165801 (Изотермы адсорбции паров летучих органических веществ на пористых углеродных материалах), страница 3

Также важным адсорбентом на сегодняшний день является силикагель. Это один из самых первых минеральных синтетических сорбентов, нашедших широкое применение в промышленности. Силикагель не потерял своего промышленного значения, несмотря на то, что в последние годы бурно развиваются адсорбционные процессы с использованием уникальных кристаллических сорбентов – цеолитов.

Технический силикагель получают следующим образом: путем взаимодействия раствора силиката натрия или калия (жидкое стекло) с соляной или серной кислотой получают гель, который высушивают, а затем разламывают на куски, промывают водой, снова сушат, измельчают, фракционируют и прокаливают до полного удаления влаги. Товарный силикагель выпускают в виде зёрен или шаровидных гранул. Различные марки силикагелей имеют средний эффективный диаметр пор 20-150 Å и удельную поверхность 100-1000 м²/г [3, 8].

И следует отметить, что современные подходы к изучению структурно-сорбционных свойств позволяет прогнозировать соответствие структуры пористых материалов задачам их применения и теоретически обосновать закономерности адсорбции различных веществ.

1.5 Применение адсорбентов для адсорбции газов и паров

Пористые углеродные материалы человечество использует на протяжении многих столетий. Например, о лечебных свойствах активированного угля знали ещё древние египтяне, а также основоположник античной медицины Гиппократ.

Современная медицина широко применяет специальные угли для извлечения токсичных веществ из крови (гемосорбция), лимфы, плазмы для повышения иммунитета, для консервирования крови, при инфекционных заболеваниях желудочно-кишечного тракта [2, 7].

В XVIII веке была открыта способность древесного угля очищать различные жидкости и поглощать некоторые газы. До начала XX века углеродные сорбенты применяли преимущественно в пищевой промышленности и виноделии для очистки жидкостей. Необходимость обезвреживания боевых отравляющих веществ, возникшая в ходе первой мировой войны, стимулировала развитие работ по очистке газов. Разработанный российским ученым Н.Д. Зелинским противогаз с активным углем в качестве сорбента до сих пор является наилучшим способом защиты от летучих ядовитых веществ [1].

Для различных областей применения требуются углеродные сорбенты с определенным набором характеристических свойств: определенной пористой структурой, составом поверхностных функциональных групп, прочностью, степенью чистоты и др. Так например, карбонизация древесной коры и последующее активирование углекислым газом позволяет получить дешевый активный уголь, который применяется для обесцвечивания стоков бумажного производства [6-8].

Важной проблемой, при хранении углеводородов является подавление выбросов. Для этого используют резервуар с плавающей крышкой, взаимосвязанные газгольдеры, а также системы улавливания паров при давлении. При давлении более 76 кПа используют только системы улавливания паров. Загрязнитель может быть извлечен и подвергнут концентрированию в качестве продукта или для получения тепла в технологических процессах. Для улавливания паров углеводородов химической промышленности применяют активные угли АГ (к/у пыль + смола), СТК (торф), АРТ (торф + к/у пыль).

Как правило, стоимость углеродных сорбентов – это лимитирующий фактор их крупномасштабного использования. Для очистки газовых выбросов и промстоков целесообразно использовать достаточно дешевые сорбенты, получаемые из доступного, недорогого сырья или отходов производства. Такие сорбенты можно использовать как материалы одноразового применения. [5]

Выбор сорта угля зависит от характера проводимого процесса. В зависимости от области применения активные угли делят на следующие группы:

1.Угли для поглощения газов и паров.

а) рекуперационные угли, применяемые для поглощения паров органических веществ из воздуха или из других газов.

б) газовые угли, применяемые в промышленности, а так же в противогазах и газоубежищах для поглощения газов и паров воздуха;

в) катализирующие, или контактные, угли применяемые в качестве катализаторов химических реакций.

2. Угли для поглощения веществ из растворов.

а) обесцвечивающие угли, применяемые для обесцвечивания и очистки различных жидкостей;

б) медицинские угли, применяемые внутрь для адсорбции газов, ядов.

Пожалуй важный недостатк активного угля – это его горючесть. Нагревать активный уголь в воздушной среде допускается лишь до 200⁰С. При более высоких температурах он может загореться. Ввиду этой особенности при работе с ним требуется осторожность, особенно если есть угольная пыль, которая при высоких температурах способна взрываться. Чтобы сделать уголь менее горючим, к нему подмешивают силикагель. Полученная смесь называется силикакарбоном. Содержание SiO₂ в силикарбоне настолько незначительно (обычно от 4 до 5%), что не может повлиять на свойства угля.

Так же как и уголь, силикагель нашел обширное техническое применение. Его используют как адсорбент при поглощении и разделении паров органических веществ и газов, при поглощении влаги, осушке газов, в противогазовом деле, как поглотитель веществ, плохо сорбируемых активным углем. По сравнению с углем силикагель механически более прочен, и имеет большой срок службы [6, 8, 9].

Можно констатировать, что области применения пористых материалов постоянно расширяются как за счет привлечения новых, более дешевых источников, так и за счет повышения качества сорбируемых материалов. Это позволяет заменять традиционно используемые промышленные адсорбенты без снижения эффективности процессов очистки.

Заключение

В ходе выполнения курсовой работы было изучено большое количество литературного материала по изотермам адсорбции паров пористых углеродных материалов, полученных из различного углеродсодержащего сырья. Так же определили наиболее эффективный поглотитель по отношению к остальным сорбентам, и оценили адсорбционную способность сорбентов по отношению к парам летучих углеводородов.

Список литературы

1. Кузнецов, Б.Н. Синтез и применение углеродных сорбентов / Б.Н.Кузнецов, М.Л. Щипко, В.Е. Тарабанько // Соросовский образовательный журнал, 1999. – №12. – С. 29–34.

2. Тайц, Е.М. Окускованное топливо и адсорбенты на основе бурых углей / Е.М. Тайц, И.А. Андреева, Л.И.Антонова. – М.: Недра, 1985. – 160 с.

3. Фенелонов, В.Б. Пористый углерод / В.Б. Фенелонов. – Новосибирск.: Химия, 1995. –513 с.

4. Рощина, Т.М. Адсорбционные явления и поверхность / Т.М. Рощина, В.П.Передовой, Ф.Л. Ковш // Соросовский образовательный журнал. 1998. –№2. – С. 89–94.

5. Серпионова, Е.Н. Промышленная адсорбция газов и паров / Е.Н. Серпионова. – М.: Высшая школа, 1969. –416 с.

6. Грег, С. Адсорбция, удельная поверхность, пористость / С. Грег, К. Синг. – М.: Мир, 1984. – 306 с.

7. Никитина, Ю.С. Экспериментальные методы в адсорбции и молекулярной хроматографии / Ю.С.Никитина. – М.: МГУ, 1990. – 318 с.

8. Кузнецов, Б.Н. Новые подходы в переработке твердого органического сырья / Б.Н. Кузнецов, М.Л. Щипко, С.А. Кузнецова // Журнал органической химии. – 1991. –Т.36.№3. –С.171–186.

9. Кинхле, Х. Активные угли и их промышленное применение / Х. Кинхле, Э. Бадер . – Л.: Химия, 1984. –216 с.

27