Көміртекті сорбенттерді активтеу
-ҚР БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
ӘЛ-ФАРАБИ АТЫНДАҒЫ ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ
“ЭКОЛОГИЯ” МАМАНДЫҒЫ БОЙЫНША
ЖАЛПЫУНИВЕРСИТЕТТІК МАГИСТРАТУРА
МАГИСТРЛІК ДИССЕРТАЦИЯ
ӨНДІРІСТІК АҒЫНДЫ СУЛАРДЫ ТАЗАЛАУ ҮШІН ҚОЛДАНЫЛАТЫН СОРБЕНТТЕРДІ ЖАҢА
ӘДІСПЕН АЛУ
Орындаушы:
2-курс магистранты
Ғылыми жетекшілері:
х.ғ.д, профессор, ҚР мемлекеттік
Мансуров З.А.
сыйлығының Лауреаты
Техн.ғ.д, профессор, ҚР мемлекеттік
Баешова А.Қ.
сыйлығының Лауреаты
Норма бақылаушы:
аш.ғ.к, доцент
Рыспеков Т.Р.
Қорғауға жіберілді
Жалпы химия және
химиялық экология
кафедрасының меңгерушісі,
х.ғ.к., доцент
Төреғожина Ж.Р.
___ ___________2010 ж.
Алматы, 2010 ж
РЕФЕРАТ
Диссертацияның құрылымы мен көлемі. Диссертациялық жұмыс кіріспеден,
әдеби шолудан, тәжірибелік бөлімнен, нәтижелер мен оларды талқылаудан,
қорытындыдан, пайдаланылған әдебиеттер тізімінен тұрады. Диссертациялық
жұмыс материалы 64 беттен, 24 суреттен, 3 кестеден және 71 пайдаланынған
әдебиеттер тізімінен тұрады.
Түйін сөздер: СОРБЕНТТЕР, МЕНШІКТІ БЕТТІК АУДАН, КАРБОНИЗДЕУ,
КАРБОНИЗДЕЛГЕН СОРБЕНТТЕР, КҮРІШ ҚАУЫЗЫ, КӨМІРТЕК МӨЛШЕРІ, СОРБЦИЯ.
Жұмыстың мақсаты мен міндеттері. Жұмыстың мақсаты өсімдіктекті
шикізаттан жаңа әдіспен сорбенттер алу және оны өндірістік ағынды суларды
ауыр металл иондарынан тазалауда қолдану.
Осыған байланысты төмендегідей міндеттер қойылды:
1. Күріш қауызынан көміртекті сорбенттерді алу әдісін жасау;
2. Алынған карбонизделген сорбенттерді қазіргі кездегі физика-химиялық
әдістермен зерттеу;
3. Карбонизделген сорбенттердің сорбциялық қасиеттерін зерттеу.
Ғылыми жаңалығы. Фосфорилизациялау әдісін қолдану нәтижесінде
сорбенттердің меншіктік беттік ауданы артатыны көрсетілген.
Зерттеу әдістері. Карбониздеу методикасы, алынған үлгідегі көміртек
мөлшерін анықтау әдісі, карбониздеу процесіндегі үлгі шығымын анықтау,
көміртектенген үлгінің меншікті беттік ауданын газохроматографиялық әдіспен
анықтау, ИҚ-спектроскопия әдісі, электрондық микроскопия әдісі, металл
иондарын сорбциялау әдісі, КҚ-ын сілітілік өңдеу (десиликация), қызылша
және сия пигментінің сорбциясы, атомды-адсорбциялық әдіс.
Жұмыстың тәжірибелік құндылығы. Өсімдік шикізатының қалдықтары негізінде
жоғары сорбциялық сиымдылыққа ие карбонизделген сорбенттер алу тәсілдері
жасалды. Алынған сорбенттерді ағынды суларды ауыр металл иондарынан тазалау
процесінде қолдануға болатындығы анықталды.
Жарияланымдар. Жұмыстың нәтижелері бойынша 2 мақала және 4 тезис
жарияланды.
РЕФЕРАТ
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из в ведения, обзора
литературы, экспериментальной части, результатов и их обсуждения, выводов,
списка использованной литературы. Общий объем диссертации составляет 64
страниц машинописного текста, включает 24 рисунков, 3 таблиц. Список
использованной литературы содержит 71 наименований.
Ключевые слова: СОРБЕНТЫ, УДЕЛЬНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ, КАРБОНИЗОВАННЫЕ
СОРБЕНТЫ, РИСОВАЯ ШЕЛУХА, СОДЕРЖАНИЕ УГЛЕРОДА, СОРБЦИЯ.
Цель и задачи работы. Целью работы является разработка нового способа
получения сорбента из сырья растительного происхождения и применение его
для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов.
В соответствии с этим, были поставлены следующие задачи:
1. Получение углеродного сорбента на основе рисовой шелухи;
2. Полученные карбонизованные сорбенты изучить с применением современных
физико-химических методов исследования;
3. Изучение сорбционных свойств карбонизованных сорбентов.
Научная новизна. Показано возможность повышения удельной поверхности
сорбентов при использовании способа фосфорилизации.
Методы исследования. Карбонизация, метод определения содержания
углерода, газохроматографический метод определения удельной поверхности
зауглероженных образцов, электронно-микроскопическое исследование, методика
ИК-спектроскопии, атомно-адсорбционный метод, щелочная обработка
(десиликация) образца РШ, сорбция чернильного и свекольного пигмента,
Сорбция ионов метала.
Практическая значимость работы. Разработан метод получения
карбонизованного сорбента на основе растительного сырья, обладающего
хорошими адсорбционными свойствами. Изучены физико-химические
характеристики полученных карбоизованных сорбентов. Показано, что
полученные сорбенты можно использовать для очистки сточных вод от ионов
тяжелых металлов.
Публикации. По результатам работы опубликовано 2 статьи и 4 тезиса.
ҚЫСҚАРТЫЛҒАН СӨЗДЕР ТІЗІМІ
ККМ – кеуекті көміртекті материалдар
КМЕ – көміртекті молекулалы електер
ГЖҚ – грек жаңғағының қабығы
АК – активті көмір
КҚ – күріш қауызы
ИҚ – инфрақызыл
ШЖК – шекті жіберілетін концентрация
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ 6
I ӘДЕБИ ШОЛУ 8
1.1 Табиғи шикізаттардан сорбенттерді карбонизациялау 8
арқылы алу
1.2 Суды ауыр металдар иондарынан тазалау үшін қолданылатын 18
сорбенттер
1.3 Сорбенттер – сорбциялық процестердің теориялық негізі. 20
1.4 Көміртекті сорбенттерді активтеу 21
1.5 Металдар-адамзат өркениетінің негізі 26
1.6 Судың химиялық компоненттерінің санитарлы-токсилогиялық 29
сипаттамасы
II ЭКСПЕРИМЕНТТІК БӨЛІМ 36
2.1 Карбониздеу әдістемесі 36
2.2 800°C температурада карбонизделген күріш қауызын 36
қышқылды-сілтілік өңдеуден өткізу.
2.3 КҚ-ын сілітілік өңдеу (десиликация) 37
2.4 Пиролиздік фосфорилизациясы және қышқылдық активациясымен 37
КҚ сілтісіздендіру жолымен көміртекті сорбенттердің күтілетін
синтезі
2.5 Алынған үлгідегі көміртек мөлшерін анықтау әдісі 37
2.6 Карбониздеу процесіндегі үлгі массасының өзгерісін анықтау 38
Физика-химиялық әдістер 38
III НӘТИЖЕЛЕР ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ 40
3.1 Әртүрлі жолмен алынған күріш қауызы негізіндегі сорбенттердің40
физика-химиялық қасиеттері
3.2 Карбонизделген үлгінің меншікті беттік ауданын зерттеу 43
3.3 Үлгілерді ИҚ-спектроскопиялық әдіспен зерттеу 44
3.4 Карбонизделген сорбенттерді электронды-микроскопия әдісімен 45
зерттеу
3.5 Қызылша және сия пигментінің сорбциясы 50
3.6 Карбонизделген күріш қауызы негізіндегі көміртекті 55
материалдар
ҚОРЫТЫНДЫ 58
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 59
КІРІСПЕ
Жұмыстың өзектілігі: Қоршаған ортааға тигізілетін техногенді жүктемні
төмендету мақсатында әртүрлі агрегаттық қүйдегі қалдықтарды кешенді өңдеу
қазіргі заманның өзекті мәселелерінің бірі болып табылады.
Қазіргі кезде ауыр металл иондарымен ластанған өндірістік ағынды
суларды тазалау шешілмей келе жатқан мәселелердің бірі. Судағы ауыр металл
иондарының шекті жіберілетін концентрациясы (ШЖК) мөлшерінен артуы қоршаған
ортаға елеулі зиян келтіреді. Сынап және кадмий сияқты металдар ерекше
қауіпті, өйткені олар іс жүзінде биологиялық объектілерден шығарылмайды.
Сонымен қатар, мыс, қорғасын, темір, никель және мырыш сияқты металдар да
қауіпті, себебі қарапайым канализациялық құбырларға түскенде, олар
тазартқыш жүйені бұзады және су қоймасын улайды.
Қол жетімді табиғи және өсімдіктекті шикізатты қолданып, әсер ету
спектрі кең арзан эффективті сорбирлеуші материалдарды жасау суды тазалау
мәселесін шешудің ең перспективті жолдарының бірі болып табылады.
Көміртекті адсорбенттерді газды және сұйық орталардан бағалы заттарды бөліп
алуда және зиянды қоспалардан тазарту процестерінде, мұнай өңдеуде,
химиялық процестерде, шарап жасауда, май өндірісінде, ағынды өндірістік
суларды тазалауда, өндірістен шығарылатын газдардан улы газдарды бөліп
алуда және өндірістің басқа салаларында да кеңінен қолданылады.
Көміртекті адсорбенттерді органикалық шикізаттардың барлық түрінен
пиролиздеу арқылы алуға болады. Солардың бірі өсімдік шикізаттары және
олардың қалдықтары болып келеді. Шикізат ретінде әртүрлі жеміс дәнектерін,
әртүрлі жаңғақ қабықтарын, ағаш түрлерін және басқа да ауыл шаруашылық
өсімдіктерін өңдеуден кейінгі қалдықтарын, күріш ұнтағы мен қауызын, бидай
қалдықтарын және т.с.с. алуға болады.
Жұмыста күріш өндірісінің қалдығы болып табылатын күріш қауызы
пайдаланылды. Күріш өндірісінің көп тонналы қалдықтары да өз алдында
әртүрлі сұйық орталарды тазалау үшін арзан сорбент ретінде қолданыла алады
немесе олардан сорбциялық сипаттамалары жоғары көміртек-, кремний- және
фосфор құрамды материалдар алуда қолданылады.
Ауыл шаруашылығының қалдықтары мен өсімдік негізіндегі сорбенттер
арзан, кеуектілігі жоғары, беттік ауданы үлкен, құрамында минералды
қоспалар аз кездеседі, сондықтан олар өте қолайлы болып келеді. Олардың
өндірісі экологиялық таза болып табылады. Өндіріс талаптарына сай келетін
сорбенттерге деген қажетілік сорбенттерді алудың жаңа әдістерін алуға
мүмкіндік туғызады. Мұндай сорбенттер бірнеше рет қолдану мүмкіндігімен
ерекшеленеді. Алу технологиясы қарапайым болып келеді.
Жұмыстың мақсаты мен міндеттері. Жұмыстың мақсаты өсімдіктекті
шикізаттан жаңа әдіспен сорбенттер алу және оны өндірістік ағынды суларды
ауыр металл иондарынан тазалауда қолдану.
Осыған байланысты төмендегідей міндеттер қойылды:
1. Күріш қауызынан көміртекті сорбенттерді алу әдісін жасау;
2. Алынған карбонизделген сорбенттерді қазіргі кездегі физика-химиялық
әдістермен зерттеу;
3. Карбонизделген сорбенттердің сорбциялық қасиеттерін зерттеу.
Ғылыми жаңалығы. Фосфорилизациялау әдісін қолдану нәтижесінде
сорбенттердің меншіктік беттік ауданы артатыны көрсетілген.
Зерттеу нысандары: әртүрлі әдіспен өңделген күріш қауызы.
Зерттеу әдістері. Карбониздеу методикасы, Алынған үлгідегі көміртек
мөлшерін анықтау әдісі, карбониздеу процесіндегі үлгі шығымын анықтау,
көміртектенген үлгінің меншікті беттік ауданын газохроматографиялық әдіспен
анықтау, ИҚ-спектроскопия әдісі, электрондық микроскопия әдісі, металл
иондарын сорбциялау әдісі, КҚ-ын сілітілік өңдеу (десиликация), қызылша
және сия пигментінің сорбциясы, атомды-адсорбциялық әдіс.
Жұмыстың тәжірибелік құндылығы. Өсімдік шикізатының қалдықтары
негізінде жоғары сорбциялық сиымдылыққа ие карбонизделген сорбенттер алу
тәсілдері жасалды. Алынған сорбенттерді ағынды суларды ауыр металл
иондарынан тазалау процесінде қолдануға болатындығы анықталды.
Публикациялар. Жұмыстың нәтижелері бойынша 2 мақала және 4 тезис
жарияланды. 1) Тусупбекова А.А., Жылыбаева Н.К. Карбонизделген күріш қауызы
негізіндегі көміртекті материалдарды алу II Международный конгресс
студентов и молодых ученых. Мир науки Казахстанские химические дни-2008,
Алматы, 21-25 апреля 2008. 2) Тусупбекова А.А., Мансуров З.А., Баешова
А.Қ., Жылыбаева Н.К. Күріш қауызы негізінде карбонизделген сорбенттерді алу
және қасиеттерін зерттеу Әл-Фараби атындағы ҚазҰУ 75-жылдығына арналған
жас ғалымдар мен студенттердің “Ғылым әлемі” атты ІІІ Халықаралық конгресі-
2009, Алматы, 23-30 сәуір 2009ж. 3) Тусупбекова А.А., Мансуров З.А.,
Баешова А.Қ. Ағынды суларды ауыр металдардан тазалау үшін қолданылатын
сорбенттерді жаңа әдіспен алу “Интеллектуалды қарқын және инновация”
ұраны мен жүргізілген “Ғылым әлемі” атты студенттер мен жас ғалымдардың
Халықаралық конференциясы-2010, Алматы, 19-22 сәуір 2010ж. 4) Тусупбекова
А.А., Мансуров З.А. Әртүрлі нанокөміртекті материалдардың ағызынды суларды
тазалаудағы сорбциялық қасиеттерін салыстыру Хабаршы, “Коллоидтар және
беттер” атты ғылыми конференция, Алматы қаласы - 2010 ж 5) Азат С.,
Тусупбекова А.А., Такен А., Макашев Б, Бийсенбаев М.А., Мансуров З.А.
Ағынды суларды көміртектенген сорбенттер көмегімен тазарту Первый
международная научно-техническая конференция Современное состояние и
проблемы инженерной экологии, биотехнологии и устойчивого развития Алматы-
2010. 6) Тусупбекова А.А. Суды ауыр металл иондарынан өсімдік негізіндегі
сорбенттермен тазалау Әл-Фараби атындағы ҚазҰУ-дың 75 жылдығына арналған
Экологиялық білім беруді дамытудағы инновациялық үрдістер атты
халықаралық конференция-2009, Алматы, 28-29 мамыр 2009ж.
I ӘДЕБИ ШОЛУ
1.1 Табиғи шикізаттардан сорбенттерді карбонизациялау арқылы алу
Қазіргі кезде көміртекті сорбенттердің қолданылуының негізгі бағыттары
газды және сұйық орталарда концентрлеу, бөліп алу және адсорбциялық
тазалаудың технологиялық процестерімен байланысты болып келеді. Сонымен
бірге энергетика және өндірістік кәсіпорындардан ауаға шығарылатын газдарды
тазалаудың, ауыз су және ағын суларды ауыр металл иондарынан, органикалық
қосылыстардан тазалаудың экологиялық мәселесін шешуде көміртекті
сорбенттердің рөлі артып отыр. Көміртекті сорбенттерді медицинада және
фармацевтикада қолдану облысы да кеңейіп отыр. Мысалға, медицинада
көміртекті гемосорбентті науқастың қанын тазалау үшін қолданса, ал
энтеросорбентті ағзадағы зиянды заттар мен микробтардан тазалау мақсатында
пайдаланады [1].
Дәстүрлік емес шикізаттар әлі өндірісте кең қолдану таппаған әртүрлі
жеміс (шабдалы, шие, жүзім, өрік, алша) дәнектері мен сүйектері, сонымен
бірге әртүрлі жаңғақ қабықтары болуы мүмкін және олар қазіргі уақытта
өндірістердің қалдықтары болып табылады. Еуропаның бірқатар өндірушілері
Жерорта теңіз елдеріндегі зәйтүн май өндірісінің қалдығы болып табылатын
зәйтүн дәнегі, сүйегі мен орман жаңғағынан, сонымен қатар кокостың
қабығынан берік активті көмір алады [2].
Өсімдік қалдықтарын көміртектендіре отырып алынған сорбенттердің
сорбциялық қасиеттері жақсы, алу технологиясы қарапайым болып келеді.
Сондықтан соңғы жылдары жеміс сүйектерінен және әртүрлі жаңғақ қабықтарынан
алынатын [3, 4] көміртекті сорбенттерге деген қызығушылық артуда, себебі
бұл материалдар активті көмір алу үшін қолданылатын синтетикалық полимер
мен табиғи көмір сияқты дәстүрлік материалдарға қарағанда айтарлықтай
арзан. Бірақ грек жаңғағының қабығынан және жеміс дәнектері мен дәнек
сүйектері шикізатынан алынған активті көмірдің құрылымдық-сорбциялық
сипаттамасын жақсарту және дайын өнімнің шығымын арттыру жолы туралы өзекті
сауал бұрынғыша қалып отыр [5].
Активті көмір алу үшін қолданылатын бастапқы шикізаттарды, яғни
органикалық материалдарды негізінен 3 топқа бөлуге болады:
1) өсімдік және жануар негізіндегі шикізаттар, сонымен қатар ағаш
үгінділері, ағаш өнімдері, қағаз өндірісінің қалдықтары, жемістердің
сүйектері, былғары өндірісінің қалдықтары, жануарлардың қаны мен сүйектері
және т.б.;
2) минералды шикізаттар, әсіресе, торф, тасты және қоңыр көмір,
антрацит, тасты көмірдің жақпасы, шайыр, кокс, мұнайдың қайта айдалған
өнімдері және т.б.;
3) синтетикалық шайырлар мен полимерлер.
Дайындалған шикізатты ауа қатысынсыз 400-600˚С температурада термиялық
өңдеу арқылы, яғни карбонизациялау процесі нәтижесінде активті көмір
алынады. Карбонизация нәтижесінде алынған көмірдің сорбциялық белсенділігі
жеткілікті жоғары болмауы мүмкін, себебі олардың кеуектілігі әлсіз жетілген
немесе пиролиздің жоғары молекулалық өнімдерімен (шайыр) блокталған болуы
мүмкін. Сондықтан көп жағдайда активтеуді қажет етеді. Карбонизация өтуінің
сипаттамасы және алынған активтелген көмір қасиеті бастапқы шикізаттың
табиғатына және термиялық өңдеу режиміне айтарлықтай тәуелді болатыны
белгілі. Мысал ретінде [6]-жұмыста жазылған ағаш материалдарының
карбонизация процесінің физико-химиялық ерекшеліктерін қарастыруға болады.
Сонымен бірге бөлшектердің өлшемдері 0,1-2,0 мм болатын жеміс дәнектері
мен жаңғақ қабықтары негізінде алынған модифицирленген активті көмір
құрамды сорбенттерді алу әдістері белгілі [7]. Мұндай сорбенттер
бөлшектерінің сипаттамалары төмендегідей: микрокеуек көлемі (см3г) – 0,15-
120, мезокеуек – 0,20-0,50, макрокеуек – 0,25-1,50; меншікті беттік ауданы
500-1000 м2г. Бұл сорбенттерді жеміс дәнектері мен жаңғақ қабықтарын алдын-
ала 260-900˚C температурада 0,5-120 сағат бойы карбониздеп, содан кейін
активтеу арқылы алған. Өсімдік қалдықтары негізінде көміртектендірілген
үлгілердегі көміртектің мөлшері 86-92%-ды құрайды [8].
Карбониздеу температурасының өсуіне байланысты үлгілердегі көміртек
мөлшері өседі, ал сутек пен оттек мөлшері азаяды. Бұл құбылысты өсімдік
құрамындағы жеңіл органикалық қосылыстар мен судың булануымен
түсіндіріледі.
Сол секілді ағаш термиялық ыдырау нәтижесінен газдардың қалыпты
жағдайда конденсирленбейтіндіктен, сол секілді су, жеңіл органикалық
қоспалардың ұшып шығуынан ағаш көмірі алынады. Температура өскен сайын
жеңіл буланатын заттар шығымы жоғарлайды да көмір қалдығы азаяды. Оптималды
жағдайда қатты заттың азаюы кеуектіліктің өсуіне эквивалентті болып келеді.
Көлемге және кеуек өлшемдерінің таралуына, сол секілді активтеу
жылдамдығына, реакция жүру жағдайына бастапқы материал мен оны алдын-ала
дайындау әдісі қатты әсер етеді. Ағашты пиролиздеу кезінде жеңіл ұшатын
компоненттер жоғалуы 60-65% құрайды.
Грек жаңғағының қабығы негізіндегі активті көмір меншікті беттік ауданы
250 м2г-нан 780м2г-ға дейін өседі, жүзім дәнегі негізіндегі
карбонизделген үлгінің меншікті беттік ауданы – 200 м2г-нан 500м2г-ға
дейін, ал кедр жаңғағының негізіндегі карбонизделген үлгінің меншікті
беттік ауданы – 92м2г-нан 500м2г-ға дейін өседі [9].
Карбонизделмеген бастапқы материалдарды химиялық активтеу процесінде
жоғарғы активті және салыстырмалы кең микрокеуекті көмір алынады. Бірақ
олар қолданған кезде дайындау процесінде бейорганикалық қоспалармен
ластанған болып келеді. Егер сол бастапқы материал, мысалы, ағаш болса, оны
алдымен пиролиздеп, содан кейін су буымен активтендіру арқылы кеуекті
құрамында басқа қоспалары жоқ өнімдер алуға мүмкіндіктер берді [9].
Багреев А.А., Ледовских А.В., Тарасенко Ю.А. және бірқатар авторлар [10-
14] активті көмірді кокос жаңғағының қабығы негізінде алады. Мұндай жолмен
алынған активті көмірлер жоғары беріктілігімен және өте жұқа кеуектілігімен
ерекшеленеді. Оларды газға қарсы қолдану материалдарында (атап айтқанда
газқағар) қолданылады.
Орман жаңғағының қабығы мен дәнекті жемістерден активті көмір алу
жұмыстарының нәтижесінде жоғары беттік ауданға, кеуектілікке ие өнімдер
алуға болатыны белгілі [12].
Көптеген жұмыстарда активтелген көмірді әртүрлі жеміс дәнектерінен,
атап айтқанда, зәйтүн, жүзім, қара немесе сары өрік, шие, шабдалы
дәнектерінен, сүйектерінен және әртүрлі жаңғақ қабықтарынан, яғни, грек,
кокос, орман жаңғақтарынан, сол секілді қайың, терек қабықтарын синтездеу
арқылы алынған. Қорытындылай келе, алынған композициялардың сорбциялық
қасиеттері жоғары, алу жолдары жеңіл, арзан, қарапайым болып келуі олардың
қолдану обылысын кеңейтуге мүмкіндіктер беретіндігін көруге болады.
Кеуекті құрылыс параметрін жақсарту және шығымды өсіру мақсатында
целлюлозалы материалдарға әсерлесудің бірден бір әдісі ретінде олардың
негізінде алынатын активті көмірдің тотығуының алдын алуы болып табылады
[15, 16]. Термоөңдеу кезінде материалды құрылымдауға қатысатын, полимердің
элементар буындарының құрамына кіретін және оның артық мөлшерінен
полимердің толық жануы жүретін оттектің агент ретінде қарастыру қажет.
Көміртекті материалдардың молекулалық құрылымының түзілуін анықтайтын
молекулааралық және перпендикуляр ішкі байланыстар соңғы жағдайда оттегі
аралық көпіршелерді түзуіне жағдай жасайды [4]. Практикалық мәселелерді
шешуде адсорбенттерді таңдау оның кеуекті құрылымы маңызды рөл атқарады.
Сорбенттерді дұрыс таңдау үшін ең алдымен берілген сорбаттардың молекулалық
радиустарының өлшемдері бойынша оған тән кеуектердің бөлінуі жақсы сәйкес
келетініне және сорбенттің түйіршіктеріне бұл заттар жеткілікті тез және
терең өтуін қамтамасыз ететінін білу қажет.
Ережеге сәйкес, сорбенттердің кеуекті құрылымының толық талдау
физикалық және физико-химиялық әдістердің, атап айтқанда, оптикалық және
электрондық микроскопия, рентген-құрылымды талдау, адсорбциялық әдістер
(газды фаза мен ерітінділердің адсорбциясы әдісі), гидродинамикалық әдіс
және сынапты порометрия әдістері (Бутырин, 1976) кешенін қолдану арқылы
жүзеге асады.
Қазіргі уақытта кеуектердің өлшемдері бойынша жалпы қабылданған
классификациялауда (Дубин, 1971-1972) микрокеуектер, мезокеуектер және
макрокеуектер болып бөлінеді. Микрокеуектерге радиусы 15 Å аспайтын
кеуектер кіреді. Микрокеуектердегі адсорбциялық потенциал көршілес
қабырғалардың адсорбциялық потенциалдарының жиналу есебінен біршама жоғары
болады. Сондықтан микрокеуектер енуге қабілетті молекулаларға адсорбциялық
ұқсастық мезо- және макрокеуектерге бекітілетін молекулалармен
салыстырғанда біршама жоғары болады [17].
Микрокеуекті активті көмірлер биологиялық сұйықтықтардан молекулалық
массасы үлкен емес өнімдерді, әсіресе, креатинді, алифатты оксиқышқылдарды,
аминоқышқылдарды, мочевина қышқылдарын және т.б., тазалау мақсатында орынды
қолданылады. Осы түрдің жеткілікті біртекті кеуекті сорбенттерін қолдану
активті көмірлерде сорбция селективтілігінің мәселесін біраз мөлшерде
шешеді [6].
Активті көмірлерді әртүрлі көміртекті шикізаттардан
карбонизацияланбаған түрде немесе кокс және көмір формасы негізінде алады.
Карбонизациялау кезінде бастапқы материал сәйкес жағдайларда селективті
термиялық өңдеуге ұшырайтындығы негізгі принципі болып табылады.
Нәтижесінде көптеген кеуектер, саңылаулар, жарықтар түзіледі және алынған
материалдың масса бірлігінде беттік ауданы артады. Техникада
активтендірудің химиялық және бу-газды әдістері қолданылады.
Химиялық активтендіру кезінде бастапқы шикізат ретінде негізінен
карбонизацияланбаған өнімдерді (мысалы, ағаш үгінділері, торф) қолданады.
Олардың қоспасы бейорганикалық активтеуші агенттермен жоғары температуралық
өңдеуге ұшырайды. Активтеуші агенттерге бірінші кезекте сусыздандыратын
заттар: мырыш хлориді және фосфор қышқылы кіреді [18].
Бу-газды активтендіру үшін бастапқы шикізат ретінде әдетте
карбонизацияланбаған табиғи материалдар: ағаш көмірі, тас көмір типті
немесе қоңыр көмір коксты материалдар қолданылады. Осы өнімдердің
активтеуге қабілетін анықтайтын маңызды фактор ұшқыш компоненттердің үлесі
болып табылады. Егер ол өте аз болса, активтеу қиын болып табылады. Осыған
мысал ретінде графитті айтуға болады. Ұшқыш компоненттердің үлесінің
артуымен бірініші кезекте пропорционалды реактивтіліктің жоғарылауы болады.
Бірақ, егер реактивтілік өте жоғары болса, мысалы тұтанғыш және
дәнекерленген тас көмірлерде активтеу дәрежесінің төмендеуі мүмкін [19].
Газдармен активтендіру үшін әдетте оттегі (ауа), су буы және көміртегі
(II) оксиді қолданылады. Ауамен активтендіру таңдамалы сипатта болады,
бірақ түйіршіктердің сыртқы бөлігінің күю қаупі бар. Сондықтан көбінесе су
буы мен көміртегі (II) оксиді қолданылады [20].
Техникалық көзқарас тұрғысынан жеткілікті жоғары реакция жылдамдығы
үшін осы газдарды қолдану кезінде 800-1000˚C температура қажет. Сондықтан
процесті жүргізу үшін арнайы қондырғы: шахталық, айналмалы, көп тартпалы
пештер, жылжыма қабатты реакторлар және әртүрлі басқа аппараттар қажет.
Сәйкес келетін қондырғыны таңдау бастапқы материалды ұнтақтау дәрежесіне
және алынатын көмірдің қандай формада, яғни ұнтақтәрізді, дәнекті немесе
формаланған түрде болуына байланысты таңдалады. Әмбебап қондырғы ретінде
айналмалы пештер жиі қолданылады [17].
Көміртекті материалды активтендіру кезінде қатты заттың массасының
біршама кемуі байқалады. Оптималды жағдайларда бұл кеуектіліктің өсуіне
эквивалентті болып келеді. Осы жерде бірінші жуықтауда қарапайым салмақтық
әдіспен көмірдің активтілігінің артуын бағалауға болады [21, 22].
Белгілі мақсаттар үшін активті көмірді дұрыс таңдауға мүмкіндік беретін
маңызды факторларға гранулометриялық құрамы, ішкі беттің ауданы (кеуек
көлемі), кеуектердің өлшемі бойынша таралуы, қоспалардың табиғаты мен
мөлшері кіреді. Сыртқы түрі бойынша түссіздендіру үшін қолданылатын ұнтақ
көмірлер, дұрыс емес формалы түйіршікті көмірлер, сонымен бірге көп
жағдайда цилиндр түйіршікті формаланған көмір болып бөлінеді.
Көмірді активтеу үшін микрокеуектер маңызды, осы кеуектердің диаметрі
(2 нм-ге дейін) адсорбцияланатын молекулалардың өлшемдерімен сәйкес.
Микрокеуектер активті көмірдің ішкі бетінің негізгі бөлігінің дамуын
қамтамасыз етеді. Олардан басқа да көмірдің беттік қабатында диаметрі 2-50
нм болатын мезокеуектер мен ірі макрокеуектер бар.
Кеуекті көміртекті материалдарын алғашқыда ағашты, кейінірек тас
көмірді термиялық өңдеу арқылы алған. Қазір оларды көміртекті шикізаттың
барлық дерлік түрлерінен: ағаш және целлюлоздан, тас және қоңыр көмірден,
торфтан, мұнай және таскөмірлі жанбалардан, синтетикалық полимерлі
материалдардан, сұйық және газтәрізді көмірсутектерден, әртүрлі органикалық
қалдықтардан және т.б. алады [23].
Кеуекті көміртекті материалдар (ККМ) негізінен көміртегінің
микрокристалиттерінен құрылған күрделі құрылымды болып келеді. Табиғи және
синтетикалық көмірде көміртегінің микрокристалиттері ретсіз орналасқан және
турбостратты құрылымды түзеді [24]. Мұндай объектілердің геометриялық
сипатталуы біршама күрделі болып табылады. Сондықтан газификация
процестерінің кинетикасын моделдеу кезінде жеңілдетілген түсініктер
қолданылады. Газификациясын ең жиі қолданылатын үлгілерінде әрекеттесетін
кеуекті үлгі анық геометриялы құрылымдық элементтердің кеңістікте
бейберекет орналасуынан құралған деп саналады [25].
Олар бейберекет орналасқан кеуектер үлгісі деп аталатын класты құрайды.
Көлем де, бетте де активті көмірдің негізгі құрылымдық элементі графиттің
кристалдық құрама бөлігі болып табылады. Бұлар конденсацияланған ароматты
сақиналар жүйесі, мұнда үш валентті көміртегі көршілестерімен берік, толық
қаныққан δ-байланыстармен байланысқан, ал төртінші көміртегі π-электроны
тәжірибе жүзінде делокализацияланған және қосарланған байланыстар жүйесінде
еркін қозғалады [25]. Заңда бағдарланған грфитті құрылымдарда көміртегі
атомы негізінен sp2-гибридті күйде, қабат аралық қашықтық 3,35Å болады.
Активті көмірге тән турбостратты (ретсіз қабатты) күйдегі құрылым
графиттіден ерекшеленеді. Мұнда элементарлы қабаттардың қатал периодтылығы
жоқ, олардың арақашықтығы бірдей емес және орташа мән 3,44Å маңайында
ауытқиды. Көміртегі атомы турбостратты құрылым торларында идеалды жағдайда
болмайды, тор жазықтығына салыстырмалы түрде 0,14-0,17Å аралығында болатыны
белгілі. Мұндай ауытқу турбостратты құрылымда көміртегі атомы графитқа тән
sp2-гибридтелу емес, басқа валентті күйде болуымен түсіндіріледі. Бұл кезде
көміртегі атомының бөлігі, әсіресе периферийлік, бөлігі sp-гибридтелу күйде
болады.
Активті көмірдің меншікті беттік мәні жоғары (500-1000м2г дейін және
жоғары) болып келеді [26, 27]. Мұндай сорбенттер әдетте дамыған
полидисперсті құрылыммен сипатталады, бірақ арнайы синтездермен қажет
өлшемді радиустар бойынша кеуектер тығыз орналасқан үлгілерді алуға болады.
[28-30] еңбектерінде көмірдің кеуектілігін сипаттау үшін сорбциялық,
электрон-микроскопиялық әдістер қолданған.
Тәжірибеде кеңінен қолданылатын активті көмірде кеуектердің барлық үш
түрі де кездеседі. Олардың радиустары ~1000-2000 Å макрокеуектер, радиусы
15-16-дан 1000-2000Å мезокеуектер және радиусы 10-15Å микрокеуектер [31].
Бұл алуан түрлілік бірыңғай тармақталған жүйені құрайды. Мұнда
мезокеуектер макрокеуектерден таралады, ал микрокеуектер – мезокеуектер
жүйесінің жалғасы. Макрокеуектер үлесіне 1г активті көмірдегі кеуектердің
жалпы көлемінің 0,2-0,5 см3, мезокеуектерге 0,02-0,1 см3 (арнайы
жағдайларда ірі молекулалардың сорбциясына арналған көмірдерде 0,7 см3
дейін), микрокеуектерге 0,15-0,60 см3 келеді. Меншікті беттік ауданы (S)
негізінен макро- және мезокеуектермен анықталады. Өйткені [23] жұмыста
микрокеуектердің көлемдік толуы теориясынан шығатын түсінік бойынша
микрокеуектердің беті туралы ұғымның физикалық мағынасы жоқ екендігі туралы
жазылған.
Активті көмір беті геометриялық және энергетикалық қатынаста біртексіз
болып келеді. Көміртегі атомы көлемдік фаза атомдарына, әсіресе
кристаллиттің бұрыштарындағы, қырындағы, қабырғаларындағы кристалдық тордың
ақау орындарына қарағанда бетте басқаша электрондық күйде болады. Мұндай
атомдарда бос валенттіліктің болуы әртүрлі заттармен химиялық және
сорбциялық әрекетттесуді жеңілдетеді [32].
Кеуекті көміртекті материал (ККМ) графит құрылымына ұқсас құрылған
конструкцияны береді, бірақ онда реттелген көміртегі сақиналарынан тұратын
аймақтар − гексагондар кезектесе орналасады. Графиттен айырмашылығы ККМ-да
еркін кеуекті кеңістігі болады. Ол әдетте өзара байланысқан, әртүрлі
өлшемді және формалы кеңейтулермен тарылулардан тұратын үшөлшемді
лабиринттен тұрады. Микрокеуектер (өлшемі 2нм), мезокеуектер (өлшемі
50нм) болып бөлінеді. Микрокеуектерді өз ішінде супермикрокеуектер, өлшемі
0,7-2 нм және ультромикрокеуектер, өлшемі 0,6-0,7нм болып бөлінеді [23].
ККМ кеуектердің болуына байланысты меншікті беттік ауданы жоғары болып
келеді. ККМ-дың әртүрлі молекулаларды адсорбциялау қабілеті оның бетінің
құрылымымен, беттік әрекеттесуші топтардың табиғатымен және
концентратциясымен анықталады. Соңғысы ретінде әдетте оттек құрамды
функционалды топтар кіреді. Бетті тотықтыра өңдеу нәтижесінде: фенолды
(гидроксилді), карбонилді (хинонды), карбоксилді, эфирді, енолді, лактанды
көміртекті материал түзеді.
Қоршаған ортаны қорғау мақсатында (ағын суларды, өндірістен шығарылған
газдарды, ластанған топырақты тазалау) көміртекті сорбенттерді кең ауқымды
қолданып, органикалық шикізаттардың арзан түрлерін: қазба қатты отындар,
торф, өсімдік биомассасы, пластмасса қалдықтарын қолданатын ККМ өндірісінің
кеңеюін талап етеді. Қатты және газтәрізді органикалық шикізаттың пиролизі
және көміртекті материалдардың активациясы кезінде ККМ-дың құрылымының
түзілу механизмі туралы қалыптасқан теориялық түсінік негізінде талап
ететін кешенді қасиеттері бар көміртекті сорбенттерді алудың эффективті
әдістері жасалады [33-39].
Қатты шикізаттың пиролиз процесінің көрсеткіштерінің біршама жақсаруына
жалған күйдірілген қабаты бар тотықтыру катализаторлы реакторды қолдану
арқылы жетуге болады [33]. Ұнтақталған шикізаттың бөлшектерін
пневмотасымалдау жолымен жалған күйдірілген қабат арқылы катализатордың
біршама ірі бөлшектерін оттегі мен су буы бар азот ағынында өткізу шикізат
пиролизі мен түзілген көміртекті өнімдердің активация процестерін
біріктіруге мүмкіндік береді, сонымен бірге кеуекті көміртекті
сорбенттердің кең ассортиментін алуға мүмкіндік береді. Катализатор
бөлшектерінің рөлі шикізаттың қыздырылған бөлшектерінен бөлінетін ұшқыш
органикалық өнімдердің тотығу реакциясының жылдамдатуына алып келеді. Осы
кезде бөлінетін жылу процестің автотермиялық режимін қамтамасыз етеді.
Катализатор жанама органикалық қосылыстарды Н2О және СО2-на дейін
тотықтырады, ол пиролиз процесінің экологиялық қауіпсіздігін жоғарылатады.
Радиустары бойынша кеуектердің көлемі мен орналасуын шикізатты қыздыру
жылдамдығын және пиролиз аймағында ұнтақталған шикізат бөлшектерінің болу
ұзақтығын шектеу жолымен реттеуге болады. Кеуектердің жалпы көлемі, сонымен
бірге макро- және мезокеуектердің саны шикізатты қыздыру жылдамдығының
артуымен жоғарылайды. Сонымен бірге қоңыр көмірдің бөлшектері
катализатордың қыздырылған жалған күйдірілген қабатында болу ұзақтығы
алынатын көміртекті өнімде кеуектердің таралуына әсері қарастырылған.
Әдетте кеуектер көлемі 720˚С-та 0,3-1,2 с кезінде көмір бөлшектерін
термоөңдеу ұзақтығының артуымен шамамен 2 есе артады.
Бірнеше секунд ұзақтықта жалған күйдірілген қабатта реакторларда қоңыр
көмірден, гидролиз лигниннен, ағаш қабығынан [32] арзан ұнтақ көміртекті
сорбенттерді алу процестерінің режимдік параметрлері таңдалған. Арзан қоңыр
көмір шикізаты және гидролиз лигниннен формаланған сорбенттерді алу
әдістері, сонымен бірге жалған күйдірілген қабатты реакторларда бұталы ағаш
көмірді бу-газдық активациялаудың жоғары өнімді әдістері дайындалған.
Қатты шикізаттың пиролизі арқылы алынған көміртектер сапасын арттыру
үшін көміртекті сорбенттерді қосымша жоғары температурада су буы немесе СО2-
мен өңдейді (сорбенттерді активациялау сатысы деп аталады). Бұл кезде
көміртегінің бір бөлігі газифицирленеді, кеуектердің көлемі мен меншікті
беттік ауданы артады, сонымен бірге микро-, мезо- және макрокеуектердің
көлемдерінің арасында қатынас өзгереді. Көміртегі сорбенттерінің өндірісі
үшін дәстүрлі шикізат аққайың ағашы болып табылады [29]. Соңғы өнімнің
төмен шығымын (бастапқы шикізат массасынан 5-12%) ағаш қалдықтарынан және
қымбат емес ағаш сорттарынан (мысалы, көктерек) қолдану есебінен
сорбенттерді алудың шикізаттық базасын кеңейтуге бағытталған зерттеулерді
арттырады. Бірақ аққайың ағашына қолданылатын технология бойынша
көктеректен алынатын көміртекті сорбенттердің сапасы төмен болып табылады.
Су буымен көктерек көмірін активациялау процестерінің оптималды
параметрлерін таңдау [7] жұмыста жасалған. Бұл көктеректен микро- және
мезокеуекті құрылымды, жоғары меншікті беттік ауданға ие және аққайыңнан
алынатын өндірістік сорбенттер көрсеткіштеріне ұқсас сорбциялық қабілеті
бар активті көмірді алуға мүмкіндік береді. Активтеуші агент ретінде су буы
мен энергетикалық қондырғылардың түтін газдарымен қоспасын қолдану
активацияны жүргізуге кететін энергетикалық шығынды төмендетеді және
процестің қарқындылығын арттырады. Көктеректен алынатын активті көмірдің
йод бойынша сорбциялық сыйымдылығы активтеуші агентте оттегінің көлемдік
үлесі 2% және активация ұзақтығы 30 мин болғанда тәжірибе жүзінде
төмендемейді, бірақ ұзақ активация кезінде күрт түседі.
Ал карбонизацияланған кедр жаңғағының қабығын су буымен активациялау
кезінде микро- және мезокеуектердің дамыған жүйесі бар ККМ алынады. ККМ
шығымымен оның текстуралық сипаттамалары және активация процесінің жүру
жағдайлары: температура мен активтеуші қоспаның құрамымен байланыстыратын
заңдылықтар [40] жұмыста анықталған. Дамыған кеуекті құрылымды активті
көмірдің максималды шығымы 850˚С-та алынған және активтеуші агент құрамы:
25-80% су буы және 0~2% оттегі (қалғаны – азот). Шығымы 40-70% кедр
қабығынан алынатын ККМ адсорбциялық активтілігі йод бойынша аққайыңнан
алынатын өндірісік сорбенттер деңгейінде болады.
Микрокеуекті активті көмір молекулалы-електі қасиеттері бар көміртекті
сорбенттер ретінде кеңінен қолданылады. Активті көмірдің бұл класының
кеуектерінің диаметрі молекулалы өлшемдермен сәйкес келеді [40].
Цеометтермен – дәстүрлі бейорганикалық електермен салыстырғанда
көміртекті молекулалы електер (КМЕ) жоғары термотұрақтылық, гидрофобтылық,
қышқыл және негіздік орталарға тұрақтылық сияқты артықшылықтарға ие болып
табылады. КМЕ өндірісі үшін дәстүрлі шикізат ретінде өсімдік биомассасы,
әсіресе жеміс сүйектері мен кокос жаңғағының қабығы қолданылады. Сібір
аймағында КМЕ өндірісі үшін перспективті шикізат ретінде өңдеу кезінде ядро
мен кедр майы түзілетін кедр жаңғағының қабығын қолдануды қарастыруда.
Өндірушілердің бірқатары активті көмірді кокос жаңғағының қабығынан
алады. Әдетте ол бастапқыда карбонизацияға ұшырайды, бұл үшін айналмалы
пештер қолданады, содан кейін су буымен активтеледі. Алынған активті көмір
жоғары беріктілігімен және өте жұқа кеуектермен ерекшеленеді. Оларды
көбінесе газға қарсы қорғаныс құралдарына қолданады.
Карбонизация температурасы мен кедр жаңғағының қабығын қыздыру
жылдамдығының көміртекті өнімнің микроқұрылымына әсері бойынша мәліметтер
негізінде молекулалы-електі қасиеттері бар активті көмірді алуды қамтамасыз
ететін карбонизациялаудың оптимальды жағдайлары таңдалған [40]. Кедр
қабығынан алынған КМЕ сипаттамасы өндірістік микрокеуекті сорбент Coconut-
ке жақын: мирокеуек көлемі 0,254 см3г (СО2 адсорбциясы), микрокеуек
ұзындығы 0,56 нм.
Карбонизация жағдайларының оптималдылығы табылған (температура 600-
700˚С, қыздыру жылдамдығы 4˚Cмин) және гидролиз лигниннен алынған
түйіршіктерді су буымен активациялау (18-57% күйгенге дейін) минималды
ұзындықта 0,56-0,58нм кеуектері бар КМЕ алуға мүмкіндік береді. Лигниннен
алынған КМЕ Не-СН4 қоспасын бөлуге қабілетті екендігі көрсетілген.
Орман жаңғағының қабығынан және жеміс сүйектерінен де берік активті
көмір алуға болады. Зәйтүн сүйектері Жерорта теңізі елдерінде зәйтүн
майының өндірісінің қалдығы болып табылады.10%-дық күкірт қышқылы және
сумен өңделгеннен кейін, 830˚C температурада карбонизацияланғаннан кейін
сүйектерден меншікті беттік ауданы шамамен 500м2г болатын өнім алынады.
Оны активтелгеннен кейін меншікті беттік ауданы шамамен 1500 м2г-ға дейін
жетеді. Мұндай көмірде оттегінің мөлшері 3-5% [17].
Н.С. Поляков, Г.А. Петухова және А.А. Касаткиннің [18] еңбекте жеміс
сүйектер негізінде сорбенттерді алу шарттары сипатталады. Анықталған
элементтік құрамы, %: С – 55,3 , Н – 6,8, N – 1,4, O – 36,2, S – 0,3.
Алынған АК-дің сапасы меншікті беттік ауданның өзгерісін БЭТ әдісімен және
метилен көгілдірінің адсорбциясы арқылы анықталады. Активация
температурасын арттырғанда белгілі бір шекке дейін АК-дің меншікті беттік
ауданы өседі. АК-дің ең үлкен меншікті беттік ауданы 800˚С-та байқалған,
бірақ өнімнің шығымы бұл температурада 750˚С температурадағымен
салыстырғанда шамамен 2 есеге төмендейді. Температура 800˚С-тан
жоғарылағанда меншікті беттік ауданның мәні төмендейді. Бұл кезде кокостың
қаттылығы артады, қаттылығының артуы меншікті беттік ауданның азаюына
әкеледі. Активациялаукезінде ірі кеуектер саны артады және кішілерінің
үлесі кемиді, бұл меншікті беттік ауданының кішіреюіне алып келеді. Ұсталу
уақытын арттыру, яғни оптималдыдан жоғары мәнде үлгі арқылы газ-активаторды
өткізуді арттыру ірі кеуектердің түзілуінің жылдамдатылуына алып келеді.
Бұл кезде меншікті беттік ауданы және өнімнің шығымы (активация: су буы,
СО2, Н2O2) кемиді.
Көптеген көміртекті сорбенттерде әлсіз көрінетін катионалмастырғыш
қасиеттер байқалады. Бұл жоғары температураларда көміртегінің құрылымының
қалыптасу процесі кезінде өтетін тотығу реакциялары нәтижесінде көміртекті
материал бетінде қышқыл топтардың біраз мөлшерінің болуымен түсіндіріледі.
Қышқыл топтардың мөлшерін көміртекті материалдың тотықтыру модификациясы
арқылы арттыруға болады. Бұл екі жолмен, яғни дайын көміртекті материалдың
бетін тотықтыру арқылы немесе көміртекті материалдың бетінде
модификацияланатын қоспалар қатысында карбонизация процесі кезінде оттек
құрамды топтардың түзілуімен жүзеге асады. Бірінші көрсетілген әдіс –
активті көмір үшін дәстүрлі және өндірістік тәжірибеде қолданылады және де
тотықтырғыш агенттер ретінде оттегі, сутегі асқын тотығы, азот қышқылы және
басқа да тотықтырғыштар қолданылады [41]. Екінші әдіс, аз зерттелген болса
да, тотыққан КМ-ды алудың бірсатылы процесіне байланысты перспективті
болады.
АҚШ-та акивті көмірді шабдалы сүйектерінен алады. Ұзақ уақытқа дейін
американдық дайындаушылар қағаз өндірісінің қалдықтарын кеңінен қолданып
келді. Бірақ бұл шикізат және одан алынған активті көмір қоңыр және тас
көмірден алынатын активті көмір өндірісінің дамуымен сұраныстан қалды.
Сонымен қатар қағаз өндірісінің басқа да қалдықтарынан активті көмірді алу
әдістері жасалды, мысалы ағаш қабығын жаққанда түзілетін ұшқыш күл [42].
Г.В. Плаксин, О.Н. Бакланова және В.А. Дроздовтың [43] еңбегінде
өндірістік реакторда бу-ауа қоспасымен 425-660˚С температурада активтелген
шабдалы сүйектер негізіндегі активтелген көмірді циклогександы
метилциклопентаннан жұқа тазалау және оның сыйымдылығын анықтау үшін
қолданады. Адсорбция энергиясы мен микрокеуектердегі осындай көрсеткіштерге
қарағанда біршама жоғары (мезокеуектер 15-тен 1000-2000Å-ге дейін,
микрокеуектер 5-14Å) немесе химиялық табиғаты бірдей кеуекті емес
адсорбенттер бетінде микрокеуектердегі адсорбция оның көлемдік толуына алып
келеді.
Әдіске және активтелу дәрежесіне байланысты микрокеуектердің өлшемдері
мен көмірдің селективтілігін өзгертуге мүмкіндік береді [8].
Гаманович Н.М., Горбунова В.А. және оның қызметтестерінің [9]
еңбегінде грек жаңғақ қауызы (ГЖҚ) негізінде АК-ді алу мүмкіндігі
көрсетілген. Карбонизация кезінде үлгілерді қыздыру бөлме температурасынан
берілген температураға дейін (кейбір тәжірибелерде 950˚С-қа дейін)
5 град·мин-1 жылдамдықпен жүргізілген және 1 сағат бойы ұстаған.
Аргон реакторға 2л·сағ-1 жылдамдықпен жіберілген. Активтеу үшін 80
метилциклопентан кезінде алынған карбонизат үлгісі қолданылады. Процесті су
буы қысымында 0,1 МПа, 650, 700, 750, 800 және 850˚C-та әртүрлі уақыт
аралығындда (10-нан 30 минутқа дейін) әртүрлі деңгейде күйген активті көмір
алу үшін жүргізеді. Термоөңдеуден кейін активаттарды бөлме температурасына
дейін реакторды құрғақ аргонмен айдау арқылы салқындатылады. Стандартты
әдістеме бойынша [44, 45] үлгілердің массасының Хm және көлемдік
өзгерісін (%) үлгілердің тығыздығын ρн (гсм3), бензол бойынша кеуектердің
сорбциялық көлемін VS (см3.г-1) анықтаған.
ГЖҚ брутто-формуласы (С6Н10О5)n полисахаридтен тұрғандықтан, инертті
ортада термоөңдеу кезінде оттегі мен сутегін алып кетудің негізгі процесі
мономердің буынынан 5 молекула суды бөліп алып дегидратацияланады [46].
Қарапайым есептеу карбонизаттың теориялық шығымы ГЖҚ-дың бастапқы
массасының 44,5%-ін құрау керек екендігін көрсетеді. Шындығында ГЖҚ
карбонизациясы пиролиз процесі кезінде көміртекқұрамды төменмолекулалы
ұшқыш қосылыстар мен ауыр шайырлы өнімдер түзілуіне байланысты көп масса
шығынымен және бастапқы полимердің деструкциясымен жүреді [10]. Бұл
теориялық мүмкін шығымның қосымша кемуіне алып келеді. Инертті ортада ГЖҚ
карбонизациясы кезінде шығым әдетте 30-35%-дан аспайды. Жаңғақтардың барлық
түрлерінің карбонизациясы кезінде масса шығыны шамамен 70% мас. құрайды [10-
14].
Карбонизация кезінде ГЖҚ-дың дегидратациясының жүру сипаты АК-ді алудың
барлық сатысына біршама әсер етеді. Осылай, дегидратация процесінің
интенсификациясы АК-дің шығымының артуына қолайлы; бұл кезде дегидратация
реакциясымен бәсекелес целлюлозаның деструкциясының нәтижесінде түзілетін
шайырлы заттардың бөлінуі тежеледі [7, 8]. Көміртегінің шығынына алып
келетін қосымша процестерге сәйкес келетін қосымшаларды және дегидратация
жүру шарттарын таңдау арқылы табылады [9, 37]. Көрсетілгендей ГЖҚ-ын
дәстүрлі термоөңдеу кезінде (карбонизациядан кейінгі активтеумен) бірқатар
себептерге байланысты ГЖҚ-дан жоғары сапалы АК алуға болмайды.
Біріншіден, жоғары кеуекті АК-ді алу үшін карбонизаттың біраз бастапқы
микрокеуектілігі талап еткен кезде прекурсор макрокеуекті материал болып
табылады (карбонизатта кеуектердің көлемдерінің қосындысы кезінде көлемі
1 см3 макрокеуек шамамен 0,95 см3-ты құрайды) [47]. Екіншіден, ГЖҚ-да аз
құрылымды компоненттерден (лигнин, гемицеллюлоза, пектин, ақуыздар),
сонымен бірге карбонизация кезінде пиролиз газдарының бөлінуіне кедергі
болатын аморфты кокстық қалдықтардың көп мөлшерін беретін минералды
қоспалардан тұрады. Нәтижесінде полисахаридтік торлы құрылымды болып
табылады, ал алынатын ақаулы көміртекті қаңқа қалыптаспаған кокстық
қалдықтармен ластанған болып келеді.
Бастапқы ГЖҚ-да бар минералды қоспалар алынатын АК-дің сапасы кері әсер
ететіні белгілі [8]. Сілтілік және сілтілік жер металдарының карбонаттары,
хлоридтері, сульфаттары және нитраттарының келтірілген артықшылықтары, олар
бір жағынан карбонизация барысының температурасын төмендетеді, екінші
жағынан – көміртегін тотықтыру катализаторлары бола отырып целлюлозаның
полимерлік тізбегінің деструкциясына себепші болады.
Көмірдің бензол буына қатысты адсорбциялық қасиеттерін зерттеу кезінде
АК үшін кеуектердің көлемі VS сызықты түрде активтендіру температурасына
тәуелділігін көрсетеді [10]. Бұл ГЖҚ-дан алынған көмірдің микро-
және мезокеуектілігінің су буымен оларды активтендіру кезінде даму
механизмі бірдей екендігін айқындайды. Күйдіруді 60%-ға дейін арттырғанда
пропорционалды түрде кеуектер көлемінің шамамен 0,7 см3·г-1 дейін артуы
болады, ал микро- және мезокеуектердің қабырғаларының жануына байланысты АК-
дегі сорбциялық кеуектердің көлемінің кемуі болады.
Активациялаудың бу-газды әдісімен алынған (су бумен 850˚С
температурада) дәнек сүйектерінен алынған АК үлгілері де зерттелген [48].
Активті көмірді алғаш кезде олардың қасиеттеріне сәйкес келетін
шикізатты, активтендіру әдісін таңдау және ұзақтығы мен активтендіру
шарттарын өзгерту арқылы реттеуге болатыны анықталған. Осы кезде белгілі
қасиеттерге бірқатар шарттар әсер етеуі мүмкін. Сондықтан, кеуектердің саны
мен өлшемдерінің таралуы әдетте шикізат табиғатына, түріне және
активтендіру процесінің шарттарына тәуелді. Карбонизацияланбаған бастапқы
материалдың химиялық активация процесі кезінде жоғары активті және кең
микрокеуекті көмір алады, бірақ дайындау процесі кезінде қолданылатын
бейорганикалық қоспалармен ластанған. Егер сол бастапқы материал, мысалы
ағаш, бірінші пиролизге ұшырап, содан кейін су буымен активтендіреді,
негізінен жұқа кеуекті және бөгде қоспалары жоқ өнім алуға болады.
1.2 Суды ауыр металдар иондарынан тазалау үшін қолданылатын сорбенттер
Өндіріс орындарының ағын суларын адсорбциялық әдіспен тазалау зиянды
қоспаларды ғана емес, сонымен бірге бағалы компоненттерді де
залалсыздандыруы мүмкін. Адсорбциялық әдістің эффективтілігі ең бірінші
онда қолданылатын адсорбент қасиеттерімен, сонын ішінде оның кеуекті
құрылымымен, беттің сипаттамаларымен және механикалық беріктілігімен
анықталады. Олар жоғары тазалау дәрежесіне және адсорбентті көп мәрте
қолдануға мүмкіндік береді. Сонымен бірге оның өзіндік құны да маңызды
[49].
Қоршаған ортаға тасталған өндірістік қалдықтар экологиялық тепе-
таңдіктің бұзылуы салдарына әкеп соғады. Сондықтан келесі ұрпаққа зияны
тимес үшін, өндірісітк қалдықтарды залалсыздандыру әдістерін жетілдіріп,
ағын суларды тазалаудың жаңа әдістерін табу қажет.
Ағын суларды ауыр металл иондарынан және радиоактивті заттардан тазалау
жайында көптеген әдебиеттер және патентті әдебиеттер саны белгілі.
Көміртекті адсорбенттердің – графит, күйе, активтелген көмір,
көміртекті талшықтар мен мембраналардың адсорбциялық қасиеттері олардың
құрылысының, яғни адсорбент қаңқасындағы көміртегі кристалдарының
өлшемдері, аморфты көміртегінің құрылысы, басқа атомдармен, негізінен
оттегі, сутегі мен көміртегінің химиялық қосылыстары, сонымен бірге кеуек
құрылымының ерекшеліктеріне негізделеді [50].
[51-53] еңбектерде ағын суларды ауыр металдар ионынан химиялық
модифицирленген торфпен тазалау мүмкіндігі көрсетілген. Арзан және қол
жететін реагенттерді қолдану кезінде торфты модифицирлеу кезінде
сульфотоптардың түзілу есебінен ионогенді топтардың саны артады. Торфта
өсімдік талшығының құрылымы сақталады. Сорбциялау кезіндегі статикалық
көлемдік сыйымдылық мына қатар бойынша артады (мг-эквг): Zn – 3,2; Cu –
3,6; Cr – 4,4; Ni – 4,5. Бұл иондардың қорғасын иондарымен салыстырғанда
жақсы сорбцияланатыны олардың сорбциясы тек электростатикалық әрекеттесу
есебінен ғана емес, сонымен бірге әсіресе хром мен никель иондары
жағдайында көрінетін координациялық әрекеттесу есебінен де болады [52].
Гидросфера Жер шарының 0,03% және жер қыртысының 8% құрайды. Барлық
судың басым бөлігі (тұзды) мұхиттар. Ол 98% құрайды, яғни барлық құрлық
бетінің 71%, 360 млн.км2 алып жатыр. Металл тұздарының мұхиттағы орташа
мөлшері 3,5%. Шамамен 50% жаңбыр түрінде және өзен ағысымен мұхитқа түседі.
Соңғы он жылдықта интенсивті антропогенді әрекеттің нәтижесінде жер
бетіндегі және жерасты суларының химиялық құрамы айтарлықтай өзгерді.
Ластанудан жерасты суларының жер бетіндегі суларымен салыстырғанда жақсы
қорғалғанына қарамастан қорғасын, сынап, мыс, мырыш және т.б. металдар
судың құрамынан табылған. Әрине, үлкен қалалар мен өндірістік орталықтардың
территориясына жақын жерлердегі судағы ауыр металдардың концентрациясы
жоғарылауда.
Ағын суларды тазалаудың біріншілік сатысы механикалық тәсілмен
жүргізіледі, екіншілік саты – активті лай қолданылатын биологиялық тазалау.
Тазалаудың үшінші сатысы үшін технологиялық өңделген биологиялық әдіс,
мысалы, фосформен ластанғанда темір немесе алюминийдің тұздарымен тұнбаға
түсіреді, бірақ бұл екі металл да өз кезегінде суды ластауы мүмкін.
Өндірістік ағын суларды тазалайтын, ағын суларды өңдейтін келесі
әдістер белгілі: флотациялық, флокуляциялық, айдау арқылы, анодты
тотықтыру, активті көмірде немесе жасанды шайырларда адсорбция жүргізу
(адсорбциялық), ионалмасу, электродиализ және өңделген осмас [53].
Ары қарай ағынды өндірістік сулардың, жер асты суларының және ауыз
судың кейбір ауыр металл иондарымен ластануының токсикологиялық
сипаттамаларын, қоршаған ортаға залалдарын қарастыруға болады.
3. Сорбенттер – сорбциялық процестердің теориялық негізі.
Сорбенттер – еріген қосылыстарды, газдарды немесе буларды сіңіру үшін
қолданылатын қатты және сұйық заттар. Сорбент терминіне адсорбент,
абсорбент, ионалмастырғыш материалдар және комплекс түзгіштер кіреді.
Сорбент сорбатпен әрекеттесе және байланыса алады. Көп компонентті
жүйелерде бұл әрекеттесу сорбентті жалпы қоспадан бөлуге мүмкіндік береді.
Әрбір сорбенттердің өзіндік ерекшеліктері мен айрықша қасиеттері бар.
Адсорбент адсорбцияланатын затты бөліну шекарасында ұстайды Заттар газ-
сұйық немесе сұйық-сұйық бөліну шекарасында адсорбцияланады, бірақ газ
немесе сұйықтың қатты фаза шекарасындағы адсорбциясының маңызы зор. Қатты
адсорбент гранула (түйіршік) күйінде қолданылады және кеуекті ішкі құрылысы
бар. Ішкі беті өте дамыған және ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
ӘЛ-ФАРАБИ АТЫНДАҒЫ ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ
“ЭКОЛОГИЯ” МАМАНДЫҒЫ БОЙЫНША
ЖАЛПЫУНИВЕРСИТЕТТІК МАГИСТРАТУРА
МАГИСТРЛІК ДИССЕРТАЦИЯ
ӨНДІРІСТІК АҒЫНДЫ СУЛАРДЫ ТАЗАЛАУ ҮШІН ҚОЛДАНЫЛАТЫН СОРБЕНТТЕРДІ ЖАҢА
ӘДІСПЕН АЛУ
Орындаушы:
2-курс магистранты
Ғылыми жетекшілері:
х.ғ.д, профессор, ҚР мемлекеттік
Мансуров З.А.
сыйлығының Лауреаты
Техн.ғ.д, профессор, ҚР мемлекеттік
Баешова А.Қ.
сыйлығының Лауреаты
Норма бақылаушы:
аш.ғ.к, доцент
Рыспеков Т.Р.
Қорғауға жіберілді
Жалпы химия және
химиялық экология
кафедрасының меңгерушісі,
х.ғ.к., доцент
Төреғожина Ж.Р.
___ ___________2010 ж.
Алматы, 2010 ж
РЕФЕРАТ
Диссертацияның құрылымы мен көлемі. Диссертациялық жұмыс кіріспеден,
әдеби шолудан, тәжірибелік бөлімнен, нәтижелер мен оларды талқылаудан,
қорытындыдан, пайдаланылған әдебиеттер тізімінен тұрады. Диссертациялық
жұмыс материалы 64 беттен, 24 суреттен, 3 кестеден және 71 пайдаланынған
әдебиеттер тізімінен тұрады.
Түйін сөздер: СОРБЕНТТЕР, МЕНШІКТІ БЕТТІК АУДАН, КАРБОНИЗДЕУ,
КАРБОНИЗДЕЛГЕН СОРБЕНТТЕР, КҮРІШ ҚАУЫЗЫ, КӨМІРТЕК МӨЛШЕРІ, СОРБЦИЯ.
Жұмыстың мақсаты мен міндеттері. Жұмыстың мақсаты өсімдіктекті
шикізаттан жаңа әдіспен сорбенттер алу және оны өндірістік ағынды суларды
ауыр металл иондарынан тазалауда қолдану.
Осыған байланысты төмендегідей міндеттер қойылды:
1. Күріш қауызынан көміртекті сорбенттерді алу әдісін жасау;
2. Алынған карбонизделген сорбенттерді қазіргі кездегі физика-химиялық
әдістермен зерттеу;
3. Карбонизделген сорбенттердің сорбциялық қасиеттерін зерттеу.
Ғылыми жаңалығы. Фосфорилизациялау әдісін қолдану нәтижесінде
сорбенттердің меншіктік беттік ауданы артатыны көрсетілген.
Зерттеу әдістері. Карбониздеу методикасы, алынған үлгідегі көміртек
мөлшерін анықтау әдісі, карбониздеу процесіндегі үлгі шығымын анықтау,
көміртектенген үлгінің меншікті беттік ауданын газохроматографиялық әдіспен
анықтау, ИҚ-спектроскопия әдісі, электрондық микроскопия әдісі, металл
иондарын сорбциялау әдісі, КҚ-ын сілітілік өңдеу (десиликация), қызылша
және сия пигментінің сорбциясы, атомды-адсорбциялық әдіс.
Жұмыстың тәжірибелік құндылығы. Өсімдік шикізатының қалдықтары негізінде
жоғары сорбциялық сиымдылыққа ие карбонизделген сорбенттер алу тәсілдері
жасалды. Алынған сорбенттерді ағынды суларды ауыр металл иондарынан тазалау
процесінде қолдануға болатындығы анықталды.
Жарияланымдар. Жұмыстың нәтижелері бойынша 2 мақала және 4 тезис
жарияланды.
РЕФЕРАТ
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из в ведения, обзора
литературы, экспериментальной части, результатов и их обсуждения, выводов,
списка использованной литературы. Общий объем диссертации составляет 64
страниц машинописного текста, включает 24 рисунков, 3 таблиц. Список
использованной литературы содержит 71 наименований.
Ключевые слова: СОРБЕНТЫ, УДЕЛЬНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ, КАРБОНИЗОВАННЫЕ
СОРБЕНТЫ, РИСОВАЯ ШЕЛУХА, СОДЕРЖАНИЕ УГЛЕРОДА, СОРБЦИЯ.
Цель и задачи работы. Целью работы является разработка нового способа
получения сорбента из сырья растительного происхождения и применение его
для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов.
В соответствии с этим, были поставлены следующие задачи:
1. Получение углеродного сорбента на основе рисовой шелухи;
2. Полученные карбонизованные сорбенты изучить с применением современных
физико-химических методов исследования;
3. Изучение сорбционных свойств карбонизованных сорбентов.
Научная новизна. Показано возможность повышения удельной поверхности
сорбентов при использовании способа фосфорилизации.
Методы исследования. Карбонизация, метод определения содержания
углерода, газохроматографический метод определения удельной поверхности
зауглероженных образцов, электронно-микроскопическое исследование, методика
ИК-спектроскопии, атомно-адсорбционный метод, щелочная обработка
(десиликация) образца РШ, сорбция чернильного и свекольного пигмента,
Сорбция ионов метала.
Практическая значимость работы. Разработан метод получения
карбонизованного сорбента на основе растительного сырья, обладающего
хорошими адсорбционными свойствами. Изучены физико-химические
характеристики полученных карбоизованных сорбентов. Показано, что
полученные сорбенты можно использовать для очистки сточных вод от ионов
тяжелых металлов.
Публикации. По результатам работы опубликовано 2 статьи и 4 тезиса.
ҚЫСҚАРТЫЛҒАН СӨЗДЕР ТІЗІМІ
ККМ – кеуекті көміртекті материалдар
КМЕ – көміртекті молекулалы електер
ГЖҚ – грек жаңғағының қабығы
АК – активті көмір
КҚ – күріш қауызы
ИҚ – инфрақызыл
ШЖК – шекті жіберілетін концентрация
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ 6
I ӘДЕБИ ШОЛУ 8
1.1 Табиғи шикізаттардан сорбенттерді карбонизациялау 8
арқылы алу
1.2 Суды ауыр металдар иондарынан тазалау үшін қолданылатын 18
сорбенттер
1.3 Сорбенттер – сорбциялық процестердің теориялық негізі. 20
1.4 Көміртекті сорбенттерді активтеу 21
1.5 Металдар-адамзат өркениетінің негізі 26
1.6 Судың химиялық компоненттерінің санитарлы-токсилогиялық 29
сипаттамасы
II ЭКСПЕРИМЕНТТІК БӨЛІМ 36
2.1 Карбониздеу әдістемесі 36
2.2 800°C температурада карбонизделген күріш қауызын 36
қышқылды-сілтілік өңдеуден өткізу.
2.3 КҚ-ын сілітілік өңдеу (десиликация) 37
2.4 Пиролиздік фосфорилизациясы және қышқылдық активациясымен 37
КҚ сілтісіздендіру жолымен көміртекті сорбенттердің күтілетін
синтезі
2.5 Алынған үлгідегі көміртек мөлшерін анықтау әдісі 37
2.6 Карбониздеу процесіндегі үлгі массасының өзгерісін анықтау 38
Физика-химиялық әдістер 38
III НӘТИЖЕЛЕР ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ 40
3.1 Әртүрлі жолмен алынған күріш қауызы негізіндегі сорбенттердің40
физика-химиялық қасиеттері
3.2 Карбонизделген үлгінің меншікті беттік ауданын зерттеу 43
3.3 Үлгілерді ИҚ-спектроскопиялық әдіспен зерттеу 44
3.4 Карбонизделген сорбенттерді электронды-микроскопия әдісімен 45
зерттеу
3.5 Қызылша және сия пигментінің сорбциясы 50
3.6 Карбонизделген күріш қауызы негізіндегі көміртекті 55
материалдар
ҚОРЫТЫНДЫ 58
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 59
КІРІСПЕ
Жұмыстың өзектілігі: Қоршаған ортааға тигізілетін техногенді жүктемні
төмендету мақсатында әртүрлі агрегаттық қүйдегі қалдықтарды кешенді өңдеу
қазіргі заманның өзекті мәселелерінің бірі болып табылады.
Қазіргі кезде ауыр металл иондарымен ластанған өндірістік ағынды
суларды тазалау шешілмей келе жатқан мәселелердің бірі. Судағы ауыр металл
иондарының шекті жіберілетін концентрациясы (ШЖК) мөлшерінен артуы қоршаған
ортаға елеулі зиян келтіреді. Сынап және кадмий сияқты металдар ерекше
қауіпті, өйткені олар іс жүзінде биологиялық объектілерден шығарылмайды.
Сонымен қатар, мыс, қорғасын, темір, никель және мырыш сияқты металдар да
қауіпті, себебі қарапайым канализациялық құбырларға түскенде, олар
тазартқыш жүйені бұзады және су қоймасын улайды.
Қол жетімді табиғи және өсімдіктекті шикізатты қолданып, әсер ету
спектрі кең арзан эффективті сорбирлеуші материалдарды жасау суды тазалау
мәселесін шешудің ең перспективті жолдарының бірі болып табылады.
Көміртекті адсорбенттерді газды және сұйық орталардан бағалы заттарды бөліп
алуда және зиянды қоспалардан тазарту процестерінде, мұнай өңдеуде,
химиялық процестерде, шарап жасауда, май өндірісінде, ағынды өндірістік
суларды тазалауда, өндірістен шығарылатын газдардан улы газдарды бөліп
алуда және өндірістің басқа салаларында да кеңінен қолданылады.
Көміртекті адсорбенттерді органикалық шикізаттардың барлық түрінен
пиролиздеу арқылы алуға болады. Солардың бірі өсімдік шикізаттары және
олардың қалдықтары болып келеді. Шикізат ретінде әртүрлі жеміс дәнектерін,
әртүрлі жаңғақ қабықтарын, ағаш түрлерін және басқа да ауыл шаруашылық
өсімдіктерін өңдеуден кейінгі қалдықтарын, күріш ұнтағы мен қауызын, бидай
қалдықтарын және т.с.с. алуға болады.
Жұмыста күріш өндірісінің қалдығы болып табылатын күріш қауызы
пайдаланылды. Күріш өндірісінің көп тонналы қалдықтары да өз алдында
әртүрлі сұйық орталарды тазалау үшін арзан сорбент ретінде қолданыла алады
немесе олардан сорбциялық сипаттамалары жоғары көміртек-, кремний- және
фосфор құрамды материалдар алуда қолданылады.
Ауыл шаруашылығының қалдықтары мен өсімдік негізіндегі сорбенттер
арзан, кеуектілігі жоғары, беттік ауданы үлкен, құрамында минералды
қоспалар аз кездеседі, сондықтан олар өте қолайлы болып келеді. Олардың
өндірісі экологиялық таза болып табылады. Өндіріс талаптарына сай келетін
сорбенттерге деген қажетілік сорбенттерді алудың жаңа әдістерін алуға
мүмкіндік туғызады. Мұндай сорбенттер бірнеше рет қолдану мүмкіндігімен
ерекшеленеді. Алу технологиясы қарапайым болып келеді.
Жұмыстың мақсаты мен міндеттері. Жұмыстың мақсаты өсімдіктекті
шикізаттан жаңа әдіспен сорбенттер алу және оны өндірістік ағынды суларды
ауыр металл иондарынан тазалауда қолдану.
Осыған байланысты төмендегідей міндеттер қойылды:
1. Күріш қауызынан көміртекті сорбенттерді алу әдісін жасау;
2. Алынған карбонизделген сорбенттерді қазіргі кездегі физика-химиялық
әдістермен зерттеу;
3. Карбонизделген сорбенттердің сорбциялық қасиеттерін зерттеу.
Ғылыми жаңалығы. Фосфорилизациялау әдісін қолдану нәтижесінде
сорбенттердің меншіктік беттік ауданы артатыны көрсетілген.
Зерттеу нысандары: әртүрлі әдіспен өңделген күріш қауызы.
Зерттеу әдістері. Карбониздеу методикасы, Алынған үлгідегі көміртек
мөлшерін анықтау әдісі, карбониздеу процесіндегі үлгі шығымын анықтау,
көміртектенген үлгінің меншікті беттік ауданын газохроматографиялық әдіспен
анықтау, ИҚ-спектроскопия әдісі, электрондық микроскопия әдісі, металл
иондарын сорбциялау әдісі, КҚ-ын сілітілік өңдеу (десиликация), қызылша
және сия пигментінің сорбциясы, атомды-адсорбциялық әдіс.
Жұмыстың тәжірибелік құндылығы. Өсімдік шикізатының қалдықтары
негізінде жоғары сорбциялық сиымдылыққа ие карбонизделген сорбенттер алу
тәсілдері жасалды. Алынған сорбенттерді ағынды суларды ауыр металл
иондарынан тазалау процесінде қолдануға болатындығы анықталды.
Публикациялар. Жұмыстың нәтижелері бойынша 2 мақала және 4 тезис
жарияланды. 1) Тусупбекова А.А., Жылыбаева Н.К. Карбонизделген күріш қауызы
негізіндегі көміртекті материалдарды алу II Международный конгресс
студентов и молодых ученых. Мир науки Казахстанские химические дни-2008,
Алматы, 21-25 апреля 2008. 2) Тусупбекова А.А., Мансуров З.А., Баешова
А.Қ., Жылыбаева Н.К. Күріш қауызы негізінде карбонизделген сорбенттерді алу
және қасиеттерін зерттеу Әл-Фараби атындағы ҚазҰУ 75-жылдығына арналған
жас ғалымдар мен студенттердің “Ғылым әлемі” атты ІІІ Халықаралық конгресі-
2009, Алматы, 23-30 сәуір 2009ж. 3) Тусупбекова А.А., Мансуров З.А.,
Баешова А.Қ. Ағынды суларды ауыр металдардан тазалау үшін қолданылатын
сорбенттерді жаңа әдіспен алу “Интеллектуалды қарқын және инновация”
ұраны мен жүргізілген “Ғылым әлемі” атты студенттер мен жас ғалымдардың
Халықаралық конференциясы-2010, Алматы, 19-22 сәуір 2010ж. 4) Тусупбекова
А.А., Мансуров З.А. Әртүрлі нанокөміртекті материалдардың ағызынды суларды
тазалаудағы сорбциялық қасиеттерін салыстыру Хабаршы, “Коллоидтар және
беттер” атты ғылыми конференция, Алматы қаласы - 2010 ж 5) Азат С.,
Тусупбекова А.А., Такен А., Макашев Б, Бийсенбаев М.А., Мансуров З.А.
Ағынды суларды көміртектенген сорбенттер көмегімен тазарту Первый
международная научно-техническая конференция Современное состояние и
проблемы инженерной экологии, биотехнологии и устойчивого развития Алматы-
2010. 6) Тусупбекова А.А. Суды ауыр металл иондарынан өсімдік негізіндегі
сорбенттермен тазалау Әл-Фараби атындағы ҚазҰУ-дың 75 жылдығына арналған
Экологиялық білім беруді дамытудағы инновациялық үрдістер атты
халықаралық конференция-2009, Алматы, 28-29 мамыр 2009ж.
I ӘДЕБИ ШОЛУ
1.1 Табиғи шикізаттардан сорбенттерді карбонизациялау арқылы алу
Қазіргі кезде көміртекті сорбенттердің қолданылуының негізгі бағыттары
газды және сұйық орталарда концентрлеу, бөліп алу және адсорбциялық
тазалаудың технологиялық процестерімен байланысты болып келеді. Сонымен
бірге энергетика және өндірістік кәсіпорындардан ауаға шығарылатын газдарды
тазалаудың, ауыз су және ағын суларды ауыр металл иондарынан, органикалық
қосылыстардан тазалаудың экологиялық мәселесін шешуде көміртекті
сорбенттердің рөлі артып отыр. Көміртекті сорбенттерді медицинада және
фармацевтикада қолдану облысы да кеңейіп отыр. Мысалға, медицинада
көміртекті гемосорбентті науқастың қанын тазалау үшін қолданса, ал
энтеросорбентті ағзадағы зиянды заттар мен микробтардан тазалау мақсатында
пайдаланады [1].
Дәстүрлік емес шикізаттар әлі өндірісте кең қолдану таппаған әртүрлі
жеміс (шабдалы, шие, жүзім, өрік, алша) дәнектері мен сүйектері, сонымен
бірге әртүрлі жаңғақ қабықтары болуы мүмкін және олар қазіргі уақытта
өндірістердің қалдықтары болып табылады. Еуропаның бірқатар өндірушілері
Жерорта теңіз елдеріндегі зәйтүн май өндірісінің қалдығы болып табылатын
зәйтүн дәнегі, сүйегі мен орман жаңғағынан, сонымен қатар кокостың
қабығынан берік активті көмір алады [2].
Өсімдік қалдықтарын көміртектендіре отырып алынған сорбенттердің
сорбциялық қасиеттері жақсы, алу технологиясы қарапайым болып келеді.
Сондықтан соңғы жылдары жеміс сүйектерінен және әртүрлі жаңғақ қабықтарынан
алынатын [3, 4] көміртекті сорбенттерге деген қызығушылық артуда, себебі
бұл материалдар активті көмір алу үшін қолданылатын синтетикалық полимер
мен табиғи көмір сияқты дәстүрлік материалдарға қарағанда айтарлықтай
арзан. Бірақ грек жаңғағының қабығынан және жеміс дәнектері мен дәнек
сүйектері шикізатынан алынған активті көмірдің құрылымдық-сорбциялық
сипаттамасын жақсарту және дайын өнімнің шығымын арттыру жолы туралы өзекті
сауал бұрынғыша қалып отыр [5].
Активті көмір алу үшін қолданылатын бастапқы шикізаттарды, яғни
органикалық материалдарды негізінен 3 топқа бөлуге болады:
1) өсімдік және жануар негізіндегі шикізаттар, сонымен қатар ағаш
үгінділері, ағаш өнімдері, қағаз өндірісінің қалдықтары, жемістердің
сүйектері, былғары өндірісінің қалдықтары, жануарлардың қаны мен сүйектері
және т.б.;
2) минералды шикізаттар, әсіресе, торф, тасты және қоңыр көмір,
антрацит, тасты көмірдің жақпасы, шайыр, кокс, мұнайдың қайта айдалған
өнімдері және т.б.;
3) синтетикалық шайырлар мен полимерлер.
Дайындалған шикізатты ауа қатысынсыз 400-600˚С температурада термиялық
өңдеу арқылы, яғни карбонизациялау процесі нәтижесінде активті көмір
алынады. Карбонизация нәтижесінде алынған көмірдің сорбциялық белсенділігі
жеткілікті жоғары болмауы мүмкін, себебі олардың кеуектілігі әлсіз жетілген
немесе пиролиздің жоғары молекулалық өнімдерімен (шайыр) блокталған болуы
мүмкін. Сондықтан көп жағдайда активтеуді қажет етеді. Карбонизация өтуінің
сипаттамасы және алынған активтелген көмір қасиеті бастапқы шикізаттың
табиғатына және термиялық өңдеу режиміне айтарлықтай тәуелді болатыны
белгілі. Мысал ретінде [6]-жұмыста жазылған ағаш материалдарының
карбонизация процесінің физико-химиялық ерекшеліктерін қарастыруға болады.
Сонымен бірге бөлшектердің өлшемдері 0,1-2,0 мм болатын жеміс дәнектері
мен жаңғақ қабықтары негізінде алынған модифицирленген активті көмір
құрамды сорбенттерді алу әдістері белгілі [7]. Мұндай сорбенттер
бөлшектерінің сипаттамалары төмендегідей: микрокеуек көлемі (см3г) – 0,15-
120, мезокеуек – 0,20-0,50, макрокеуек – 0,25-1,50; меншікті беттік ауданы
500-1000 м2г. Бұл сорбенттерді жеміс дәнектері мен жаңғақ қабықтарын алдын-
ала 260-900˚C температурада 0,5-120 сағат бойы карбониздеп, содан кейін
активтеу арқылы алған. Өсімдік қалдықтары негізінде көміртектендірілген
үлгілердегі көміртектің мөлшері 86-92%-ды құрайды [8].
Карбониздеу температурасының өсуіне байланысты үлгілердегі көміртек
мөлшері өседі, ал сутек пен оттек мөлшері азаяды. Бұл құбылысты өсімдік
құрамындағы жеңіл органикалық қосылыстар мен судың булануымен
түсіндіріледі.
Сол секілді ағаш термиялық ыдырау нәтижесінен газдардың қалыпты
жағдайда конденсирленбейтіндіктен, сол секілді су, жеңіл органикалық
қоспалардың ұшып шығуынан ағаш көмірі алынады. Температура өскен сайын
жеңіл буланатын заттар шығымы жоғарлайды да көмір қалдығы азаяды. Оптималды
жағдайда қатты заттың азаюы кеуектіліктің өсуіне эквивалентті болып келеді.
Көлемге және кеуек өлшемдерінің таралуына, сол секілді активтеу
жылдамдығына, реакция жүру жағдайына бастапқы материал мен оны алдын-ала
дайындау әдісі қатты әсер етеді. Ағашты пиролиздеу кезінде жеңіл ұшатын
компоненттер жоғалуы 60-65% құрайды.
Грек жаңғағының қабығы негізіндегі активті көмір меншікті беттік ауданы
250 м2г-нан 780м2г-ға дейін өседі, жүзім дәнегі негізіндегі
карбонизделген үлгінің меншікті беттік ауданы – 200 м2г-нан 500м2г-ға
дейін, ал кедр жаңғағының негізіндегі карбонизделген үлгінің меншікті
беттік ауданы – 92м2г-нан 500м2г-ға дейін өседі [9].
Карбонизделмеген бастапқы материалдарды химиялық активтеу процесінде
жоғарғы активті және салыстырмалы кең микрокеуекті көмір алынады. Бірақ
олар қолданған кезде дайындау процесінде бейорганикалық қоспалармен
ластанған болып келеді. Егер сол бастапқы материал, мысалы, ағаш болса, оны
алдымен пиролиздеп, содан кейін су буымен активтендіру арқылы кеуекті
құрамында басқа қоспалары жоқ өнімдер алуға мүмкіндіктер берді [9].
Багреев А.А., Ледовских А.В., Тарасенко Ю.А. және бірқатар авторлар [10-
14] активті көмірді кокос жаңғағының қабығы негізінде алады. Мұндай жолмен
алынған активті көмірлер жоғары беріктілігімен және өте жұқа кеуектілігімен
ерекшеленеді. Оларды газға қарсы қолдану материалдарында (атап айтқанда
газқағар) қолданылады.
Орман жаңғағының қабығы мен дәнекті жемістерден активті көмір алу
жұмыстарының нәтижесінде жоғары беттік ауданға, кеуектілікке ие өнімдер
алуға болатыны белгілі [12].
Көптеген жұмыстарда активтелген көмірді әртүрлі жеміс дәнектерінен,
атап айтқанда, зәйтүн, жүзім, қара немесе сары өрік, шие, шабдалы
дәнектерінен, сүйектерінен және әртүрлі жаңғақ қабықтарынан, яғни, грек,
кокос, орман жаңғақтарынан, сол секілді қайың, терек қабықтарын синтездеу
арқылы алынған. Қорытындылай келе, алынған композициялардың сорбциялық
қасиеттері жоғары, алу жолдары жеңіл, арзан, қарапайым болып келуі олардың
қолдану обылысын кеңейтуге мүмкіндіктер беретіндігін көруге болады.
Кеуекті құрылыс параметрін жақсарту және шығымды өсіру мақсатында
целлюлозалы материалдарға әсерлесудің бірден бір әдісі ретінде олардың
негізінде алынатын активті көмірдің тотығуының алдын алуы болып табылады
[15, 16]. Термоөңдеу кезінде материалды құрылымдауға қатысатын, полимердің
элементар буындарының құрамына кіретін және оның артық мөлшерінен
полимердің толық жануы жүретін оттектің агент ретінде қарастыру қажет.
Көміртекті материалдардың молекулалық құрылымының түзілуін анықтайтын
молекулааралық және перпендикуляр ішкі байланыстар соңғы жағдайда оттегі
аралық көпіршелерді түзуіне жағдай жасайды [4]. Практикалық мәселелерді
шешуде адсорбенттерді таңдау оның кеуекті құрылымы маңызды рөл атқарады.
Сорбенттерді дұрыс таңдау үшін ең алдымен берілген сорбаттардың молекулалық
радиустарының өлшемдері бойынша оған тән кеуектердің бөлінуі жақсы сәйкес
келетініне және сорбенттің түйіршіктеріне бұл заттар жеткілікті тез және
терең өтуін қамтамасыз ететінін білу қажет.
Ережеге сәйкес, сорбенттердің кеуекті құрылымының толық талдау
физикалық және физико-химиялық әдістердің, атап айтқанда, оптикалық және
электрондық микроскопия, рентген-құрылымды талдау, адсорбциялық әдістер
(газды фаза мен ерітінділердің адсорбциясы әдісі), гидродинамикалық әдіс
және сынапты порометрия әдістері (Бутырин, 1976) кешенін қолдану арқылы
жүзеге асады.
Қазіргі уақытта кеуектердің өлшемдері бойынша жалпы қабылданған
классификациялауда (Дубин, 1971-1972) микрокеуектер, мезокеуектер және
макрокеуектер болып бөлінеді. Микрокеуектерге радиусы 15 Å аспайтын
кеуектер кіреді. Микрокеуектердегі адсорбциялық потенциал көршілес
қабырғалардың адсорбциялық потенциалдарының жиналу есебінен біршама жоғары
болады. Сондықтан микрокеуектер енуге қабілетті молекулаларға адсорбциялық
ұқсастық мезо- және макрокеуектерге бекітілетін молекулалармен
салыстырғанда біршама жоғары болады [17].
Микрокеуекті активті көмірлер биологиялық сұйықтықтардан молекулалық
массасы үлкен емес өнімдерді, әсіресе, креатинді, алифатты оксиқышқылдарды,
аминоқышқылдарды, мочевина қышқылдарын және т.б., тазалау мақсатында орынды
қолданылады. Осы түрдің жеткілікті біртекті кеуекті сорбенттерін қолдану
активті көмірлерде сорбция селективтілігінің мәселесін біраз мөлшерде
шешеді [6].
Активті көмірлерді әртүрлі көміртекті шикізаттардан
карбонизацияланбаған түрде немесе кокс және көмір формасы негізінде алады.
Карбонизациялау кезінде бастапқы материал сәйкес жағдайларда селективті
термиялық өңдеуге ұшырайтындығы негізгі принципі болып табылады.
Нәтижесінде көптеген кеуектер, саңылаулар, жарықтар түзіледі және алынған
материалдың масса бірлігінде беттік ауданы артады. Техникада
активтендірудің химиялық және бу-газды әдістері қолданылады.
Химиялық активтендіру кезінде бастапқы шикізат ретінде негізінен
карбонизацияланбаған өнімдерді (мысалы, ағаш үгінділері, торф) қолданады.
Олардың қоспасы бейорганикалық активтеуші агенттермен жоғары температуралық
өңдеуге ұшырайды. Активтеуші агенттерге бірінші кезекте сусыздандыратын
заттар: мырыш хлориді және фосфор қышқылы кіреді [18].
Бу-газды активтендіру үшін бастапқы шикізат ретінде әдетте
карбонизацияланбаған табиғи материалдар: ағаш көмірі, тас көмір типті
немесе қоңыр көмір коксты материалдар қолданылады. Осы өнімдердің
активтеуге қабілетін анықтайтын маңызды фактор ұшқыш компоненттердің үлесі
болып табылады. Егер ол өте аз болса, активтеу қиын болып табылады. Осыған
мысал ретінде графитті айтуға болады. Ұшқыш компоненттердің үлесінің
артуымен бірініші кезекте пропорционалды реактивтіліктің жоғарылауы болады.
Бірақ, егер реактивтілік өте жоғары болса, мысалы тұтанғыш және
дәнекерленген тас көмірлерде активтеу дәрежесінің төмендеуі мүмкін [19].
Газдармен активтендіру үшін әдетте оттегі (ауа), су буы және көміртегі
(II) оксиді қолданылады. Ауамен активтендіру таңдамалы сипатта болады,
бірақ түйіршіктердің сыртқы бөлігінің күю қаупі бар. Сондықтан көбінесе су
буы мен көміртегі (II) оксиді қолданылады [20].
Техникалық көзқарас тұрғысынан жеткілікті жоғары реакция жылдамдығы
үшін осы газдарды қолдану кезінде 800-1000˚C температура қажет. Сондықтан
процесті жүргізу үшін арнайы қондырғы: шахталық, айналмалы, көп тартпалы
пештер, жылжыма қабатты реакторлар және әртүрлі басқа аппараттар қажет.
Сәйкес келетін қондырғыны таңдау бастапқы материалды ұнтақтау дәрежесіне
және алынатын көмірдің қандай формада, яғни ұнтақтәрізді, дәнекті немесе
формаланған түрде болуына байланысты таңдалады. Әмбебап қондырғы ретінде
айналмалы пештер жиі қолданылады [17].
Көміртекті материалды активтендіру кезінде қатты заттың массасының
біршама кемуі байқалады. Оптималды жағдайларда бұл кеуектіліктің өсуіне
эквивалентті болып келеді. Осы жерде бірінші жуықтауда қарапайым салмақтық
әдіспен көмірдің активтілігінің артуын бағалауға болады [21, 22].
Белгілі мақсаттар үшін активті көмірді дұрыс таңдауға мүмкіндік беретін
маңызды факторларға гранулометриялық құрамы, ішкі беттің ауданы (кеуек
көлемі), кеуектердің өлшемі бойынша таралуы, қоспалардың табиғаты мен
мөлшері кіреді. Сыртқы түрі бойынша түссіздендіру үшін қолданылатын ұнтақ
көмірлер, дұрыс емес формалы түйіршікті көмірлер, сонымен бірге көп
жағдайда цилиндр түйіршікті формаланған көмір болып бөлінеді.
Көмірді активтеу үшін микрокеуектер маңызды, осы кеуектердің диаметрі
(2 нм-ге дейін) адсорбцияланатын молекулалардың өлшемдерімен сәйкес.
Микрокеуектер активті көмірдің ішкі бетінің негізгі бөлігінің дамуын
қамтамасыз етеді. Олардан басқа да көмірдің беттік қабатында диаметрі 2-50
нм болатын мезокеуектер мен ірі макрокеуектер бар.
Кеуекті көміртекті материалдарын алғашқыда ағашты, кейінірек тас
көмірді термиялық өңдеу арқылы алған. Қазір оларды көміртекті шикізаттың
барлық дерлік түрлерінен: ағаш және целлюлоздан, тас және қоңыр көмірден,
торфтан, мұнай және таскөмірлі жанбалардан, синтетикалық полимерлі
материалдардан, сұйық және газтәрізді көмірсутектерден, әртүрлі органикалық
қалдықтардан және т.б. алады [23].
Кеуекті көміртекті материалдар (ККМ) негізінен көміртегінің
микрокристалиттерінен құрылған күрделі құрылымды болып келеді. Табиғи және
синтетикалық көмірде көміртегінің микрокристалиттері ретсіз орналасқан және
турбостратты құрылымды түзеді [24]. Мұндай объектілердің геометриялық
сипатталуы біршама күрделі болып табылады. Сондықтан газификация
процестерінің кинетикасын моделдеу кезінде жеңілдетілген түсініктер
қолданылады. Газификациясын ең жиі қолданылатын үлгілерінде әрекеттесетін
кеуекті үлгі анық геометриялы құрылымдық элементтердің кеңістікте
бейберекет орналасуынан құралған деп саналады [25].
Олар бейберекет орналасқан кеуектер үлгісі деп аталатын класты құрайды.
Көлем де, бетте де активті көмірдің негізгі құрылымдық элементі графиттің
кристалдық құрама бөлігі болып табылады. Бұлар конденсацияланған ароматты
сақиналар жүйесі, мұнда үш валентті көміртегі көршілестерімен берік, толық
қаныққан δ-байланыстармен байланысқан, ал төртінші көміртегі π-электроны
тәжірибе жүзінде делокализацияланған және қосарланған байланыстар жүйесінде
еркін қозғалады [25]. Заңда бағдарланған грфитті құрылымдарда көміртегі
атомы негізінен sp2-гибридті күйде, қабат аралық қашықтық 3,35Å болады.
Активті көмірге тән турбостратты (ретсіз қабатты) күйдегі құрылым
графиттіден ерекшеленеді. Мұнда элементарлы қабаттардың қатал периодтылығы
жоқ, олардың арақашықтығы бірдей емес және орташа мән 3,44Å маңайында
ауытқиды. Көміртегі атомы турбостратты құрылым торларында идеалды жағдайда
болмайды, тор жазықтығына салыстырмалы түрде 0,14-0,17Å аралығында болатыны
белгілі. Мұндай ауытқу турбостратты құрылымда көміртегі атомы графитқа тән
sp2-гибридтелу емес, басқа валентті күйде болуымен түсіндіріледі. Бұл кезде
көміртегі атомының бөлігі, әсіресе периферийлік, бөлігі sp-гибридтелу күйде
болады.
Активті көмірдің меншікті беттік мәні жоғары (500-1000м2г дейін және
жоғары) болып келеді [26, 27]. Мұндай сорбенттер әдетте дамыған
полидисперсті құрылыммен сипатталады, бірақ арнайы синтездермен қажет
өлшемді радиустар бойынша кеуектер тығыз орналасқан үлгілерді алуға болады.
[28-30] еңбектерінде көмірдің кеуектілігін сипаттау үшін сорбциялық,
электрон-микроскопиялық әдістер қолданған.
Тәжірибеде кеңінен қолданылатын активті көмірде кеуектердің барлық үш
түрі де кездеседі. Олардың радиустары ~1000-2000 Å макрокеуектер, радиусы
15-16-дан 1000-2000Å мезокеуектер және радиусы 10-15Å микрокеуектер [31].
Бұл алуан түрлілік бірыңғай тармақталған жүйені құрайды. Мұнда
мезокеуектер макрокеуектерден таралады, ал микрокеуектер – мезокеуектер
жүйесінің жалғасы. Макрокеуектер үлесіне 1г активті көмірдегі кеуектердің
жалпы көлемінің 0,2-0,5 см3, мезокеуектерге 0,02-0,1 см3 (арнайы
жағдайларда ірі молекулалардың сорбциясына арналған көмірдерде 0,7 см3
дейін), микрокеуектерге 0,15-0,60 см3 келеді. Меншікті беттік ауданы (S)
негізінен макро- және мезокеуектермен анықталады. Өйткені [23] жұмыста
микрокеуектердің көлемдік толуы теориясынан шығатын түсінік бойынша
микрокеуектердің беті туралы ұғымның физикалық мағынасы жоқ екендігі туралы
жазылған.
Активті көмір беті геометриялық және энергетикалық қатынаста біртексіз
болып келеді. Көміртегі атомы көлемдік фаза атомдарына, әсіресе
кристаллиттің бұрыштарындағы, қырындағы, қабырғаларындағы кристалдық тордың
ақау орындарына қарағанда бетте басқаша электрондық күйде болады. Мұндай
атомдарда бос валенттіліктің болуы әртүрлі заттармен химиялық және
сорбциялық әрекетттесуді жеңілдетеді [32].
Кеуекті көміртекті материал (ККМ) графит құрылымына ұқсас құрылған
конструкцияны береді, бірақ онда реттелген көміртегі сақиналарынан тұратын
аймақтар − гексагондар кезектесе орналасады. Графиттен айырмашылығы ККМ-да
еркін кеуекті кеңістігі болады. Ол әдетте өзара байланысқан, әртүрлі
өлшемді және формалы кеңейтулермен тарылулардан тұратын үшөлшемді
лабиринттен тұрады. Микрокеуектер (өлшемі 2нм), мезокеуектер (өлшемі
50нм) болып бөлінеді. Микрокеуектерді өз ішінде супермикрокеуектер, өлшемі
0,7-2 нм және ультромикрокеуектер, өлшемі 0,6-0,7нм болып бөлінеді [23].
ККМ кеуектердің болуына байланысты меншікті беттік ауданы жоғары болып
келеді. ККМ-дың әртүрлі молекулаларды адсорбциялау қабілеті оның бетінің
құрылымымен, беттік әрекеттесуші топтардың табиғатымен және
концентратциясымен анықталады. Соңғысы ретінде әдетте оттек құрамды
функционалды топтар кіреді. Бетті тотықтыра өңдеу нәтижесінде: фенолды
(гидроксилді), карбонилді (хинонды), карбоксилді, эфирді, енолді, лактанды
көміртекті материал түзеді.
Қоршаған ортаны қорғау мақсатында (ағын суларды, өндірістен шығарылған
газдарды, ластанған топырақты тазалау) көміртекті сорбенттерді кең ауқымды
қолданып, органикалық шикізаттардың арзан түрлерін: қазба қатты отындар,
торф, өсімдік биомассасы, пластмасса қалдықтарын қолданатын ККМ өндірісінің
кеңеюін талап етеді. Қатты және газтәрізді органикалық шикізаттың пиролизі
және көміртекті материалдардың активациясы кезінде ККМ-дың құрылымының
түзілу механизмі туралы қалыптасқан теориялық түсінік негізінде талап
ететін кешенді қасиеттері бар көміртекті сорбенттерді алудың эффективті
әдістері жасалады [33-39].
Қатты шикізаттың пиролиз процесінің көрсеткіштерінің біршама жақсаруына
жалған күйдірілген қабаты бар тотықтыру катализаторлы реакторды қолдану
арқылы жетуге болады [33]. Ұнтақталған шикізаттың бөлшектерін
пневмотасымалдау жолымен жалған күйдірілген қабат арқылы катализатордың
біршама ірі бөлшектерін оттегі мен су буы бар азот ағынында өткізу шикізат
пиролизі мен түзілген көміртекті өнімдердің активация процестерін
біріктіруге мүмкіндік береді, сонымен бірге кеуекті көміртекті
сорбенттердің кең ассортиментін алуға мүмкіндік береді. Катализатор
бөлшектерінің рөлі шикізаттың қыздырылған бөлшектерінен бөлінетін ұшқыш
органикалық өнімдердің тотығу реакциясының жылдамдатуына алып келеді. Осы
кезде бөлінетін жылу процестің автотермиялық режимін қамтамасыз етеді.
Катализатор жанама органикалық қосылыстарды Н2О және СО2-на дейін
тотықтырады, ол пиролиз процесінің экологиялық қауіпсіздігін жоғарылатады.
Радиустары бойынша кеуектердің көлемі мен орналасуын шикізатты қыздыру
жылдамдығын және пиролиз аймағында ұнтақталған шикізат бөлшектерінің болу
ұзақтығын шектеу жолымен реттеуге болады. Кеуектердің жалпы көлемі, сонымен
бірге макро- және мезокеуектердің саны шикізатты қыздыру жылдамдығының
артуымен жоғарылайды. Сонымен бірге қоңыр көмірдің бөлшектері
катализатордың қыздырылған жалған күйдірілген қабатында болу ұзақтығы
алынатын көміртекті өнімде кеуектердің таралуына әсері қарастырылған.
Әдетте кеуектер көлемі 720˚С-та 0,3-1,2 с кезінде көмір бөлшектерін
термоөңдеу ұзақтығының артуымен шамамен 2 есе артады.
Бірнеше секунд ұзақтықта жалған күйдірілген қабатта реакторларда қоңыр
көмірден, гидролиз лигниннен, ағаш қабығынан [32] арзан ұнтақ көміртекті
сорбенттерді алу процестерінің режимдік параметрлері таңдалған. Арзан қоңыр
көмір шикізаты және гидролиз лигниннен формаланған сорбенттерді алу
әдістері, сонымен бірге жалған күйдірілген қабатты реакторларда бұталы ағаш
көмірді бу-газдық активациялаудың жоғары өнімді әдістері дайындалған.
Қатты шикізаттың пиролизі арқылы алынған көміртектер сапасын арттыру
үшін көміртекті сорбенттерді қосымша жоғары температурада су буы немесе СО2-
мен өңдейді (сорбенттерді активациялау сатысы деп аталады). Бұл кезде
көміртегінің бір бөлігі газифицирленеді, кеуектердің көлемі мен меншікті
беттік ауданы артады, сонымен бірге микро-, мезо- және макрокеуектердің
көлемдерінің арасында қатынас өзгереді. Көміртегі сорбенттерінің өндірісі
үшін дәстүрлі шикізат аққайың ағашы болып табылады [29]. Соңғы өнімнің
төмен шығымын (бастапқы шикізат массасынан 5-12%) ағаш қалдықтарынан және
қымбат емес ағаш сорттарынан (мысалы, көктерек) қолдану есебінен
сорбенттерді алудың шикізаттық базасын кеңейтуге бағытталған зерттеулерді
арттырады. Бірақ аққайың ағашына қолданылатын технология бойынша
көктеректен алынатын көміртекті сорбенттердің сапасы төмен болып табылады.
Су буымен көктерек көмірін активациялау процестерінің оптималды
параметрлерін таңдау [7] жұмыста жасалған. Бұл көктеректен микро- және
мезокеуекті құрылымды, жоғары меншікті беттік ауданға ие және аққайыңнан
алынатын өндірістік сорбенттер көрсеткіштеріне ұқсас сорбциялық қабілеті
бар активті көмірді алуға мүмкіндік береді. Активтеуші агент ретінде су буы
мен энергетикалық қондырғылардың түтін газдарымен қоспасын қолдану
активацияны жүргізуге кететін энергетикалық шығынды төмендетеді және
процестің қарқындылығын арттырады. Көктеректен алынатын активті көмірдің
йод бойынша сорбциялық сыйымдылығы активтеуші агентте оттегінің көлемдік
үлесі 2% және активация ұзақтығы 30 мин болғанда тәжірибе жүзінде
төмендемейді, бірақ ұзақ активация кезінде күрт түседі.
Ал карбонизацияланған кедр жаңғағының қабығын су буымен активациялау
кезінде микро- және мезокеуектердің дамыған жүйесі бар ККМ алынады. ККМ
шығымымен оның текстуралық сипаттамалары және активация процесінің жүру
жағдайлары: температура мен активтеуші қоспаның құрамымен байланыстыратын
заңдылықтар [40] жұмыста анықталған. Дамыған кеуекті құрылымды активті
көмірдің максималды шығымы 850˚С-та алынған және активтеуші агент құрамы:
25-80% су буы және 0~2% оттегі (қалғаны – азот). Шығымы 40-70% кедр
қабығынан алынатын ККМ адсорбциялық активтілігі йод бойынша аққайыңнан
алынатын өндірісік сорбенттер деңгейінде болады.
Микрокеуекті активті көмір молекулалы-електі қасиеттері бар көміртекті
сорбенттер ретінде кеңінен қолданылады. Активті көмірдің бұл класының
кеуектерінің диаметрі молекулалы өлшемдермен сәйкес келеді [40].
Цеометтермен – дәстүрлі бейорганикалық електермен салыстырғанда
көміртекті молекулалы електер (КМЕ) жоғары термотұрақтылық, гидрофобтылық,
қышқыл және негіздік орталарға тұрақтылық сияқты артықшылықтарға ие болып
табылады. КМЕ өндірісі үшін дәстүрлі шикізат ретінде өсімдік биомассасы,
әсіресе жеміс сүйектері мен кокос жаңғағының қабығы қолданылады. Сібір
аймағында КМЕ өндірісі үшін перспективті шикізат ретінде өңдеу кезінде ядро
мен кедр майы түзілетін кедр жаңғағының қабығын қолдануды қарастыруда.
Өндірушілердің бірқатары активті көмірді кокос жаңғағының қабығынан
алады. Әдетте ол бастапқыда карбонизацияға ұшырайды, бұл үшін айналмалы
пештер қолданады, содан кейін су буымен активтеледі. Алынған активті көмір
жоғары беріктілігімен және өте жұқа кеуектермен ерекшеленеді. Оларды
көбінесе газға қарсы қорғаныс құралдарына қолданады.
Карбонизация температурасы мен кедр жаңғағының қабығын қыздыру
жылдамдығының көміртекті өнімнің микроқұрылымына әсері бойынша мәліметтер
негізінде молекулалы-електі қасиеттері бар активті көмірді алуды қамтамасыз
ететін карбонизациялаудың оптимальды жағдайлары таңдалған [40]. Кедр
қабығынан алынған КМЕ сипаттамасы өндірістік микрокеуекті сорбент Coconut-
ке жақын: мирокеуек көлемі 0,254 см3г (СО2 адсорбциясы), микрокеуек
ұзындығы 0,56 нм.
Карбонизация жағдайларының оптималдылығы табылған (температура 600-
700˚С, қыздыру жылдамдығы 4˚Cмин) және гидролиз лигниннен алынған
түйіршіктерді су буымен активациялау (18-57% күйгенге дейін) минималды
ұзындықта 0,56-0,58нм кеуектері бар КМЕ алуға мүмкіндік береді. Лигниннен
алынған КМЕ Не-СН4 қоспасын бөлуге қабілетті екендігі көрсетілген.
Орман жаңғағының қабығынан және жеміс сүйектерінен де берік активті
көмір алуға болады. Зәйтүн сүйектері Жерорта теңізі елдерінде зәйтүн
майының өндірісінің қалдығы болып табылады.10%-дық күкірт қышқылы және
сумен өңделгеннен кейін, 830˚C температурада карбонизацияланғаннан кейін
сүйектерден меншікті беттік ауданы шамамен 500м2г болатын өнім алынады.
Оны активтелгеннен кейін меншікті беттік ауданы шамамен 1500 м2г-ға дейін
жетеді. Мұндай көмірде оттегінің мөлшері 3-5% [17].
Н.С. Поляков, Г.А. Петухова және А.А. Касаткиннің [18] еңбекте жеміс
сүйектер негізінде сорбенттерді алу шарттары сипатталады. Анықталған
элементтік құрамы, %: С – 55,3 , Н – 6,8, N – 1,4, O – 36,2, S – 0,3.
Алынған АК-дің сапасы меншікті беттік ауданның өзгерісін БЭТ әдісімен және
метилен көгілдірінің адсорбциясы арқылы анықталады. Активация
температурасын арттырғанда белгілі бір шекке дейін АК-дің меншікті беттік
ауданы өседі. АК-дің ең үлкен меншікті беттік ауданы 800˚С-та байқалған,
бірақ өнімнің шығымы бұл температурада 750˚С температурадағымен
салыстырғанда шамамен 2 есеге төмендейді. Температура 800˚С-тан
жоғарылағанда меншікті беттік ауданның мәні төмендейді. Бұл кезде кокостың
қаттылығы артады, қаттылығының артуы меншікті беттік ауданның азаюына
әкеледі. Активациялаукезінде ірі кеуектер саны артады және кішілерінің
үлесі кемиді, бұл меншікті беттік ауданының кішіреюіне алып келеді. Ұсталу
уақытын арттыру, яғни оптималдыдан жоғары мәнде үлгі арқылы газ-активаторды
өткізуді арттыру ірі кеуектердің түзілуінің жылдамдатылуына алып келеді.
Бұл кезде меншікті беттік ауданы және өнімнің шығымы (активация: су буы,
СО2, Н2O2) кемиді.
Көптеген көміртекті сорбенттерде әлсіз көрінетін катионалмастырғыш
қасиеттер байқалады. Бұл жоғары температураларда көміртегінің құрылымының
қалыптасу процесі кезінде өтетін тотығу реакциялары нәтижесінде көміртекті
материал бетінде қышқыл топтардың біраз мөлшерінің болуымен түсіндіріледі.
Қышқыл топтардың мөлшерін көміртекті материалдың тотықтыру модификациясы
арқылы арттыруға болады. Бұл екі жолмен, яғни дайын көміртекті материалдың
бетін тотықтыру арқылы немесе көміртекті материалдың бетінде
модификацияланатын қоспалар қатысында карбонизация процесі кезінде оттек
құрамды топтардың түзілуімен жүзеге асады. Бірінші көрсетілген әдіс –
активті көмір үшін дәстүрлі және өндірістік тәжірибеде қолданылады және де
тотықтырғыш агенттер ретінде оттегі, сутегі асқын тотығы, азот қышқылы және
басқа да тотықтырғыштар қолданылады [41]. Екінші әдіс, аз зерттелген болса
да, тотыққан КМ-ды алудың бірсатылы процесіне байланысты перспективті
болады.
АҚШ-та акивті көмірді шабдалы сүйектерінен алады. Ұзақ уақытқа дейін
американдық дайындаушылар қағаз өндірісінің қалдықтарын кеңінен қолданып
келді. Бірақ бұл шикізат және одан алынған активті көмір қоңыр және тас
көмірден алынатын активті көмір өндірісінің дамуымен сұраныстан қалды.
Сонымен қатар қағаз өндірісінің басқа да қалдықтарынан активті көмірді алу
әдістері жасалды, мысалы ағаш қабығын жаққанда түзілетін ұшқыш күл [42].
Г.В. Плаксин, О.Н. Бакланова және В.А. Дроздовтың [43] еңбегінде
өндірістік реакторда бу-ауа қоспасымен 425-660˚С температурада активтелген
шабдалы сүйектер негізіндегі активтелген көмірді циклогександы
метилциклопентаннан жұқа тазалау және оның сыйымдылығын анықтау үшін
қолданады. Адсорбция энергиясы мен микрокеуектердегі осындай көрсеткіштерге
қарағанда біршама жоғары (мезокеуектер 15-тен 1000-2000Å-ге дейін,
микрокеуектер 5-14Å) немесе химиялық табиғаты бірдей кеуекті емес
адсорбенттер бетінде микрокеуектердегі адсорбция оның көлемдік толуына алып
келеді.
Әдіске және активтелу дәрежесіне байланысты микрокеуектердің өлшемдері
мен көмірдің селективтілігін өзгертуге мүмкіндік береді [8].
Гаманович Н.М., Горбунова В.А. және оның қызметтестерінің [9]
еңбегінде грек жаңғақ қауызы (ГЖҚ) негізінде АК-ді алу мүмкіндігі
көрсетілген. Карбонизация кезінде үлгілерді қыздыру бөлме температурасынан
берілген температураға дейін (кейбір тәжірибелерде 950˚С-қа дейін)
5 град·мин-1 жылдамдықпен жүргізілген және 1 сағат бойы ұстаған.
Аргон реакторға 2л·сағ-1 жылдамдықпен жіберілген. Активтеу үшін 80
метилциклопентан кезінде алынған карбонизат үлгісі қолданылады. Процесті су
буы қысымында 0,1 МПа, 650, 700, 750, 800 және 850˚C-та әртүрлі уақыт
аралығындда (10-нан 30 минутқа дейін) әртүрлі деңгейде күйген активті көмір
алу үшін жүргізеді. Термоөңдеуден кейін активаттарды бөлме температурасына
дейін реакторды құрғақ аргонмен айдау арқылы салқындатылады. Стандартты
әдістеме бойынша [44, 45] үлгілердің массасының Хm және көлемдік
өзгерісін (%) үлгілердің тығыздығын ρн (гсм3), бензол бойынша кеуектердің
сорбциялық көлемін VS (см3.г-1) анықтаған.
ГЖҚ брутто-формуласы (С6Н10О5)n полисахаридтен тұрғандықтан, инертті
ортада термоөңдеу кезінде оттегі мен сутегін алып кетудің негізгі процесі
мономердің буынынан 5 молекула суды бөліп алып дегидратацияланады [46].
Қарапайым есептеу карбонизаттың теориялық шығымы ГЖҚ-дың бастапқы
массасының 44,5%-ін құрау керек екендігін көрсетеді. Шындығында ГЖҚ
карбонизациясы пиролиз процесі кезінде көміртекқұрамды төменмолекулалы
ұшқыш қосылыстар мен ауыр шайырлы өнімдер түзілуіне байланысты көп масса
шығынымен және бастапқы полимердің деструкциясымен жүреді [10]. Бұл
теориялық мүмкін шығымның қосымша кемуіне алып келеді. Инертті ортада ГЖҚ
карбонизациясы кезінде шығым әдетте 30-35%-дан аспайды. Жаңғақтардың барлық
түрлерінің карбонизациясы кезінде масса шығыны шамамен 70% мас. құрайды [10-
14].
Карбонизация кезінде ГЖҚ-дың дегидратациясының жүру сипаты АК-ді алудың
барлық сатысына біршама әсер етеді. Осылай, дегидратация процесінің
интенсификациясы АК-дің шығымының артуына қолайлы; бұл кезде дегидратация
реакциясымен бәсекелес целлюлозаның деструкциясының нәтижесінде түзілетін
шайырлы заттардың бөлінуі тежеледі [7, 8]. Көміртегінің шығынына алып
келетін қосымша процестерге сәйкес келетін қосымшаларды және дегидратация
жүру шарттарын таңдау арқылы табылады [9, 37]. Көрсетілгендей ГЖҚ-ын
дәстүрлі термоөңдеу кезінде (карбонизациядан кейінгі активтеумен) бірқатар
себептерге байланысты ГЖҚ-дан жоғары сапалы АК алуға болмайды.
Біріншіден, жоғары кеуекті АК-ді алу үшін карбонизаттың біраз бастапқы
микрокеуектілігі талап еткен кезде прекурсор макрокеуекті материал болып
табылады (карбонизатта кеуектердің көлемдерінің қосындысы кезінде көлемі
1 см3 макрокеуек шамамен 0,95 см3-ты құрайды) [47]. Екіншіден, ГЖҚ-да аз
құрылымды компоненттерден (лигнин, гемицеллюлоза, пектин, ақуыздар),
сонымен бірге карбонизация кезінде пиролиз газдарының бөлінуіне кедергі
болатын аморфты кокстық қалдықтардың көп мөлшерін беретін минералды
қоспалардан тұрады. Нәтижесінде полисахаридтік торлы құрылымды болып
табылады, ал алынатын ақаулы көміртекті қаңқа қалыптаспаған кокстық
қалдықтармен ластанған болып келеді.
Бастапқы ГЖҚ-да бар минералды қоспалар алынатын АК-дің сапасы кері әсер
ететіні белгілі [8]. Сілтілік және сілтілік жер металдарының карбонаттары,
хлоридтері, сульфаттары және нитраттарының келтірілген артықшылықтары, олар
бір жағынан карбонизация барысының температурасын төмендетеді, екінші
жағынан – көміртегін тотықтыру катализаторлары бола отырып целлюлозаның
полимерлік тізбегінің деструкциясына себепші болады.
Көмірдің бензол буына қатысты адсорбциялық қасиеттерін зерттеу кезінде
АК үшін кеуектердің көлемі VS сызықты түрде активтендіру температурасына
тәуелділігін көрсетеді [10]. Бұл ГЖҚ-дан алынған көмірдің микро-
және мезокеуектілігінің су буымен оларды активтендіру кезінде даму
механизмі бірдей екендігін айқындайды. Күйдіруді 60%-ға дейін арттырғанда
пропорционалды түрде кеуектер көлемінің шамамен 0,7 см3·г-1 дейін артуы
болады, ал микро- және мезокеуектердің қабырғаларының жануына байланысты АК-
дегі сорбциялық кеуектердің көлемінің кемуі болады.
Активациялаудың бу-газды әдісімен алынған (су бумен 850˚С
температурада) дәнек сүйектерінен алынған АК үлгілері де зерттелген [48].
Активті көмірді алғаш кезде олардың қасиеттеріне сәйкес келетін
шикізатты, активтендіру әдісін таңдау және ұзақтығы мен активтендіру
шарттарын өзгерту арқылы реттеуге болатыны анықталған. Осы кезде белгілі
қасиеттерге бірқатар шарттар әсер етеуі мүмкін. Сондықтан, кеуектердің саны
мен өлшемдерінің таралуы әдетте шикізат табиғатына, түріне және
активтендіру процесінің шарттарына тәуелді. Карбонизацияланбаған бастапқы
материалдың химиялық активация процесі кезінде жоғары активті және кең
микрокеуекті көмір алады, бірақ дайындау процесі кезінде қолданылатын
бейорганикалық қоспалармен ластанған. Егер сол бастапқы материал, мысалы
ағаш, бірінші пиролизге ұшырап, содан кейін су буымен активтендіреді,
негізінен жұқа кеуекті және бөгде қоспалары жоқ өнім алуға болады.
1.2 Суды ауыр металдар иондарынан тазалау үшін қолданылатын сорбенттер
Өндіріс орындарының ағын суларын адсорбциялық әдіспен тазалау зиянды
қоспаларды ғана емес, сонымен бірге бағалы компоненттерді де
залалсыздандыруы мүмкін. Адсорбциялық әдістің эффективтілігі ең бірінші
онда қолданылатын адсорбент қасиеттерімен, сонын ішінде оның кеуекті
құрылымымен, беттің сипаттамаларымен және механикалық беріктілігімен
анықталады. Олар жоғары тазалау дәрежесіне және адсорбентті көп мәрте
қолдануға мүмкіндік береді. Сонымен бірге оның өзіндік құны да маңызды
[49].
Қоршаған ортаға тасталған өндірістік қалдықтар экологиялық тепе-
таңдіктің бұзылуы салдарына әкеп соғады. Сондықтан келесі ұрпаққа зияны
тимес үшін, өндірісітк қалдықтарды залалсыздандыру әдістерін жетілдіріп,
ағын суларды тазалаудың жаңа әдістерін табу қажет.
Ағын суларды ауыр металл иондарынан және радиоактивті заттардан тазалау
жайында көптеген әдебиеттер және патентті әдебиеттер саны белгілі.
Көміртекті адсорбенттердің – графит, күйе, активтелген көмір,
көміртекті талшықтар мен мембраналардың адсорбциялық қасиеттері олардың
құрылысының, яғни адсорбент қаңқасындағы көміртегі кристалдарының
өлшемдері, аморфты көміртегінің құрылысы, басқа атомдармен, негізінен
оттегі, сутегі мен көміртегінің химиялық қосылыстары, сонымен бірге кеуек
құрылымының ерекшеліктеріне негізделеді [50].
[51-53] еңбектерде ағын суларды ауыр металдар ионынан химиялық
модифицирленген торфпен тазалау мүмкіндігі көрсетілген. Арзан және қол
жететін реагенттерді қолдану кезінде торфты модифицирлеу кезінде
сульфотоптардың түзілу есебінен ионогенді топтардың саны артады. Торфта
өсімдік талшығының құрылымы сақталады. Сорбциялау кезіндегі статикалық
көлемдік сыйымдылық мына қатар бойынша артады (мг-эквг): Zn – 3,2; Cu –
3,6; Cr – 4,4; Ni – 4,5. Бұл иондардың қорғасын иондарымен салыстырғанда
жақсы сорбцияланатыны олардың сорбциясы тек электростатикалық әрекеттесу
есебінен ғана емес, сонымен бірге әсіресе хром мен никель иондары
жағдайында көрінетін координациялық әрекеттесу есебінен де болады [52].
Гидросфера Жер шарының 0,03% және жер қыртысының 8% құрайды. Барлық
судың басым бөлігі (тұзды) мұхиттар. Ол 98% құрайды, яғни барлық құрлық
бетінің 71%, 360 млн.км2 алып жатыр. Металл тұздарының мұхиттағы орташа
мөлшері 3,5%. Шамамен 50% жаңбыр түрінде және өзен ағысымен мұхитқа түседі.
Соңғы он жылдықта интенсивті антропогенді әрекеттің нәтижесінде жер
бетіндегі және жерасты суларының химиялық құрамы айтарлықтай өзгерді.
Ластанудан жерасты суларының жер бетіндегі суларымен салыстырғанда жақсы
қорғалғанына қарамастан қорғасын, сынап, мыс, мырыш және т.б. металдар
судың құрамынан табылған. Әрине, үлкен қалалар мен өндірістік орталықтардың
территориясына жақын жерлердегі судағы ауыр металдардың концентрациясы
жоғарылауда.
Ағын суларды тазалаудың біріншілік сатысы механикалық тәсілмен
жүргізіледі, екіншілік саты – активті лай қолданылатын биологиялық тазалау.
Тазалаудың үшінші сатысы үшін технологиялық өңделген биологиялық әдіс,
мысалы, фосформен ластанғанда темір немесе алюминийдің тұздарымен тұнбаға
түсіреді, бірақ бұл екі металл да өз кезегінде суды ластауы мүмкін.
Өндірістік ағын суларды тазалайтын, ағын суларды өңдейтін келесі
әдістер белгілі: флотациялық, флокуляциялық, айдау арқылы, анодты
тотықтыру, активті көмірде немесе жасанды шайырларда адсорбция жүргізу
(адсорбциялық), ионалмасу, электродиализ және өңделген осмас [53].
Ары қарай ағынды өндірістік сулардың, жер асты суларының және ауыз
судың кейбір ауыр металл иондарымен ластануының токсикологиялық
сипаттамаларын, қоршаған ортаға залалдарын қарастыруға болады.
3. Сорбенттер – сорбциялық процестердің теориялық негізі.
Сорбенттер – еріген қосылыстарды, газдарды немесе буларды сіңіру үшін
қолданылатын қатты және сұйық заттар. Сорбент терминіне адсорбент,
абсорбент, ионалмастырғыш материалдар және комплекс түзгіштер кіреді.
Сорбент сорбатпен әрекеттесе және байланыса алады. Көп компонентті
жүйелерде бұл әрекеттесу сорбентті жалпы қоспадан бөлуге мүмкіндік береді.
Әрбір сорбенттердің өзіндік ерекшеліктері мен айрықша қасиеттері бар.
Адсорбент адсорбцияланатын затты бөліну шекарасында ұстайды Заттар газ-
сұйық немесе сұйық-сұйық бөліну шекарасында адсорбцияланады, бірақ газ
немесе сұйықтың қатты фаза шекарасындағы адсорбциясының маңызы зор. Қатты
адсорбент гранула (түйіршік) күйінде қолданылады және кеуекті ішкі құрылысы
бар. Ішкі беті өте дамыған және ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz