ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА, 2008, № 3, с. 38-41
УДК 661.183.123
ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫЕ АДСОРБЕНТЫ ИЗ СЛАНЦЕВЫХ ФЕНОЛОВ
© 2008 г. Ю. В. Поконова
Санкт-Петербургский государственный технологический институт - Технический университет
E-mail: Pokonova80@mail.ru Поступила в редакцию 15.06.2007 г.
Импрегнированием отработанных цеолитов нефтепереработки растворами сланцевых фенолов в фурфуроле с последующей карбонизацией и активированием получены органоминеральные адсорбенты, которые можно использовать для очистки сточных токсичных и ядовитых полиметаллических вод, а также для извлечения и концентрирования мышьяка и ртути. За 120 ч контакта органо-минеральный адсорбент на своей поверхности концентрирует вдвое больше мышьяка по сравнению с водным раствором, а ртути - в 15 раз.
Сланцевые фенолы (смесь алкилрезорцинов) характеризуются значительной реакционной способностью [1-3]. Автором получено и исследовано несколько серий углеродных адсорбентов, в которых сланцевые фенолы использованы в качестве компонентов шихты и связующих [4].
В настоящей статье описано использование сланцевых фенолов в качестве импрегнанта для получения органоминеральных адсорбентов. Основой послужили отработанные цеолиты нефтепереработки. Известно, что в ряде процессов нефтепереработки используют цеолиты. Наибольшее их количество употребляют в процессе депарафи-низации. Цеолитами из нефтяных фракций извлекают парафины, которые после десорбирования аммиаком и прокаливания рециркулируют в процессе. Цеолиты используются в течение 4-5 лет, после чего подлежат замене. Они являются многотоннажными отходами нефтепереработки. Технология, описанная в данной статье, дает возможность использовать отработанные цеолиты для получения органоминеральных адсорбентов. Предложена технология импрегнирования отработанных цеолитов раствором сланцевых фенолов в фурфуроле (соотношение 1 : 1). Фурфурол предварительно подкисляют. Полученной смесью пропитывают цеолит в колонке длиной 30 и шириной 10 см с дном из пористого стекла, к нижней части которой присоединен приемник для сбора невпитав-шегося импрегнанта и боковым краном, расположенным в нижней части колонки после пористого дна. Кран через дроссельную склянку присоеди-
няется к вакууму. Колонку наполовину заполняют отработанным цеолитом и пропускают им-прегнант. После полной пропитки, когда жидкость проходит через слой цеолита, колонку закрывают и включают вакуумный насос, который работает в течение 15 мин. Затем наливают свежую порцию импрегнанта. Операцию продолжают до тех пор, пока жидкость не будет проходить через слой цеолита почти без задержки. Затем его высыпают на плоский металлический поддон. Импрегни-рованный цеолит оставляют на воздухе на 24 ч для доотверждения. Во встряхивателе разделяют слипшиеся частички. Затем импрегнированные цеолиты карбонизуют во вращающейся печи диоксидом углерода при температуре до 800 ± 10°С и активируют в той же печи при 820 ± 10°С водяным паром до обгара 34-35%.
Сорбционную способность карбонизованного импрегнированного органоминерального сорбента исследовали на нескольких растворах по методике, разработанной ранее [5].
Его использовали для очистки сточной воды золотодобывающей фабрики ОАО "Южурал-золото". Содержание в сточной воде при рН 7.98 (мг/дм3): мышьяка 2.88; меди 0.1, цинка 0.19; свинца 0.4; ртути 0.04; железа 39.0. Кинетику сорбции исследовал в Кочкарской пробирно-аналитической лаборатории А.И. Грабовский. Опыты проводили в статических условиях при постоянной концентрации целевого компонента со сменой раствора. Использовали навески сор-
Таблица 1. Сорбционная способность органоминерального адсорбента по различным металлам многокомпонентных полиметаллических растворов
Контакт, ч Сорбционная емкость по металлам, мг/г
медь цинк свинец ртуть мышьяк железо
2 0.20 0.37 0.87 0.04 3.71 8.6
4 0.40 0.68 1.54 0.08 7.62 35.2
8 0.56 0.98 2.13 0.10 11.24 36.8
24 0.74 1.29 3.30 0.12 15.43 66.0
48 0.90 1.64 4.27 0.16 19.09 84.2
72 1.04 1.98 4.87 0.20 22.76 93.2
96 1.22 2.32 5.62 0.26 27.30 104.8
120 1.32 2.71 6.31 0.36 31.75 113.8
КАД-иодный за 120 ч 1.86 3.14 5.32 0.26 27.5 123.7
Таблица 2. Характеристика сорбции мышьяка при его концентрации в воде 26.2 мг/дм3
Контакт, ч Отработанный цеолит Импре-гниро-ванный цеолит КАД-иод-ный Анионит АМ-2Б
2 5.64 11.36 6.60 12.52
4 9.34 19.18 12.76 21.90
6 7.04 20.44 24.02 25.66
24 14.54 26.68 31.52 40.02
48 15.80 31.28 34.50 40.02
72 15.80 33.56 37.52 40.02
96 21.42 47.94 43.06 48.54
120 23.30 47.94 43.12 48.54
бентов массой 0.25 г. Отношение массы сорбента к массе (объему) раствора составляло 1 : 2000. Концентрации металлов определяли фотоколориметрическим методом с диэтилдитиокарбами-натом серебра (табл. 1).
Вторым объектом были растворы мышьяка, которые исследовали с целью определения скорости его извлечения. Мышьяк вводили в воду в виде щелочного раствора мышьяковистого ангидрида. Были проведены опыты по концентрированию мышьяка в воде, с его содержанием 26.2 мг/дм3. Кинетику сорбции мышьяка изучали в
Таблица 3. Характеристика сорбции ртути различными адсорбентами
Контакт, ч Отработанный цеолит Импре-гниро-ванный цеолит КАД-иод-ный Анионит АМ-2Б
2 0.40 2.62 0 0.46
4 0.82 3.38 0.96 0.64
8 1.82 5.34 1.44 3.72
24 2.30 7.64 1.66 6.10
48 4.10 9.98 3.22 10.92
72 5.18 12.70 3.86 13.24
96 5.90 15.60 4.06 25.74
120 6.88 17.34 4.66 17.94
статических условиях при постоянной концентрации целевого компонента со сменой раствора. В опытах использованы навески сорбентов массой 0.25 г. Отношение массы сорбента к массе (объему) раствора 1 : 2000. Определение концентрации мышьяка выполняли фотометрическим методом с диэтилдитиокарбаминатом серебра. Результаты сорбции приведены в табл. 2.
Третьий объект исследования, в котором использовали органоминеральный адсорбент, -очистка воды от ртути. Сточная вода при рН 8.12
40
ПОКОНОВА
имела следующий состав мг/л: содержание сульфат иона 480, хлор-иона 124.1, ртути в виде азотнокислой соли 1.24.
Адсорбционную способность по ртути определяли методом атомно-абсорбционной спектрофо-томерии на приборе "Перкин-Элмер" модели 503. Кинетические характеристики снимали методом постоянных концентраций целевого компонента и солевого состава со сменой раствора в статических условиях (табл. 3).
Экспериментальные данные показали, что при высоких концентрациях мышьяка органомине-ральный адсорбент сорбирует его так же, как и анионит АМ-2Б (бифункциональный макропористой структуры смешанной основности). Сорбци-онная способность по ртути не хуже, чем у анио-нита АМ-2Б и значительно больше, чем у активного угля КАД-иодный. Сорбционная способность по ртути отработанного, т.е. неимпрегнированного цеолита выше, чем у активного угля КАД-иодный, поэтому его можно использовать и без импрегниро-вания. В опытах с многокомпонентными растворами сорбционная способность органоминерального адсорбента не хуже, чем у анионита АМ-2Б и значительно лучше, чем у активного угля КАД-иодный.
Повышенная сорбционная активность связана с развитием микропористости в поверхностном углеродном слое, что не только улучшает кинетические характеристики сорбции, но и повышает степень использования слоя адсорбента за счет развития поверхности пор. Влияет и полярность поверхности, что показано в предыдущих исследованиях по адсорбентам из сланцевых фенолов [1-3]. Полярность поверхности обусловлена содержанием кислорода в функциональных группах, первоначально находившихся в исходном сырье, а также образующихся в процессе высокотемпературного окисления.
Таким образом, предложен путь получения высокоэффективного органоминерального ад-
сорбента, который может быть использован для очистки сточных вод, содержащих значительное количество токсичных металлов, а также для извлечения и концентрирования мышьяка и ртути. В связи с тем что исходным материалом является отход производства, стоимость органоминерального адсорбента будет значительно ниже, чем у прототипов - КАД-иодного и тем более у анионита АМ-2Б. Из полученных данных видно, что ор-ганоминеральный адсорбент можно использовать взамен дорогостоящих промышленных продуктов - анионита АМ-2Б и адсорбента КАД-иодный.
Используя опыт получения органоминерального адсорбента, предложенный импрегнант применили для модификации промышленного углеродного адсорбента с целью изменения адсорбционных характеристик. Адсорбент АР-3 пропитывали в течение 30 мин раствором сланцевых фенолов и фурфурола при соотношении 1 : 1,5 с отвердите-лем - полиэтиленполиаминами. Гранулы выдерживали на воздухе в течение 24 ч, затем их карбо-низовали в токе диоксида углерода при 800 ± 10°С и активировали водяным паром при 800 ± 20°С до обгара 10-12%. Статическая активность по бензолу полученного импрегнированного адсорбента составила 274 г/л, при исходной 135 г/л, т. е. увеличилась в 2 раза.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Pokonova Yu.V. // J. Ad. Mater. 2000. V. 5. № 2. P. 95.
2. Pokonova Yu.V. // Fuel Sci. and Technol. Int. 1991. V. 9.
№ 10. P. 1245.
3. Pokonova Yu.V. // FuâI Sci. and Technol. Int. 1993.
V. 11. № 7. P. 875.
4. Поконова Ю.В., Поташов B.A. // XTT. 2001. № 3. С. 38.
5. Поконова Ю.В, Грабовский A.M. // Цв. металлы.
1995. № 5. С. 26.
Organomineral Adsorbents from Shale Phenols
Yu. V. Pokonova
St. Petersburg Technological Institute (Technical University), Moskovskii pr. 26, St. Petersburg, 198013 Russia
e-mail: Pokonova80@mail.ru Received June 15, 2007
Organomineral adsorbents were prepared by the impregnation of spent oil refinery zeolites with the solutions of shale phenols in furfural followed by carbonization and activation. These adsorbents can be used for the purification of toxic polymetallic wastewater and for the recovery and concentration of arsenic and mercury. As compared with an aqueous solution, the amounts of arsenic and mercury concentrated of the surface of the or-ganomineral adsorbent after a 120-h contact were greater by factors of 2 and 15, respectively.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.