Диссертация (1141478), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Данный показатель дает представление о том,насколько эффективны процессы адсорбции.Модель Фрейндлиха носит эмпирический характер и предполагает, чтопоглощение ионов происходит на гетерогенной поверхности. Угол наклона ипересечение линейного графика log(qe) с кривой log(ce) задают значенияпараметров изотермы Фрейндлиха n и k соответственно. Если значения 1/nнаходятся в интервале 0,1–0,5, адсорбция является благоприятной, если значения69находятся в интервале от 0,5 до 1,0, то эффективность адсорбции неопределенная,если значение показателя 1/n больше 1, то адсорбция затруднена.В следующих главах приводятся результаты проведенных исследований идаетсяхарактеристикаполученногоадсорбента,методыегоактивации,возможность применения в установках замкнутого водоснабжения, интерпретациямеханизма на основе полученных изотерм адсорбции Ленгмюра и Фрейндлиха.Выводы по главе 31.
Процесс адсорбции является эффективным и простым в аппаратномоформлении и применяется для очистки воды для хозяйственно питьевых ипромышленных сточных вод, включая обратных вод рыборазведения от широкогоспектра загрязняющих веществ .2. Основным материалом, является дорогостоящий активированный уголь,.В связи с этим, большой интерес вызывают исследования возможности полученияактивированного угля из различных отходов сельского хозяйства, особеннорисовой соломы, что позволит получить ценный и дешевый продукт иодновременно решить проблему утилизации отходов от выращивания культуры.3. Математическое описание исследуемых процессов велось с применениемкинетических моделей псевдо-первого порядка, псевдо-второго порядка, Элович иЛайнуивер-Бёрка и изотерм адсорбции Ленгмюра и Фрейндлиха.704 Глава 4 ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДОВ АКТИВАЦИИ РИСОВОЙ СОЛОМЫДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В ПРОЦЕССАХ ОЧИСТКИ ВОДЫ4.1Химическая активация рисовой соломыРисовая солома содержит кремний в большой концентрации и может бытьотнесена к одному из важных источников кремнезема.
Однако при нагреваниикремний отвечает за образование золы и кристаллической структуры, в то времякак при использовании рисовой соломы в качестве сорбента более важную рольиграет углерод. Наличие кремния будет снижать адсорбционные свойстваисследуемого материала, поэтому термическая обработка нецелесообразна дляпервоначальной активации рисовой соломы. Для нейтрализации влияния кремнияв качестве первого этапа активации рисовой соломы использовали химическиеметоды с применением гидроксида натрия. Реакция гидроксида натрия и оксидакремния может быть записана следующим химическим уравнением:2NaOH + SiO2Na2SiO3 + H2O(4.1)Цель химической активации состоит в том, чтобы уменьшить содержаниекремния в рисовой соломе и убрать его мешающее влияние при дальнейшейтермической активации.Химическуюактивацию рисовойсоломыпроводили в следующейпоследовательности: отход промывали для удаления пыли, высушивали притемпературе 105 °С до стабилизации массы, разрезали на отрезки длиной 1−1,5 см,затем вымачивали 1,0 М раствором NaOH в течение 2-х часов, при этомсоотношение твердое вещество/жидкость составляло 1,0 г/2,5 мл.
Послевымачивания в химических растворах рисовую солому промывали водопроводнойводой, затем дистиллированной до тех пор, пока не устанавливали значение pH вдиапазоне 7–8, после высушивали в естественных условиях [140]. Приготовленной71таким образом рисовой соломе присвоили обозначение РСI (начальная активация).Все стадии химической активации проиллюстрированы на рисунке 4.1.Рисунок 4.1 – Последовательность действий при химической активации рисовойсоломы4.2Активация рисовой соломы методом замораживанияРешение изучить воздействие отрицательных температур для активациирисовой соломы было принято на основании эффективного способа получениясорбента, изложенного в патенте РФ № 2255803 «Способ получения пищевогосорбента из растительного сырья» [141]. В данном случае замораживаниевыступает в качестве альтернативного метода карбонизации рисовой соломынагреванием, который требует специального оборудования и навыков, а такжетемпературу выше 400 °C, что приводит к увеличению себестоимости продукции.Активация рисовой соломы замораживанием проводилась в морозильнойкамере при -10 °C.
Рисовую солому после ее химической обработки гидроксидомнатрия РСI выдерживали в морозильной камере при температуре -10 °С в течение2-х часов, после высушивали при температуре 105 °С, полученный материалобозначили, как РСЗ.72Затем на растровом электронном микроскопе РЭМ исследовали образцырисовой соломы после замораживания. Фотографии структуры образцовприведены на рисунке 4.2.Рисунок 4.2 – Структура рисовой соломы после замораживания под электронныммикроскопом с разным увеличением: 1 мкм и 20 мкмАнализ фотографий рисунка 4.2 позволяет сделать вывод, что структурарисовой соломы не изменилась и в основном представлена продольными каналами.Эти каналы обнаруживаются и после химической активации, но вследствиезамораживания происходит увеличение внешней и внутренней поверхностей этихканалов с появлением пор, как показано на рисунке 4.2.Данные рисунка 3.5 были изучены с помощью программы анализаизображений микроскопа, в результате чего выявлено, что диаметр порварьировался от 0,40 мкм до 2,06 мкм.Можно прийти к заключению, что данный метод нецелесообразно применятьдля активации рисовой соломы, но для более точного вывода необходимо изучитьсорбционную способность рисовой соломы после химической активации изамораживания (РСЗ), что будет сделано в следующей главе.734.3Термическая активация рисовой соломы солнечными лучамиКарбонизация рисовой соломы с целью получения сорбента на этом этапепроводилась сконцентрированными солнечными лучами.
Концентратор собирал впучок солнечные лучи и направлял их в закрытую колбу из стекла, содержащуюотмытую в дистиллированной воде рисовую солому РСI. Колба имела гидрозатвор,который обеспечивал пропуск гаазов только изнутри наружу.Этапыпроведенияэкспериментапопиролизурисовойсоломысконцентрированными солнечными лучами и общий вид полученного карбонизатаприведены на рисунке 4.3Рисунок 4.3 – Этапы проведения эксперимента и внешний вид полученногокарбонизата рисовой соломыФиксированную навеску 100 г рисовой соломы после химической активациис помощью раствора гидроксида натрия карбонизировали без доступа воздуха встеклянной герметической колбе при температуре 300–400 ºС в течение 1,5 часов,затем выдерживали колбу без открывания до исчезновения выделения газа.74Полученный карбонизат промывали до нейтральной среды дистиллятом,высушивали при температуре 105 ºС, взвешивали и на электронном микроскопепроводили анализ изменения структуры полученного материала.
Средний выходкарбонизата составил 60 г из 100 г рисовой соломы.Фотографии структуры обработанной подобным образом рисовой соломыпод электронным микроскопом РЭМ приведены на рисунке 4.4.Рисунок 4.4 – Фотографии структуры рисовой соломы под электронныммикроскопом после карбонизации солнечными лучамиАнализируя фотографию рисунка 4.4, можно отметить, что карбонизациясолнечными лучами не изменила структуру рисовой соломы, поры не появились наее поверхности, вероятно, из-за низкой температуры активации. При этом врезультате пиролиза (медленного горения соломы под воздействием солнечныхлучей без доступа кислорода) образовались тонкие слои карбонизации,содержащие каналы диаметром от 1,25 мкм до 3 мкм.75В следующей главе будут изучены сорбционные свойства активированнойтаким образом рисовой соломы, что позволит сделать окончательный вывод оприменимости такого метода карбонизации.4.4Термическая активация рисовой соломы в муфельной печиТермическую активацию рисовой соломы в муфельной печи проводили дляполучения пористого материала с целью использования его в качестве адсорбентав следующей последовательности: рисовую солому РСI (после химическойактивации) нагревали до температуры 500–600 °С в печи, затем выдерживали приданной температуре в течение 1-го часа.
Образцам рисовой соломы присвоилиобозначение РСII. После нагревания в печи и последующего охлаждения вэксикаторе частицы рисовой соломы РСII были раздроблены и фракционированы,для дальнейших экспериментов применялся сорбент фракцией 0,16 мм. Общий видРCII и этапы его измельчения проиллюстрированы на рисунке 4.5.Рисунок 4.5 – Общий вид РСII до и после измельчения76Был проведен термический анализ рисовой соломы в процессе ее нагреванияс помощью прибора NETZSCH-SAT-449, который совмещает функции термовесови сканирующего калориметра, при следующих параметрах:- температура нагрева – 600 °С;- скорость нагрева – 30 °С мин в атмосфере статического воздуха;- тигель DSC/TG из алюминия.Согласно данным проведенного термогравиметрического анализа полученычетыре температурные зоны: от комнатной температуры до 120 °C, от 120 °C до370 °C, от 370 °C до 500 °C и от 500 °C до 600 °C в зависимости от потери веса,данные кривые изображены на рисунке 4.6.Рисунок 4.6 – График TG-DTG (термогравиметрии) РСIIВ первой зоне при нагревании рисовой соломы до 120 °C из-за потери влагиубыль массы составила около 6,46 %.
Во второй зоне при нагревании от 120 до 370°С зарегистрирована значительная потеря массы около 50,12 %, что объясняетсядеградацией связанного с целлюлозой компонента с образованием углерода. В77третьей зоне при нагреве от 370–500 °С лигнин разлагался с потерей массы около13,8%, что указывает на его лучшую стабильность по сравнению с целлюлозой игемицеллюлозой. В четвертой зоне нагрева от 500 °C до 600 °C потеря массы быламалой – 9,08%, поэтому карбонизация была остановлена при 600 °C.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
