Өсімдік негізіндегі көміртекті сорбенттерді ағызынды суларды ауыр металдардан тазарту үшін пайдалану

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ӨСІМДІК НЕГІЗІНДЕГІ КӨМІРТЕКТІ СОРБЕНТТЕРДІ АҒЫЗЫНДЫ СУЛАРДЫ АУЫР МЕТАЛДАРДАН ТАЗАРТУ ҮШІН ПАЙДАЛАНУ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

Научная работа состоит из 39 страниц, содержит 13 рисунков, 6 таблиц, 39 списка использованных источников.

Ключевые слова: СОРБЕНТЫ, УДЕЛЬНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ, ТЕМПЕРАТУРА КАРБОНИЗАЦИИ, РИСОВАЯ ШЕЛУХА, СОДЕРЖАНИЕ УГЛЕРОДА, СОРБЦИЯ.

Объекты исследования: сорбция ионов тяжелых металлов из модельных растворов наноразмерными углеродными сорбентами

Цель работы: разработка способов очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов углеродными сорбентами растительного происхождения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

Ғылыми  жұмыс 39 бетте жазылған, 13 сурет саны , кесте саны 6, қолданылған әдебиеттер саны 39.

Түйін сөздер: СОРБЕНТТЕР, МЕНШІКТІ БЕТТІК АУДАН, КАРБОНИЗДЕУ ТЕМПЕРАТУРАСЫ, КҮРІШ ҚАУЫЗЫ, КӨМІРТЕК МӨЛШЕРІ, СОРБЦИЯ.

Зерттеу нысандары: модельді ерітінділерден ауыр металл иондарын наноөлшемді көміртекті сорбенттермен бөліп алу.

Жұмыстың мақсаты: ағызынды суларды ауыр металл иондарынан өсімдік негізіндегі көміртекті сорбенттермен тазалау әдістерін жасау.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ҚЫСҚАРТЫЛҒАН СӨЗДЕР ТІЗІМІ

 

ККМ	–	кеуекті көміртекті материалдар
КМЕ	–	Көміртекті молекулалы електер
АК	–	активті көмір
КҚ	–	күріш қауызы
ИҚ	–	Инфрақызыл
ЭПР	–	электронды парамагнитті резонанс
ШЖК	–	шекті жіберілетін концентрация

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МАЗМҰНЫ

 

	КІРІСПЕ	6
I	ӘДЕБИ ШОЛУ	7
1.1	Табиғи шикізаттардан сорбенттерді карбонизациялау арқылы алу	7
1.2	Суды ауыр металдар иондарынан тазалау үшін қолданылатын Сорбенттер	17
1.3	Судың химиялық компоненттерінің санитарлы-токсилогиялық сипаттамасы	19
II	ЭКСПЕРИМЕНТТІК БӨЛІМ	20
2.1	Карбониздеу әдістемесі	20
2.2	Алынған үлгідегі көміртек мөлшерін анықтау әдісі	20
2.3	Карбониздеу процесіндегі үлгі массасының өзгерісін анықтау	21
2.4	Элементтік анализдеу әдісі	21
2.5	Көміртектенген үлгінің меншікті беттік ауданын газохроматографиялық әдіспен анықтау	21
2.6	ИҚ-спектроскопия әдісі	22
2.7	Электрондық микроскопия әдісі	22
III	НӘТИЖЕЛЕР ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ	23
3.1	Карбонизделген үлгінің  меншікті беттік ауданын зерттеу	25
3.2	Үлгілерді ИҚ-спектроскопиялық әдіспен зерттеу	26
3.3	Карбонизделген сорбенттерді электронды-микроскопия әдісімен зерттеу	27
3.4	Үлгілерді ЭПР-спектроскопия әдісімен зерттеу	30
3.5	Карбонизделген күріш қауызы негізіндегі көміртекті материалдар	31
	ҚОРЫТЫНДЫ	36
	ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ	37

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КІРІСПЕ

 

Қазіргі кезде ауыр металл иондарымен ластанған өндірістік ағынды суларды тазалау шешілмей келе жатқан мәселелердің бірі. Судағы ауыр металл иондарының шекті жіберілетін концентрациясы (ШЖК) мөлшерінен артуы қоршаған ортаға елеулі зиян келтіреді.

Көміртекті сорбенттер газды және сұйық орталардан бағалы заттарды бөліп алуда және зиянды қоспалардан тазарту процестерінде, мұнай өңдеуде, химиялық процестерде, шарап жасауда, май өндірісінде, ағызынды өндірістік суларды тазалауда, өндірістен шығарылатын газдардан улы газдарды бөліп алуда және өндірістің басқа салаларында да кеңінен қолданылады.

Көміртекті адсорбенттерді органикалық шикізаттардың барлық түрінен пиролиздеу арқылы алуға болады. Солардың бірі өсімдік шикізаттары және олардың қалдықтары болып келеді. Шикізат ретінде әртүрлі жеміс дәнектерін, әртүрлі жаңғақ қабықтарын, ағаш түрлерін және басқа да ауыл шаруашылық өсімдіктерін өңдеуден кейінгі қалдықтарын, күріш ұнтағы мен қауызын, бидай қалдықтарынан, сары өрік қабығынан және т.с.с. алуға болады.

Ауыл шаруашылығының қалдықтары мен өсімдік негізіндегі сорбенттер арзан, кеуектілігі жоғары, беттік ауданы үлкен, құрамында минералды қоспалар аз кездеседі, сондықтан олар өте қолайлы болып келеді. Олардың өндірісі экологиялық таза болып табылады. Өндіріс талаптарына сай келетін сорбенттерге деген қажетілік сорбенттерді алудың жаңа әдістерін алуға мүмкіндік туғызады. Мұндай сорбенттер бірнеше рет қолдану мүмкіндігімен  ерекшеленеді. Алу технологиясы қарапайым болып келеді.

Жұмыста күріш өндірісінің қалдығы болып табылатын күріш қауызы және сары өрік қабығы пайдаланылды. Жұмыстың мақсаты өндірістік ағынды суларды ауыр металл иондарынан өсімдік дәнектері негізіндегі көміртекті сорбенттермен тазалау және олардың физико-химиялық қасиеттерін зерттеу

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ӘДЕБИ ШОЛУ

 

1.1 Ағынды су құрамындағы ауыр металл иондары туралы жалпы түсінік -      материал аударылып жатыр

 

1.2 Табиғи шикізаттардан сорбенттерді карбонизациялау арқылы алу

 

Қазіргі кезде көміртекті сорбенттердің қолданылуының негізгі бағыттары газды және сұйық орталарда концентрлеу, бөліп алу және адсорбциялық  тазалаудың технологиялық процестерімен байланысты болып келеді. Сонымен бірге энергетика және өндірістік кәсіпорындардан ауаға шығарылатын газдарды тазалаудың, ауыз су және ағын суларды ауыр металл иондарынан, органикалық қосылыстардан тазалау әдістерін жасауда көміртекті сорбенттердің рөлі артып отыр. Көміртекті сорбенттерді медицинада және фармацевтикада қолдану мүмкіндіктері де көбейіп келеді. Мысалға, медицинада көміртекті гемосорбент науқастың қанын тазалау үшін қолданылса, энтеросорбентті ағзаны зиянды заттар мен микробтардан тазалау мақсатында пайдаланады .

Дәстүрлік емес шикізаттар әлі өндірісте кең қолдану таппаған әртүрлі жеміс (шабдалы, шие, жүзім, өрік, алша) дәнектері мен сүйектері, сонымен бірге әртүрлі жаңғақ қабықтары болуы мүмкін және олар қазіргі уақытта өндірістердің қалдықтары болып табылады. Еуропаның бірқатар өндірушілері Жерорта теңіз елдеріндегі зәйтүн май өндірісінің қалдығы болып табылатын зәйтүн дәнегі, сүйегі мен орман жаңғағынан, сонымен қатар кокостың қабығынан берік активті көмір алады.

Өсімдік қалдықтарын көміртектендіре отырып алынған сорбенттердің сорбциялық қасиеттері жақсы, алу технологиясы қарапайым болып келеді. Сондықтан соңғы жылдары жеміс сүйектерінен және әртүрлі жаңғақ қабықтарынан алынатын көміртекті сорбенттерге деген қызығушылық артуда, себебі бұл материалдар активті көмір алу үшін қолданылатын синтетикалық полимер мен табиғи көмір сияқты дәстүрлік материалдарға қарағанда айтарлықтай арзан. Бірақ грек жаңғағының қабығынан және жеміс дәнектері мен дәнек сүйектері шикізатынан алынған активті көмірдің құрылымдық-сорбциялық сипаттамасын жақсарту және дайын өнімнің шығымын арттыру жолы туралы өзекті сауал бұрынғыша қалып отыр.

Активті көмір алу үшін қолданылатын бастапқы шикізаттарды, яғни органикалық материалдарды негізінен  3 топқа бөлуге болады:

1) өсімдік және жануар негізіндегі  шикізаттар, сонымен қатар ағаш  үгінділері, ағаш өнімдері, қағаз  өндірісінің қалдықтары, жемістердің  сүйектері, былғары өндірісінің  қалдықтары, жануарлардың қаны мен  сүйектері және т.б.;

2) минералды шикізаттар, әсіресе, торф, тасты және қоңыр көмір, антрацит, тасты көмірдің жақпасы, шайыр, кокс, мұнайдың қайта айдалған өнімдері  және т.б.;

3)   синтетикалық шайырлар мен полимерлер.

Дайындалған шикізатты ауа қатысынсыз 400-600˚С температурада термиялық өңдеу арқылы, яғни карбонизациялау процесі нәтижесінде активті көмір алынады. Карбонизация нәтижесінде алынған көмірдің сорбциялық белсенділігі жеткілікті жоғары болмауы мүмкін, себебі олардың кеуектілігі әлсіз жетілген немесе пиролиздің жоғары молекулалық өнімдерімен (шайыр) блокталған болуы мүмкін. Сондықтан көп жағдайда активтеуді қажет етеді. Карбонизация өтуінің сипаттамасы және алынған активтелген көмір қасиеті бастапқы шикізаттың табиғатына және термиялық өңдеу режиміне айтарлықтай тәуелді болатыны белгілі.

Сонымен бірге бөлшектердің өлшемдері 0,1-2,0 мм болатын жеміс дәнектері мен жаңғақ қабықтары негізінде алынған модифицирленген активті көмір құрамды сорбенттерді алу әдістері белгілі [6]. Мұндай сорбенттер бөлшектерінің сипаттамалары төмендегідей: микрокеуек көлемі  (см3/г) – 0,15-120, мезокеуек – 0,20-0,50, макрокеуек – 0,25-1,50; меншікті беттік ауданы 500-1000 м2/г. Бұл сорбенттерді жеміс дәнектері мен жаңғақ қабықтарын алдын-ала 260-900˚C температурада 0,5-120 сағат бойы карбониздеп, содан кейін активтеу арқылы алған. Өсімдік қалдықтары негізінде көміртектендірілген үлгілердегі көміртектің мөлшері 86-92%-ды құрайды.

Карбониздеу температурасының өсуіне байланысты үлгілердегі көміртек мөлшері өседі, ал сутек пен оттек мөлшері азаяды. Бұл құбылыст өсімдік құрамындағы жеңіл органикалық қосылыстар мен судың булануымен түсіндіріледі.

Сол секілді ағаш термиялық ыдырау нәтижесінен газдардың қалыпты жағдайда конденсирленбейтіндіктен, сол секілді су, жеңіл органикалық қоспалардың ұшып шығуынан ағаш көмірі алынады. Температура өскен сайын жеңіл буланатын заттар шығымы жоғарылайды да көмір қалдығы азаяды. Оптималды жағдайда қатты заттың азаюы кеуектіліктің өсуіне эквивалентті болып келеді. Көлемге және кеуек өлшемдерінің таралуына, сол секілді активтеу жылдамдығына, реакция жүру жағдайына бастапқы материал мен оны алдын-ала дайындау әдісі қатты әсер етеді. Ағашты пиролиздеу кезінде жеңіл ұшатын компоненттер жоғалуы 60-65% құрайды.

Грек жаңғағының қабығы негізіндегі активті көмір меншікті беттік ауданы 250 м2/г-нан  780м2/г-ға дейін өседі, жүзім дәнегі негізіндегі карбонизделген үлгінің меншікті беттік ауданы – 200 м2/г-нан 500м2/г-ға дейін, ал кедр жаңғағының негізіндегі карбонизделген үлгінің меншікті беттік ауданы – 92м2/г-нан 500м2/г-ға дейін өседі.

Карбонизделмеген бастапқы материалдарды химиялық активтеу процесінде жоғарғы активті және салыстырмалы кең микрокеуекті көмір алынады. Бірақ олар қолданған кезде дайындау процесінде бейорганикалық қоспалармен ластанған болып келеді. Егер сол бастапқы материал, мысалы, ағаш болса, оны алдымен пиролиздеп, содан кейін су буымен активтендіру арқылы кеуекті құрамында басқа қоспалары жоқ өнімдер алуға мүмкіндіктер берді.

Бірқатар авторлар активті көмірді кокос жаңғағының қабығы негізінде алады. Мұндай жолмен алынған активті көмірлер жоғары беріктілігімен және өте жұқа кеуектілігімен ерекшеленеді. Оларды газға қарсы қолдану материалдарында (атап айтқанда газқағар) қолданылады.

Орман жаңғағының қабығы мен дәнекті жемістерден активті көмір алу жұмыстарының нәтижесінде жоғары беттік ауданға, кеуектілікке ие өнімдер    алуға болатыны белгілі.

Көптеген жұмыстарда активтелген көмірді әртүрлі жеміс дәнектерінен, атап айтқанда, зәйтүн, жүзім, қара немесе сары өрік, шие, шабдалы дәнектерінен, сүйектерінен және әртүрлі жаңғақ қабықтарынан, яғни, грек, кокос, орман жаңғақтарынан, сол секілді қайың, терек қабықтарын синтездеу арқылы алынған. Қорытындылай келе, алынған композициялардың сорбциялық қасиеттері жоғары, алу жолдары жеңіл, арзан, қарапайым болып келуі олардың қолдану обылысын кеңейтуге мүмкіндіктер беретіндігін көруге болады.

Кеуекті құрылым параметрін жақсарту және шығымды өсіру мақсатында целлюлозалы материалдарға әсерлесудің бірден бір әдісі ретінде олардың негізінде алынатын активті көмірдің тотығуының алдын алуы болып табылады .