Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций
Каталог

Обратная связь

Я ищу:

Содержимое электронного каталога российских диссертаций

Диссертационная работа:

Медяник Валентина Сергеевна. Получение и применение углеродных сорбентов из ископаемых углей Кузнецкого бассейна : диссертация ... кандидата технических наук : 05.15.11.- Кемерово, 2000.- 160 с.: ил. РГБ ОД, 61 01-5/9-5


Для получения доступа к работе, заполните представленную ниже форму:


*Имя Отчество:
*email



Содержание диссертации:

стр.
ВВЕДЕНИЕ 3

1. Характеристика сырьевой базы ископаемых углей 7

  1. Запасы ископаемых углей 7

  2. Метаморфизм и качество ископаемых углей 10

  3. Петрографические особенности ископаемых углей 15

  4. Химический состав и структура углей 18

  5. Технологические особенности получения углеродных сорбентов из каменных углей 25

2. Получение углеродных сорбентов из ископаемых углей

  1. Методики экспериментов 38

  2. Получение углеродных сорбентов на основе длиннопламенных углей 43

2.3. Получение и исследование углеродных сорбентов

из коксующихся каменных углей 51

  1. Сорбционное извлечение тяжелых металлов из производственных и сточных вод 65

  2. Исследование сорбции ионов тяжелых металлов

углеродными сорбентами 72

3. Опытно-промышленные испытания получения и применения
углеродных сорбентов 99

3.1. Производство углеродных сорбентов на основе

коксующихся углей 99

3.2. Опытно-промышленные испытания доочистки сточных вод

углеродными сорбентами 102

  1. Технологические особенности получения углеродных сорбентов 109

  2. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 114

6. Список литературы 117

ПРИЛОЖЕНИЯ 123



Введение диссертации:

Кузнецкий регион представляет собой одно из уникальных хранилищ ископаемых углей. Большинство марок углей в настоящее время используется в энергетических целях или в производстве кокса и сопутствующих товаров. По запасам и добыче коксующихся углей Кузбасс превосходит все остальные районы страны. Обширны и доступны, также, месторождения газовых, длиннопламенных, слабоспекающихся, тощих углей - добываемых в основном открытым способом.

При таком потенциале на базе ископаемых углей должна развиваться промышленность с разнообразными и эффективными способами переработки углей в широкий спектр товаров и материалов. Представляет интерес, с этой точки зрения, переработка углей в активированные угли или углеродные сорбенты, имеющие первоочередное значение для систем очистки воды. Актуальность этой задачи для Кузбасса не вызывает сомнений , поскольку постоянно звучит как важнейшая экологическая проблема региона.

Развитие практики применения углеродных сорбентов (УС) является одним из серьезных факторов улучшения экономической и экологической стабильности ряда предприятий цветной металлургии, химической и медицинской промышленности, машиностроения, сельского хозяйства и целых регионов, насыщенных промышленными предприятиями [1]. Области использования углеродных сорбентов распространились от первых успешных применений в противогазовой технике [2] и извлечении благородных металлов [3] практически на все основные отрасли промышленности. Наиболее широко углеродные сорбенты используются в химической промышленности. Они находят применение в прямых процессах синтеза органических [4] и неорганических [5] материалов в качестве катализаторов или носителей катализаторов. Благодаря высокой стойкости к агрессивным средам и воздействиям температуры они выдерживают длительные сроки эксплуатации, включая их регенерацию и повторное использование [6]. Жесткая система пор делает углеродные материалы незаменимыми молекулярными ситами множества диафрагменных и мембранных процессов разделения сложных смесей как в газовой, так и в жидкой фазах [7]. Глубокая пористость позволили применить углеродные сорбенты в качестве накопителей газов и газовых смесей для процессов атомной и нетрадиционной энергетики, ракетной и авиационной технологий [8]. Способность углеродных материалов сорбировать токсичные для человека и природы соединения необыкновенно расширили их области использования в экологических целях для очистки промышленных стоков и газовых выбросов [9], для очистки пищевых продуктов [10] и, наконец, для очистки организма и крови в процессах

энтеро- и гемосорбции [11]. Новые границы открываются в связи с расширением применения углеродных сорбентов в сельском хозяйстве для обеззараживания почв [12] и лечения животных [13].

Актуальность проблемы не снизилась даже при экономическом спаде; напротив, в решении экологических проблем роль углеродных сорбентов многократно возросла. Расширение областей применения сорбентов сдерживается, кроме проблем экономического характера, отсутствием достаточно широкого их ассортимента как по ценам, так и по качеству. Цель работы: получение новых типов углеродных сорбентов на база ископаемых углей Кузбасса; разработка технологий получения и применения углеродных сорбентов.

Идея работы заключается в использовании уникальных природных свойств ископаемых углей Кузбасса для создания разнообразных углеродных сорбентов, обладающих широкой гаммой пористости, достаточной механической прочностью и высокой сорбционной активностью. Задачи работы:

систематизировать и обобщить сведения об ископаемых углях Кузбасса, применительно к их использованию в производстве углеродных сорбентов;

на примере длиннопламенных углей провести лабораторные испытания технологических схем получения углеродных сорбентов;

синтезировать и исследовать на основе спекающихся каменных углей углеродные сорбенты , обладающие повышенными сорбционными

и прочностными свойствами;

изучить сорбционные процессы в гетерогенных системах с участием благородных металлов и синтезированных углеродных сорбентов;

исследовать адсорбционные процессы извлечения тяжелых металлов свинца(П) и хрома(Ш) из водных растворов;

провести опытно-промышленные испытания по получению углеродных сорбентов и их использованию для очистки промышленных сточных вод от ионов тяжелых металлов.

Работа выполнялась в соответствии с Координационными планами НИР и ОКР Научного Совета РАН по адсорбции "Синтез, исследование и применение адсорбентов" в 1993-1999гг. Разделы работы входили в Программу Минэкологии "Человек и окружающая среда" (N 01860035615 на период 1986-1996 г.г.). Научные положения, выносимые на защиту:

оптимизация технологических режимов переработки углей основана на параметре «выход летучих веществ», который изначально определяет развитие пористой структуры сорбентов;

сорбционные свойства адсорбентов зависят от количества фюзинитовой составляющей в углях;

сорбционные свойства адсорбентов зависят от количества фюзинитовой составляющей в углях;

эффективность извлечения тяжелых металлов из растворов зависит от кислотности и температуры среды, при этом оптимальные значения рН для максимума сорбции находятся в слабощелочной среде и соответствуют областям образования гироксидов изучаемых металлов;

свободная энергия Гиббса прямо пропорциональна кислотности среды и обратно пропорциональна концентрации иона металла в растворе;

окисление сорбентов кислородом воздуха повышает значение константы (К) уравнения Фрейндлиха, удовлетворительно описывающего изотерму адсорбции ионов металлов в области малых концентраций;

повышение температуры среды снижает сорбционную емкость углеродных сорбентов, что подтверждает экзотермический характер сорбции.

Научная новизна результатов исследований заключается в следующем:

- обобщены и систематизированы применительно к производству
углеродных сорбентов сведения об основных физико-химических
характеристиках источников сырья в виде каменных углей Кузбасса;

- показано, что современные данные о сырьевой базе ископаемых углей

при широком разнообразии технологических марок и технических характеристик углей должны скрупулезно учитываться при определении способов их технологического использования;

- получены новые углеродные сорбенты на основе длиннопламенных

каменных углей Кузбасса;

- синтезированы новые углеродные сорбенты на основе спекающихся
каменных углей марки К2, отличающиеся высокими прочностными и
сорбционными свойствами;

- выявлено влияние петрографических компонентов на свойства
адсорбентов и определена взаимосвязь сорбционных свойств с
количеством фюзинитовой составляющей в углях; разнообразие
химических соединений, входящих в состав ископаемых углей,
определяет неоднородность поверхностных функционально-активных
групп, что в целом объясняет амфотерность свойств адсорбентов,
полученных из этих углей;

существенное значение при синтезе адсорбентов играют процессы деструкции химических соединений и полимеризации оставшихся фрагментов молекул; жесткость и прочность структуры карбонизованных углей свидетельствует о термореактивном характере полимеризационных процессов;

получены новые данные, характеризующие сорбционные процессы в

гетерофазных системах с участием комплексных ионов металлов и углеродных сорбентов, синтезированных из различных сырьевых

материалов; сравнение кинетических закономерностей сорбции дицианаурат иона из растворов, моделирующих производственную систему, определяет предпочтительность использования для получения эффективных сорбентов коксующихся углей Кузнецкого бассейна;

получены новые данные по адсорбционным процессам извлечения углеродными сорбентами ионов тяжелых металлов свинца(П) и хрома(Ш) из водных растворов;

сорбцию ионов тяжелых металлов из водных растворов можно рассматривать как сумму одновременно протекающих процессов диффузии и процессов закрепления молекул сорбируемого вещества на активных центрах углеродного сорбента; десорбция тяжелых металлов и регенерация углеродных адсорбентов совместимы и эффективно осуществляются растворами разбавленных минеральных кислот, что позволяет повторно использовать адсорбенты в цикловом режиме.

Результаты работы имеют существенную практическую значимость. Разработаны технологии получения высокоселективных, механически прочных углеродных сорбентов, способных конкурировать с дорогими импортными сорбентами.

Проведено целенаправленное исследование обширной сырьевой базы углеродсодержащих материалов. Разнообразие технических марок и физико-химических характеристик ископаемых углей служило основным препятствием к получению сорбентов, обладающих стабильными значениями пористости и сорбционной емкости. Тем не менее, установлено, что существуют угольные пласты и марки углей в Кузнецком бассейне, применение которых для получения сорбентов весьма целесообразно.

Технологические процессы получения углеродных сорбентов апробированы, оптимизированы и оформлены в виде технологической документации.

Углеродные сорбенты, полученные в опытно-промышленных прошли испытания для извлечения тяжелых металлов на предприятии ПО «Восток» и рекомендованы для целевого использования в процессах доочистки сточных вод машиностроительных и химических предприятий.

Реклама


2006-20011 © Каталог российских диссертаций