Адсорбенттер.адсорбциялық процес пен оның кинетикасы.

Жоспар
Кіріспе

ЖОСПАР
Уытты органикалық қосылыстарды пайдаға асыруда көміртек сорбенттерін қолдану
Сулы ерітінділерден белсенділендірілген көмірмен оттегі және хлорқұрамды қосылыстарды адсорбциялау
Сорбциялық тазарту процесінің термодинамикасы мен кинетикасы
Термодинамика
Адсорбцияның потенциалды теориясы мен микрокеуекті көлемдік толтыру теориясы.
Адсорбция кинетикасы
Адсорбциялық процестерді аппаратуралық дайындау
Адсорбциялық техниканың пайдалану аумақтары

КІРІСПЕ

Адсорбция құбылысына ауа мен суды тазартудың зиянды қоспалардан, қант қайнату кезіндегі қант шәрбатынан тамақ өнеркәсібіндегі жеміс шырындары мен басқа да сұйықтықтардан, өндірістегі майлау майларынан тазартудың түрлі әдістері негізінде пайда болды. Қатты адсорбенттерді пайдалып газ бен сұйықтық қоспаларындағы ылғалды жою – адсорбциялық техниканы маңызды саласы болып табылады.
Адсорбциялық процестерде қоспаларды жұқа бөлу мен берілген компонентті күрделі қоспалардан бөліп алуға негізделген. Мысалы, алкандар изомерін бөлу ПАВ өндіріс үшін қалыпты көмірсутек алу мақсатында, мотор отыны өндірісі үшін мұнайды бөліп алу. Газдық қоспалар үшін бөлудің адсорбциялық әдістер оттегімен байытылған ауаны алуда қолданылады (таза О2 дейін), көптеген жағдайда бұл әдістер ректификациямен табысты бәсекелеседі.
Адсорбциялық техниканы қолданудың тез дамитын аумағы – медицина, ол қаннан зиянды заттарды және физиологиялық сұйықтықтарды (гемосорбция әдісі) мүмкіндік береді. Залалсыздандыруға жоғары талаптар сәйкес келетін адсорбенттерді таңдауда қиындық туғызады. Оған арнайы белсенділендірілген көмірлер жатады.

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 29 бет
Таңдаулыға:

0.1 . Уытты органикалық қосылыстарды пайдаға асыруда көміртек сорбенттерін қолдану
Сорбциялық процестердің теориясы мен практикасының дамуына М.М. Дубинин, А.М. Когановский, А.Н. Фрумкин, Р.М. Марутовский, Н.В. Кельцев, В.Б. Фенелонов және т.б елеулі үлес қосты. Органикалық заттарды бөліп алу үшін үнемді және кең қолданылатын адсорбенттер көміртекті материалдар болып табылады.
Осыған байланысты мұндай жүйелердің адсорбциялық әрекеті немесе теориялық сипатқа ие болады, негізінен газ бен буды адсорбциялау кезінде белсенділендірілген көмірдің беті мен кеуекті жүйесінің толтырылуымен байланысты және сорбент - сорбат спецификалық әрекеттесуіне мүмкіндік беретін күрделі математиаклық моделдеумен қоса жүреді немесе технологияны өңдеу кезінде адсорбциялық тазарту сатысында тәжірибелік жеке зерттеулер өткізіледі және осылардың негізінде ұсыныстар қарастырылады [11-13].
Белсендірілген көмірдің сорбциялық қасиеттері туралы мағлұматтар байланыссыз, ал кейде қарама-қайшы сипатта болады. Сорбтивтің табиғатын ескеретін технологияларды өңдеуге бірегей жеткізу, сорбенттің физика - химиялық қасиеттері және оларды өзгерту мүмкіндіктері, адсорбция мен массажылжыту механизмдері, адсорбцияның фундаметтік теңдеулерінің негізінде оптимизациялауға жекелей мән берілмеген. Сондықтан, қоршаған ортаны, ресурсты сақтау мен халықтың денсаулығын сақтау мақсатында түрлі сорбент түрлерімен табиғи және ағын суларды оттегі, хлор және азотқұрамды органикалық қосылыстардан тазарту процестерін жасау негізінде ғылыми және технологиялық өңдеуге қызығушылықты тудырады.
Осы мақсатта жеке сулы ерітінділерден, сол секілді табиғаты, құрылысы мен беттік күйі бойынша ерекшеленетін белсенділендірілген көмірдің түрлі қоспа құрамдарымен түрлі кластағы органикалық қосылыстардың адсорбциясын кешенді зерттеу жүргізіледі.
Зерттеу объектісі ретінде шикізаты, алыну жолы және құрылыс сипаттарымен ерекшеленетін отандық белсенділендірілген көмір қолданылды (кесте 1), сол сияқты сулы - тұзды ерітінділер мен фенол қоспалары және хлорфенол, хлороформ, формальдегид, ацетальдегид, нитробензол, е - капролактам, пиридин және анилин пайдаланылады. Қоспадағы компоненттердің қатынасы ауыз және ағын сулардың шынайы құрамына сәйкес таңдалады.

Сулы ерітінділерден белсенділендірілген көмірмен оттегі және хлорқұрамды қосылыстарды адсорбциялау. Фенол Қарағанды облысының сумен жабдықталуында анағұрлым жиі кездесетін ластағыш түрлерінің бірі. Оның беттік және жер асты суларында болуы көмір пласттарының шайылуы болып табылады, сол сияқты тау - кен өндіру, отын - энергетикалық және коксохимиялық өнеркәсіп орындарының суға тасталуынан болады. Суды дайындауда хлор қосылыстарын пайдалану фенолдардың анағұрлым уытты хлорфенолға айналуына әкеледі.
Жеке сулы ерітінділерден фенолдың адсорбциясы негізінен дисперсті әрекеттесу есебінен өтеді, яғни, микрокеуек өлшемі бойынша қол жетерлік компонентпен толтырылады. Спецификалық адсорбцияның үлесі аз. Фенолдың шекті адсорбциясы белсенділендірілген көмірмен зерттегенде КсАУ АГ-ОВ-1 СКД-515 АГ-3 КАД-йодты АБГ қатарында өзгереді [14, 15]. Минералды компоненттердің фенолды алуға әсері бір қатарлы емес. Фенолдың адсорбциясына KSCN болуы аз айтылады, ерітіндіде NH4Cl немесе оның KSCN қоспаларының көрсеткіші 1,5-2 есе төмендетеді [16]. Адсорбцияның азаюы адсорбциялық орынға органикалық және минералды компоненттердің арасындағы бақталастыққа байланысты емес, ерітіндінің құрылысының өзгеруімен байланысты болады. Фенол судың кеңістіктік торына сутектік байланыс түзілу есебінен орналасып тұрақты етсе, бұл кезде NH4+ және SCN иондары керісінше су кластерінің құрылысын қопсытады. Тұз қатысында фенолды адсорбциясының азаюын бақылау, екі қарама - қарсы процестердің әрекетінің сомалық эффектісі болып табылады. Адсорбенттерді алдын - ала HCl ерітіндісімен өңдеу фенол адсорбциясын 2-2,5 есе жоғарылатады. Бұл, беттік фенолдық топтардың карбонилдіхиноидты топқа жартылай конверсиясына әкелетін белсенділендірілген көмірдің бетіне модификатордың адсорбциясымен байланысты және фенолдық спецификалық адсорбцияланған молекуласының үлесінің ұлғаюына байланысты болады. Осылайша, карбонил тобының оттегісі және ароматты сақинаның электронды жүйесі арасындағы зарядтардың ауысу комплекстерінің түзілу механизмін жүзеге асырады.
Фенол молекуласына электртеріс орынбасушыны (мысалы, хлор атомы) енгізу компоненттің сулы ерітіндіден алынуын ұлғайтады [17]. Хлорфенолды адсорбциялау фенолды адсорбциялау белсенділіендіріген көмірдің маркасына байланысты 1,5-3,5 есе жоғары болады. Адсорбенттің маркасына байланысты компоненттің максималды адсорбциясы БАУ АГ-3 АГ-ОВ-1 СКД-515 қатарда өзгереді. Фенол жағдайында АУ минералды қышқылдармен алдын - ала өңдеу хлорфенол адсорбциясын жоғарылатады [18]. Шекті адсорбциялық сыйымдылықтың өсуі 80-100 % жетеді.
Суды хлорқұрамды реагенттермен зиянсыздандыру кезінде суды дайындау процесінде су қоймасындағы оңай тотығатын органикалық қосылыстардың ыдырауы кезінде хлорорганикалық қосылыстар қатары түзіледі, соның ішінде хлороформ үлкен үлеске ие.
Жеке су ерітінділерінен хлороформды адсорбциялау тепе - теңдігін зерттеу компоненттің адсорбциясы микрокеуектерде ван - дер - ваальс күштері есебінен болған кезде анықтауға болады [19]. Бұған адсорбцияның изотермалық формасы (L- Гильс классификациясы бойынша типі[20]) айғақ, яғни, түрлі маркалы белсенділендірілген көмір үшін адсорбенттің шекті адсорбциялық сыйымдылығының микрокеуектің АУ (а0Умикро) көлеміне қатынасы мәндеріне жақын келеді. Соңғы қатынастан есептелген коэффициент кеуекті көміртек материалы үшін бұл заттың шекті адсорбциясы шамасын теориялық жағынан хлороформды стандартты әдіспен анықтауда қателіктен аспайтын қателікті бағалауға мүмкіндік береді [6]. Хлороформның белсенділендірілген көмірмен максималды адсорбциясын зерттеу мына қатарда өзгереді КАУ СКД-515 АГ-3 АГ-ОВ-1 ПФС БАУ. Тұздардың болуы (NaCl мен NaF) сулы ерітінділерден хлороформды алуына әсер етпейды. Дегенмен, адсорбенттерлі минералды қышқыл мен негіз ерітінділерімен модифицирлеу органикалық компоненттің адсорбциясын 1,5-2,5 есе төмендеуіне әкеледі, бұл белсенділендірілген көмірдік беттік қабатына модификатордың жартылай адсорбциялануы мен адсорбцияның потенциалды орталықтарының одақтасуына байланысты болады.
Формальдегидтің сулы ерітінділерден белсенділендірілген көмірмен адсорбциялау изотермасы компоненттің физикалық адсорбциясына сәйкес классикалық түрге ие болады. Полимолекулалық адсорбция (БЭТ) теңдеуін қолдану арқылы адсорбция жылуын есептеу және адсорбцияның сипаттамалық энергиясын Дубинин - Радушкевич теңдеуі бойынша шешу бұл компоненттің қол жетімді микро- және мезокеуекте адсорбциялану болжамын нақтылайды [15].
Сулы ерітіндіден формальдегидті алу зерттелетін АУ мына қатарда азаяды КсАУ АГ-ОВ-1 АГ-3 СКД- 515 БАУ АБГ. HCl ерітіндісімен АУ өңдеу формальдегидтің адсорбциясына әсер етпейді.
Ацетальдегидтің жеке сулы ерітінділерден адсорбциялау изотермасы Гильс классификациясы бойынша Н - типіне жатады. Бұл белсенділендірілген көмірдің беттік қабатының күшті спецификалық әрекеттесуінің болуын жорамалдайды. Сорбенттің фенолдың беттік тобымен сутектік байланыстың түзілуін болжамдауға болады. ТОЗМ теңдеуін пайдаланып көлемнің шекті адсорбциялық шамасын қолдану арқылы (0,09-1,06 cм3г) және адсорбция энергиясының сипаты (14,9-15,9 кДжмоль) ацетальдегидтің микрокеуектің қажетті өлшемінде адсорбциялануының болуы айғақ. Шекті адсорбциялық көлем АУ зерттеуінде ацетальдегидке қатысты мына қатарда өзгереді КсАУ АГ-3 АБГ.
Адсорбциялық анализді жеке сулы ерітінділерден хлороформ, фено және хлорфенол және ацетальдегидті бір маркалы адсорбентпен алуда ерігіш затпен шекті адсорбциялық көлем шамасымен жақсы корреляцияны көрсетеді (сур. 1). Формальдегидтің жоғары концентрация аумағында адсорбциялық тәуелділіктен ауытқуы (формальдегидтің судағы ерігіштігі - 40 % дейін, хлороформ - 1 %, фенол - 6,7 %, хлорфенола - 2,7 %, ацетальдегид сумен араласады) оның құрылыс ерекшеліктерімен байланысты болады.
Формальдегид - поляр - лы, химиялық белсенді зат. Оның сумен әрекеттесуі моно- және полигидраттар түзуге әкеледі: бұдан басқа, жоғары концентрацияда димерленуге қабілетті. Формальдегид димерінің белсенділендірілген көмірдің беттік қабатында оның жоғары адсорбциялығын қамтамасыз етеді.
Табиғи су, ереже бойынша, заттардың қоспасынан тұрады, сондықтан бірлескен адсорбция кезінде зерттелетін компоненттердің әсер ету анализіні қызығушылық туады.
Фенол және хлорфенолдың қатынасында бірлескен адсорбциясы [21] зиянсыздандырылған хлор суында (1:99 фенола мен п-хлорфенол үшін) берілген компоненттердің шынайы құрамына сәйкес оны хлортуындыдан алу кезінде фенолдың болуы елеулі әсер етпейді. Компоненттердің қатынасының 1:9 дейін өзгеруі п-хлорфенолдың шекті адсорбциясының шамасын 5-10 % дейін азаюына әкеледі. Екі компоненттің де адсорбциясы дисперсті әрекеттесу есебінен жеке компоненттері мен заттың термодинамикалық сипат үшін фенол мен п-хлорфенолдың қоспасының адсорбциялық теориялық есептеуін жүргізуге мүмкіндік береді.
Есептелген адсорбция изотермасын алынған эксперименталды мәліметтермен салыстырғанда бұл сәйкестіктің жоғары екендігі көрсетті (айырмашылығы 4,2 % аспайды). Бұл осы әдісті берілген компоненттердің түрлі қатынаста көп еңбекті қажет етпейтін эксперименталды зерттеуді өткізбей - ақ қоспалардың жобалыау адсорбциясы үшін пайдалануға болады.
Хлороформ мен фенолдың бірлескен қатысында адсорбциясын зерттеуі көрсеткендей [22], әрбір компоненттерден алынған қоспа әлсіз адсорбцияланады. Осылайша, хлороформ адсорбциясы аз дәрежеде төмендейді, бұл теориялық жағынан жақсы байланысады, яғни аз еритін комонент анағұрлым еритін компонентті адсорбент бетінен ығыстырып шығады.
Компоненттердің адсорбция жылуы мен шекті адсорбциялық көлемін есептеу (W0) көрсеткендей, хлороформ сорбциясы, сол секілді фенолды жеке су ерітінділерінен аду жағдайында қол жетімді микро- және мезокеуектерде дисперстік әрекеттесу есебінен жүреді.
Қоспадан адсорбцияланатын компоненттермен толтырылған микрокеуектің сомалық көлемі фенолдың моноадсорбциясынан есептелген мәліметтер бойынша W0 мәнінен жоғарылайды, бірақ хлороформ үшін аналогиялық сипаттамасынан аз болады. Бұл АУ бетіндегі әрбір компонент үшін потенциалдық адсорбциялық орталықтарының қол жетуінің әр түрлілігімен түсіндіріледі. Мөлшері аз (0,64 нм фенолмен салыстырғанда 0,67 нм) хлороформ молекуласы аз өлшемді микрокеуекке енуге қабілетті. Фенол мен хлороформ қоспасынның адсорбциясына рН ерітіндісі әсерін зерттеу және хлороформ үшін суды фенолдан тазарту дәрежесін рН 8 кезінде төмендетуі айқындалды, бұл фенолят - иондардың түзілуімен және бұл компоненттің адсорбциясын басуына байланысты болады. Хлороформның адсорбциясына ерітіндінің рН әсері байқалмады. Адсорбенттерді алын - ала HCl ерітіндісімен өңдеу, жеке сулы ерітінділерден адсорбциялау жағдайында да фенолдың адсорбциясын жоғарылатады, бірақ хлороформ адсорбциясына әсер етпейды.
Хлороформ мен п- хлорфенолдың бірлескен адсорбциясы кезінде органикалық компоненттер арасында адсорбциялық орынға бәсекелестік пайда болады. Фенол - хлороформ қоспасы жағдайында компоненттердің әрбірі әлсіз адсорбцияланады және хлороформ адсорбциясы п-хлорфенолға қарағанда аз дәрежеде азаяды [23]. Бұл кезде классикалық п-хлорфенолдың S-тәрізді (рис. 2) адсорбциялау изотермасының формасының өзгеруі байқалады. Бұл сорбент - сорбат әрекеттесуінің әлсізденуі мен органикалық компоненттердің бірлік орталықтағы адсорбциясы болуын болжамдайды.
Мұның себептері фенол мен n-хлорфенолдың адсорбциялық ортаға анағұрлым күшті бәсекелестігі, қоспа компоненттерінің ерігіштігінің аз айырмашылығымен байланысты, сол секілді белсенділендірілген көмір бетімен п-хлорфенолдың спецификалық әрекеттесуінің күшеюіне байланыст болуы мүмкін. Қоспадан компоненттерді орын алуында адсорбция кезінде микрокеуектің сомалық көлемінің өзгеру заңдылығыфенол - хлороформ жүйесі үшін ұқсас болып келеді.
Сулы ерітінділерден фенол мен формальдегид қоспасын адсорбциялауды зерттеу күтпеген нәтижелерге әкелді.
Формальдегидтің жеке ерітінділермен салыстырғанда қоспадан адсорбция изотермасынының екінгі сатысында фенолдың қатысында анағұрлым құрылымды формальдегид ассоциаттары, яғни, оның димерінің түзілуінің күшеюі анық байқалады. Бұдан басқа, фенол, сол секілді формальдегидтің адсорбциялық ауытқуы да байқалады. Ерітіндіге екінші компонентті енгізу зерттелетін концентрацияда барлық интервалда фенолды адсорбциялық алуға әсер етпейді. Формальдегид адсорбциясының төмендеуі концентрация аумағы 80 мгдм3 жоғары болғанда байқалады. Белсенділендірілген көмір беттігінің аз дәрежеде толтырылуы фенолдың адсорбцияланған молекуласы мен формальдегид арасында потенциалды адсорбциялық орталыққа бәсекелестігі байқалмайды. Бұдан басқа, екі адсорбцияланған заттардың молекула арасында сутектік байланыстың түзілу есебінен спецификалық әрекеттесу пайда болуы мүмкін. Формальдегидтің адсорбциясының 10 - 12 до 16-22 кДжмоль жылуының өсуі бұл жорамалды қосымша дәлелдейді. Формальдегид пен фенолды адсорбциялаудан кейін АУ ИҚ - спектроскопиялық зерттеу, адсорбент бетінде формальдегидтің димерлі құрылымы түзілуінен басқа, органикалық компоненттер арасында да әрекеттесу жүреді. Фенол мен формальдегид бір - бірі үшін екіншілік адсорбциялық орталық ретінде болуына қабілетті.
Көміртек сорбенттерін алдын - ала тұз қышқылымен өңдеу қоспадан фенолдың адсорбциясын жоғарылатады және формальдегид адсорция шамасына әсер етпейді.
Формальдегид - ацетальдегид қоспасын адсорбциялау кезінде ауытқу құбылысы да байқалады. Ацетальдегид адсорбциясы формальдегидке қарағанда анағұрлым ерігіштігіне қарамастан тәжірибенің қателік шегінде өзгермейді.
Екі компоненттің де изотермасы жеке сулы ерітінділерден адсорбциялағанда өз формасын сақтап қалады.
Формальдегид сорбциясының төмендеуі, сол сияқты фенол қоспасы жағдайында, концентрацияның 80 мгдм3 мәнінен жоғары аумағында байқалады. Формальдегид адсорбциясының жылуын есептеу фенол - формальдегид қоспасы үшін 16-22 кДжмоль мәндеріне дейін өсті, бұл жағдай формальдегид - ацетальдегид үшін қоспа компоненттері арасындағы және белсенділендірілген көмір бетінде сутектік байланыстың түзілуі болады деген жорамал бар.
Қорытынды
Түрлі кластағы органикалық қосылыстарды адсорбциялауды кешенді зерттеу келесі қорытындыларды жасауға мүмкіндік берді. Дисперсті күштің есебінен беттік қабатта әсер ететін заттардың адсорбциясына тек белсенділендірілген көмірдің құрылысы ғана әсер етеді. Бұл жағдайда минералды заттарды енгізу компоненттерді алуға әсер етпейді. Ерітіндіге екіншілік органикалық компонентті енгізу адсорбцияның төмендеуіне әкеп соғады, оның дәрежесі екі компоненттің ерігіштік қатынасына тәуелді болады. Адсорбенттің беттік күйінің өзгеруі мұндай заттардың адсорбциясына кері әсер етуі мүмкін.
Құрылыс құрамында спецификалық әрекеттесуге қабілетті тобы бар заттардың адсорбциясы АУ беттік күйіне байланысты. Белсенділендірілген көмірді қышқылмен өңдеу фенолдың адсорбциясына қолайлы әсер етеді, дегенмен АУ бетінде адсорбцияланған сутек иондары олардың диссоцияциялануын басады, және солайша адсорбцияны ұлғайтады. Аминдіамидті азты бар (анилин, е-капро- лактам, пиридин) азот қосылыстары жағдайында аздаған эффект тотығу модификациясын қолодану арқылы жүзеге асады, ол өз кезегінде адсорбент бетінде карбоксил және фенол топтарының өсуіне әкеп соғады.
Жақсы еритін, яғни, су молекуласымен сутектік байланыс түзуге қабілетті заттарды адсорбциялауда ерітінді құрылысының өзгеруі үлкен рөл атақарады. Осы байланысты қатайту үшін минералды жәненемесе органикалық заттарды енгізу адсорбцияның азаюына әкеледі, еріткіш - еріген зат байланысының әлсіреуі адсорбцияны күшейтеді.
Адсорбенттер. Адсорбенттер ретінде түрлі жасанды және табиғи кеуекті материалдар қолданылады: силикагелдер, алюмогелдер, табиғи саз, күл, қож, ағаш үгінділері, кокстік қалдықтар, торф және т.б. Түрлі маркалы белсенділендірілген көмірлер эффективті адсорбент болып табылады. Бұл көмірдің кеуектілігі 60...75% құрайды, беттік меншікті көлемі 400...900 м2г. Белсенділендірілген көмір мына қасиеттерге ие болуы керек: су молекуласымен әлсіз және органикалық заттармен жақсы әрекеттесуі керек, органикалық молекула үшін беттік қабаты қолайлы болу үшін ірі кеуекті болуы керек. Сумен аз уақыт әрекеттескен кезде олар жоғары адсорбциялық көлемге ие болуы, жоғары селективтілікке және регенерация кезінде аз ұстап тұратын қабілетке ие болуы тиіс. Көмір берік болуы керек, сумен тез араласуы керек, анық түйіршіктелген құрамды болуы керек. Тазарту процесінде бөлшек өлшемдері 0,25...0,5 мм болатын ұсақ түйіршікті адсорбенттер және мөлшері 40 мкм аз болатын жоғары дисперсті көмір қолданылады [24] .
Адсорбенттің белсенділігі сіңірілетін зат мөлшерінің көлем бірлігіне немесе сорбент массасына сипатталады (кгм3, кгкг).
Сұйықтық адсорбция процесуінің негіздері. Адсорбция процесі статикалық жағдайда өтуі мүмкін (сур. 11.4, а), мұндағы сұйықтықтың бөлшектері адсорбент бөлшектеріне орналасады, яғни, соңғы (араластырғышы бар аппаратпен) қозғалады, сол сияқты динамикалық жағдайда (сур. 11.4, б) сұйықтық бөлшектері адсорбентке орналасқанда өтеді (фильтрлер, псевдоқызған қабаты бар аппарат) [25]. Осыған сәйкес адсорбенттің статикалық және динамикалық белсенділігін анықтайды.
Адсорбенттің статикалық белсенділігі сұйықтықтың тұрақты температурасында және заттың бастапқы концентрациясы кезінде тепе - теңдікке жету барысында сіңірілген бірлік көлемі немесе адсорбенттің массасының максималды санымен сипатталады, ал адсорбенттің динамикалық белсенділігі - сіңірілген бірлік көлемі немесе адсорбенттің массасының адсорбцияланған заттың пайда болуынан бұрын фильтратта ағын суды адсорбент қабатынан өткізген кезде максималды зат мөлшері. Өнеркәсіптік адсорберлерде динамикалық белсенділік статикалық 45...90% құрайды.
Адсорбентпен адсорбцияланған және ерітіндіде қалған зат мөлшері арасында, сұйылтырылған ерітінділерде таралу заңына бағынатын тепе - теңдік жағдайы басталады.
Адсорбенттің адсорбциялық қасиетін бағалаудың негізгі критерийлері Фрейндлих немесе Ленгмюр теңдеуімен сипатталатын адсорбция изотермасы болып табылады. Сулы ерітінділерден белснділенділендіріген көмірмен жақсы адсорбцияланатын заттар ашық адсорбция изотермасын көрсетеді, ал нашар адсорбцияланатын заттар имек изотермаға ие болады. Ағын суда кездесетін заттардың адсорбция изотермасын тәжірибелік жолмен анықтайды. Ағын сулардың әлсіз концентрациялы ерітіндісін есепке ала отырып, Ленгмюр теңдеуі эмпирикалық коэффициенттер мен қателіктерді түрлендіргеннен кейін мынадай түрге келеді:

(11.20)
мұнағы а - меншікті адсорбция, кгкг; Кад- адсорбент пен ерітінді арасындағы адсорбаттың таралу константасы, оның шамасы тең жағдайда температураға тәуелді болады; Стең - адсорбенттегі адсорбцияланатын заттың тепе - теңдік концентрациясы, кгкг.
Ресейдің ағаш өңдейтін және целлюлоза - қағаз өнеркәсібі су сіңіретін өндірістің бірі болып табылады. 11 ірі өнеркәсіп саласының 3 - і Иркутск территориясында орналасқан. Оның ішіне ААҚ ЦКК және ААҚ БКХ кіретін Братский ЛПК жатады. Қазіргі таңда су қоймасына кеп түсетін ААҚ ЦКК су ағындарын ьаұылау мен нормаға келтіруге жататын приоритетті заттар мен көрсеткіштер анықталды. Бұл [26] Вихорева - Устъ-Илимское су қоймасына түсетін беттік су объектілері ағын сумен ө. ластағыш заттарды толығымен көрсететінін айта кету керек. Бұған келесі заттар кіреді:
oo Деструкция өнімі, ағашты қайнату процесіндегі тотығу және трансформация өнімдері болып табылатын метанол, формальдегид, фурфурол, фенол, лигнин, скипи - дар, сульфат сабыны, еріген өнімдері жатады;
oo Реагентті өңдеу процестерінде түзілетін үкіртсутек, меркаптан, диметилдисульфид, диметилсульфид және оның тотықтары;
oo Хлордың органикалық қосылыстары, целлюлозаны ағарту сатысында түзілетін метан туындылардан көп функционалды полиароматты қосылыстар.
Ағаш үгінділері ағын судың жеке ластағыштары метанол, хлороформ мен скипидар қатысында сіңіргіш қабілетке ие болады. Өлшемі 2 мм аз болатын фракция 200 [о]С температурада 3 сағат бойы кептіріледі. Кейін үгіндінің анықталған саны зерттелетін суға салынады және 10-40 мин бойы периодты араластыру жағдайында ұсталады.
Ылғалсыйымдылығы жеткілікті ағаш үгінділері ағын судың біршама мөлшерімен сіңіріледі, а онымен бірге ластағы заттардың қажет мөлшерімен сіңіріледі. Метанол мен хлороформнан тазарту эффектісі 48-50 % дейін құрайды, ал скипидар бойынша 60 %. Берілген нәтиже сорбцияны статикалық жағдайда 30 мин кейін жетеді. Осы кезде рН төмендеуі жүреді, орташа рН = 7,5-8,0 дейінғ ал бастапқы мәнінде рН = 9,0.
Ағын суларды ағаш үгінділерін пайдалану арқылы тазартуда келесі заңдылықтар байқалады:
oo Аз молекулалық массасы бар компоненттерге қарағанда, үлкен молекулалық массасы бар компоненттерден тазарту дәрежесі жоғары;
oo Тазарту дәрежесіне судағы ластағыш қоспалардың ерігіштігі әсер етеді: ол жоғары болған сайын, тазарту эффективтілігі төмен болады. Бұл скипидарды барлық сынамалардан терең алуымен түсіндіріледі;
oo Тазарту дәрежесін ұлғайту үшін үлкен мөлшерлі ағаш үгінділерін пайдалану тазартылатын су сынамасындағы фенолдың концентрациясының жоғарылауына әкеледі.
Қазіргі уақытта табиғи материалдарды (күл, көмір, целлюлоза, ағаш үгінділері) суды мұнай өнімдерінен тазартуда кеңінен қолдануына қарамастан [27,28], анағұрлым перспективті әдіс биогенді заттар ретінде [29,30] микроағзалардың мұнай көмірсутектерін (МК) қолдану қабілетіне негізделген биотехнологиялық әдіс болып табылады. МК биодеструкция процесі адам денсаулығы мен қоршаған ортаға қауіпті емес жеке микроағзаларды көміртекті ассимилдеп уытты көмірсутектерді биохимиялық трансформация жолымен экологиялық зиянсыз қосылыстарға айналдыру қабілетіне негізделген. Қатты фазалы тігіс етегіне иммобилденген микроағзалардың оксидазды белсенділігі жасушының әдеттегі суспензиясына қарағанда жақсы тұрақталады және рН пен температура диапазон оптимумы кең болады [31]. Биодеструкция процесі биосорбентті пайдалану жағдайында материалдың эмульсиямен байланысы, сол материалда адсорбцияланған мұнай өнімдері фазаларды бөлгеннен кейін де маңызды болып қалады. Өңделген материалдарды келесі қолдану, регенерациясы аз, ал мұндай жүйелерді қайталап немесе көп рет пайдалану болмайды. Сондықтан, мұнай тотықтырғыш микроағзалардың иммобилизацияланған штаммасын сорбенттерде зерттеуді өткізуге қызығушылық туды. Суды мұнай өнімдерінен эффективті тазартуды толық бағалау үшін, қатты фазалы жабын сорбция процесін қамтамасыз ететін, және иммобилизацияланған микроағзалармен биодеструкция процестерін қамтасыз ететін бұл жұмыста бұл процестердің әрбір салымы бағаланды және зерттелетін материалдардың өзіндік регенерациясы мүмкіндігі мен оны көп рет пайдалану мүмкіндіктері қарастырылды.
Гравиметриялық әдіспен мұнай өнімдерін [32] анықтауда аппаратуралық жалғауы бар колоналық хроматография немесе ИҚ - спектрометрде анықтаудан салыстырғанда ерітінді таңдаудың анағұрлым кең мүмкндіктері мен әдіс модификациялары көрсетіледі, бұл арқылы анализді өткізудің уақытын қысқарту мен анықтаудың дәлділікті жоғарылату мақсатымен жүзеге асады.
Әдеттегі жағдайда, оңай ұшқыш фракциялар сулы эмульсиядан тез жойылады, әсіресе, жұқа қабықтың беттік қабынан, МК оңай ұшқыш сулы фазада және қиындатылған сынама таңдауда концентрациясын өзгерту тәжірибесі өте үлкен мәселе болып келеді.
Гравиметриялық әдіс мұнай өнімінің сорбентпен экстракциялануынан кейін және МК сулы эмульсиясынан алынған аз көлемдегі экстрактіні дәл анықтауға мүмкіндік береді. Ұшқыш емес МК құрамы оңай және қиын ұшатын еріткіштердің булану жылдамдығының әр түрлілігіне негізделген.
Белгілі уақыттан кейін сынама массасы тұрақты болады және бұл қиын ұшқыш мұнай көмірсутектерін анықтауға мүмкіндік береді, дегенмен оңай ұшқыш көмірсутектер еріткішпен бірге жойылып кетеді. Осыған байланысты бұл әдісте қолданылуға қызығушылық туғызатын органикалық заттар мен қоспалар қатарының булану жылдамдығы зерттелді.
ДД, изопропил спирті мен хлороформнан тұратын қоспалардың булану жылдамдығын зерттеу, қиын ұшқыш ДД мен оңай ұшқыш хлороформ мен изопропил спиртінің булану жылдамдықтары арасындағы елеулі айырмашылықты табуға және оңай ұшқыш компоненттердің булануына кететін қажет уақытты анықтауға мүмкіндік береді (сур.1).
Қисық булану екі сызыққа ыдыратйтын екінші ретті сызық болып табылады. Оның біреуі оай ұшқыш еріткішке жатады, ал екіншісі қиын ұшатын ДД жатады.
Бұл жұмыста тәжіриеблік жолмен (Удд, гмин), алынған зерттелетін заттардың булану жылдамдығы келтірілген. Бұл жерден көріп отырғанымыздай, ДД булану жылдамдығы қолданылатын ерітінділердің булану жылдамдығынан бірнеше қатар аз.
Осылайша, нәзік әдіске байланысты мұнай өнімінің жалпы санын тдд (оңай ұшқыш фракцияны қоса) мына формуламен есептеуге болады:

[т]дд [_ т] дд + [т] ■ Удд

мұндағы тдд - мұнай өнімінің жалпы санының массасы, г;
Кесте. Зерттелетін заттардың булану жылдамдықтары

Заттар
Булану жылдамдығы Удд, гмин
Додекан
5,02-10'[4]
Изопропил спирті
4,84-10'[2]
Төртхлорлы көміртек
7,03 ■Ю'[2]
Хлороформ
1,21 ■ 10[-1]
т'дд - уақыт ішіндегі желдеткеннен кейінгі мұнай өнімінің массасы (қиын ұшатын фракция) т, г; т - еріткіштің булану уақытын түзеу, мин; Удд - оңай ұшатын фракцияның булану жылдамдығы, гмин.
Жұмыстың нәтижесінде мұнай көмірсутектерінің додекан мысалында концентрацияларын гравиметриялық анықтау модифицирленіп дәлелденді. Бұл әдіс еріткіштерді булаған кезде жоғалтқан оңай ұшатын мұнай көмірсутектерінің фракция мөлшерін ескеруге мүмкіндік береді.
Иммобилизацияланған Pseudomonas жән Rhodococcus жасушасымен полипроилен (ПП) және акрилонитрил талшығы негізінде (АН- 3) тоқымалы материалдармен сорбция мен биодеструкция зерттеулерін өткізу суды мұнай өнімдерінен тазартудың биологиялық әдісін пайдалану мақсатты түрде және перспективті екендігін көрсетті.
Бұдан басқа, алынған биосорбенттер биотехнологиялық процестерде ммобилизацияланған жүйелерге тағылатын негізгі талаптардың біріне толығымен жауап береді, яғни, бірнеше рет пайдалану (микроағзалардың жасушасының оксидазды белсенділігі ұзақ уақыт ішінде сақталады, яғни, жасушалар өзінің өмір сүру қабілетін жоғалтпайды) тәжірибелік дәлелденген.
Иммобилизацияланған жасушасы бар материалдарды пайдалану кезінде біз мұнай өнімдерін жоятын өзіндік регенерацияланатын жүйеге ие боламыз. Мұнда сорбцияланған заттардың жиналуы болмайды, себебі, микроағзалар материалды эмульсиямен байланыстырғанда көмірсутектерді деструкциялайды, КМ адсорбцияланған осы материалда фазалық ыдыраудан кейін сорбенттің регенерациясы (мұнай өнімдерінің бөлінуі) мен қалдықтардың келесі пайдаға асу мүмкіндігін шектейді. Иммобилизацияланған жасушалардың деструкциялау қабілетін зерттеу көрсеткендей, биоремидация дәрежесі мен биодеструкцияның меншікті жылдамдығы субстрат саны, минералды элементтердің болуы мен қоршаған ортаның рН тәуелді болады.
Сулы эмульсия моделі мысалында ДД бойынша ПДКр.х. уақыт бойынша жетістігіне болжам жасалды: рН түзету жағдайында уақыт 1111 иммобилизацияланған жасушалар үшін 1,3 тәулікті құрайтын еді, иммобилизацияланған жасушасы бар АН-3 үшін 1 тәулікті құрады.
КМ ластанған көлік жуу ағын суының шынайы сынамасы үшін ПДКрх. Жетістік уақыты жорамал бойынша сорбция үшін 48 сағат, биодеструкция үшін - 18 сағатты құрады. Әдебетте сипатталған биоремидация мысалына қарағанда біршама аз келеді.

0.2 Сорбциялық тазарту процесінің термодинамикасы мен кинетикасы
Ауыз суды тазарту үшін технологияларды өңдеу, құрамында біріншілік хлорлаудан кейінгі хлороформ мен хлорфенолды АУ СКД-515 және АГ-3 қоспасынан адсорбциялаудың кешенді зерттеу бойынша орындалды.
Зерттелетін сорбенттердің адсорбциялық қасиетін бағалаудың негізгі критерийлерінің бірі адсорбция изотермасы болып табылады. Сулы ерітіндіден хлорфенол және хлороформның адсорбциясы изотермасын олардың жеке су ерітінділерінен адсорбциялау изотермасын салыстырсақ, жеке су ерітінділерінен компоненттер қоспадан алынған компоненттерге қарағанда әлсіз адорсбцияланатыны көрсетілді. Хлороформның адсорбциясы хлорфенол адсорбциясына қарағанда жоғары, бұ лоның суда аз ерігішітігіне байланысты (С5хлорфенол = 210,8 ммольдм , С^хлороформ = 68,67 ммольдм ), сол сияқты молекуланың хлорфенолмен ван - дер - ваальстік аз болуына байланысты -- 0,64 нм хлороформ үшін, 0,8 нм -- хлорфенол үшін сәйкес келеді. Көмірсутек сорбенттерін толық сипаттау мен адсорбциялық параметрлерді есептеу үшін мономолекулалық адсорбция теориясын (Фрейндлих және Ленгмюр теңдеуі), микрокеуекті көлемдік толтыру теориясы (Дубинин -- Радушкевич теориясы) және Брунауэр, Эммет және Теллердің (БЭТ) полимолекулалық адсорбцияның жалпы теориясы қолданылады [33]. Адсорбцияның барлық изотермасы берілген теңдеулердің сәйкес келетін линеаризациялау координаттарында талданған.
Фрейндлих пен БЭТ теңдеулері су -- хлорфенол -- хлороформ -- АУ жүйесінің адсорбциялық тепе - теңдігі сипатына қолданылмайды, себебі, есептелген асдорбция изотермасының тәжірибелік есептеуден үлкен ауытқуы бар. Дубинин -- Радушкевич және Ленгмюр теңдеулерімен есептелген адсорбция изотермасы тәжірибелік алынған есептеумен жақсы байланысады және бұл есептеуді АУ -- су -- хлорфенол -- хлороформ жүйесінде сорбцияның тепе - теңдік параметрлерін есептеуге қолданылады. Есептелген негізгі параметрлер инженерлік есептеулер үшін қолданылады.
Кинетикалық зерттеу мәліметтеріне сүйенсек, аз концентрациялы органикалық заттарды судан (хлорфенол, хлороформ) алу процесінің лимиттеуші сатысы сыртқы массаалмасу болып табылады.
Инженерлік есептеуге қажет сыртқы масса алмасу коэффициенттері есептелді.
Сорбция динамикасын тәжірибелік зерттеу параметрлерді жүелі таңдау (сорбент типі, жылжымайтын қабаттың ұзындығы, ағын жылдамдығы және т.б.) мен қалған мәндерді тіркеу кезінде бір түрлендірілген ауыспалы (мысалы, ерітіндінді ағынының жылдамдығы) тәжірибелік шығыс қиысығын алуға жорамалдайды. Судан хлороформ мен хлорфенолды АУ адсорбциялау динамикасын зерттеу тиеу қабатының биіктігі 0,1 - ден 0,5 м колоннада және 1 - ден 5 мсағ ағын жылдамдығында өткізілді.
Су құбыры суындағы компоненттердің қатынасы хлорфенолдың секіру уақытында шығым ПДК концентрациясынан аз болады, бұл сорбция процесін доминант компоненті болып табылатын хлороформ үшін динамикалық жағдайды моделдеуге мүмкіндік береді.
Бұл мәселені шешу үшін жұмыс режимі мен адсорбция процесінің өндірістік қондырғысының параметрлерін оптимизациялау үшін Дубинин -- Радушкевич тұрақтылары мен кинетикалық мәліметтерді қолдану арқылы аз концентрация аумағында [34] сыртқы диффузиялық адсорбция динамикасы фундаменталды теңдеу негізіндегі математикалық моделдеу қолданылды:
Моделдеу ауыз суды хлороформ мен хлорфенолдан АГ-3 мен СКД-515 маркалы белсенділендірілген көмірді пайдалану арқылы адсорбциялық тазарту процесі үшін жүргізілді.
Хлороформның динамикалық жағдайда (хлорфенол қатысында) негізгі адсорбциялық параметрлері есептелді. Есептеу нәтижелері бойынша, фильтраттағы хлороформ концентрация тәуелділігі көміртек сорбенттерінде фильтрленетін қабаттың түрлі параметрінде және сорбция динамикасы режимінде алынды. 1, 2 суреттерде фильтрленетін қабаттың уақытқа тәуелді хлорфенолдың түрлі параметрдегі көмір маркасына дейін шығыс қиысығы келтірілген.
Хлороформ адсорбциясының (хлорфенол қатысында) АГ-3 және СКД-515 белсенділендірілген көмірде тәжірибелік және теориялық шығыс қисығының сәйкес келуі, қолданылатын теңдеу тәжірибелік шығыс қиысқты толығымен сипаттайды және ұсынылған жүрістің адсорбцияны моделдеуге оң заңдылығын көрсетеді.
Есептеу нәтижелері бойынша адсорбция процесінің динамикалық сипаттамалары алынды: жұмыс қабатының ұзындығы, қолданылмаған қабаттың ұзындығы, қорғаныш әрекетінің коэффициенті, колоннаның жұмыс істеу ұзақтығы және фильтрлеу жылдамдығына тәуелді тазартылатын судың мөлшері, жылжымайтын қабаттың биіктігі мен колонна өлшемі. Фильтрленетін қабаттың жұмыс уақыты секіріске дейін мына қатарда өзгереді: АГ-3 -- СКД-515.
Тәжірибелік нәтижелер адсорбция процесін моделдеу мүмкіндігін дәлелдейді. Тәжірибелік адсорбциялық қондырғы үшін инженерлік есептеулерді доминирленетін компонент үшін өткізуге болады. Өткізілген зерттеулерді су құбыры суын адсорбциялық тазартуды аппаратуралық дайындауға ұсыныс беруге мүмкіндік береді.

Термодинамика [35-39]. Адсорбция термодинамикасының негізін 19 ғасырдың 70 жылдары Дж. Гиббс салған. Тепе - тең екі фазалық жүйеде фаза бөліну бетінде барлық экстенсивті локалды ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.