Получение и исследование высокопористых углеродных сорбентов на основе естественно окисленных углей Кузбасса

• Автор: Манина, Татьяна Сергеевна
• Шифр специальности: 05.17.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Кемерово
• Количество страниц: 132 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СЫРЬЕ И СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ

УГЛЕРОДНЫХ СОРБЕНТОВ

1.1 Характеристика и параметры пористой структуры

углеродных сорбентов

1.2 Исходное сырье и методы получения углеродных сорбентов

1.3 Методы активирования исходного углеродсодержащего сырья

1.4 Химические реакции при щелочном активировании

Заключение

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ, ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ И МЕТОДИКИ

ЭКСПЕРИМЕНТОВ
2.1 Объекты исследования
2.2 Характеристика используемых реагентов
2.3 Методики исследования исходных углей
2.4 Способы получения углеродных сорбентов из естественно окисленных углей
2.5 Исследование свойств углеродных сорбентов
ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ СООТНОШЕНИЯ ЩЕЛОЧЬ/УГОЛЬ НА ВЫХОД УГЛЕРОДНЫХ СОРБЕНТОВ, ВЕЛИЧИНЫ ИХ УДЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ И АДСОРБЦИОННЫХ АКТИВНОСТЕЙ
3.1 Карбонизация естественно окисленных углей в смеси с различным содержанием гидроксида калия
3.2 Влияние соотношения щелочь/уголь на удельную поверхность и объемы пор углеродных сорбентов
3.3 Влияние соотношения щелочь/уголь на адсорбционную активность углеродных адсорбентов
3.4 Влияние соотношения щелочь/уголь на морфологию поверхности углеродных сорбентов
3.5 Исследование химического состава углеродных сорбентов
3.6 Термогравиметрический анализ углеродных сорбентов
3.7 Сравнительная характеристика углеродных сорбентов, полученных на основе неокисленных и естественно окисленных углей
3.8 Сравнительная характеристика углеродных сорбентов на основе
исходного и обеззоленного угля
Заключение
ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ СПОСОБА ВВЕДЕНИЯ ГИДРОКСИДА КАЛИЯ НА СВОЙСТВА УГЛЕРОДНЫХ СОРБЕНТОВ
4.1 Влияние способа введения щелочи на выход углеродных сорбентов.
4.2 Влияние способа введения щелочи на характеристику и
параметры пористой структуры углеродных адсорбентов
4.3 Влияние способа введения щелочи на адсорбционную
активность и морфологию поверхности углеродных адсорбентов
Заключение
ГЛАВА 5. АДСОРБЦИЯ ФЕНОЛА ИЗ ВОДНЫХ СРЕД УГЛЕРОДНЫМИ АДСОРБЕНТАМИ
5.1 Изотермы адсорбции фенола образцами углеродных адсорбентов
5.2 Кинетические и диффузионные исследования процесса сорбции
Заключение
ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. При добыче углей открытым способом образуются огромные количества углесодержащих отходов. Вследствие изменения химического состава в условиях выветривания их потребительские характеристики заметно ухудшаются: повышаются зольность, влажность, количество мелких фракций, снижаются теплотворная способность и спекае-мость; витринитовые компоненты подвергаются фюзенизации. Из-за низкого качества, окисленные угли практически не перерабатываются и вместе с вскрышными породами сбрасываются в отвалы, что оказывает отрицательное воздействие на окружающую среду. Ухудшение технологических свойств происходит также в результате длительного хранения угля на перерабатывающих предприятиях (шахтах, обогатительных фабриках, коксохимических заводах, предприятиях энергетического сектора).
Проблема утилизации углесодержащих отходов и некондиционных окисленных углей приобретает особую актуальность в крупных угледобывающих центрах, в первую очередь в Кузбассе, где высока концентрация угледобывающих предприятий и горнорудной промышленности. Поэтому в настоящее время существует настоятельная потребность в разработке эффективных способов утилизации этих некондиционных углей, как вторичного сырьевого ресурса.
Одно из направлений использования естественно окисленных углей -получение на их основе высокопористых углеродных материалов для сорбционной очистки сточных и питьевых вод, для синтеза композиционных материалов, других востребованных продуктов. В настоящее время для получения сорбционных материалов зачастую используют методы химической активации природного углеродсодержащего сырья неорганическими кислотами, щелочами и солями, способствующими развитию пористой структуры в

Таблица 2.
Характеристика состава образцов использованных окисленных углей
Код об- раз- ца угля А“, % % МДж /кг Вы- ход ГК, % на с/а/ Сте- пень окис- лен ности по ГОСТ Р 50904 Элементный состав, % на сіа/ Функциональный состав, мг-экв/г сіа/
С н О Б N >с=о СО он ОН
Б 20,7 52,9 21,6 45,3 И 63,0 3,2 32,5 0,3 1,0 2,35 0,32 2,
д 13,7 44,9 23,2 89,3 11 65,5 3,2 30,5 0,4 0,9 1,96 0,39 1,
СС 16,2 35,9 25,3 6,7 II 72,7 2,6 22,9 0,7 1,1 1,48 0,06 1,
т 9,4 19,3 30,9 1,2 I 84,6 2,6 9,8 0,6 1,2 1,17 0,15 0,
Увеличение в элементном составе содержания кислорода приводит к снижению высшей теплоты сгорания углей от 15 % (для угля Т) до 20-25 % (для углей Б, Д и СС). Вместе с тем, увеличение степени окисленности углей способствует повышению выхода гуминовых кислот, что особенно заметно для углей Б и Д (табл. 2.2).
По данным ИК-спектров (рис.2.1), выветрившиеся угли разных стадий углефикации существенно различаются соотношением интенсивностей полос поглощения углеводородных структур (V, см'1): ароматических СН- (3040, 740-870) и С=С-групп (1580-1600), С-Н связей в алкильных СН2- и СНз-группах (2925, 2850, 1460, 1380), карбонильных групп в кислотах и сложных эфирах (1700-1750). Значительное поглощение наблюдается также в области 1040-1300 см'1, что может быть обусловлено С-0 связями в простых и