Экструдированные сорбенты на основе природных алюмосиликатов для очистки растительных масел

Отметим также, что все  сорбенты высокую степень очистки  по катионам Cu и Zn. Присутствие щелочного агента в составе композиции снижает степень извлечения катионов Ni, а для композиций с доломитом – ещё и катионов Fe.

Сорбенты из глины  Малоступкинского месторождения по поголотительной способности уступают аналогам из веселовской глины, но, тем не менее, позволяют обеспечить требования ГОСТ на растительные масла по всем нормируемым показателям.

Испытания сорбентов  в динамическом режиме позволили  определить максимальный расход сорбентов для очистки масла, который составил не более 10 кг на 1 тонну продукта.

Шестая глава посвящена разработке основных технологических операций приготовления экструдированных сорбентов из ПАС. На основании всех проведённых исследований можно предложить композиции из глины, модифицированной УК, и ЖНС или доломита. Эти сорбенты показывают высокую степень очистки по всем примесным ингредиентам растительных масел, а формовочные массы для их экструзии обладают СМС и РС, которые обеспечивают возможность получения геометрической формы любой сложности.

На рис. 7 представлена схема получения указанных сорбентов, которая включает измельчение и МХА исходного сырья, модифицирование глины УК, приготовление фор-мовочной массы с последующей экструзией и сушка готового продукта. Данная схема может быть реализована с использованием имеющегося отечественного оборудования на базе действующих производств (например, ОАО «Катализатор» г. Дорогобуж Смоленской обл., ОАО «Ивановский завод керамических изделий»). Для измельчения и МХА сырья предлагается виброшаровая мельница ВЦМ-10, для модифицирования глины УК и приготовления формовочной массы – Z-образный смеситель, для экструзии – шнековый пресс-формователь.

Предлагаемые собенты  должны использоваться в проточном  реакторе с неподвижным слоем насадки при объёмной скорости подачи масла 0,01…0,2 с^–1. На пилотной установке ООО «БМ» (г. Иваново) была испытана опытная партия сорбента. Отработанный сорбент предлагается использовать для производства керамических изделий.

Рис.7. Схема приготовления экструдированных сорбентов из композиций на основе глин Малоступкинского (или

Веселовского)

месторождений и жидкого натриевого стекла или доломита.

ВЫВОДЫ

1. С целью расширения сырьевой базы для приготовления сорбентов на основе природных алюмосиликатов предложен и научно обоснован метод получения экструдированных сорбентов на основе каолиновых глин Веселовского и Малоступкинского месторождений.
2. Установлены закономерности модифицирования глин уксусной кислотой. Показано, что взаимодействие кислоты с каолинитом проходит по основным протоакцепторным центрам, а также по апротонным льюисовским центрам каолинита с карбонильным кислородом кислоты, последнее сопровождается частичным деалюминированием кристаллической решётки. Максимальный эффект наблюдается при концентрации кислоты 100 мас.%.
3. Впервые изучены процессы приготовления композиций глины и жидкого стекла. Взаимодействие силиката натрия с каолинитом проходит как по кислотным льюисовским, так и брёнстедовским центрам. Na₂SO₃, связывая гидроксильные группы решётки каолинита, приводит к её разрушению и образованию аморфных гелей оксидов алюминия и кремния.
4. Впервые в качестве ингредиента сорбента предложено использовать доломит. Изучены процессы совместной механохимической активации глины и доломита. Показано, что каолинит, как наиболее мягкий компонент, разрушается практически до кластерного уровня (около 7 нм) с крайне дефектной структурой (плотность дислокаций более 10¹² см^–2). Это сопровождается намолом каолинита на кристаллы кварца и доломита. Композиция характеризуется наличием как кислотных, так и основных поверхностных центров различной природы.
5. Изучены структурно-механические и реологические свойства формовочных масс для экструзии сорбентов. Показано, что кислотная обработка глины ведёт к ухудшению формовочных свойств в результате снижения прочности коагуляционной структуры. Композиции глин с жидким стеклом характеризуются повышенной текучестью.
6. Установлено, что оптимальными формовочными свойствами обладают композиции, приготовленные из глин, модифицированных уксусной кислотой, и щелочным ингредиентом (жидким стеклом или доломитом). Из указанных композиций возможна экструзия сорбентов любой геометрической формы, включая блоки сотовой структуры.
7. Показано, что кислотное модифицирование глин даёт сорбенты с развитой пористой структурой (общий объём пор 0,141 см³/г), но низкой механической прочностью. Композиции с жидким стеклом характеризуются крайне низкой удельной поверхностью, но высокой механической прочностью (более 20 МПа). Совместная кислотно-щелочная обработка позволояет получить сорбенты с бипористой структурой (поры размером 3…4 нм и 20…40 нм) и приемлемой механической прочностью (3…5 МПа).
8. Предложен механизм адсорбционной очистки растительных масел на модифицированных и композиционных сорбентах. Показано, что модифицирование уксусной кислотой увеличивает сорбционную способность по пероксидным соединениям и фосфатидам, композиции со щелочными ингредиентами — по свободным жирным кислотам. Кислотное модифицирование с последующим введением щелочного компонента обеспечивает требуемую степень очистки масла по всем показателям. Установлено, что расход сорбента, обеспечивающий получение масла высшего сорта, составляет не более 10 кг на 1 тонну масла.
9. На основании исследований предложена схема приготовления экструдированных композиционных сорбентов на базе имеющегося оборудования.
10. На ООО «БМ» (г. Иваново) была наработана опытная партия сорбентов. Испытания в проточном реакторе вытеснения показали, что экономический эффект составляет 170 руб. на 1 тонну очищаемого масла. Эффект получен за счёт организации процесса очистки в непрерывном режиме при комнатной температуре.

Основное  содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Захаров О.Н., Прокофьев В.Ю., Разговоров П.Б. Кислотное и щелочное модифицирование природных алюмосиликатов // Всерос. семинар «Термодинамика поверхностных явлений и адсорбции». Труды семинара.–Иваново-Плес, 2008.–С.14-15.
2. Прокофьев В.Ю., Захаров О.Н., Разговоров П.Б., Ильин А.П. Модифицированные алюмосиликатные сорбенты для очистки растительного масла // Изв. вузов. Сер. Химия и хим. техн-гия. – 2008. – Т. 51, № 7. – С. 65-69.
3. Захаров О.Н., Прокофьев В.Ю., Ильин А.П. Приготовление носителей катализаторов на основе модифи-цированных природных алюмосиликатов // IV Всерос. конф-ция «Научные основы приготовления и технологии катализаторов». Тез. докл. Т. II. – Новосибирск. 4-9 сент. 2008. – С. 43.
4. Прокофьев В.Ю., Захаров О.Н. Композиционный сорбент на основе каолиновой глины и доломита // Всерос. конф-ция по физической химии и нанотехнологиям «НИВХИ-90». Сб. тез. докл. – Москва, 10-14 нояб.2008.– С. 56-57.
5. Кухоль К.Б., Захаров О.Н., Прокофьев В.Ю. Кислотно-основное модифицирование каолиновой глины // III Регион. конф. Молодых ученых «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем» (Крестовские чтения). Тез. докл. – Иваново. 18-21 ноября 2008. – С. 101-102.
6. Захаров О.Н., Прокофьев В.Ю., Разговоров П.Б., Разина Ж.В. Формование сорбента из модифицированной глины месторождений Ивановской области // Изв. вузов. Сер. Химия и хим. техн-гия.– 2009.– Т. 52, № 2.– С. 87-90.
7. Захаров О.Н., Кухоль К.Б., Прокофьев В.Ю., Разговоров П.Б. Экструзионное формование блочных сорбентов для очистки растительных масел // Изв. вузов. Сер. Химия и хим. техн-гия. – 2009. – Т. 52, № 3. – С. 89-92.
8. Прокофьев В.Ю., Разговоров П.Б., Захаров О.Н. Кислотно-основные взаимодействия при очистке подсолнечного масла на каолините // В Сб.:«Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья»: материалы IV Всеросс. конф. 21-23 апр. 2009: в 2 кн.–Барнаул, Кн. 1.–С. 170-172.
9. Разговоров П.Б., Захаров О.Н., Прокофьев В.Ю. Физико-химические и технологические аспекты выделения примесных ингредиентов из растительных масел // В Сб.: «Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья»: материалы IV Всеросс. конф. 21-23 апр. 2009: в 2 кн. – Барнаул, Кн. 1. – С. 168-170.
10. Прокофьев В.Ю., Захаров О.Н., Разговоров П.Б. Физико-химические явления в процессе приготовления сорбента из композиции глина – доломит // Стекло и керамика. – 2009. – № 4. – С. 32-35.
11. Prokof’ev V.Yu., Zaharov O.N., Razgovorov P.B. Mechanochemical phenomena at preparation of the composite sorbent from natural feedstock // III International Conference «Fundamental Bases of Mechanochemical Technology» “FBMT-2009”. Abstracts. – Novosibirsk, May 27-30, 2009. – P. 184.
12. Кухоль К.Б., Гордина Н.Е., Захаров О.Н., Прокофьев В.Ю. Влияние кислотного модифицирования на реологическое поведение формовочных масс на основе каолиновых глин // II Конф. молодых ученых «Реология и физико-химическая механика гетерофазных систем». Тез. докл. – Звенигород, 7-11 июня 2009. – С. 59.
13. Кухоль К.Б., Захаров О.Н., Гордина Н.Е., Прокофьев В.Ю. Реологическое поведение формовочных масс из композиций каолиновая глина – жидкое стекло // II Конф. молодых ученых «Реология и физико-химическая механика гетерофазных систем». Тез. докл. – Звенигород, 7-11 июня 2009. – С. 68.

Автор выражает глубокую благодарность за неоценимую помощь д.т.н., проф. каф. ТППиБТ ИГХТУ Разговорову Павлу Борисовичу.