авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 |   ...   | 9 | 10 || 12 | 13 |   ...   | 20 |

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ДЕПАРТАМЕНТ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ И ...»

-- [ Страница 11 ] --

На сегодняшний день на предприятии внедрён ряд природоохранных мероприятий для снижения негативного воздействия хвостохранилища на атмосферный воздух. Основные из них – это закрепление пляжей хвостохранилища анионной битумной эмульсией, орошение внутренних дорог лигносульфанатом и закрепление бортов дамбы путём посева многолетней травы волосенца песчаного. Эти мероприятия дают положительные результаты, однако антропогенная нагрузка на атмосферный воздух данного региона по– прежнему остаётся значительной. Так, например, при скорости ветра выше 20 м/с любое нарушение целости структуры битумной плёнки приводит к её разрушению, и интенсивность пыления пляжей хвостохранилища многократно увеличивается. Битумной эмульсией также не могут быть закреплены свеженамытые хвосты, так как техника, которая осуществляет закрепление, не может перемещаться по свеженамытым пляжам.

Таким образом, необходимость разработки и внедрения инновационных проектных решений в области переработки вторичной продукции и снижения количества складируемых отходов горно перерабатывающего производства остаётся очевидной.

В этой связи, целью проведённых исследований являлось выявление нарушений в зоне воздействия хвостового хозяйства АНОФ–2 на компоненты окружающей природной среды, а также оценка состояния существующих природных экосистем. Это особенно важно для региона, в котором расположено рассматриваемое горно-перерабатывающее предприятие, так как природные экосистемы северных территорий имеют слабый потенциал самовосстановления, а, следовательно, повышенная антропогенная нагрузка на них может привести к исчезновению многих видов животных и растений, или исчезновению экосистемы в целом.

Научный руководитель – д-р техн. наук, проф. М. А. Пашкевич БИОИНДИКАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ НАЗЕМНЫХ ПТК В РАЙОНЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ КОМБИНАТА «СЕВЕРОНИКЕЛЬ» ГОРОДА МОНЧЕГОРСКА Е. Н. Литина Санкт-Петербургский государственный университет Северные регионы отличаются крайне чувствительными природно-территориальными комплексами (ПТК). А восстановление ПТК севера – процесс длительный и медленный, занимающий от нескольких десятков до нескольких сотен лет. В силу того, что в северных землях развита и продолжает активно развиваться горнодобывающая и перерабатывающая промышленность, исследование последствий её влияния на ПТК остаётся актуальным. В данной работе было проведено исследование содержания подвижных форм тяжёлых металлов (а конкретно, Cu, Ni, Co, Mn, Pb, Fe, Zn, Cd) в почве и в листьях брусники, отобранных на расстоянии 6, 10, 25, 40 км от комбината «Североникель» (основанного на переработке сульфидного медно–никелевого сырья).

Исследования включали в себя 3 этапа: полевой (натурные наблюдения, описания, отбор проб), лабораторный (химический анализ проб с помощью атомно–абсорбционного спектрометра NovAA Analytikjena), аналитический. Полевые работы проводились в июле 2009 и 2010 гг.

Результаты химического анализа содержания подвижных форм меди в органогенном и иллювиальном горизонтах почвы и в листьях брусники Максимальная концентрация подвижных форм (ПФ) меди обнаружена на расстоянии 6 км в органогенном горизонте почвы – 260 мг/кг, так же велико ее содержание и на расстоянии 10 км, в иллювиальном горизонте ее значительно меньше – 20 мг/кг, однако эта концентрация значительно превышает региональный фон (~ 0,7 мг/кг). За 10 лет этот показатель значительно не изменился.

Максимальное содержание ПФ меди в листьях брусники зафиксировано на расстоянии 6 км – 60 мг/кг. Это в 1,5 раза больше, чем в 2001 году (41 мг/кг). В конце 1980-х гг. этот показатель составлял 94 мг/кг. На расстоянии 10-12 км содержание меди в листьях брусники составило 14,6 мг/кг, что в 2,6 раза меньше, чем в 2001 г. В начале 1990–х гг. этот показатель составлял 32 мг/кг. Таким образом, можно сказать о снижении содержания меди в листья брусники за последние 20 лет. Максимальные значения содержания ПФ кобальта (2,4 мг/кг) отмечены в органогенном горизонте на расстоянии 25 км к югу от комбината, что превышает верхнюю границу регионального фона более чем в 5 раз. Исходя из данных ранних исследований, можно сказать, что средняя концентрация ПФ кобальта в органогенном горизонте почв сократилась в 5 и 6 раз за последние 10 и 20 лет соответственно. Отмечено довольно большое различие содержания кобальта в органогенном и иллювиальном горизонтах (в 3-4 раза). Максимальное содержание ПФ никеля в почвах отмечено на расстоянии 10 км от комбината – 90 мг/кг в органогенном горизонте. Это в 3 раза ниже уровня 1999 года. Содержание ПФ никеля в органогенном горизонте на расстоянии 6–7 км также имеет тенденцию к снижению. Можно сказать, что за последние 10-15 лет уровень ПФ никеля снизился в 3 раза. В листьях брусники максимальное содержание обнаружено на расстоянии 6 км – 130 мг/кг. Отмечено постепенное уменьшение концентрации по мере удаления от комбината. За последние 30 лет содержание ПФ никеля на всех участках снизилось в среднем в 1,5-2раза. Концентрация ПФ железа, цинка, марганца свинца в почве незначительно отличается от года к году и, в среднем, остаётся неизменной. Концентрация ПФ кадмия в почве в течение последних 10 лет снизилась в 2-3 раза. Концентрация этих элементов в листьях брусники постепенно снижается с каждым годом.

Литература 1. Г. М. Кашулина и др. Химический состав растений в экстремальных условиях локальной зоны комбината «Североникель». – Апатиты, 2008.

2. В. К. Жиров и др. Структурно–функциональные изменения растительности в условиях техногенного загрязнения на крайнем севере. – Москва, 2007.





Научный руководитель – канд. геогр. наук, доц. М. Г. Опекунова ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ КАТАЛИЗ И АДСОРБЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ МЕХАНИЗМА ОКИСЛЕНИЯ 2,3,6-ТРИМЕТИЛФЕНОЛА В РАСТВОРАХ MO-V-P ГЕТЕРОПОЛИКИСЛОТ В 2,3,5-ТРИМЕТИЛ-1,4-БЕНЗОХИНОН – КЛЮЧЕВОЙ ПОЛУПРОДУКТ СИНТЕЗА ВИТАМИНА Е Ю. А. Родикова Новосибирский государственный университет Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН Среди физиологически активных природных органических соединений, таких как алкалоиды, гормоны, антибиотики и др., витамины занимают особое место. Витамины - незаменимые для жизни органические вещества разнообразной структуры, являющиеся биологическими катализаторами химических реакций или реагентами фотохимических процессов, протекающих в живой клетке, причем в организме человека и животных не синтезирующиеся и поступающие в него только из внешней среды [1].

За почти 90-летнюю историю с момента открытия витамина Е было обнаружено, что он благоприятствует обмену жиров, поддерживает нормальную деятельность нервных волокон в мышцах, облегчает течение сердечно-сосудистых заболеваний. Токоферолы как класс являются природными антиоксидантами [2].

Востребованность 2,3,5-триметил-1,4-бензохинона (ТМХ) связана с тем, что он является ключевым полупродуктом в многостадийном процессе синтеза витамина Е. В настоящее время в промышленности ТМХ получают каталитическим окислением 2,3,6-триметилфенола (ТМФ) в присутствии водного раствора СuCl2 с добавками хлоридов Li+, NH4+ и других солей с выходом 94 %. Основным недостатком такого катализатора является его способность хлорировать часть ТМХ в экологически опасные хлорхиноны, родственные диоксинам, которые приходится выделять и утилизировать, чтобы избежать их попадания в конечный продукт – витамин Е. Поэтому очень важно разработать метод, лишенный этих недостатков. Это позволит создать более эффективное производство: уменьшить расход реагентов, минимизировать затраты на очистку продуктов и утилизацию отходов, и, как следствие, снизить себестоимость целевого продукта.

Еще в середине 90-х годов в ИК СО РАН в группе катализаторов на основе гетерополикислот (ГПК) было показано, что растворы Мо-V-Р ГПК являются эффективными катализаторами реакции окисления ТМФ в ТМХ. В то время использовались растворы ГПК, не обладающие высокой термостойкостью. В последние годы были разработаны способы синтеза растворов модифицированных Мо-V-Р ГПК, обладающих высоким окислительным потенциалом (Е) и более высокой термостойкостью. Это позволило после реакции окисления субстрата быстро регенерировать растворы ГПК кислородом при 170°С и р(О2) = 2-4 атм. Все это дает возможность рассматривать их в качестве перспективных катализаторов для создания промышленного процесса окисления ТМФ кислородом с получением продукта высокой частоты, не требующего дополнительного очищения.

Цель данной работы – детальное изучение кинетики окисления ТМФ в ТМХ в растворах модифицированных ГПК, что позволит сделать выводы об особенностях механизма реакции и подобрать наиболее оптимальные условия для ее осуществления.

В рамках поставленной цели уже выполнены следующие задачи:

1. Исследовано влияние природы органического растворителя на селективность реакции окисления ТМФ в ТМХ в двухфазной системе: водный раствор ГПК + раствор субстрата и продуктов реакции в органическом растворителе. Из полученных данных сделан вывод о том, что природа растворителя оказывает очень сильное влияние на селективность (S) окисления ТМФ. Для обеспечения высоких значений S необходим полярный растворитель. В присутствии различных растворителей величина S убывает в ряду:

спирты н-карбоновые кислоты сложные эфиры, кетоны простые эфиры. Максимальное значение S ( 98 %) наблюдается при использовании первичных неразветвленных спиртов (С6 – С8).

2. Исследовано влияние концентрации V(V) в растворе ГПК-7 на селективность реакции окисления ТМФ и сделан вывод о том, что повышение концентрации V(V) в растворе ГПК (более высокое значение Е) приводит к увеличению селективности реакции. При концентрации V(V) выше 1,7 моль/л обеспечивается максимальное значение S = 98–99%.

В настоящее время продолжаются исследования по изучению влияния мольного отношения ГПК:ТМФ на активность и селективность катализатора. Из уже полученных данных видно, что при увеличении мольного отношения ГПК:ТМФ время реакции уменьшается;

скорость реакции возрастает с ростом температуры.

В дальнейшем на основе полученных данных планируется решение таких задач, как подбор оптимальных условий реакции, обеспечивающих наилучшие параметры процесса (активность, селективность, производительность);

анализ полученных данных, выводы о механизме реакции.

Литература 1. В. М. Березовский. Химия витаминов. Изд. 2-е. - М.: «Пищевая промышленность», 1973. – 5 с.

2. Солдатенков, А.Т., Колядина, Н.М., Шендрик, И.В. Основы органической химии лекарственных веществ. – М.: Химия, 2001. – 112 с.

Научный руководитель – д-р хим. наук Е. Г. Жижина СПЕКТРОКИНЕТИЧЕСОЕ ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ОКИСЛЕНИЯ МОНООКСИДА УГЛЕРОДА НА ПОВЕРХНОСТИ МОДЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ CuO/CeO2 МЕТОДОМ РФЭС Д. Ю. Осадчий, Д. А. Свинцицкий Новосибирский государственный университет Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН Окисление монооксида углерода является одной из практически важных реакций для широкого спектра экологических приложений. Разработка катализаторов низкотемпературного окисления CO играет большую роль в решении таких задач, как получение сверхчистого H2 для топливных элементов (PROX-процесс [1]), дожигание CO в выхлопных газах автомобилей и создание сверхчувствительных сенсоров CO. Высокая активность в рассматриваемом процессе хорошо известна для благородных металлов, но их высокая стоимость и ограниченная доступность стимулируют исследования по созданию каталитических систем на основе более дешёвых d-металлов (Cu, Fe, Mn, Cr и др.).

Одной из перспективных систем для окисления CO являются медно-цериевые катализаторы CuO/CeO2, для которых была показана активность при температуре ниже 400 K [1]. Важным для разработки эффективного медно-цериевого катализатора является определение структуры его активных центров, а также механизмов протекающих на них Ox-Red процессов, что невозможно без получения информации о составе поверхности и химических состояниях образующих её атомов. Одним из наиболее подходящих для этого методов является метод рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС). Таким образом, целью данной работы являлось спектрокинетическое изучение с помощью метода РФЭС процесса окисления CO на поверхности модельной медно-цериевой системы непосредственно в камере спектрометра.

Все эксперименты по приготовлению и исследованию CuO/CeO2 системы были проведены с помощью фотоэлектронного спектрометра VG ESCALAB HP. Синтез CuO/CeO2 системы осуществляли путём напыления окисленных медных кластеров на предварительно приготовленную тонкую плёнку CeO2. Оксид церия был получен термическим разложением нанесённой на танталовую фольгу пленки раствора нитрата церия (III) при 723 K. Окисленные медные кластеры на поверхность CeO2 напыляли с помощью воздействия ВЧ-разряда на медный электрод в течение 4 минут в атмосфере кислорода (P(O2) = 25 Па) с последующим отжигом в вакууме при 723 K в течение 30 минут. С помощью метода просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) было показано, что используемые в данной работе условия напыления медных кластеров приводят к образованию на поверхности частиц с размерами 2–5 нм. При этом методом РФЭС было установлено, что после напыления медь на поверхности CeO2 находилась только в состоянии Cu2+.

После приготовления модельной системы было проведено исследование взаимодействия с СО при температурах 353 К, 373 К и 393 К. Значения экспозиции газа варьировались в пределах 225 – 1,35· Лэнгмюр (L). В результате кинетического тестирования было установлено, что полученные наночастицы CuO/CeO2 обладают реакционной способностью по отношению к CO уже при температуре 353 K. При 373 K восстановление Cu2+ на начальном участке происходило с невысокой скоростью, достигнув соотношения Cu1+/Cu2+= 0,3 только при суммарной экспозиции CO ~2,5·108 L, в то время как при 393 K соответствующая глубина восстановления (Cu1+/Cu2+= 0,31) была достигнута уже при экспозиции CO, равной 1,5·104 L.

Методом РФЭС было показано, что во всех экспериментах восстановление Cu2+ протекало только до состояния Cu1+ и состояние металлической меди не наблюдалось.

Математическая обработка полученных спектральных данных позволила построить кинетические кривые процесса восстановления оксидных медных наночастиц при температурах 373 и 393 K. Для начального и конечного участков кинетических кривых была проведена количественная оценка значения реакционной способности (РС) кислорода наночастиц CuO. Реакционную способность определяли как отношение числа прореагировавших молекул СО с кислородом наночастиц CuO к общему числу ударов молекул CO о поверхность. Число актов реакции оценивали по изменению соотношения интенсивностей линии Cu2р, соответствующих состояниям меди (II) и меди (I) в спектрах после деконволюции. РС на начальном участке кинетической кривой (малые экспозиции CO) оказалась равной ~10-8 и ~10-4 при 373 и 393 K, соответственно. При высоких значениях экспозиции CO РС при данных температурах различалась незначительно (~10-10 и 10-9 для T=373 и 393 K, соответственно).

Таким образом, в данной работе были синтезированы наночастицы CuO на поверхности пленки CeO2 с размерами 2–5 нм. Применение методики спектрокинетических измерений позволило показать, что кислород в составе этих наночастиц CuO обладает заметной реакционной способностью по отношению к СО ( 10-8) уже при низких температурах, начиная с Т = 353 K, которая достигает максимального значения ~10-4 при 393 K. Из полученных данных была оценена энергия активации реакции восстановления наноразмерного оксида меди на поверхности оксида церия, которая оказалась равной 36 ± 9 кДж/ моль.

Литература 1. G. Avgouropoulos, J. Papavasiliou, T. Ioannides. PROX reaction over CuO–CeO2 catalyst with reformate gas containing methanol // Catal. Comm. – 2008. – Vol. 9. – I. 7 – 1656-1660.

Научные руководители – д-р хим. наук, проф. А. И. Боронин, канд. хим. наук А. И. Стадниченко КЕТОНИЗАЦИЯ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ В ПРИСУТСТВИИ ОКСИДНЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ ДЛЯ СИНТЕЗА ПАРАФИНОВ Ю. А. Зайцева, М. Н. Симонов, А. А. Шутилов, Г. А. Зенковец Институт катализа им. Борескова СО РАН, г. Нвосибирск Широкое применение тепловых двигателей, использующих нефтепродукты, привело к повышенному загрязнению воздуха, почвы и водоемов. Вредные вещества, попадающие в воздух при хранении и использовании нефтяных топлив, способствуют нарушению газообмена в организме, появлению кислородного голодания и возникновению нарушения функционирования всех систем организма;

обладают канцерогенными, тератогенными, мутагенными свойствами. Одним из наиболее интересных направлений, развиваемых в целях охраны окружающей среды, является более широкое использование биотоплива вместо нефтепродуктов для минимизации отрицательного влияния вредных выбросов отработанных газов дизельных двигателей на здоровье населения и окружающую среду. Весьма перспективным сырьем для производства топлива является растительная биомасса, которая является постоянно возобновляемым источником органического сырья [1-3].

Карбоновые кислоты представляют собой важный класс производных биомассы, так как могут быть использованы в качестве базовых соединений для производства топлива и ценных химических соединений в промышленных масштабах. Реакция каталитической кетонизации карбоновых кислот с последующим гидрированием образующегося кетона в алкан представляет собой один из перспективных методов получения парафинов – компонента моторных топлив. Вместе с тем кетоны широко используются в промышленности как индивидуальные соединения, а также для последующих превращений в ценные химические вещества. Реакция кетонизации является экологически безопасной, так как в ходе нее две молекулы карбоновой кислоты превращаются в кетон, при этом на одну молекулу кетона выделяется по одной молекуле воды и диоксида углерода. Согласно литературным данным активные катализаторы обычно представляют собой оксиды кислотной и щелочной природы.

Целью данной работы является исследование активности оксидных катализаторов в реакции кетонизации валериановой кислоты с образованием 5-нонанона, выбранной в качестве модельного соединения. Для проведения исследования проведен скрининг в реакции кетонизации валериановой кислоты более 40 образцов оксидных катализаторов, на основе TiO2, MnO2, CeO2, ZrO2. Исследована их каталитическая активность в зависимости от природы и концентрации активной фазы, а также от температуры реакции и скорости подачи реагента. Реакцию проводили в парофазном режиме в стеклянном U-проточном реакторе, обогреваемом печью с контролируемым обогревом, в диапазоне температур от 308оС до 405оС при атмосферном давлении водорода. Анализ компонентов реакционной смеси осуществляли методом ГЖХ на хроматографе «Хромос ГХ-1000» с пламенно-ионизационным детектором и капиллярной колонкой Stabilwax-DA (50 м/0,32 мм/ 0,5 мкм) (США).

В ходе тестирования синтезированных оксидных катализаторов показано, что образование кетона происходит с высоким выходом, причем установлено, что наиболее активными катализаторами являются 10%CeO2/ZrO2 и 10%Y2O3/ZrO2 c выходом целевого продукта, 5-нонанона, 89,9 и 86,5 %, соответственно.

С увеличением температуры реакции от 308 до 405оС конверсия валериановой кислоты увеличивается, а селективность по 5-нонанону уменьшается как в случае 10% CeO2/ZrO2, так и в 10 %Y2O3/ZrO2.

С уменьшением времени контакта наблюдается рост селективности по 5-нонанону, в то время как конверсия кислоты остается приблизительно постоянной в присутствии исследованных катализаторов. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности данного двухстадийного метода получения парафинов, включающего стадию кетонизации карбоновой кислоты и стадию гидрирования кетона в алкан.

Литература 1. A. Corma, S. Iborra, A. Velty, Chem.Rev. – 2007. – 107. – P. 2411-2502.

2. J. H. Clark, V. Budarin, F. E. I. Deswarte, J. J. E. Hardy, F. M. Kerton, A. J. Hunt, R. Luque, D. J. Macquarrie, K. Milkowski, A. Rodriguez, O. Samuel, S. J. Tavener, R. J. White, A. J. Wilson, Green Chem. – 2006. – 8. – P. 853-860.

3. Biorefineries - Industrial Processes and Products (Eds.: B. Kamm, P. R. Gruber, M. Kamm), Wiley-VCH, Weinheim, 2006.

Научный руководитель – канд. хим. наук, доцент И. Л. Симакова СЕЛЕКТИВНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ГЛЮКОЗЫ В ГЛЮКОНОВУЮ КИСЛОТУ В ПРИСУТСТВИИ НАНОДИСПЕРСНЫХ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПАЛЛАДИЙСОДЕРЖАЩИХ КАТАЛИЗАТОРОВ Н. В. Громов Новосибирский государственный университет Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН Глюконовая кислота широко применяется в медицине, целлюлозно-бумажной, текстильной и фармацевтической отраслях промышленности в качестве сырья для производства биоразлагаемых полимеров, биоразлагаемого детергента, биоразлагаемого кислотного и комплексообразующего агента и т.д.

В настоящее время глюконовая кислота производится биотехнологически, причем промышленный метод её получения имеет ряд таких недостатков, как низкая скорость химической реакции, высокие требования к стерильности сырья и оборудования, а также образование большого количества сточных вод, наносящих значительный вред окружающей среде и/или требующих тщательной очистки.

В данной работе предлагается более эффективный и экологически безопасный метод каталитического жидкофазного окисления глюкозы молекулярным кислородом в присутствии гетерогенных катализаторов, которые представляют собой нанесенные наночастицы благородного металла или сплава, содержащего благородный металл. Использование таких катализаторов значительно сокращает количество промышленных отходов, не требует применения агрессивных химических агентов, упрощает процесс отделения катализатора от жидкой реакционной среды, позволяет многократно использовать катализатор, то есть приводит к возможности разработки экологически безопасных процессов.

Ранее нами было проведено исследование каталитической активности Pd/C в реакции селективного окисления глюкозы. Палладиевые катализаторы продемонстрировали высокую активность в изучаемом процессе (селективность образования глюконовой кислоты до 95 % при конверсии глюкозы 90 %), однако оказались нестабильны. Было установлено, что дезактивация палладиевых катализаторов происходит в результате окисления наночастиц Pd во время контакта с реакционной средой.

Согласно литературным данным, промотирование палладиевых катализаторов рядом химических элементов приводит к увеличению их активности в реакции селективного окисления сахаров, а также возрастанию стабильности к дезактивации в условиях реакции. Анализ литературы показал, что наиболее перспективны палладийсодержащие катализаторы состава Pd-Ru и Pd-Au, поэтому целью данной работы являлась оптимизация биметаллических палладиевых катализаторов, промотированных рутением и золотом, в реакции селективного окисления глюкозы.

Было проведено исследование каталитической активности в реакции селективного окисления глюкозы до глюконовой кислоты биметаллических катализаторов (Pd-Ru/C, Pd-Au/C, Pd-Au/Al2O3) с различными Активность, мольГК*г-1*ч- соотношениями благородных металлов, нанесенных на Pd-Au/C м углеродный носитель Сибунит и -Al2O3. Полученные Pd-Au/Al2O значения активности сравнивали с каталитической активностью Pd-, Ru-, Au-содержащих монометаллических катализаторов. Промотирование рутением не увеличивает активность и стабильность монометаллического палладиевого катализатора. Сравнение Ru, Pd и Ru-Pd (содержание каждого металла ~ 1 % вес.) показало, что активность биметаллического катализатора 0 20 40 60 80 обеспечивается исключительно присутствием палладия Содержание Au, мольн. % (активности составили 0, 0,8 и 0,8 мольГлюК-ты*гPd Зависимость каталитической активности Pd-Au 1*ч-1 соответственно).

катализаторов от содержания Au Для выявления влияния Au на палладиевые системы был протестирован широкий ряд биметаллических Pd-Au образцов с различным соотношением благородных металлов при суммарном содержании ~ 2 % вес. В результате был обнаружен синергетический эффект для Pd-Au/C и Pd-Au/Al2O3 катализаторов, который максимально проявляется для катализаторов, содержащих 10–20 мольн.% Pd и 80–90 мольн.% Au, и соответствует приблизительно трехкратному увеличению скорости реакции (см. рисунок).

Научные руководители – канд. хим. наук О. П. Таран, младш. научн. сотр. И. В. Делидович РАЗРАБОТКА ГЕТЕРОГЕННОГО КАТАЛИЗАТОРА ФЕНТОНА ДЛЯ ПРОЦЕССОВ ПОЛНОГО ОКИСЛЕНИЯ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ К. А. Сашкина Новосибирский государственный университет Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН В настоящее время большое внимание уделяется поиску экологически чистых и универсальных методов обезвреживания водных растворов. Реакции окисления органических веществ пероксидом водорода привлекательны тем, что сочетают в себе большую окислительную способность и достаточную безопасность для окружающей среды. Гомогенная система Фентона, представляющая собой раствор соли железа и пероксида водорода, достаточно активна в окислительных реакциях, однако ее применение ограничено узким диапазоном рабочих pH и образованием шламового железа. Существуют гетерогенные катализаторы, по механизму действия аналогичные гомогенной системе Фентона, – это различные соединения железа в составе пористых носителей, среди которых наиболее перспективными являются железосодержащие цеолиты. В Институте катализа СО РАН разработан эффективный катализатор окисления низкомолекулярных органических загрязнителей воды на основе микропористого цеолита FeZSM-5. Однако данный катализатор показал низкую активность в полном окислении крупных органических молекул.

Целью данной работы является создание универсального гетерогенного катализатора Фентона на основе цеолита FeZSM-5, активного в реакции полного окисления как низко-, так и высокомолекулярных органических соединений.

В работе определены оптимальные условия приготовления хорошо окристаллизованного микропористого силикалита FeZSM-5 с размером частиц 1,5 мкм. Изучены адсорбционные свойства полученного катализатора по отношению к фенолу и лигнину. Вид изотермы адсорбции фенола соответствует монослойному заполнению поверхности. По уравнению Лэнгмюра определены константа адсорбции и адсорбционная емкость FeZSM-5 по отношению к фенолу – 667 M-1 и 0,51 ммоль/гкат, соответственно. Для лигнина максимальная наблюдаемая адсорбция составляет ~30 мг/гкат, что соответствует полислойной адсорбции лигнина на внешней поверхности цеолита. Проведено сравнение гетерогенной и гомогенной систем Фентона в полном окислении фенола. Максимальная степень минерализации фенола при концентрации пероксида водорода 1 М не превышает 70 % в гомогенной системе Фентона и составляет 95 % в системе FeZSM-5/H2O2. Однако при окислении лигнина в системе FeZSM-5/H2O2 степень минерализации не превышает 50 %, возможно, из-за низкой величины внешней поверхности катализатора, доступной для крупных молекул лигнина.

Для увеличения внешней поверхности катализатора в работе разрабатывается технология синтеза железосодержащего цеолита c иерархической системой микро/макропор в диапазоне 0,51 – 0,56 нм/100 – 800 нм. Для формирования бипористой текстуры цеолита использовали темплатный метод, основанный на применении структурообразующей матрицы с частицами заданного размера во время гидротермального синтеза, с ее последующим удалением посредством выжигания. Для создания макропор синтезировали темплат из плотно упакованных монодисперсных полистирольных сфер, имеющих размер в диапазоне 400– 1100 нм (рис. слева). Получена зависимость размера полистирольных сфер от температуры полимеризации стирола. Разработана технология синтеза силикалита со структурой цеолита ZSM-5 с регулярной трехмерной макропористостью с применением полистирольного темплата (рис. справа).

Темплат из монодисперсных полистирольных сфер (слева) и Fe-силикалит со структурой ZSM-5, полученный темплатным методом (справа) Показано, что величина внешней поверхности бипористого силикалита со структурой ZSM- увеличивается с 26,8 до 190,5 м2/г, а также увеличивается общий объем пор – с 0,22 до 0,68 см3/г по сравнению с микропористым цеолитом.

Научный руководитель – канд. хим. наук Е. В. Пархомчук АДСОРБЦИОННЫЕ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОРИСТОГО ПОЛИМЕРА, МОДИФИЦИРОВАННОГО МИЦЕЛЛЯРНЫМИ НАНОЧАСТИЦАМИ СЕРЕБРА Д. А. Сухарева Башкирский государственный университет, г. Уфа Наночастицы металлов представляют собой новый, малоизученный класс химических соединений, получаемых восстановлением ионов металлов в обратных мицеллах с помощью сверхсильных восстановителей. Наночастицы металлов обладают собственным спектром, а также стабильны во времени и под действием кислот и щелочей. Исследование влияния модифицирования наночастицами на сорбционные свойства адсорбентов представляет фундаментальный и практический интерес. Целью настоящей работы было исследование влияния модификации мицеллярными наночастицами серебра на сорбционные и термодинамические свойства пористого полимерного сорбента Dowex L-285.

Исходным сорбентом является Dowex L-285, представляющий собой пористый полимер на основе стирола и дивинилбензола. Удельная поверхность составляет 800 м2/г, а средний диаметр пор – 25.

Наночастицы серебра были синтезированы в обратных мицеллах АОТ (бис (2-этилгексил)сульфосукцинат натрия) со степенью гидратации и растворены в изооктане. Модификация проводилась из расчета 1 мл раствора наночастиц на 1,5 г. пористого полимера в среде 25 мл изооктана. Степень модифицирования контролировалась спектрофотометрически при 440 нм. По истечении двух часов оптическая плотность раствора падала до нуля, что свидетельствовало о практически полной адсорбции мицелл на поверхность пористого полимера.

Исследование проводилось на хроматографе «Хром-5» с пламенно-ионизационным детектором на колонке 500*3 мм. Скорость газа-носителя азота составляла 60 мл/мин.

В качестве сорбатов были выбраны органические вещества различной природы. Константы адсорбционно-десорбционного взаимодействия – константы Генри – определялись путём экстраполяции удельных удерживаемых объёмов к нулевой величине вводимой пробы.

В гомологических рядах н-алканов и н-спиртов экстраполированные удерживаемые объёмы растут с увеличением числа атомов углерода. Это говорит о физической природе сорбции на изучаемых образцах.

Установлено, что модифицирование пористого полимера приводит к образованию полярной поверхности с доступными для адсорбатов наночастицами серебра, которые способны к донорно-акцепторным взаимодействиям с молекулами спиртов. Показано, что для ряда спиртов С2-С4 углеводородный радикал практически не влияет на –U.

В результате длительной работы колонки мицеллы наночастиц способны к перегруппировке на поверхности полимера. Наблюдается обратимый эффект: мицеллярные наночастицы частично десорбируются и адсорбируются вновь, создавая в колонке концентрационные зоны. Адсорбция на таких зонах будет менее упорядочена, чем на поверхности с равномерно нанесёнными наночастицами, что приводит к меньшей –dS и повышению параметров удерживания. Прогрев до 400 °С приводит к деструкции мицелл вследствие чего наночастицы серебра становятся более доступны для молекул спиртов, и –U последних показывает обратную зависимость от поляризуемости.

Ag Ag адсорбционный центр адсорбционный центр Адсорбция наночастицы серебра на адсорбционном центре поверхности пористого полимера Полученные данные позволяют рекомендовать изученные сорбенты для микроконцентрирования органических токсикантов из различных экосистем.

Научные руководители – асс. В. Ю. Гуськов, д-р хим. наук, проф. Ф. Х. Кудашева ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОЧИСТКЕ ВОДЫ ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОРБЕНТОВ НА ОСНОВЕ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ Н. П. Радченко Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова, г. Барнаул Загрязнение водных ресурсов нефтепродуктами является одной из актуальных проблем современности.

Нефтепродукты могут находиться в воде в нерастворенном, эмульгированном и растворенном состояниях.

Образуя на поверхности водоема пленку, они препятствуют газообмену с окружающей средой, в результате чего нарушается самоочищающая способность водоема и его биологическое равновесие. Нефть и нефтепродукты могут попадать в водные объекты различными путями – в результате сброса в водоемы неочищенных или недостаточно очищенных производственных нефтесодержащих вод, неорганизованного отвода ливневых стоков в городах, а также вследствие техногенных аварий и разливов при добыче, транспортировке и хранении нефти. Существуют различные методы очистки воды от нефтепродуктов – механические, физико-химические, электрохимические, биологические, химические. Выбор какого-либо из них или комплекса нескольких методов осуществляется на основании данных о концентрации нефтепродуктов в воде, их составе и требуемой степени очистки.

Одним из наиболее эффективных методов удаления из воды растворенных нефтепродуктов является адсорбционный. В качестве адсорбентов в настоящее время успешно используются различные неорганические, органические вещества природного и искусственного происхождения. Применение синтезированных сорбентов обеспечивает довольно высокую эффективность очистки воды от нефтепродуктов, однако их применение ограничивается достаточно жесткими требованиями к воде, направляемой на очистку, и дороговизной получаемых материалов. Для создания новых типов сорбентов, позволяющих исключить подобные недостатки, были проведены исследования по очистке воды от нефтепродуктов с использованием отходов деревообработки – древесных опилок.

Первоначально была изучена статическая сорбционная емкость сосновых и осиновых опилок по отношению к нефтепродуктам. Для этого в статических условиях были наведены модельные растворы с содержанием нефтепродуктов от 5 до 100 мг/л, после чего в каждый раствор добавлялось по 1 г опилок.

Содержимое колб непрерывно перемешивалось в течение двух часов. Затем производилось отстаивание суспензии в течение 30 мин и осветленные растворы анализировались на нефтепродукты методом ИК спектрометрии. Полученные данные приведены на рисунке.

А,мг/г 0 20 40 60 80 100 С,мг/л Вид древесины:

-1- сосна -2- осина Статическая емкость древесных опилок по отношению к нефтепродуктам Как видно из рисунка, изотермы сорбции для обоих видов опилок имеют практически линейный характер, при этом достигая максимальных значений 3,2 мг/г и 2,8 мг/г соответственно у осиновых и сосновых опилок. Следует отметить, что в диапазоне концентраций от 5 мг/л до 100 мг/л исследуемая фракция нефтепродуктов является растворимой в воде, однако для нее не было отмечено предела насыщения сорбента, что говорит о высокой сорбционной способности данных опилок по отношению к нефтепродуктам. Полученные данные позволяют также сделать вывод о том, что на характер сорбции нефтепродуктов не оказывает влияния вид древесины.

Таким образом, проведенные исследования позволяют рекомендовать древесные опилки в качестве основы при получении сорбционного материала для очистки воды от нефтепродуктов.

Научный руководитель – канд. техн. наук, доцент В. А. Сомин ИССЛЕДОВАНИЕ АДСОРБЦИОННОЙ ОЧИСТКИ ВОД ОТ ФЕНОЛА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НОВЫХ УГЛЕРОДНЫХ АДСОРБЕНТОВ Е. С. Великанова, Н. В. Гора Кемеровский технологический институт пищевой промышленности Кемеровская область является одним из крупнейших промышленных регионов России. Сосредоточение на малой территории большого количества промышленных предприятий приводит к возникновению в области напряжённой экологической ситуации, особенно для водных ресурсов.

Наиболее характерными загрязняющими веществами рек Кемеровской области являются нефтепродукты, фенолы. Фенол относится к экологически опасным соединениям, так как приводит к нарушению функций нервной системы. Отравление фенолом проявляется в резком кратковременном возбуждении с последующим угнетением, судорогами и параличом дыхательного центра.

Целью работы было исследование возможности использования новых дешёвых углеродных адсорбентов для очистки воды от фенолов. Объектами исследования являлись углеродные адсорбенты марок АБГ (ПО «Карбоника Ф», г. Красноярск) и Пуролат – Стандарт (ОАО «Синтез», г. Ростов-на-Дону), а также произведённый по традиционной технологии гранулированный активный уголь марки АГ-ОВ- (ОАО «Сорбент», г. Пермь).

Изотермы адсорбции фенола из водного Адсорбция фенола изучалась на модельных растворах раствора углеродными адсорбентами марок в статических условиях в интервале концентраций от Пуролат – Стандарт (1), АБГ (2) и АГ-ОВ-1 (3) ПДК до 15 ммоль/дм3. Экспериментальные изотермы адсорбции фенола представлены на рисунке. Анализ полученных изотерм показал, что исследуемые новые сорбенты обладают меньшей адсорбционной ёмкостью по сравнению с АУ, полученным по традиционной технологии. При этом адсорбция фенола на буроугольном сорбенте АБГ несколько выше, чем на полученном из антрацита (Пуролат – Стандарт).

Рассчитанные величины предельной адсорбционной ёмкости (a0) и предельного адсорбционного объёма (W0) сорбентов АБГ и Пуролат – Стандарт близки по значению и приблизительно в 3 раза хуже по сравнению с АГ-ОВ-1 (табл.).

Различие в адсорбционном поведении исследуемых сорбентов связано, вероятно, с их структурными характеристиками. Суммарная площадь поверхности (SБЭТ) АУ марки АГ-ОВ-1 значительно больше, чем для остальных исследуемых адсорбентов (табл.). Кроме того, этот АУ можно отнести к сорбенту с порами смешанного типа (объёмы микро- и мезопор для него практически равны). АУ марки АБГ можно отнести к мезопористым, а Пуролат – Стандарт – к макропористым адсорбентам.

Характеристики углеродных адсорбентов адсорбционные структурные прочие m d, Марка АУ W0, а0, SБЭТ, Vs, Vмикро, Vмезо, Сб, см3/г ммоль/г м2/г м3/г м3/г м3/г руб./м кг/м АГ-ОВ-1 0,226 2,57 682 0,46 0,22 0,24 0,028 3, АБГ 0,070 0,80 419 0,26 0,02 0,24 0,096 4, Пуролат – 0,068 0,77 311 0,07 0,07 - 0,100 5, Стандарт – себестоимость очистки воды (при прочих равных условиях) с учётом цен сорбентов на 2011 г.

Данные равновесия адсорбции позволяют рассчитать теоретически приблизительную минимальную дозу адсорбента (md), необходимую для очистки 1м3 воды, при условиях очистки растворов с исходной концентрацией фенола 0,01 мг/дм3 (10 ПДК) до значения ПДК.

Расчёты показали (табл.), что стоимость очистки 1 м3 воды с использованием исследуемых адсорбентов различается незначительно. Поэтому возможно использование углеродных сорбентов марок АБГ и Пуролат – Стандарт для очистки низкоконцентрированных фенолсодержащих вод, при этом целесообразней использовать адсорбент марки АБГ.

Научный руководитель – старш. преп. Н. С. Голубева ЗАКОНОМЕРНОСТИ АДСОРБЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ НА АКТИВИРОВАННЫХ УГЛЕВОЛОКНИСТЫХ АДСОРБЕНТАХ Г. Ф. Фазылова, У. Т. Габдуллина Башкирский государственный университет, г. Уфа Целью данной работы явилось изучение поверхностных свойств различных типов углеродных волокон для последующего применения в решении экологических задач. В качестве молекулярных зондов были использованы полярные и неполярные органические соединения, моделирующие различные типы межмолекулярных взаимодействий.

Активированные углеродные волокна (АУВ) являются перспективными промышленными адсорбентами, которые широко применяются в адсорбционных процессах. Для разработки новых направлений использования углеродных материалов и обоснованного выбора адсорбентов для конкретных технологических целей необходимо знание их пористой структуры и химии поверхности. Наиболее эффективным методом позволяющим осуществить такие исследования является метод обращенной газовой хроматографии.

Эксперимент проводили на газовом хроматографе модели «CHROM-5» с пламенно-ионизационным детектором. Перед измерениями исследуемый образец кондиционировали в токе газа-носителя – азота.

Изотермы адсорбции рассчитаны из проявительных хроматограмм по методу Глюкауфа. Изотермы, полученные в условиях эксперимента, прямолинейны. Установлено, что с ростом температуры адсорбция падает, что характерно для физической адсорбции. На рисунках приведены изотермы а дсорбции паров н-гексана и этанола при различных температурах..

а б Изотермы адсорбции паров этанола (1-3) и н-гексана (1-3) при температурах 280°С (1), 290°С (2), 300°С (3) на активированном углеродном волокне: а) окисленный концентрированной серной кислотой;

б) модифицированный наночастицами серебра Удерживаемые объемы и дифференциальные теплоты сорбции определены при нулевых заполнениях поверхности адсорбента. Рассчитаны термодинамические параметры сорбции. На основании рассчитанных теплот сорбции был сделан вывод о том, что углеродное волокно должно эффективно удалять из воды такие токсиканты, как фенолы и анилины, которые наносит огромный вред флоре и фауне водных объектов.

Для расчета полярности применялся метод линейного разложения параметров удерживания, который основан на разложении индексов Ковача или теплот сорбции сорбатов в виде суммы вкладов различных межмолекулярных взаимодействий. Показано, что адсорбция органических соединений на поверхности углеродных волокон независимо от метода модифицирования определяется дисперсионной составляющей, которая составляет – 71–99 %, а вклад индукционно-ориентационного, электронодонорного, электроноакцепторного взаимодействия невелик и составляет 0,5–12,5 %, 0–19,1 %, 0–13,9 % соответственно.

Полученные с помощью обращенной газовой хроматографии результаты позволяют сделать вывод о возможности дальнейшего применения этих адсорбентов для селективного извлечения различных токсикантов из объектов окружающей среды.

Научные руководители – канд. хим. наук, доцент Э. Р. Валинурова, д-р. хим. наук, проф. Ф. Х. Кудашева ПРИРОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ВОСТОЧНОГО КАЗАХСТАНА КАК ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СОРБЕНТЫ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И РАДИОНУКЛИДОВ А. С. Торопов Семипалатинский государственный педагогический институт Изучены перспективные направления использования природных материалов – витрофиров и цеолитов для извлечения тяжелых металлов и радионуклидов из загрязненных вод.

На основе модельных экспериментов определены параметры сорбции меди, цинка, кадмия и свинца витрофирами и цеолитами: кинетика сорбции, влияние рН среды, размер фракций сорбента.

Для сорбции ТМ витрофирами оптимальным временным интервалом активного транспорта катионов ТМ к поверхности частиц витрофиров (временем взмучивания) можно считать 60-90 минут, причем, раньше сорбционное равновесие данного природного материала наступает со свинцом и кадмием, несколько позже – с медью и цинком в пределах указанного временного интервала.

Оптимальное время контакта с сорбентом в состоянии покоя для всех изученных элементов составило минут. При увеличении времени контакта фаз степень сорбции не изменяется до 360 минут взаимодействия, находясь в равновесии, после чего количество поглощенного элемента значительно падает при 1440 и минутах взаимодействия. Особенно заметно уменьшение сорбционной способности витрофиров к цинку:

количество поглощенного иона металла при отстаивании в течение 2880 минут было на 70 % меньше, чем при оптимальном времени контакта. Это в первую очередь может быть связано с преобладанием в адсорбции цинка слабых ван-дер-ваальсовых сил.

Оптимальным размером частиц витрофиров для извлечения ионов ТМ из растворов является фракция 0,315-1,00 мм, поскольку степень сорбции ТМ этой фракцией близка к максимальному значению, при этом в процессе сорбции не возникает затруднений для разделения контактирующих фаз, что важно для технологического применения данного метода очистки. Сорбция ТМ витрофирами оптимальна при нейтральной реакции среды.

Температурная активация витрофиров увеличивала их сорбционную емкость по отношению к ионам ТМ.

Оптимальная температура активации для адсорбции меди – 350C, для адсорбции цинка – 500C, для поглощения свинца и кадмия – 400C. Продолжительность активации в значительной мере определяет поглотительные характеристики сорбента. Оптимальным временем температурной активации является минут. При увеличении времени активации сорбционные способности витрофиров снижаются, что можно объяснить разрушением микроструктур сорбента. Кислотная активация не повышает сорбционных характеристик витрофиров. Обработанный 1 н HCl в течение 1 часа сорбент поглощал меньше ТМ, чем контрольный образец.

Регенерация сорбента проводилась 0,01 н и 0,05 н растворами HCl. В результате регенерации в десорбирующий раствор переходит 28-50 % и 34-67 % адсорбированных ТМ соответственно. Отмечено, что кадмий и медь более прочно удерживаются витрофирами, так как их десорбция примерно в 1,4-1,7 раза ниже, чем цинка и свинца. Сорбционная емкость витрофиров после регенерации достаточно высока, чтобы использовать его вторично.

Условия адсорбции ТМ цеолитами несколько отличаются. Для данных природных материалов характерна более высокая кинетика сорбции: оптимальное время взмучивания – 15 минут, время контакта с сорбентом в состоянии покоя – 10 минут для всех изученных ТМ. Исследования влияния размера фракций сорбента не проводились, поскольку для всех модельных опытов был использован порошок цеолита с d 0,25 мм.

Значение оптимальной температуры активации такое же, как у витрофиров (350-400C), за исключением цинка, где максимум адсорбции наблюдали в опытах с сорбентом, активированным в диапазоне 600–800C. Регенерацию цеолитов не проводили.

Изученные сорбенты способны к очистке сточных вод от ионов ТМ. Экспериментально установлено, что витрофиры и цеолиты, при соблюдении указанных выше оптимальных условий и температурной активации 400 C в течение 1 часа, очищают сточную воду метизно-фурнитурного завода города Семей, содержащую 6740 мкг/дм3 цинка, 174,6 – меди, 95,2 – свинца, 7,88 – кадмия, до уровня фоновых значений этих элементов в речных водах по Livingstone, 1963.

Проведены пилотные исследования способности цеолитов месторождения «Багратион» Восточного Казахстана в составе матрицы композиционного сорбента «ферроцианид меди либо никеля – цеолит»

сорбировать цезий из модельных растворов. Установлено, что коэффициент распределения для цезия при динамической сорбции в течение 60 минут и соотношением сорбент – раствор = 1:1000 достигает значений порядка 105. Использование данного композиционного сорбента может быть целесообразно для очистки от цезия и других радионуклидов жидких радиоактивных отходов остановленной реакторной установки БН-350 в г. Актау, Казахстан. Проводится дальнейшее изучение данного направления исследования.

Научный руководитель – д-р биол. наук, проф. М. С. Панин ПОЛУЧЕНИЕ КАТАЛИЗАТОРА ПАРОВОЙ КОНВЕРСИИ ТИПА АКН К. И. Печеркина Национальный исследовательский Томский политехнический университет Открытое акционерное общество «Ангарский завод катализаторов и органического синтеза»

Конверсия газов – переработка газов с целью изменения состава исходной газовой смеси. Конвертируют обычно газообразные углеводороды (метан и его гомологи) и окись углерода с целью получения водорода или его смесей с окисью углерода. Такие смеси используются для синтеза органических продуктов и в качестве газов-восстановителей в металлургии или подвергаются дальнейшей переработке для получения водорода. Конверсию проводят с применением в качестве окислителей различных реагентов (кислорода, водяного пара, двуокиси углерода и их смесей). Возможно также использование для этой цели окислов металлов. Наиболее экономичным сырьем для конверсии является метан (природный газ).

Реакции окисления гомологов метана идут аналогичным образом. Различают конверсию газов каталитическую и высокотемпературную.

Каталитическую конверсию метана проводят с водяным паром в трубчатых печах с внешним обогревом (паровая конверсия), а также с парокислородной смесью в аппаратах шахтного типа при небольшом (1,5-2 кгс/см2) и повышенном (20-30 кгс/см2) давлениях. Наилучший катализатор – никелевый с различными добавками.

Высокотемпературную конверсию осуществляют в отсутствие катализаторов при температурах 1350-1450С и давлении до 30-35 кгс/см2, при этом происходит почти полное окисление метана и других углеводородов кислородом до СО и Н2. Примерный состав газа, получаемого при высокотемпературной кислородной некаталитической конверсии метана: 3-4 % СО, 36-38 % СО2, 57-59 % Н2, 0,2-0,4 % СН4, 2 % N2.

Преимущества этого метода – в отсутствии катализатора и несложном аппаратурном оформлении, недостаток – повышенный расход кислорода.

Конверсию окиси углерода применяют преимущественно для производства водорода. Использование катализаторов обеспечивает необходимую скорость реакции. Конверсию окиси углерода обычно ведут при 400-450°С, невысоком или повышенном давлении с подачей трехкратного (против стехиометрического) и большего избытка водяного пара.

Совместно с ОАО «АНХК» были проведены исследования основных свойств катализатора АКН, произведенного лабораторным методом на готовом носителе.

Результаты исследования свойств катализатора АКН Наименование показателей Норма по нормативному Данные, полученные качества и техническому документу в результате исследований 1. Размеры гранул, мм Диаметр наружный, в пределах 18,0±2,0 18, Высота, в пределах 18,0±2,0 18, 2. Насыпная плотность, кг/дм3, не 1,4 1, более 3. Механическая прочность:

1.Разрушающее усилие при раздавливании на торец, МПа, не менее среднее 18 19, 9 12, минимальное 4. Массовая доля кальция и магния 2,0 2, в пересчете на СаО, %, не менее 5. Массовая доля никеля, в 6,0 6, пересчете на NiО, %, не менее 6. Массовая доля калия, в пересчете 2,3 2, на К2О, %, не менее Литература 1. Технологический регламент производства катализаторов паровой конверсии АКН, ГИАП-8, ГИАП 3-6Н, К-87, К-910 и носителя для катализаторов КГН-1, КГН-2;

2. Технологический регламент установки каталитического риформинга углеводородсодержащих газов цеха 15-19 химического завода ОА «АНХК».

Научный руководитель – канд. техн. наук, доцент, С. В. Эрдман ЧИСТАЯ ВОДА – ЗАЛОГ ЗДОРОВЬЯ И ДОЛГОЛЕТИЯ!

Л. Н. Жирнова, Э. Ержанова Кокшетауский государственный университет им. Ш. Ш. Уалиханова Красноярская средняя школа № 1, г. Кокшетау Производственные отходы, сбрасываемые в окружающую среду, приводят к серьёзным последствиям, поскольку при этом происходит нарушение экологического равновесия. Необходимо совершенствовать существующие методы обезвреживания производственных отходов и разрабатывать новые способы очистки сточных вод. Значительный интерес представляет синтез углеродсодержащих сорбентов на основе минерального и растительного сырья.

Цель – создание новых углеродсодержащих сорбентов на основе сырья Кокшетауского региона (сосновые опилки), установление закономерностей формирования морфологии и структуры сорбентов, изучение их физико-химических характеристик и сорбционных свойств. Исследование путей синтеза углеродных материалов из растительного сырья для практического применения.

Научная новизна работы заключается в изучении новых карбонизованных сорбентов из нетрадиционного сырья с хорошими сорбционными свойствами. Установлена структура новых сорбентов и его физико химические характеристики.

Методы исследований: cпектральный анализ, электронно-микроскопическое исследование, атомно адсорбционный анализ водных систем, гравиметрический, титриметрический, колориметрический методы.

Объектом исследования были выбраны опилки сосны (СО), растущие на больших площадях Кокшетауского региона.

Определить качество воды можно по органолептическим показателям (привкус, запах, цвет, мутность), токсикологическим показателям (алюминий, свинец, мышьяк), показателям, которые влияют на органолептические свойства воды (рН, марганец, кальций, железо, нефтепродукты), по химическим веществам, образующимся при обработке воды (остаточный хлор, серебро). Среди основных загрязнителей – тяжёлые металлы со специфическими токсическими свойствами: попадая в атмосферу, природные воды, почвы, в организм человека, животных и растений они накапливаются и могут привести к необратимым изменениям в биосфере.

Анализ современного состояния технологии получения сорбентов показывает, что изыскание дополнительных источников сырья и снижение затрат на его переработку является одной из важных проблем в этой области.

В настоящее время значительное внимание уделяется применению активированных углей в качестве сорбентов ионов тяжелых и благородных металлов. Во многих регионах Казахстана проблема качества воды остается острой. Одним из наиболее эффективных способов очистки воды от токсичных элементов является метод сорбции. Использование местного сырья позволит создавать эффективные сорбенты относительно низкой себестоимости. По результатам проведённых испытаний можно сделать следующие выводы:

Изучены физико-химические основы синтеза углеродсодержащих сорбентов на основе сосновых опилок Кокшетауского региона;

Определены физико-химические параметры углеродсодержащих образцов: удельная поверхность, плотность и пористость свидетельствуют о хорошей сорбционной активности карбонизационных СО;

Методом электронной микроскопии показано изменение морфологии и структуры образцов;

Изучена сорбция ионов тяжелых металлов в статических условиях;

Выявлен механизм химической природы процесса поглощения тяжелых металлов;

Опытным путем установлено, что поглощение ионов меди карбонизованными сорбентами, полученными в окисленной среде, составляет 93 %, ионов свинца – 97 %;

Высокая сорбционная способность карбонизованных сорбентов при физической и химической сорбции обусловлена высокой удельной поверхностью, пористостью;

Полученные сорбенты по своей сорбционной активности к метиленовому голубому не уступают таковой активированного угля, традиционно используемого в качестве адсорбента;

Сорбенты на основе карбонизованных сосновых опилок (КСО) могут быть рекомендованы для очистки природных и сточных вод.

Научный руководитель – канд. хим. наук Н. Н. Нурмуханбетова ИССЛЕДОВАНИЕ МОЛЕКУЛЯРНО-СИТОВЫХ СВОЙСТВ УГЛЕРОДНЫХ СОРБЕНТОВ ИЗ АНТРАЦИТОВ И УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНЫХ ЩУПОВ А. В. Бервено Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН, г. Новосибирск Институт углехимии и химического материаловедения СО РАН, г. Кемерово ООО «Сорбенты Кузбасса», г. Кемерово Выбросы углекислого газа и метана загрязняют окружающую среду и являются большой проблемой угольной промышленности. Одним из путей решения проблемы является использование сорбентов для детектирования и улавливания этих газов. Для этого применяют сорбционные ловушки и установки.

Ещё одной областью применения углеродных сорбентов с молекулярно-ситовыми свойствами является выделение водорода из синтез-газа – из смеси с окисью углерода с помощью установок короткоцикловой безнагревной адсорбции (КБА), обладающих высокой эффективностью. Кроме того, углеродные молекулярные сита (УМС) используют для изготовления электродов суперконденсаторов и аккумуляторов.

В лаборатории углеродных наноструктурированных материалов Института углехимии и химического материаловедения СО РАН разрабатывается методика получения УМС из волокна и антрацитов. В результате работы получены образцы микропористых сорбентов с широким спектром свойств.

Цель работы: Для определения оптимальных условий получения углеродных молекулярных сит из волокна и антрацитов изучали сорбционно-кинетические свойства полученных образцов.

Объект исследования: углеродные микропористые сорбенты из антрацита (размер сферических частиц 0,1–0,4 мм) и углеродных волокон (диаметр 20–30 мкм, длина около 1 мм), активированных в кислороде воздуха при различных температурах (400–800С).

Методика работы: Состав функциональных групп изучался по ИК-спектрам. Для изучения пористости использовали сорбцию в УМС бензола, воды, метанола. Анализ сорбционно-кинетических свойств сорбентов проводили методом молекулярных щупов (адсорбционная хроматография).

В результате работы:

Были изучены УМС из антрацита и углеродного волокна, полученные при разных температурах активации. По данным ИК-спектроскопии и элементного анализа, при окислении наблюдается удаление алифатических и образование кислородсодержащих, в основном, ОН-групп.

Методом молекулярных щупов установлены удельные удерживаемые объемы газов и коэффициенты разделения (Кр). Установлено, что из антрацитов получаются УМС, позволяющие с высокой эффективностью выделять водород из синтез-газа и концентрировать метан и углекислый газ из воздуха (2–3 л/г), а УМС из волокна позволяет разделять воздух на азот и кислород (Кр от 5 до 15) и синтез-газ на водород и монооксид углерода (Кр от 20 до 50).

В таблице представлены данные адсорбционной хроматографии, позволяющие оценить селективность полученных из антрацитов микропористых сорбентов. Видно, что на сорбционно-кинетические свойства УМС из антрацитов наибольшее влияние оказывают размер частиц и степень обгара (убыли массы) при активации. При уменьшении частиц УМС происходит увеличение удельных удерживаемых объемов газов, независимо от степени обгара. Наибольшие величины сорбции метана и коэффициента разделения газов достигнуты в образцах 6–10 %, размером 0,1–0,3 мм.

Зависимость коэффициента разделения СО/Н2 в УМС из антрацитов Кузбасса от фракции и степени обгара Фракция, мм Степень обгара, % Кр СО/Н 0,125-0,32 8,6 15, 0,125-0,32 6,5 0,125-0,5 12,2 9, 0,32-0,4 10,1 0,5-0,6 13 1, 0,125-0,4 5,3 19, 0,09-0,32 10,3 С помощью метода молекулярных щупов установлено, что в полученных из углеродного волокна УМС в зависимости от температуры активации (при увеличении в ряду 500, 600, 700, 800С) происходит рост Кр СО/Н2, что говорит об увеличении числа микропор размером 0,25 нм, соответствующим размеру молекулы водорода, и соответствующим уменьшением микропор размером 0,27 нм (молекула СО).

Заключение:

Синтезированы молекулярно-ситовые сорбенты из антрацита и углеродного волокна, эффективные в выделении водорода из синтез-газа, концентрировании метана и углекислого газа. Исследованы их сорбционно-кинетические свойства, состав функциональных групп, элементный состав.

Научный руководитель – канд. хим. наук, ведущ. научн. сотр. В. П. Бервено ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИХ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ В ВОДНЫХ СРЕДАХ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫМ МЕТОДОМ С ПОМОЩЬЮ ТВЕРДОФАЗНОЙ СОРБЦИИ НА МОДИФИЦИРОВАННЫХ ЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ МАТРИЦАХ А. В. Страшко Саратовский государственный технический университет Для концентрирования и выделения микроэлементов из водной среды и технологических растворов используют сорбенты, получаемые на основе природного полимера – целлюлозы. Они отличаются высокими эксплуатационными свойствами и эффективностью процесса очистки воды от различных экотоксикантов, в том числе и полициклических ароматических углеводородов (ПАУ).

Важной задачей экологического мониторинга является определение ПАУ, которые трудно обнаруживаются в объектах окружающей среды. Высокочувствительным является метод твердофазной люминесценции, позволяющий устанавливать как общее содержание ароматических веществ, так и их отдельных представителей. В твердофазной люминесценции применяют следующие матрицы: силикагель, ацетат натрия, пенополиуретан, фильтровальную бумагу. Последняя матрица получила наибольшее распространение.

Нами была изучена люминесценция ПАУ на фильтровальной бумаге [1, 2] и на матрице из диацетата целлюлозы. Для улучшения аналитических характеристик метода проведена модификация матриц поверхностно-активными веществами (ПАВ) различной природы: анионным – додецилсульфатом натрия (ДСН) и катионным – цетилтриметиламмоний бромидом (ЦТАБ).

Анализ с использованием фильтровальной бумаги характеризуется высоким квантовым выходом как флуоресценции, так и фосфоресценции сорбированных ПАУ, однако эффективность сорбции гидрофобных ПАУ данной гидрофильной матрицей невысока. Известно, что диацетат целлюлозы является гидрофильным пленкообразующим полимером, набухает в воде, и, в отличие от бумаги, не растворяется в ней [3].

Целью данной работы было изучение возможности использования пленки на основе диацетата целлюлозы в качестве сорбционной матрицы в люминесцентном методе определения полициклических ароматических углеводородов.

Синтез полимера осуществляли в двух растворителях: ацетоне и смеси ацетона с водой (95:5). Для изучения эффективности сорбции в наших исследованиях использовался пирен фирмы «Fluka» марки «purum». ПАУ сорбировали в динамическом режиме. Затем полимерный сорбент сушили при комнатной температуре. Изучение сорбции ПАУ проводили на стационарном спектрофлуориметре на базе монохроматора ДФС-24 с разрешением 0,5 нм в спектральной области от 200 до 800 нм.

Установлено, что оптимальная концентрация ДСН, при которой наблюдается максимальный сигнал флуоресценции пирена, соответствует критической концентрации мицеллообразования (ККМ) (8·10-3 М).

Это свидетельствует о высокой сорбции анионного ПАВ на матрице диацетата целлюлозы и солюбилизации молекул пирена на поверхности матрицы в гидрофобном адсорбционном слое. При увеличении концентрации ПАВ после ККМ наблюдается снижение интенсивности твердофазной люминесценции.

При использовании катионного ПАВ в качестве модификатора ДАЦ установлено, что при увеличении концентрации ЦТАБ в растворе наблюдалось возрастание интенсивности флуоресценции пирена. Это позволяет предположить, что катионное ПАВ лучше взаимодействует с гидрофильным полимером ДАЦ.

Были проведены сравнительные исследования интенсивности флуоресценции пирена в растворах ПАВ и на ДАЦ. Максимальная относительная интенсивность флуоресценция пирена как в водно-мицеллярных растворах ЦТАБ, так и при сорбции пирена из растворов ЦТАБ на пленки ДАЦ, оказалась значительно выше, чем у ДСН.

Таким образом, использование сорбента из диацетата целлюлозы, модифицированного поверхностно активными веществами, позволяет повысить интенсивность сигнала люминесценции. При этом сорбция катионного ПАВ на полимерной матрице более эффективна по сравнению с анионным ПАВ. Таким образом, данный сорбент позволяет повысить чувствительность метода твердофазной люминесценции ПАУ и снизить пределы обнаружения анализируемых веществ, а также улучшить на этой основе физико химические характеристики люминесценции ПАУ.

Литература 1. А. В. Ткаченко, О. А. Дячук, Т. И. Губина. Применение люминесцентного метода для определения полициклических ароматических углеводородов в водных средах // Сб. научных трудов «Экологические проблемы промышленных городов». – Саратов: Изд-во СГТУ. – 2007. – стр. 245-247.

2. O. A. Djachuk, A. V. Tkachenko. The luminescence of polycyclic aromatic hydrocarbons on modified by surface-aktive agent cellulose // Proc. SPIE. – 2008. – Vol. 6791. – 67910P-1 – 67910P-6.

3. З. А. Роговин. Основы химии и технологии химических волокон: в 3 т. Т. 1 / 2-е изд. перераб. – М.: Химия, 1974. – 520 с.

Научные руководители – д-р хим. наук, проф. Т. И. Губина, д-р хим. наук, проф. Г. В. Мельников ВЛИЯНИЕ ПОЛИУРЕТАНОВЫХ ОТХОДОВ НА ФОРМОВОЧНЫЕ СВОЙСТВА ПАСТ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАРБОНИЗАТОВ В ТЕХНОЛОГИИ АКТИВНЫХ УГЛЕЙ НА ТОРФЯНОЙ ОСНОВЕ Д А. Дмитриева, И. В. Гераськина Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, г. Москва В рамках развития сырьевой базы разрабатываемой в университете технологии гранулированных активных углей на торфополиуретановой основе, для их получения использованы ПУ отходы в виде чистых фрагментов изношенных технических изделий из адипрена Л-167. Исследования выполнены с использованием сырьевых композиций (паст), на базе ПУ и различных масс серной кислоты (к) и торфа (т) Мпу:Мк:Мт = 1) 1:0,8:0,8;

2) 1:0,8:1;

3) 1:1:0,6;

4) 1:1:0,8;

5) 1:1:1;

6) 1:1,5:0,6;

7) 1:2:0,4;

8) 1:3:0,4;

9) 1:5:0,4;

10) 1:7:0,4.

Способность каждой сырьевой пасты к формованию оценивали совокупностью её реологических свойств, определенных по диаграммам, построенным по полученным экспериментально на приборе Толстого данным, обработанным с использованием реологической модели Максвелла-Кельвина Шведова [1]. Результаты расчета значений приведенных относительных деформаций, соответствующих условиям пребывания образцов паст № 1-8 и 10 в шнековом экструдере [2], указывают, что более половины их общей деформации составляет эластическая, доли в ней упругой составляющей – около 30–40 %, а доли пластической составляющей крайне малы. Следствием этого являются хорошие формовочные свойства данных сырьевых композиций. Большинству образцов свойственны высокие значения модулей упругости E и эластичности E2 наряду с очень высокой пластической вязкостью 1, что обусловливает повышенные энергетические затраты на перемешивание и формование соответствующих сырьевых композиций.

Совокупность изученных свойств позволяет отнести пасты № 1–8 и 10 к первому структурно механическому типу с оптимальной формуемостью, а пасту № 9 – к нулевому структурно-механическому типу (т.е. система подвержена хрупкому разрушению и практически не формуется).

После недельной выдержки гранулированные пасты подвергли пиролизу при нагреве со скоростью 10°С/мин до 800°С с получасовой выдержкой при этой температуре.

Величины выхода карбонизатов сырьевых композиций можно обособить в три группы. Первым двум из них соответствуют образцы 1 и 2, 3–5 и 7–10. Для образцов первых двух групп заметен рост В с увеличением доли торфа в пасте, причем максимальны величины В у образцов 1 и 2. Для образцов 7– характерно отсутствие зависимости В от массы кислоты в сырье.

Карбонизаты паст имеют средние для углеродных адсорбентов серийного производства значения суммарного объема пор и небольшие объёмы сорбирующих пор по бензолу, что говорит о неразвитой структуре микропор. Ничтожно малы и значения сорбирующих пор по четыреххлористому углероду, указывая на аналогичный недостаток мезопористой структуры. Величины суммарного объёма пор по воде и по бензолу образцов 1 и 2 увеличены, а значения сорбирующих пор по воде и четыреххлористому углероду, наоборот, сокращены. Для образцов 3–5 все эти величины возрастают с долей торфа в сырье, а у образцов 7–10 можно отметить уменьшение суммарного объема пор по воде с ростом массы кислоты в продукте растворения в ней ПУ. Сорбционная емкость по йоду увеличивается при переходе от меньших номеров к большим в сериях образцов 1, 2 и 3–5;

она максимальна у образцов 1 и 2. Других зависимостей не выявлено.

Совокупность полученных данных о пористой структуре карбонизатов и величинах сырьевых затрат на их производство позволяет выделить образец 1 как наиболее перспективный для исследования рациональных условий, целесообразности и эффективности его активации.

Литература 1. В. Л. Балкевич, Ю. М. Мосин. Реологические свойства керамических масс. Уч. пособие. – М.: МХТИ им. Д. И. Менделеева. – 1983. – 68 с.

2. М. П. Воларович, М. И. Малинин. Исследование реологических свойств торфов пониженной влажности // Коллоидн. ж. – 1958. – Т. 20. – № 3. – с. 311-317.

Научный руководитель – д-р тех. наук, профессор В. Н. Клушин ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА КАЧЕСТВО КАРБОНИЗАТОВ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ФРАГМЕНТОВ УТИЛЬНОЙ МЕБЕЛИ НА УГЛЕРОДНЫЕ АДСОРБЕНТЫ Е. В. Зенькова, О. Д. Рыжкова, Н. А. Егорова Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, г. Москва Использование в качестве сырья углесодержащих отходов является сложившейся и продолжающей развиваться тенденцией производства углеродных адсорбентов.

Мало- или неутилизируемые твердофазные отходы различной тоннажности представляют серьезную проблему экологического и экономического плана во многих хозяйственных отраслях, в том числе в коммунальном хозяйстве [1]. Среди ТБО, в частности, значительную долю составляют практически не находящие полезного использования отходы вышедшей из употребления мебели в виде фрагментов, выполненных из ДСП и пенополиуретановых (ППУ) амортизирующих элементов.

Рациональность исследования возможности и эффективности переработки таких отходов на активные угли обусловлена прежде всего перспективой решения экологических задач: утилизации отходов названных полимеров и ДСП с получением углеродных адсорбентов и для решения широкого круга технологических и природоохранных задач [2]. Важными предпосылками этого являются два обстоятельства: 1) основу ДСП составляет древесина – традиционное сырье для производства активных углей, 2) предварительная химическая переработка ППУ–отходов позволяет обеспечивать их эффективное вовлечение в названное производство.

Для переработки охарактеризованных отходов принят традиционный метод парогазовой активации, одной из ключевых стадий которого является пиролиз сырьевой композиции названных материалов.

Результаты выявления влияния конечной температуры этого процесса на адсорбционные свойства получаемых карбонизатов представлены в настоящей публикации. Пиролизу с интенсивностью нагрева 10 /мин и изотермической выдержкой при конечной температуре в течение 30 минут подвергали гранулированную сырьевую композицию оптимального состава ( m ППУ : m H 2 SO4 ) : m ДСП = (1:1,6):0,7, выдержанную в эксикаторе в течение 7 суток. Результаты оценки пористой структуры полученных карбонизатов в виде суммарного объема пор (V) и объемов сорбирующих пор по бензолу (VsC6H6), четыреххлористому углероду (VsCCl4) и воде (VsH2O), а также их адсорбционной активности по метиленовому голубому (E) и йоду (F) представлены в таблице.

Характеристика пористости образцов t, С V, см3/г VsH2O, см3/г Vs C6H6, см3/г VsCCl4, см3/г E, мг/г № Образца F, % 1 500 0,7692 0,0914 0,0279 0,0019 1,5127 5, 2 600 0,7949 0,1060 0,0060 0,0185 1,3568 16, 3 700 0,8253 0,1186 0,0548 0,0186 1,5084 19, 4 800 0,8544 0,1230 0,0268 0,0194 2,4184 17, Анализ табличных данных позволяет констатировать, что карбонизат с оптимальными пористой структурой и поглотительными свойствами получен при конечной температуре пиролиза 700С.

По оценочным свойствам он близок к карбонизатам, полученным при переработке на высококачественные гранулированные активные угли торфополимерных сырьевых композиций [3], что определяет целесообразность его использования для исследования процесса активации водяным паром с целью получения активного угля.

Литература 1. В. Н. Клушин, А. И. Родионов, И. Л. Кесельман, В. Н. Голубев. Углеродные адсорбенты на основе полимерсодержащих отходов. – Москва: Биоларус, 1993. – 141с.

2. Л. П. Тихонова, В. Е. Гоба, М. Ф. Ковтун и др. Сорбция ионов металлов из многокомпонентных водных растворов активными углями, полученными из отходов. // ЖПХ. – 2008. – Том 81. Вып. 8, стр. 1269 1276.

3. А. Н. Хомутов. Основы технологии активных углей из отходов полиуретанполиамидных тканей и торфа. Дисс. к. т. н. – Москва: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2005. – 161 с.

Научный руководитель – д-р техн. наук, проф. В. Н. Клушин СОРБЦИОННАЯ ОЧИСТКА ВОДНЫХ СИСТЕМ Ж. З. Кайрнасова Кокшетауский государственный университет им. Ш. Ш. Уалиханова В зависимости от степени загрязнения применяют различные способы очистки воды в соответствии с ее предполагаемым использованием, но в любом случае пригодность воды для хозяйственно-питьевых нужд определяется действующим стандартом. Требования ГОСТ 2874-82 к химическому составу воды включают 20 показателей для веществ, встречающихся в природных водах [1]. При этом одна группа показателей призвана обеспечить безопасность воды для здоровья населения, другая – не допустить нарушения органолептических свойств воды. Основное количество питьевой воды для обеспечения населения города получают из рек и других естественных водоемов. Однако, вследствие неблагоприятного антропогенного воздействия на окружающую среду состояние водоемов таково, что вода повсеместно становится экологически опасной для человека.

Для очистки производственных сточных вод применяют, в зависимости от состава их загрязнений и требований к качеству очищаемой воды, методы механической, биохимической, физико-химической, химической обработки и др. [1]. Очистка сточных вод на углях – сорбентах представляет самостоятельный технологический процесс, часто применяемый в комплексе с другими (коагуляцией, флотацией, фильтрованием и т.п.). Адсорбцию используют для удаления из сточных вод трудно окисляемых и специфических органических загрязнений. Она внедряется при неприменимости или неэффективности биохимической очистки стоков, особенно при создании замкнутых систем предприятий [2].

Замена биохимической очистки на физико-химическую обработку, включая сорбцию, в 3-6 раз сокращает площадь очистной станции, при этом удаляется 90-95 % загрязнений. Внедрение физико химической очистки с адсорбцией на углях вызвано не только экономическими соображениями, но и необходимостью получения глубоко очищенной воды.

Анализ литературы показывает большую перспективность природных сорбентов в процессах очистки воды от ионов растворенных веществ. Широкий набор селективных ионообменников, их дешевизна, наличие эффективных методов регулирования ионообменных характеристик – все эти факторы благоприятствуют применению природных дисперсных минералов для подготовки и очистки воды в различных производствах.

Решить вопросы сохранения и восстановления природной среды можно только на основе широкого использования доступных, дешевых и эффективных сорбентов. Этим требованиям во многом отвечают природные неорганические сорбенты: месторождения природных сорбционных материалов составляют миллионы тонн;

они гораздо дешевле синтетических сорбентов;

они обладают высокой температурной и радиационной стойкостью по сравнению с ионообменными смолами [3].

Большинство органоминеральных сорбентов используется для извлечения тех или иных компонентов химического состава из водных систем, а также для очистки питьевых и сточных вод промышленных предприятий. Как показали наши исследования, в водопроводной воде г. Кокшетау были обнаружены не только ионы тяжелых металлов, но ряд радиоактивных элементов. Ниже приведен состав воды, определенный методом атомно-абсорбционной спектроскопии в лаборатории радиохимии и экологии на содержание радиоизотопов и в аналитическом центре КазНУ им. аль-Фараби – на содержание тяжелых металлов. Установлено, что содержание радиоактивных элементов находится в допустимых пределах:U- 0,639±0,049;

U-234 1,553±0,068;

U-235 0,033±0,01 Бк/л.

Содержание тяжелых металлов в водопроводной воде г. Кокшетау Ионы Co Ni Fe Cu Zn Cd Pb Hg Концент., мкг/л 0,006 0,008 0,004 0,005 0,019 0,002 0,025 ПДК мкг/л 0,009 0,009 0,004 0,003 0,005 0,003 0,03 0,001о Концентрация цинка и меди в водопроводной воде превышает предельно допустимые нормативы соответственно в 3,8 и 1,7 раз (таблица). Для очистки питьевой воды и сточных вод промышленных предприятий г. Кокшетау необходимо было выбрать минеральное и растительное сырье для синтеза дешевого и эффективного сорбента.

Литература 1. ГОСТ 2874-82: Вода питьевая. М.: Госкомстандарт, 1982. – 26 с.

2. Н. В. Кельцев. Основы адсорбционной техники. М.: Химия,1980. – 512 с.

3. Ю. Ю. Лурье. Аналитическая химия промышленных сточных вод. М.: Химия,1984. – 447с.

Научные руководители – канд. хим. наук Н. Н. Нурмуханбетова, канд. геогр. наук Н. Б. Казангапова ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЛИНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ В КАЧЕСТВЕ СОРБЕНТОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ И РАЗДЕЛЕНИЯ ВЕЩЕСТВ С. М. Макажанова Кокшетауский государственный университет им. Ш. Ш. Уалиханова Для очистки воды все большее применение находят неуглеродные сорбенты естественного и искусственного происхождения (глинистые породы, цеолиты и некоторые другие материалы).

Использование таких сорбентов обусловлено их достаточно высокой сорбционной емкостью, избирательностью, катионообменными свойствами некоторых из них, сравнительно низкой стоимостью и доступностью (иногда – как местного материала).

Глинистые породы, в состав которых обычно входят материалы с регулярной структурой – наиболее распространенные неорганические сорбенты для очистки воды. По структуре и физико-химическим свойствам их можно разделить на несколько групп [1].

I. Дисперсные кремнеземы осадочного происхождения, на 68–99 % состоящие из аморфного диоксида кремния.

II. Слоистые и слоисто-ленточные алюможелезомагниевые силикаты, делящиеся на минералы с расширяющейся и жесткой структурой. Первые (вермикулит и монтмориллонит) составляют основу бентонитовых глин и «отбеливающих земель». Чаще всего монтмориллонит оказывается самым эффективным глинистым минералом для очистки воды от различных органических примесей. Площадь поверхности монтмориллонита достигает 766 – 833 м2/г.

У слоистых сорбентов с жесткой структурой (каолинит, тальк и гидрослюда) активная поверхность обусловлена лишь вторичной структурой, т.е. переходно- и макропористыми пространствами между микрокристаллами силикатов. Площадь поверхности каолинита – 60 м2/г.

Механизм сорбции загрязнений из воды на глинистых минералах достаточно сложен и включает вандерваальсовы взаимодействия углеводородных цепочек с развитой поверхностью микрокристаллов силикатов и кулоновское взаимодействие заряженных и поляризованных молекул сорбата с положительно заряженными участками поверхности сорбента, содержащими ионы Н+ и Al3+ [2].

Некоторые глины достаточно активны в естественном состоянии, но большую часть из них целесообразно активировать химическим или термическим способом для увеличения и регулирования их пористой структуры, изменения химической природы поверхности. Подобная обработка повышает активную плошадь поверхности в 2-10 раз, хотя при этом в 2-4 раза увеличивается средний эффективный размер пор сорбента. Кислые свойства поверхности активированных бентонитовых глин способствуют хемосорбции на ней азот-, кислород- и серусодержащих соединений.

Из обзора литературы следует, что цеолиты и глина – очень хороший сорбционный материал, но недостаточно устойчивый при работе в кислых средах. В связи с дешевизной этого сырья и необходимостью в сорбентах очистки воды возникла задача исследования модифицирования сорбентов каталитическим углеродом [3].

В связи с этим представляет интерес изучение химического состава и основных характеристик Кокшетауской глины, используемой для изучения процесса активации минерального сырья зауглероживанием. Выбор глины связан с поставленной задачей для получения углеродсодержащих сорбентов, поскольку в ее составе содержатся оксиды металлов переменной валентности. Согласно полученным ранее результатам, присутствие металлов переменной валентности способствует процессу зауглероживания в режиме пиролиза пропан-бутановой смеси. Глина для получения углеродсодержащих композиций бралась на фарфоровом заводе г. Кокшетау.

Химический состав и основные свойства, используемой глины изучены в Институте проблем горения (г. Алматы). Установлен усредненный состав Кокшетауской глины (таблица). Кокшетауская глина относится к каолиновым глинам, основным компонентом которой является минерал каолинит Al2O3.2SiO2.2Н2О. К главным примесям относятся кварц SiO2, слюда и другие слоистые гидроалюмосиликаты.

Химический состав Кокшетауской глины Образцы SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O K2O H2O Прочие Глина 65,3 21,7 0,8 0,7 0,3 0,21 0,83 4,9 5, Литература 1. Н. В. Кельцев. Основы адсорбционной техники. М.: Химия,1980. – 512 с.

2. В. В. Зырьянов, А. А. Политов. Распределение примесей в каолинах и новые способы их очистки // Химия в интересах устойчивого развития. – 1999. – № 7. – с. 39-47.

3. K. M. Mansurova, I. A. Mansurov. Carbon Containing Compositions // Transactions on Electrical and Electronic Materials, June 2001. – Vol. 2. – №. 2. – р.5-15.



Pages:     | 1 |   ...   | 9 | 10 || 12 | 13 |   ...   | 20 |
 



 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.