Активация глинистых адсорбентов омагниченным раствором серной кислоты

АННОТАЦИЯ

Расширение сфер применения твердых парафинов диктует необходимость глубокой их очистки от серы, ароматических углеводородов, минеральных масел и др. В данной статье рассматривается процесс активации адсорбента омагниченным раствором серной кислоты. Кислотной активации подвергались монтмориллонитово-гидрослюдистые (полиминеральные) глины Чименского месторождения и палыгорскит Тульсохского месторождения, которые расположены в Ферганской долине Республики Узбекистан. Результаты исследования общих и переходных пор отобранных глин до и после их кислотной активации представлены в виде таблицы.

Проведенные исследования показали, что наибольшая пористость достигается в адсорбенте из Тульсохского палыгорскита (0,31 см³/г). Показатели адсорбента, полученного из Чименской полиминеральной глины, практически приближаются к соответствующим показателям известного асканита из Грузии.

ABSTRACT

The expansion of the scope of application of hard paraffin necessitates their deep cleaning from sulfur, aromatic hydrocarbons, mineral oils, and others. This article discusses the process of adsorbent activation by a magnetized solution of sulfuric acid. Montmorillonite-hydromica (polymineral) clays of the Chimyon field and palygorskite of the Tulsokh field, which are located in the Ferghana Valley of the Republic o f Uzbekistan, underwent acid activation. The results of the study of total and transitional pores of selected clays before and after their acid activation are presented in table form.

Studies have shown that the highest porosity is achieved in the adsorbent from the Tulsokh palygorskite (0.31 cm3 / g). The indicators of the adsorbent obtained from the Chimyon polymineral clay are practically close to the corresponding indicators of the well-known Ascanite from Georgia.

Ключевые слова: парафин, очистка, бентонитовая и палыгорскитовая глина, активация, омагничивание, асканит, раствор Н₂SО₄, адсорбент, пористость, полиминеральная глина.

Keywords: paraffin, purification, bentonite and palygorskite clay, activation, magnetization, ascanite, Н2SO4 solution, adsorbent, porosity, polymineral clay.

В Узбекистане преимущественно добывают высокопарафинистые и высокосернистые нефти и на основе их переработки получают ряд продуктов, в том числе парафины, необходимые для различных отраслей экономики. В составе парафина, получаемого из местных нефтей, содержится множество сопутствующих веществ: минеральное масло, сера, ароматические соединения и другие. Особо остро стоит задача получения высокоочищенных парафинов для пищевой и фармацевтической промышленности, где они используются для обработки упаковочных материалов и получения суппозиториев, мазей и др. Их удаление в действующих на Ферганском и других нефтеперерабатывающих заводах путем контактного метода адсорбционной очистки парафина не дает желаемого результата из-за высокого содержания вышеназванных веществ в перерабатываемой нефти. Подбор эффективных адсорбентов для контактной и перколяционной установки позволяет повысить качество получаемого очищенного парафина и снизить себестоимость его производства [4; 9].

Глинистые адсорбенты являются главным компонентом процесса контактной очистки минеральных масел и парафинов на Ферганском нефтеперерабатывающем заводе. Поэтому сегодня повышению их сорбционной активности и избирательности уделяется особое внимание [6]. Известно, что натуральные природные глины проявляют слабую сорбционную способность при очистке минеральных масел и парафина. Так, например, использование термической активации опоковидной глины Кермининского месторождения (Навоийская обл.) не обеспечивает ту глубину очистки парафинов, которая требуется. Использование бентонитовых и палыгорскитовых глин в данном процессе требует проведения их кислотной активации [3].

При кислотной активации глинистых адсорбентов наблюдается растворение значительной части оксидов: СаО, МgО, Na₂O, FеО, Fе₂Оз, а также значительное увеличение размера пор, изменение химической природы поверхности, появление Н-формы сорбентов. Все это происходит длительное время – в течение 6 и более часов. На практике для активации глин применяют растворы серной кислоты с концентрацией до 20-25% (в зависимости от их минералогического и химического состава) [6].

В настоящее время для интенсификации выщелачивания скелетных катализаторов используют омагниченные растворы, которые не только ускоряют данный процесс, но и снижают расход ценных реагентов [2]. С учетом этого опыта в лабораторных условиях произведено омагничивание растворов серной кислоты с различной концентрацией с целью их дальнейшего применения при активации подобранных глин. Омагничивание растворов производили в специальном аппарате АМО-25 марки УХЛ-4. При этом регулирование напряженности магнитного поля в данном аппарате осуществляли выпрямителем типа ВСА-5К [5]. Кислотной активации подвергали монтмориллонитово-гидрослюдистые (полиминеральные) глины Чименского месторождения и палыгорскит Тульсохского месторождения, которые расположены в Ферганской долине Республики Узбекистан.

Активацию проводили следующим образом: в колбу емкостью 500 мл, снабженную обратным холодильником, мешалкой и наполненную 50 г сухой глины, измельченной и просеянной через сито с отверстиями 0,25 мм, помещали 250 мл омагниченного водного раствора Н₂SО₄ с изучаемой концентрацией. Обработку глин производили кипячением при перемешивании мешалкой в течение 6 часов. Активированные глины отфильтровывали на воронке Бюхнера и промывали нагретой дистиллированной водой до нейтральной реакции по лакмусу, затем эти образцы сушили в термостате при температуре 105-110°С до влажности 7,5-8%.

Известно, что при обработке глин минеральными кислотами часть окислов растворяется и удаляется с их поверхности. Следовательно, изменяется пористость получаемых глинистых адсорбентов, что, безусловно, отражается на их сорбционных и избирательных свойствах. При такой обработке увеличиваются объемы общих и переходных пор, эффективные радиусы которых находятся в пределах от 2-10'⁹ до 20.10"⁸ м [1].

Метод ртутной порометрии позволяет исследовать микро- и переходные поры глинистых адсорбентов при различных (от 500 до 1000 мПа) давлениях паров ртути [8]. Анализ пористости и, в частности, объемов переходных пор исследуемых глинистых адсорбентов до и после их кислотной активации нами проведен стандартным методом на ртутном порометре «Модель-200» фирмы «Сагbо Егbа strumantazion» (Италия). Продолжительность анализов составляла 30 минут, максимальное давление вводимой ртути равнялось 20x10⁵ кПа, и масса исследуемых образцов отбиралось 0,977 г каждая.

В табл. 1 представлены результаты исследования общих и переходных пор отобранных глин до и после их кислотной активации. Из табл. 1 видно, что известный асканит-бентонит из Грузии после обычной кислотной активации растворами с концентрацией 10,15 и 20% Н₂SО₄ повышает объем общих пор в 2-2,1 раза, а переходных – в 2-2,2 раза. При такой активации Тульсохский палыгорскит увеличивает объем пор в 1,3-1,4 раза, а переходных – в 2-2,1 раза. Причем Чименская полиминеральная глина увеличивает объем общих пор в 1,5-1,8 раза, а переходных – в 1,6-1,8 раза.

При использовании раствора серной кислоты, омагниченного при напряженности магнитного поля в 1240 эрстед асканит повышает объем общих пор в 2-2,6 раза, а переходных пор-в 2-2,4 раза. При такой активации Тульсохский палыгорскит повышает объем общих пор в 1,3-1,5 раза, а переходных пор – в 2-2,2 раза. Причем Чименская полиминеральная глина повышает объем общих пор в 1,7-2 раза, а переходных пор – в 1,6-2,1 раза.

Таблица 1.

Результаты исследования общих и переходных пор отобранных глин до и после их кислотной активации

Как видно из данных табл. 1, омагничивание раствора серной кислоты с концентрацией 10, 15 и 20% способствует повышению растворимости отдельных окислов и их выведению из структуры исследуемых глин. Это способствует повышению пористости и объема переходных пор активируемых глин, что благоприятно сказывается на их сорбционной активности и избирательности.

Кроме того, из табл. 1 видно, что омагничивание раствора серной кислоты позволяет снизить его расход при достижении одинаковой пористости получаемых адсорбентов.

Таким образом, результаты настоящих исследований позволяют сделать вывод о том, что активация бентонита, палыгорскита или полиминеральной (монтмориллонитово-гидрослюдистой) глины омагниченным в магнитном поле напряженностью в 860-1240 эрстед раствором серной кислоты с концентрацией в 10,15 и 20% более эффективна, чем традиционный способ активации. Причем наибольшая пористость получается в адсорбенте из Тульсохского палыгорскита (0,31 см³/г). Показатели адсорбента, полученного из Чименской полиминеральной глины, практически приближаются к соответствующим показателям известного асканита из Грузии [6].

Список литературы:
1. Арипов Э.А. Природные минеральные сорбенты, их активирование и модифицирование. – Ташкент: Фан, 1970. – 252 с.
2. Классен В.И. Перспективы применения магнитной обработки водных систем в химической промышленности // Химическая промышленность. – 1974. – № 1. – С. 49-52.
3. Комаров В.С. Адсорбенты и их свойства. – Минск: Наука и техника, 1977. – 245 с.
4. Мамадалиева С.В. Зависимость показателей очищаемого парафина от размера гранул применяемого адсорбента // Universum: Химия и биология: электрон. научн. журн. – 2019. – № 11 (65) [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/8079 (дата обращения: 05.11.2019).
5. Насретдинов Э.С., Рахимов Р.Б., Камилов М.З. Характеристика электромагнитного поля // Хранение и переработка сельхозсырья. – 1998. – № 2. – С. 20-21.
6. Панаушвили С.Н., Шишниашвили М.Е., Адладзе Л.Д. О природе кислотной активации аскангеля и влияние обменного (малоподвижного) алюминия на его коллоидно-химические свойства // Тр. института химии АН Грузии. – 1956. – № 12. – С. 23-35.
7. Рахмонов О.К., Мамадалиева С.В. Механизм воздействия ультразвука на парафин при его очистке композицией адсорбентов из местных глин // Universum: Химия и биология: электрон. научн. журн. – 2019. – № 11 (65) [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/8109 (дата обращения: 05.11.2019).
8. Таран Н.Г. Адсорбенты и иониты в пищевой промышленности. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. – 248 с.
9. Mamadaliyeva S.V., Abdurakhimov S.A. Purifying sulphur paraffine components adsorbent from local clay // Киберленинка [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/purifying-sulphur-paraffine-components-adsorbent-from-local-clay (дата обращения: 10.10.2019).