Реферат Выпускная квалификационная работа содержит с. 70, рис. 39, табл. 13, 60 источников. Получение углеродных адсорбентов из отходов растительного происхождения и изучение их сорбционных свойств
жүктеу/скачать 2,45 Mb.
|
Получение углеродных адсорбентов из отходов растительного происхождения и изучение их сорбционных свойств
| 1 Обзор литературы
1.1 Основные характеристики сорбентов Сорбенты - твердые нерастворимые вещества, которые извлекают и концентрируют в твердой фазе целевые компоненты из газовой или жидкой фазы. Сорбируемые компоненты переходят в твердую фазу и удерживаются в ней за счет образования различных связей с функциональными группами или с внутренней поверхностью сорбента. В зависимости от того, как происходит поглощение в фазе сорбента, его делят на два типа: абсорбция - поглощение в объеме сорбента и адсорбция (а-я) - поглощение на поверхности раздела фаз [1]. Эти два типа поглощений очень сложно чётко; в большинстве случаев абсорбция и а-я происходят одновременно и их называют общим термином сорбция. Основное свойство сорбентов - способность извлекать молекулы вещества или обменивать ионы с компонентами жидкой или газовой фазы. Проникая в пористую структуру сорбента, сорбируемый компонент (сорбтив Z) образует связи различной прочности с внутренней поверхностью или функциональными группами сорбента и удерживается на внутренней поверхности микропор или в объеме твердой фазы. СОРБЕНТ + Z ⇌ СОРБЕНТ • Z (1) Для того чтобы сорбенты могли использоваться в сорбционных технологиях, они должны обладать комплексом специфических свойств, которые, определяют эффективность их применения [2-3]. Решение любого сорбционного вопроса начинается из большого выбора сорбентов подходящего. Такой сорбент обеспечивает оптимальные параметры емкости, селективности и скорости сорбции, а также лучшие технико-экономические параметры и устойчивость эффективного технологического режима. При этом проводится сравнительная оценка ряда альтернативных сорбентов, которая существенно облегчается ранее установленными связями «строение-свойства». Кроме типа и количества активных групп, имеющихся в структуре сорбента, определяющими факторами для конкретной технологии при использовании сорбентов могут быть механические свойства, фракционный состав, термическая и химическая стойкость, а также способность к эффективной регенерации. Следует отметить, что большинство сорбентов органической и неорганической природы обладают полимерной трехмерной структурой [4]. С целью модернизации отдельных показателей в настоящее время осуществляют направленный синтез и модификацию сорбентов. Большинство современных сорбентов представляют собой линейные или трехмерные (пространственно сшитые) полимеры органической или неорганической природы, нерастворимые в воде. В общем виде структуру сорбентов можно представить в виде нерастворимого каркаса органической или неорганической природы - матрицы, в ячейках которой могут содержаться активные функциональные группы. Матрица и активные группы могут взаимодействовать с сорбируемым веществом, обеспечивая его удерживание в твердой фазе. Если функциональные группы сорбентов диссоциированы или способны к обмену ионов - катионов или анионов (ионогенные группы), то сорбенты относят к ионообменным сорбентам - ионитам. Сорбенты, не имеющие химически активных и ионогенных групп (нейтральные сорбенты), могут обеспечивать прочное удерживание сорбируемой молекулы за счет взаимодействий сорбируемых молекул с матрицей сорбента [5]. Сорбенты и их свойства, размер и форма частиц сорбента обуславливают эффективность и возможность его применения в различных сорбционных технологиях. В зависимости от вида применяемой сорбционной технологии сорбенты могут отличаться размерами и геометрической формой сорбирующего элемента, которая сильно влияет на масштаб применения сорбента и устойчивость технологического режима в сорбционных установках. Наибольший объем и масштаб применения имеют насыпные сорбенты со сферической или цилиндрической формой частиц. Сорбенты с частицами неправильной формы (дробленые или порошкообразные) показывают больший разброс гидродинамических характеристик в слое. Это способствует образованию застойных зон, неравномерности скорости по проходному сечению слоя и в конечном итоге приводит к снижению эффективности работы сорбционного фильтра [6]. Промежуточное положение по стабильности технологии занимают композиционные сорбенты, в которых активный сорбирующий компонент распределен в структуре инертного материала. К таким сорбентам относят грануляты (наполненные сорбентом инертные полимерные гранулы), поропласты или пенопласты (обычно полимерные композиты с активными группами) и импрегнаты, получаемые пропиткой сорбента активной добавкой. Сорбенты с малыми размерами сорбирующего элемента на основе ионообменных волокон (сорбирующие волокна, ткани, ленты, нетканые материалы) показывают высокие скорости в сорбционных фильтрах и наибольшие величины свободного сечения слоя [7]. Главная проблема, возникающая при использовании сорбентов этого типа - обеспечение равномерности распределения сорбирующих элементов в слое при высоких скоростях подачи, особенно в случае волокнистых сорбентов. Основными характеристиками сорбентов, определяющими сродство в системе «сорбтив - сорбент» и равновесную эффективность их применения при извлечении целевого компонента из жидкой фазы в твердую, являются емкость, степень концентрирования и избирательность. Все эти показатели в основном зависят от химического строения сорбента, которое может быть выбрано направленно на основе общих закономерностей «строение - свойства». Эти зависимости можно использовать для достижения и регулирования сродства к извлекаемому компоненту в процессе направленного синтеза или при предварительном конкурентном отборе сорбентов [8]. Емкость сорбента - это количество извлекаемого компонента, рассчитанное на единицу массы или объема сорбента. Величина емкости зависит от целого ряда факторов: равновесной концентрации Cs в жидкой фазе, количества активных групп в сорбенте, связывающих сорбируемый компонент, а также энергии их взаимодействия. Избирательность, или селективность - это способность к преимущественному конкурентному извлечению одного компонента из поликомпонентной смеси. Подобное преимущественное извлечение определяется большим сродством сорбтива Z к сорбенту, заряженному компонентом Y СОРБЕНТ • Y + Z ⇌ СОРБЕНТ • Z + Y (2) Эффективность использования сорбента в сорбционных технологиях определяется параметрами трех основных групп: равновесными, кинетическими и динамическими. Все эти требования к эксплуатационным характеристикам сорбента необходимо учитывать при направленном выборе, а также при синтезе или модификции сорбента. жүктеу/скачать 2,45 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|