Курсовая работа: Новый сорбент на основе природных материалов для очистки гальванических стоков
Введение
Пористые углеродные материалы как сорбенты человечество использует на протяжении многих столетий. Еще в XVІІI веке была открытая способность древесного угля очищать разные жидкости и поглощать некоторые газы. К началу ХХ века углеродные сорбенты (главным образом древесный и костный активный уголь) применяли преимущественно в пищевой промышленности и виноделии для очистки жидкостей.
В настоящее время основные направления использования углеродных сорбентов связаны с технологическими процессами адсорбционного очищения.Пористые углеродные материалы сначала получали преимущественно термической обработкой древесины, потом - каменного угля. Сейчас их делают почти из всех видов углеродного сырья: древесины и целлюлозы, каменного и бурого угля, торфа, нефтяного и каменноугольного пеков, синтетических полимерных материалов, жидких и газообразных углеводородов, разных органических отходов.
Глава 1. Общая характеристика сорбционной очистки сточных вод
Углеродные сорбенты используют в разной форме: в виде порошка с размером частиц до 0,8 мм, гранул большего размера, блоков разной формы и величины, пленок, волокон тканей. Наиболее распространенные порошковидные сорбенты, что достаточно просто получать зi помельченного сырья.
Пористый углеродный материал (ПВМ) являет собой конструкцию, построенную подобно структуре графита, однако в ней чередуются упорядоченные и неупорядоченные области из углеродных колец - гексогенив [1]. В отличие от графита ПВМ имеет свободное пористое пространство, что обычно представлено трехмерным лабиринтом из взаимозависимых расширений и сужений разного размера и формы. Различают микропоры (размер _ 2 нм), мезопоры (размер в диапазоне от 2 до 50 нм) и макропоры с размером > 50 нм. Среди микропор выделяют супермикропоры с размером в диапазоне 0,7-2 нм и ультрамикропоры с размером < 0,6-0,7 нм. Благодаря наличию пор ПВМ имеют высокую удельную поверхность и способные поглощать (адсорбировать) разные вещества из жидкостей и газов. Понятие "адсорбция" трактуется как повышение концентраций веществ вблизи деления фаз.
Способность ПВМ к адсорбции разных молекул определяется зданием его поверхности, природой и концентрацией поверхностных реакций групп. В качествах последних обычно выступают функциональные группы, что образуются в результате окислительной обработки поверхности углеродного материала: феноловые (гидроксильные), карбонильные (хиноидни), карбоксильные, эфирные и другие [1] .
Все многообразие углеродных сорбентов можно классифицировать за разными критериями: природы исходного сырья (твердая, жидкая, газообразная), методам получения, структурными и текстурными (пористость, поверхность, размеры и деление пор) характеристиками и областям применения.
Пористые углеродные материалы образуются в результате протекания топонимических реакций при пиролизе (нагревании при отсутствии кислорода воздуха) ископаемого угля, торфа, древесины, целлюлозы, карбидов. В настоящее время из древесины делают около 36 % углеродных сорбентов, из каменных углей - 28, из бурых углей- 14, из торфа - 10.
Глава 2. Неуглеродные сорбенты в процессах водоочистки
сорбционный сточный ион металл
Для очистки воды все большее применение находят неуглеродные сорбенты естественного и искусственного происхождения (глинистые породы, цеолиты и некоторые другие материалы).
Использование таких сорбентов обусловлено достаточно высокой емкостью их, избирательностью, катионообменными свойствами некоторых из них, сравнительно низкой стоимостью и доступностью (иногда как местного материала).
Глинистые породы — наиболее распространенные неорганические сорбенты для очистки воды. Они обладают развитой структурой с микропорами, имеющими различные размеры в зависимости от вида минерала. Большая часть из них обладает слоистой жесткой или расширяющейся структурой.
Механизм сорбции загрязнений на глинистых материалах достаточно сложен и включает Ван-дер-ваальсовые взаимодействия углеводородных цепочек с развитой поверхностью микрокристаллов силикатов и кулоновское взаимодействие заряженных и поляризованных молекул сорбата с положительно заряженными участками поверхности сорбента, содержащими ионы Н+ и Al3+ .
Наибольшее распространение глинистые материалы получили для обесцвечивания воды, удаления неорганических примесей и особо токсичных хлорорганических соединений и гербицидов, различных ПАВ.
Природные сорбенты добывают в непосредственной близости от места потребления, что постоянно расширяет масштаб их применения для очистки воды.
Цеолиты — разновидности алюмосиликатных каркасных материалов. Эти материалы имеют отрицательный трехмерный алюмосиликатный каркас со строго регулярной тетраэдрической структурой. В промежутках каркаса находятся гидратированные положительные ионы щелочных и щелочно-земельных металлов, компенсирующих заряд каркаса, и молекулы воды. В адсорбционные полости цеолитов сорбируется лишь молекулы веществ, критический размер которых меньше эффективного размера входного окна, от этого и их второе название — молекулярные сита.
Известно более 30 видов природных цеолитов, но лишь часть из них образует крупные месторождения (80% концентратов) удобные для промышленной переработки. Наиболее распространенные природные цеолиты:
· шабазит (Na2 Ca)O •Al2 O3 •4SiO2 •6H2 O с размером окон 0.37-0.50 нм;
· морденит (Na2 K2 Ca)O •Al2 O3 •10SiO2 •6.7H2 O с размером окон 0.67-0.70 нм;
· клинопптиломит (Na2 K2 Ca)O •Al2 O3 •10SiO2 •8H2 O
Для получения прочных и водостойких фильтрующих материалов из природных цеолитов их, так же, как и глины, нагревают в печах с хлоридом карбонатом натрия при 10000 С.
Обработка поверхности цеолитов кремнийорганическими соединениями делает ее гидрофобной, что улучшает сорбцию нефти из воды.
Природные цеолиты используются в виде порошков и фильтрующих материалов для очистки воды от ПАВ, ароматических и канцерогенных органических соединений, красителей, пестицидов, коллоидных и бактериальных загрязнений.
Кроме цеолитов и природных глин перспективными являются неорганические иониты.
Среди них можно выделить следующие:
1. Гранулированные методом замораживания труднорастворимые фосфаты металлов (циркония, титана, хрома, железа, тория, сурьмы и др.), прежде всего, цирконилфосфат (ZrO)m (H2 PO4 )n с различным отношением m:n, отличающийся высокой емкостью обмена, термической и радиационной устойчивостью и высокой селективностью к ионам цезия, рубидия, калия и аммония, а также таллия. Цирконилфосфат устойчив в концентрированных кислотных и солевых растворах, сохраняя в них высокую ионообменную емкость и избирательность к вышеуказанным катионам. Цирконилфосфат может быть использован для извлечения из сильнокислых и сильноминерализованных радиоактивных растворов долгоживущего изотопа 137 Cs; для разделения продуктов радиоактивного распада урана в атомных реакторах: 89 Sr-137 Cs, 89 Sr-144 Cs, 90 Sr-90 U; для отделения 95 Nb и 95 Zr от 106 Ru; для извлечения ионов таллия из растворов в производстве и при использовании солей таллия.
2. Синтетические титано- и цирканосиликаты, обладающие молекулярноситовыми свойствами цеолитового уровня, высокой обменной емкостью и селективностью к ряду катионов.
3. Труднорастворимый кристаллический оксалат циркония, селективный по отношению к катионам свинца и калия.
--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--