Определение физико-химических и адсорбционных характеристик нового активированного угля из косточек урюка

АННОТАЦИЯ

В предлагаемой статье приведены методики определения физико-химических и адсорбционных характеристик активированных углей. В процессе исследования определены физико-химические и адсорбционные характеристики полученного нами нового активированного угля из косточек урюка. С целью импортозамещения его характеристики сравнивались с известным промышленным активированным углем марки АГ-3.

ABSTRACT

In the article methods for determining physical-chemical and adsorptive characteristics of activated carbons are presented. During the research process physical-chemical and adsorptive characteristics of the obtained new activated carbon from kernels of the dried apricot are identified. In order to import new activated carbon, its characteristics are compared with the known industrial activated carbon AG-3.

Введение

Для разделения и очистки газов, рекуперации летучих органических растворителей, очистки и осветления растворов могут быть использованы различные мелкопористые сорбенты – силикагель, природные и синтетические цеолиты, алюмогели, пористые стекла, иониты. Однако только активированные угли (АУ) в полной мере отвечают требованиям, предъявляемым к твердому поглотителю [7; 8].

Производство АУ неуклонно возрастает, а области их применения непрерывно расширяются. Традиционным сырьем для производства АУ являются древесина, торф, торфяной кокс, некоторые каменные угли и полукоксы на их основе. В Узбекистане, несмотря на большой спрос на АУ, их не производят из-за отсутствия промышленных установок. Наряду с этим на пищевых предприятиях республики ежегодно образуются значительные массы отходов переработки плодов урюка, повсеместно возделываемого на территории Республики. Согласно мировой практике названный отход может служить хорошим сырьем для получения активированного угля. Существует достаточно подробная информация о переработке ядра фруктовых косточек в ценные продукты [8], но литературные данные по получению и применению угольных сорбентов на основе скорлупы косточек немногочисленны [1; 8].

На территории Узбекистане расположены четыре основных газоперерабатывающих завода: ООО «Мубарекский газоперерабатывающий завод», ООО «Шуртаннефтегаз», Шуртанский и Устюртский газохимические комплексы. На установках аминовой очистки природного газа от кислых компонентов вышеперечисленных заводов для адсорбционной очистки регенерированных аминовых растворов применяются активированные угли марки АГ-3, HX-30, Шемверон и др. Необходимо учитывать, что применяемые активированные угли являются зарубежного происхождения и импортируется за валюты. С целью импортозамещения нами был получен активированный уголь из косточек урюка (АУ-КУ).

Целью предлагаемой работы стало определение и изучение физико-химических и адсорбционных свойств нового АУ-КУ в сравнении с промышленными образцами при очистке регенерированного аминового раствора.

Методики экспериментов

В ходе работы использован комплекс современных и классических методов исследования [2-6], позволяющие определить физико-химические и адсорбционные характеристики активированных углей, в частности, криоскопический метод определения динамической емкости сорбентов (разработка ИОНХ АН РУз) [9].

Криоскопический метод определения динамической емкости сорбентов

Адсорбционная емкость АУ-КУ по бензолу определялась с помощью криоскопического метода [9].

Сущность определения селективности и динамической емкости адсорбентов криоскопическим методом заключается в изменении концентрации эталонного раствора, хроматографируемого через адсорбент, и определяется согласно изменению депрессии температуры кристаллизации раствора.

Анализ осуществляется следующим образом: 2 %-ный эталонный раствор органического вещества в циклогексане пропускается в стеклянной колонке через 10 г адсорбента (фр. 0,25-0,50 мм, предварительно дегидратированного) до его полного насыщения, то есть когда температура кристаллизации фильтрата (t₃) не станет равной температуре кристаллизации исходного эталонного раствора (t₂). Скорость истечения фильтрата – 1 капля в 1 секунду, что соответствует 0,4 объема в час. Так как температура кристаллизации исходного циклогексана (t₁) и эталонного раствора (t₂) определяется заранее, то весь анализ сводится к определению температуры кристаллизации фильтрата (t₃). Фильтрат отбирается по объему порциями 12,85 мл (что соответствует 10 г). В каждой порции определяется температура кристаллизации (t₃), а затем вычисляется количество адсорбированного вещества (мол. %) по формуле:

                                                                            (1)

Мольные проценты адсорбированного вещества можно пересчитать в весовых процентах по следующей формуле:

                                    (2)

где М – молекулярная масса вещества;

84,16 – молекулярная масса циклогексана.

Количество адсорбированного вещества в весовых процентах для каждой порции фильтрата пересчитываются на граммы, суммируются и относятся к 100 г адсорбента.

Данный метод удобен в оперировании, быстр и точен. Он предусматривает использование циклогексана как растворителя высокой степени чистоты для приготовления модельных (эталонных) растворов сорбатов.

Результаты и их обсуждение

Путем карбонизации и активации косточек урюка получен активированный уголь. Для каждого процесса определены его физико-химические и адсорбционные характеристики. Полученные результаты приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1.

Результаты карбонизации, физико-химические и адсорбционные характеристики урюковых косточек

Полученный карбонизат косточкового сырья активирован водяным паром. Условия и результаты активации показаны в таблице 2.

Таблица 2.

Результаты активации, физико-химические и адсорбционные характеристики урюкового карбонизата

Полученные экспериментальные результаты, приведенные в таблице 1, позволили констатировать, что оптимальными условиями карбонизации косточек урюков являются продолжительность процесса 1 час при температуре 800 °С.

На основе полученных данных (таблица 2) установлено, что оптимальные условия активации карбонизатов косточкового сырья – температура 850 °C и продолжительность процесса – 2 часа.

В ходе работы провели сравнение некоторых характеристик полученного нами активированного угля АУ-КУ с известным промышленным активированным углем марки АГ-3 (таблица 3).

Таблица 3.

Некоторые сравнительные характеристики активированных углей

Проведенные исследования позволяют рекомендовать применение активированного угля АУ-КУ для очистки регенерированного аминового раствора.

Заключение

Проанализировав и сопоставив литературные данные, установлено, что полученный целевой продукт по адсорбционной активности находится на уровне активированного угля из косточкового сырья, являясь одним из самых качественных мировых активированных промышленных углей, и значительно превосходит многие другие углеродные адсорбенты (таблица 3). Таким образом, проведенные исследования демонстрируют целесообразность переработки охарактеризованных отходов Республики Узбекистан на углеродные адсорбенты.

Оценена перспектива переработки отходов в виде косточек урюка, образующихся на предприятиях пищевой промышленности Республики Узбекистан, на активированные угли.