Абдугаффарова К.К_МТМм_1402-converted. Диссертация содержит 91 страницу, в том числе 29 рисунков, 19 таблиц, 90 источников, 1 приложение
 Скачать 2.37 Mb.
|
1.2.1 Модифицирование сорбционных материаловДля получения природных сорбентов, обладающих активностью к широкому спектру различных примесей, существуют разнообразные способы модифицирования [34-36]. Термическое модифицирование материалов - наиболее простой способ, не требующий дорогостоящих реагентов и сложных аппаратов. Модифицированные таким образом материалы характеризуются улучшенными сорбционными свойствами по отношению к примесям как органической, так и неорганической природы. В работе [37] показана возможность использования термически модифицированного (400–600 °С) брусита при очистке вод от ионов тяжелых металлов на примере Mn, Fe. Проводились исследования влияния термообработки на сорбционные свойства природных карбонатных и силикатных минералов. Полученные данные свидетельствуют, что сорбционная емкость снижается при использовании высокотемпературной (порядка 500–800 °С) обработки таких силикатных минералов как диопсид и волластонит по отношению к катионам данных металлов. Однако, если проводить модифицирование при температурах 350-400 °С происходит увеличение сорбционной емкости относительно не модифицированных образцов. Как перспективному природному сорбенту в статьях уделяется большое внимание цеолиту. Это в первую очередь связано с тем, что цеолиты широко распространены в природе, что делает их экономически привлекательными [38-41]. Модифицирование природных цеолитов путем нагревание до 700 °С увеличивает удельную поверхность, вследствие чего улучшает их сорбционные свойства [42]. Для того, чтобы цеолиты были водостойкими и прочными их нагревают в печах с карбонатом и хлоридом натрия при 1000 оС при быстром нагревание исходных материалов. При этом происходит вспенивание, что способствует увеличение пористости и объем в 5–20 раз. Отходы, образующиеся в результате сжигания каменного угля из силикатных минеральных включений, или вспученный перлит, в работе [43] исследовали как алюмосиликатные сорбенты для сбора нефтепродуктов с поверхностных слоев воды. Часто используют совместно с нагреванием при высоких температурах и химическую обработку в водных растворах (гидротермальная обработка) [44]. Известно несколько способов модифицирования поверхности глинистых материалов неорганическими химикатами: 1 М раствором хлорида натрия [45], раствором ферроцианида калия [46], растворами кислот [47-49], 2 М раствором гидроксида натрия [50]. После таких модификаций эффективно удалятся ионы одного или нескольких металлов. Однако чаще всего при увеличении сорбции на 5-12% подготовка поверхности глин занимает долгое время и большое количество реактивов, что несоизмеримо влияет на их стоимость. Модифицирование каолинита сульфатами и фосфатами натрия позволяет улучшить сорбцию тяжелых металлов [51]. При обработке оксидом марганца диатомита улучшается сорбция ионов свинца [52] и красителей из стоков текстильного производств [53]. Имеются многочисленные данные по использованию органических веществ в качестве модификаторов природных материалов. Изменяется микроструктура монтмориллонита под действием ПАВ (поверхностно- активных веществ) [54]. Для улучшения поглощения нефтепродуктов алюмосиликатными сорбентами и придания им формы гранул их обрабатывали кремний-органическими соединениями, такими как алкилсиликонатами натрия, полиэтилгидроксилсилоксаном и др. [43]. При обработке данными соединениями цеолитов, получается гидрофобная поверхность, что улучшает сорбцию нефти из воды. Обработка цеолитов аминами [55] позволяет успешно извлекать из растворов ионы свинца и кадмия. Обработка морином органической глины позволила эффективно очищать цинк [56]. Кроме обработки химическими веществами, существуют и другие методы модифицирования глинистых материалов, улучшающие их сорбционные свойства. Авторы [57] изучали влияние воздействия ультразвука, микроволновой и гидротермальной обработки на свойства поверхности монтмориллонита. В исследованиях [58] использовали ультразвук для регулирования пористой структуры вермикулита. Авторы [59] для активирования природной глины по извлечению ионов тяжелых металлов из стоков, добавляли активаторы, такие как доломит и магнезит. Выбор объекта исследования и постановка цели и задачКак видно из предложенного обзора, в настоящее время используются комплексные методы очистки сточных вод (т. е. состоящая из блока механической, физико-химической биологической очистки). Узким звеном в этой цепи является последняя стадия – доочистка. Для доведения сточных вод до нормативов необходимо использовать сорбционную доочистку, при этом сорбент должен удовлетворять ряду требований, таких как: хорошей сорбционной способностью к ряду загрязнителей, высокой сорбционной емкостью, простотой регенерации или дешевизной. Анализ современного состояния проблемы очистки сточных вод от нефтепродуктов и тяжелых металлов приводит к заключению о перспективности применения природных минералов, в том числе и модифицированных, для использования в системах очистки. В данной работе нами в качестве сорбента была выбрана глина месторождений Самарского региона. В качестве ее активирующей добавки мы использовали такие материалы как: торф, древесная зола, доломит, раствор поливинилацетата. Для изменения химической структуры смеси, морфологии поверхности и образования пористости нами была использована термическая модификация. Цель: создать эффективные сорбенты на основе глины для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, токсических и органических соединений. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: Подобрать и изучить литературу, посвященную созданию сорбентов для очистки воды от токсических и органических загрязнений; Разработать способ, отработать технически режимы, применяемые для получения сорбентов и описать методику получения; Провести исследование структуры и свойств разработанных сорбентов; Провести исследование сорбционной способности и емкости полученных сорбентов на модельных растворах. Глава 2 Методы получения и исследования сорбционныхматериалов Как уже было показано в главе 1, главным условием для сорбентов является их дешевизна при сохранении высоких показателей сорбции к широкому кругу загрязнителей. Глина обладает некоторыми из этих качеств. Однако для улучшения ее сорбционных свойств можно использовать простые методы модификации. В данной работе мы использовали термическую модификацию при добавлении некоторых органических и неорганических материалов. Далее представлена подробная методика получения сорбентов. Метод получения сорбционных материалов на основе глиныДля создания сорбционного материала использовали глину из месторождений Самарского региона. Исходную глину предварительно измалывали сначала в фарфоровой ступке, а затем в шаровой мельнице Retsch РМ 100 (рисунок 2.1) (технические данные шаровой мельнице представлены в таблице 2.1), со скоростью вращения 3000 об/мин в течении 30 минут. Таким же образом были подготовлены другие материалы: торф, доломитовая мука, древесная зола. Далее, для улучшения характеристик исходной глины ее обогащали путем просеивания через стальное сито с диаметром ячейки 40 мкм. После измельчения, торф подвергали пирролитическому отжигу без доступа кислорода при 600 оС в течении 15 минут. Для того, чтобы получить пористую структуру была предложена идея: смешивание легко выгораемых органических компонентов с керамзитной матрицей и проведение дальнейшей температурной обработки. Для реализации идеи подготовленные компоненты смешивали в определенном составе. Для формовки добавляли эмульсию поливинилацетата в воде. Полученную массу формировали в кубическую форму с размером ребра 3-5 мм, и отправляли на отжиг в муфельную печь Snol 8,2/1100 (рисунок 2.2) (технические данные муфельной печи представлены в таблице 2.2) в кислородсодержащую среде при 800-1100 оС в течении 2-4 часов с последующим охлаждением в печи.  Рисунок 2.1 - Планетарная шаровая мельница Retsch РМ 100 Таблица 2.1 – Технические характеристики планетарной шаровой мельнице Retsch РМ 100 [60]
В результате термообработки происходит выгорание органических компонентов, тем самым получается пористая структура.  Рисунок 2.2 - Муфельная печь Snol 8,2/1100 Таблица 2.2 - Технические характеристики муфельной печи SNOL 8,2/1100 [70]
|