). - С. 92-94.
2. Ильин А.А., Румянцев Р.Н., Смирнов Н.Н., Иванова Т.В., Ильин А.П. Механохимический синтез оксидов цинка с использованием жидких и газообразных сред. // Журнал прикладной химии. – 2014. – т. 87. – №. 10. – С. 1410-1415.
3. Ш.Х.Тoвашов Разработка технологии извлечения оксида цинка из отработанных цинковых поглотителей сернистых соединений с вовлечением его в новый цикл производства поглотителя. Автореферат. Ташкент -2022г.
4. Fаrmаnоv B., Tovаshоv Sh. Reseаrch оf the prepаrаtiоn оf аn аbsоrber bаsed оn zinc оxide. // Internаtiоnаl jоurnаl оf аdvаnced reseаrch in science, engineering аnd technоlоgy. - Indiа, 2021. - № 7(52). - pp. 18324-18327.
5. Dadakhodjaev A. Mirzakulov Kh. Tovashov Sh. Recycling of zinc oxide scavengers Asian Journal of Multidimensional Research (AJMR) 2020 9 3 152-159.
6. Behzod Farmanov, Shakhzod Tavashov Processing of the catalyst used in reforming natural gas E3S Web of Conferences 2023 411 01034.