книги / Углеродные адсорбенты и их применение в промышленности

УДК 541.183.57:541.64

Т.В.Чубарь, Ф.Д.Овчаренко, Ю.И.Химченко, В.Н.Высоцкая

СВОЙСТВА. ФЕРРОМАГНИТНЫХ УГЛЕРОДНЫХ АДСОРБЕНТОВ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ

Интенсификация многих современных химических произ­ во д ству том числе процессов очистки сточных вод,связана с совершенствованием адсорбционной технологии. Один из путей решения этого вопроса состоит в использовании ад­ сорбентов, обладающих ферромагнитными свойствами,что поз­ волит повысить интенсивность адсорбционных процессов за счет применения адсорбентов в виде порошков,а не гранул

с последующим отделением отработанного адсорбента от раст­ вора с помощью магнитной сепарации / I / .

Исследования по разработке методов получения ферромаг­ нитных адсорбентов и способов их отделения от жидкой фа­ зы проводятся как у нас в стране,так и за рубежом /1 - 7 /, однако по имеющимся литературным данным указанные процес­ сы не нашли еще применения в производстве,в первую оче­ редь,из-за отсутствия надежного и дешевого метода получе­ ния высококачественного магнитного адсорбента.

В основу методов образования ферромагнитных углеродных адсорбентов,разработанных нами,положен процесс пиролиза в инертной атмосфере систем,состоящих из углеродеодержащей и магнитной составляющих,например,металлополимеров на ос­ нове дисперсного железа и фенолформальдегидной смолы / 6 / ,

92

а также древесины,пропитанной солью железа /7 / . Предпо­ сылкой для использования металлоподимеров на основе фер­ ромагнитных металлов и органических полимеров в качестве исходных веществ для получения ферромагнитных адсорбен­ тов послужили работы по пиролизу органических полимеров с целью получения углеродных адсорбентов / 8 ,9 / ,а получе­ ние активных углей путем карбонизации органических ве­ ществ растительного происхождения,в частности древесины, известно давно.

В промышленности в настоящее время активные угли полу­ чают в две стадии: первая - процесс карбонизации, сводя­ щийся к термической обработке исходного сырья без досту­ па воздуха при температуре 673-873 К, вторая - активиро­ вание физическими или химическими методами /1 0 /. По раз­ работанному нами способу магнитные адсорбенты подучают в одну стадию - исходное сырье термически обрабатывают в инертной ореде в определенном температурном, режиме, при этом одновременно протекают процессы карбонизации и хими­ ческой активации.

Процесс формирования ферромагнитных адсорбентов из раз­ личных по природе исследованных исходных веществ имеет общие черты. В системах металл - полимер или соль метал­ ла - полимер при нагревании одновременно протекают нес­ колько процессов: деструкция полимера,разложение соли,ре­ кристаллизация металла и др.Представляло интерес выяснить, как протекают превращения каждого иг компонентов системы - независимо или взаимосвязанно.

Сопоставление кривых изменения веса системы и чистых компонентов / I I / показало,что в присутствии магнитной со­ ставляющей потеря веса в системе начинается и протекает при более низкой температуре по сравнению с чистыми поли­ мерами. Наблюдаемый эффект растет с увеличением концент­ рации железа в системах и наиболее интенсивно проявляет­ ся при 673 и 773 К. При более высоких температурах разли­ чие в потере веса для систем и чистых полимеров сглажива­ ется. Соответственно на кривых дифференциального терми­ ческого анализа систем наблюдается сдвиг экзотермических

93

остаточной магнитной индукции ( Вг. ) и магнитной воспри­ имчивости (Кад). Наиболее заметно эти характеристики изме­ няются при переходе от 773 до 873 К и именно в этом ин­ тервале температур резко увеличиваются плотность,концент­ рация железа и появляется фаза Л - Р е . При более высоких температурах нарастание перечисленных параметров протека­ ет медленней. Коэрцитивная сила магнитных адсорбентов рез­ ко увеличивается с появлением в системе фазы Л--Рс ,а за­ тем при дальнейшем повышении температуры несколько умень­ шается.

Тот факт,что для всех исследованных систем значения Нс после прогрева при 773 К и Вг после прогрева при 1073 К остаются выше,чем для дисперсного железа,позволяют пред­ положить, что в металлополимерах процесс спекания металла происходит медленнее. По-видимому,присутствие на поверх­ ности частиц металла фазы взаимодействия - цементита же­ леза - затрудняет диффузию атомов металла и тем самым - спекание.

Адсорбционные свойства ферромагнитных адсорбентов так­ же определяются составом систем и условиями пиролиза. Структура с высокоразвитой поверхностью и пористостью в образцах с металлом формируется при более низкой темпера­

ря веса в системах и возникновение^ затем исчезновение фазы Ft3 0it (таблица). Следует полагать,что процесс взаи­ модействия разрушающегося полимера с оксидом железа игра­ ет значительную роль в возникновении в системе пористой структуры и возрастании удельной поверхности и может рас­ сматриваться как своеобразное активирование.

Магнитные адсорбенты могут иметь существенное преиму­ щество перед обычными немагнитными,в первую очередь,в жид­ кофазных реакциях,где в настоящее время стадия отделения отработанного адсорбента от раствора является одной из трудоёмких и не позволяет многократно использовать порош­ кообразный адсорбент. В связи с этим представляло интерес оценить адсорбционные свойства ферромагнитных адсорбентов

95

по отношению к йоду по методике,принятой для промышленных

Таким образом,для некоторых адсорбатов,скорее всего обладающих окислительными свойствами,магнитный компонент может не только играть роль инертного носителя,но и су­ щественно повышать поглотительную способность системы.

Барьируя условия формирования магнитных адсорбентов - природу компонентов и состав исходной системы,температур­ ный режим пиролиза и среду,в которой он протекает,можно получать, адсорбенты с определенными заданными свойствами. Оптимальный состав адсорбента,в первую очередь,будет оп­ ределяться мощностью применяемых магнитных сепараторов. По литературным данным / I /,с помощью магнитных сепараторов с напряженностью поля до 1000 э можно извлекать из жидкости частицы с магнитной восприимчивостью более од­ ной единицы в системе СИ. Исходя из этого,оптимальный ферромагнитный адсорбент должен содержать около ЗС$ ме­

нитных сепараторов можно применять адсорбенты с меньшим содержанием металла и более высокими адсорбционными ха­ рактеристиками.

Л И Т Е Р А Т У Р А

I . Синтоз и применение ферромагнитных сорбентов.-Тр./ Гос.научно-исслед.и проекти.ин-т по обогащению руд цветн. металлов. - Алма-Ата,1971, 296 с.

2 . Сугадзажа Кадзухико,фуд8И Алко, Ниномия Акио. Ад­

желмх металлов из сточных вод. - Патент Японии №4-7-61164-, опубя.26.08.76.

З.Г.Бовкун. - Опубл. в Б .И .,1980, № б.

8 . Плаченов Т .Г ., Севрюгов А.Б. и др. Исследование первичной структуры углей из промышленных фенолформальде­ гидных полимеров методом рентгеноструктурного анализа. - В с б .: Получение,структура и свойства сорбентов. Сб.науч. тр./Ленинградский технологический институт им .Л енсовета.-

особенностях интерпретации результатов термического ана­ лиза органических полимеров,наполненных дисперсными ме­ таллами. - У кр.хим .ж .,I9 6 0 ,т .4 6 ,в ы п .4 ,с .403-405.

12. Калнинь М.М.,Карлйван В.П. Термогравиметрические исследования процесса образования адгезионной связи полиэтилензжелезо. - Высокомол.соед.,1968,т.10А,№ 1 0 ,с . 23352340.

98

•ч

СВОЙСТВА УГЛЕРОДНЫХ АДСОРБЕНТОВ

УДК 661.183*2

М.Ы.Дубинин

МИКРОПОРИСТЫЕ СИСТЕМЫ УГЛЕРОДНЫХ АДСОРБЕНТОВ

На протяжении ряда лет мы занимались изучением микропор углеродных адсорбентов. Были предложены модель ог­ раниченных щелевидных микропор и способы определения па­ раметров микропор /1 - 4 / . В настоящей работе впервые рас­ сматриваются не изолированные минропоры,а их системы.

Анализ экспериментальных данных по' равновесной адсорб­ ции и кинетике адсорбции приводит к представлению о таких системах как состоящих из микропористых образований или микропористых зон / 5 / . В работе также делается попытка рассмотрения тонкой структуры микропористых з о н ,т .е .с о ­ ставляющих ее элементов.

Основное уравнение теории объёмного заполнения микропор

Наиболее широкое применение для описания физической адсорбции газов и паров в микропорах углеродных адсорбен­ тов получила теория объёмного заполнения микропор /6 - 9 / . В основном, уравнении теории ( I )

( I )

а - равновесная адсорбция при относительном давлении р/(% и температуре Т . Через А обозначено изменение сво-

100