Решение вопросов обеспечения экологической безопасности путем получения сорбентов из отходов агропромышленного комплекса

В настоящее время остро стоит проблема эффективной очистки сточных вод от загрязнений. Зачастую в качестве поглотителей загрязнений применяются материалы с высокой удельной поверхностью, с развитой пористой структурой, а именно активированные угли, имеющие низкую степень набухания, что позволяет использовать их длительное время. Широкое использование активированных углей ограничено их относительно высокой стоимостью.  Целью данного исследования явилось разработка эффективных сорбентов на основе отходов агропромышленного комплекса.

Широкое распространение в настоящее время приобрели нанотехнологии, использование которых способствует улучшению качество продукции, а также они могут быть использованы в решении разнообразных  экологических проблем. Нанотехнологии возможно применять в процессе приготовления сорбционных материалов для увеличения их сорбционной способности  [1]. Известно, что эффективность  «работы» сорбента напрямую зависит от его структурных и поверхностных свойств, поэтому перспективным направлением модифицирования сорбционных материалов является подходы, позволяющие улучшить микропористую структуру сорбентов за счет получения наноразмерных частиц [2].
Механохимическая  активность явлаеться  одним из перспективных методов, позволяющих получить сорбционные наноматериалы Он базируется на механической активации твердофазной субстанции, протекающей во время помола в специальных мельницах. Для проведения механохимического модифицирования  рекомендовано использование мельниц ударного характера воздействия с высокой энергонапряженностью и низкой цикличностью нагрузки. При измельчении адсорбента происходит разрыв Ван-дер-вальсовых связей, возникающих вследствие электростатического взаимодействия диполей [3]. Также в результате механической обработки сорбента происходит измельчение и пластическая деформация вещества. Измельчение материалов сопровождается разрывом химических связей, что предопределяет возможность последующего образования новых связей, т.е. протекание механохимических реакций. Последнее при измельчении материалов имеет импульсный характер; возникновение поля напряжений и его последующая релаксация происходят не в течении всего времени пребывания частиц в реакторе, а только в момент соударения частиц. Механохимическим способом можно получать порошки с размером частиц от 10 до 200 нм [4].
Целью работы является получение эффективного сорбента агропромышленного комплекса с использованием нанотехнологий.
Процесс получения сорбента осуществлялся следующим образом: предварительно высушенную и измельченную овсяную шелуху обработали серной кислотой. Реагенты нагревали при температуре 130 ˚С в течении 80 минут с последующей отмывкой дистиллированной водой  до нейтральной реакции среды и сушкой при 100 ˚С. С целью повышения сорбционной способности применялся механохимический синтез. Измельчение и механическую активацию сорбента осуществляли на мельнице РМ-120.
В результате механохимического модифицирования получен гранулометрический состав в диапазоне 0,03-0,1 мм, структуру которого исследовали с помощью электронного микроскопа ЭМВ–100Л. Электронно-микроскопическое исследование показало наличие микропор размером 0,5 нм, переходных пор, размером менее 5 нм и макропор, размер которых находится в диапазоне 5-50 нм (рис. 1). Дисперсность наноструктурированного сорбента составила 10 нм, до механической активации дисперсность находилась в диапазоне 50-300 нм, а размер пор варьировал от пяти - до 500 нм. Удельную поверхность сорбента, учитывая радиус сферических частиц и плотность сорбента.
По снимкам, полученным в результате электронной микроскопии, установлено, что средний радиус сферических частичек – 0,25 нм. Плотность полученного сорбента 1300 кг/м2. Рассчитанное значение удельной поверхности составило   923 м2/г. Истинное значение этого параметра может быть значительно больше, поскольку при расчете учитывались только сферические частицы, а как видно из микроскопных снимков, реально присутствуют частицы других конфигураций. Следует отметить, что удельная поверхность сорбента, приготовленного без применения нанотехнологий, составляла 461 м2 /г. Полученные данные позволяют сделать вывод, что механохимическая активность способствовала увеличению удельной поверхности сорбента. Эти данные коррелируют с нашими результатами [1], где экспериментальным путем установлено, что поглотительная способность сорбента после наноструктуирования возрастает.

Описание: D:\УНИВЕРСИТЕТТ\Кандидатская\DSC_1111117.JPG
Рис. 1 – Микроструктура наноструктурированного сорбента

Определена насыпная масса полученного сорбента, которая составила 0,66 г/см3, до механической активации этот параметр не превышал  0,48 г/см3. Известно, что насыпная масса сорбента влияет на скорость и эффективность очистки сточных вод, поэтому увеличение значения этого параметра позволяет сократить необходимое количество сорбента для очистки.
Полученный сорбент испытали на эффективность при очистке водных растворов, содержащих фенол. Для проведения исследований использовали модельные водные растворы фенола с концентрацией 50 г/м3. Результаты эксперимента отображает рис. 2.


Рис. 2. Изотерма адсорбции фенола наностуктурированным сорбентом:
А – сорбционная способность (моль/кг), С – равновесная концентрация (моль/м3)

Полученная изотерма принадлежит к ІІ типу по классификации БЭТ, что свидетельствует о наличии в полученном сорбенте наряду с микропорами значительного количества мезо- и макропор, и таким образом, о полимолекулярном механизме сорбции.
Данные по сорбции фенола по результатам проведенных экспериментов свидетельствуют о целесообразности применения наноструктурированного адсорбента из овсяной шелухи при очистке сточных вод от загрязняющих веществ.
Отработанные наностуктурированные сорбенты могут быть регенерированы или рекомендованы для сжигания в энергетических установках в качестве топлива.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  • Бездєнєжних Л. А., Нечипоренко-Шабуніна Т. Г., Шмандій В. М., Сокур М. І., Харламова О. В. Вплив гранулометричного складу наноструктурованого адсорбенту на ефективність очистки стічних вод від нафтопродуктів // Вісник КрНУ імені Михайла Остроградського. Вип. 2/2012 (73. – С. 147–149.
  • Гордина Н. Е., Пухов И. Г., Комаров Ю. М. Изучение влияния механохимической активации на структуру и свойства углей // III  Региональная конференция молодых ученых «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем (Крестовские чтения)». – Иваново, 2008. – С. 89–90.
  • Харламова Е. В.,  Шмандий В. М., Безденежных Л. А.  Разработка наноструктурированного сорбентана основе растительного сырья для очистки загрязненных стоков // Материалы IV Междунар. конференции «Сорбенты как фактор качества жизни и здоровья». – Белгород: ИД «Белгород», 2012. – С. 267-269.
  • Гусев А. И. Нанокристаллические материалы. Екатеринбург, 1998. – 245 с.

Решение вопросов обеспечения экологической безопасности путем получения сорбентов из отходов агропромышленного комплекса [Електронний ресурс]  / [Харламова Е.В.] // Режим доступу: http://eco.com.ua/content/reshenye-voprosov-obespechenyya-ekologycheskoy-bezopasnosty-putem-poluchenyya-sorbentov-yz

Оцінка: 
0
No votes yet