Переработка антрацита в сорбционные материалы различного назначения

• Автор: Самофалов, Валентин Сергеевич
• Шифр специальности: 05.17.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 174 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1. Анализ современного состояния с получением и

применением сорбентов на основе ископаемых углей

1.1. Структура углеродных сорбентов . .8

1.2. Теоретические основы адсорбции на углеродных сорбентах.

1.3. Технологии получения углеродных сорбентов.

1.3.1. Производство и производители углеродных сорбентов

1.3.2. Новые разработки в области получения углеродных

сорбентов.

1.4. Области применения углеродных сорбентов

1.5. Сырьевая база получения углеродных сорбентов.
1.6. Антрациты перспективное сырь для получения
сорбционных материалов
Выводы к главе 1
2. Объекты и методы исследования
2.1. Общая схема исследований.
2.2. Методики обработки материала, приборы и оборудование
2.3. Методы исследования сырья и продуктов его переработки.
3. Выбор сырьевой базы и комплексное исследование
качества исходного1 сырья
3.1. Обоснование выбора сырья.
3.2. Исследование антрацита шахты Шерловская Наклонная
как сырья для получения сорбционных материалов
3.3. Термографические исследования антрацита
3.4. Обсуждение результатов
4. Исследование антрацита как основы для получения
фильтраптов и молекулярных сит.
4.1. Исследование антрацита как основы для
получения фильтранта
4.1.1. Состояние вопроса переработки антрацита в фильтр анты различного назначения
4.1.2. Получение фильтранта на основе антрацита шахты Шерловская Наклонная
4.2. Разработка технологии получения из антрацита пористых материалов с молекулярно ситовыми свойствами
4.2.1. Теоретические аспекты применения ископаемых углей
как основы для получения углеродных молекулярных, сит
4.2.2. Исследование антрацита в качестве основы для
получения молекулярных сит для разделения воздуха
4.3 Обсуждение результатов.
5. Получение и исследование дробленых и гранулированных сорбентов из антрацита
5.1. Разработка технологии получения дробленых сорбентов
5.1.1. Выбор рациональных схем и отработка технологических режимов процесса. .
5.1.2. Модифицирование антрацита с целью повышения эффективности процесса получения сорбентов.
5.2. Разработка технологии получения
гранулированных сорбентов
5.2.1. Подготовка и гранулирование сырья, сушка гранул
5.2.2. Исследование процессов карбонизации и активации
5.3. Исследование дробленых игранулированных сорбентов
5.4. Обсуждение результатов
6. Технико экономическое обоснование целесообразностиреализации результатов исследований
6.1 Технологические преимущества процесса
6.2. Экономическая оценка производства.
6.3. Обсуждение результатов
Выводы.
Библиографический список.
Приложения
ВВЕДЕНИЕ
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность


В сорбционном извлечении многих веществ, в первую очередь ионов металлов, важное значение приобретают ионообменные процессы, поэтому необходимым условием для используемого в сорбции ионов углеродного сорбента является наличие у него ионообменных свойств []. Эти свойства определяются химической природой поверхности адсорбента, характеризуемой наличием поверхностных функциональных групп основного и кислотного характера -(карбоксильных, фенольных, лактонных и т. АУ) поверхностные группы кислотного характера практически отсутствуют, имеется лишь незначительное количество поверхностных групп основного характера, обусловливающих анионообменные свойства адсорбентов. В отличие от физической адсорбции при хемосорбции не сохраняется индивидуальность адсорбтива (адсорбата) и сорбента. При сближении молекул адсорбтива с поверхностью сорбента происходит перераспределение электронов взаимодействующих компонентов с образованием химической связи. Если физическую адсорбцию можно сравнить с конденсацией, то хсмосорбционный процесс должен рассматриваться как химическая реакция, протекающая на поверхности раздела фаз. Физическую и химическую адсорбции можно различить по теплоте адсорбции. Теплота физической адсорбции соизмерима с теплотой конденсации веществ и не превышает -0 кДж/моль; теплота хемосорбции 1 моля вещества достигает нескольких сотен килоджоулей []. Это обстоятельство часто используют для ее распознавания. В отличие от физической адсорбции, хемосорбция может происходить при высоких температурах, когда физическая адсорбция пренебрежимо мала, и возрастать в определенном температурном интервале; при низких же температурах скорость хемосорбции незначительна. Наконец, для хемосорбции характерно резкое скачкообразное изменение поглотительной способности по извлекаемому компоненту при переходе от адсорбента одной химической природы поверхности к адсорбенту другой природы. Одной из разновидностей химического модифицирования углеродных сорбентов является их импрегнирование путем пропитки пористого углеродного материала раствором соли какого-либо металла с последующей термообработкой для разложения соли с получением оксида металла, закрепленного в углеродной матрице сорбента. Импрегнирование используют при получении катализаторов на углеродных носителях, при этом большое значение имеет наличие значительных объемов мезо- и макропор в структуре сорбента, применяемого в качестве основы для получения катализатора []. В промышленном производстве процесс импрепшрования активных углей, вследствие значительного удорожания АУ и образования больших объемом сточных вод, используется редко, лишь для получения дорогих сорбентов специального назначения и носителей катализаторов различных процессов. Полученные химическим модифицированием материалы с успехом используют в качестве высокоселективных сорбентов и катализаторов. Прочность образующихся поверхностных комплексов зависит от количества и прочности закрепления поверхностных функциональных групп в модифицируемом сорбенте. С помошыо химически модифицированных сорбентов удается извлекать ионы переходных металлов из раствора, содержащего ионы щелочных и щелочноземельных металлов, с которыми комплексообразующая группа не реагирует. Образование комплексов характерно для ионов тяжелых металлов, что проявляется в достаточно высокой селективности их адсорбции на углеродной поверхности. Изменяя химическую природу поверхности сорбента, вводимую модифицирующую группу и условия разделения, можно разделять смеси различных ионов. Помимо этого модифицированные углеродные сорбенты применяются для удаления различных примесей из растворов и газовоздушных смесей []. Для регенерации отработанного сорбента применяют его обработку кислотой или иным агентом, при которой металл опять переходит в раствор, но уже в концентрации, на несколько порядков выше начальной. Основную роль в ионном обмене играют поверхностные кислотные функциональные группы, представленные карбоксильными и фенольными группами, количество которых определяют по методу Бема [] по сорбции. Основной' показатель обменной активности углеродного сорбента - статическая обменная ёмкость (СОЕ, мМ/г) -по катионам определяется величиной сорбции щелочи, по анионам - кислоты.