The results of liquefaction of coal

Zhou Qixiong, Niu Ben et al. 

58 

Вестник Карагандинского университета 

References 

1  Gong Iun Liu, Lichun Iunya. Preparation of grinded solid substances and their preparation // Xinjiang chemistry. — 2001. — 

No. 29(1). — P. 31–33. 

3  Zhan Gchao Qun, Weili Hong. The investigation of grinded coal liqiefaction // Bulletin of Xarbin University. — 2006. — 

No. 38(11). — P. 1949–1950. 

4  Luo Yan Hua, Cui Ping. The investigation of coal particles distribution and coal liqiudefaction // Bulletin of An Hoi Univer-

sity. — 2006. — No. 23(2). — P. 161–162. 

5  Qiujing Yang, Arwen R. Kandt, Sharon Falcone Miller et al. Effect of Process Parameters on rheological properties of coal-

derived liquids // Energy and fuel. — 2011. — No. 25. — P. 2124–2125. 

6  Li Baoqing, Chan Sun In. Influence of ultrasound processing on coal liquefaction // Chemistry and technology of oil. — 

1998. — No. 26(2). — P. 125–126. 

7  Cui Hui Yan, Ma Fenqyun. The investigation of Jiangjunmiao coal hydrogenation // Xinjiang chemistry. — 2011. — 

No. 28(4). — P. 384–387. 

8  Lushan Shan, Lui Haifeng. The investigation of coal particles size distribution by laser // China powder technology. — 2010. 

— No. 16(4). — P. 6–7. 

9  Sun Heng, Ma Fenqyun, Zhouqixiong. The direct liquefaction of Wucaiwan coal. — 2012. — No. 35(4). — P. 37–38. 

10  Ma Fenqyun, Zhouqixiong. Influence of iron-based catalysts on coal liquefaction. — 2010. — No. 33(3). — P. 49–51. 

11  Jingxuying, Chenshidi, Ma Fenqyun. Application of red lasers methods // Xinjiang technology. — 1992. 

 

 

Джоу Чи Шон, Нью Бин, Ли Джи Джуан, Ма Фэн Юн,  

М.И.Байкенов, А.Б.Татеева, А.Ж.Матаева, Ж.Булаш  

Көмiр суспензияларын коллоидтық диірмен арқылы дайындау  

жəне суспензия бөлшектері мөлшерінің көмірді тікелей сұйылту үрдісіне əсері 

Зерттеу  нысаны  синьцзяндық  көмір  болып  табылады,  көмір  суспензиялары  коллоидтық  диірмен 

арқылы  дайындалды.  Үгіту  уақытының  көмір  суспензия  бөлшектерінің  мөлшеріне  əсері  зерттелді. 

Гранулометриялық сараптама Laster гранулометрі арқылы жасалды. Алынған нəтижелер бойынша, 1, 

2, 3, 4 сағат  кезіндегі  бөлшектер  мөлшерінің  таралуы  келесідей: 8000 ~ 10800 нм (2000 ~ 1000); 

2400 ~ 2900 (6000 ~ 5000); 800 ~ 1200 nm (18750 ~ 12500) жəне 500 ~ 1250 нм (30000 ~ 12000). Төменгі 

қысымда  жүргізілген  көмірдің  сұйылту  нəтижесінде  бөлшектердің  мөлшері  кішірейген  сайын 

мұнайдың  шығымы  азаятындығы  байқалды.  Жоғарыда  аталған  шарттарда 200 жəне 1340 үлгілері 

майдың  шығымы  бойынша 75,24 жəне 59,96 % құрады.  Ал 1340 үлгісін  ультрадыбыспен  өңдегенде 

май шығымы 80,04 % жетті, яғни 20 % артты. 

 

Джоу Чи Шон, Нью Бин, Ли Джи Джуан, Ма Фэн Юн,  

М.И.Байкенов, А.Б.Татеева, А.Ж.Матаева, Ж.Булаш  

Приготовление угольных суспензий с помощью коллоидной мельницы  

и влияние частиц суспензий на прямое сжижение угля 

В качестве объекта исследования использовался синьцзянский уголь, угольные суспензии готовили с 

помощью  коллоидной  мельницы  мокрого  помола.  Исследовано  влияние  времени  измельчения  на 

размер частиц угольной суспензии. Гранулометрический анализ проводился Laster гранулометром. По 

полученным  результатам,  распределение  размер  частиц  следующие: 8000 ~ 10800 нм (2000 ~ 1000), 

2400 ~ 2900 (6000 ~ 5000), 800 ~ 1200 nm (18750 ~ 12500) и 500 ~ 1250 нм (30000 ~ 12000) при 1, 2, 3, 

4 ч  соответственно.  Результаты  прямого  сжижения  угля  при  низком  давлении  показали,  что  выход 

нефти снижается с уменьшением размеров частиц. При таких же условиях выходы масел образцов 200 

и 1340 составляют  соответственно 75,24 % и 59,96 %. При  ультразвуковой  обработке  образца 1340 

выход масла составил до 80,04 %, т.е. увеличился почти на 20 %. 

 

 

Серия «Химия». № 3(75)/2014 

59 

УДК 66.074.34, 66.074.387 

А.Т.Кабулов, Н.А.Аюпова, С.В.Нечипуренко, С.А.Ефремов, М.К.Наурызбаев 

Центр физико-химических методов исследования и анализа КазНУ им. аль-Фараби, Алматы 

(E-mail: aset.kabulov@mail.ru) 

Исследование новых углеродных материалов,  

используемых в очистке газовоздушных смесей 

В статье исследованы морфология и структура углеродных материалов, полученных из растительного 

(кокосовый орех, абрикосовые косточки, древесина сосны и саксаула) и углерод-минерального (шун-

гит) сырья карбонизацией и последующей активацией парогазовой смесью. Определены сорбционные 

и эксплуатационные характеристики полученных сорбентов. Сорбенты на основе кокосовых косточек 

имеют наибольшую из изученных материалов сорбционную емкость по циклогексану. Показано, что 

время защитного действия полученных сорбентов по отношению к аммиаку увеличивается после им-

прегнирования  их  солями  никеля.  Импрегнированные  сорбенты  могут  использоваться  для  очистки 

воздуха от аммиака на промышленных объектах. 

Ключевые  слова:  шунгитовые  породы,  кокосовый  орех,  абрикосовые  косточки,  древесина  саксаула, 

древесина  сосны,  удельная  площадь  поверхности,  сканирующая  электронная  микроскопия,  газовоз-

душная смесь, аммиак, циклогексан. 

 

Введение 

Одной из важных проблем, стоящих перед человечеством, является общее обострение экологи-

ческой ситуации, заключающееся в загрязнении почвы, водных ресурсов и атмосферного воздуха. 

К агрессивным массовым выбросам в атмосферу относятся углеводороды, особенно бензол и его 

производные, соединения азота, серы и углерода. Серьезный ущерб эти выбросы приносят тем, что 

они  отравляют  воздушный  бассейн  в  городах  и  на  предприятиях:  ядовитые  газы  губят  раститель-

ность, крайне вредно действуют на здоровье людей и животных, ускоряют коррозионные процессы в 

металлических сооружениях и оборудовании [1]. 

Основная масса загрязняющих веществ поступает от предприятий черной и цветной металлур-

гии, многих видов транспорта, теплоэнергетики, химического и нефтегазового комплексов. 

Одним из эффективных способов борьбы с промышленными газопылевыми выбросами является 

сухой  адсорбционный  способ  газоочистки  с  использованием  высокопористых  модифицированных 

углей. Модификацию углей, в зависимости от природы загрязняющего газа, производят с использо-

ванием минеральных кислот, солей металлов, фулеренов и др. 

Целью настоящей работы было получение и исследование модифицированных сорбентов на ос-

нове  минерального  и  растительного  сырья  для  очистки  газовоздушных  смесей  от  таких  токсичных 

соединений, как циклогексан и аммиак. 

Материалы и методы 

В настоящей работе в качестве углерод-минерального сырья использовали шунгитовые породы 

месторождения  «Большевик»  Восточно-Казахстанской  области,  в  качестве  растительного  сырья — 

кокосовый орех, абрикосовые косточки, древесину саксаула и сосны. 

Получение сорбента на основе минерального сырья. Концентрирование по углероду и стабили-

зацию химического состава шунгитовой руды проводили методом пенной флотации. Содержание уг-

лерода в полученном концентрате было 40 ± 2 % [2]. Из полученного концентрата готовили цилинд-

рические  гранулы  путём  брикетирования  через  фильеру  диаметром 2 мм  и  подвергали  их  термиче-

ской обработке в инертной атмосфере при температуре 800 ºС, затем активировали острым водяным 

паром при температуре 800–850 ºС, в результате чего их удельная поверхность увеличилась с 30 до 

250 м

2

/г. Увеличение удельной поверхности происходит за счет выгорания аморфного углерода [3]. 

Получение  сорбента  на  основе  растительного  сырья.  Растительное  сырье  предварительно  из-

мельчали  до  фракции 3÷5 мм  в  роторной  ножевой  мельнице  РМ 120. Карбонизацию  и  активацию 

острым водяным паром проводили по той же методике, что и для сорбентов на основе минерального 

сырья. 

А.Т.Кабулов, Н.А.Аюпова и др. 

60 

Вестник Карагандинского университета 

Импрегнирование  полученных  сорбентов  солями  металла.  Для  увеличения  адсорбционных 

свойств  и  защитного  действия  по  аммиаку  было  проведено  импрегнирование  сорбентов  хлоридом 

никеля.  Импрегнирование  проводили  методом  пропитки  сорбента,  с  дальнейшим  упариванием  рас-

твора. В результате чего были получены углерод-металлические системы [4]. 

Определение  физико-химических  характеристик  применяемых  сорбентов.  Удельную  площадь 

поверхности и суммарный объем пор полученных сорбентов определяли методом Брунауэра-Эммета-

Теллера  (БЭТ)  по  стандартной  методике,  исходя  из  данных  по  измерению  изотерм  адсорбции-

десорбции азота при 77 К с использованием анализатора площади поверхности и размеров пор NOVA 

3200E (Quantachrome Instruments, США). 

Определение pH водной  вытяжки  проводили  при 3-минутном  кипячении 5 г  предварительно 

тонкоразмолотого  сорбента  в 50 см

3

  дистиллированной  воды  с  обратным  холодильником,  с  после-

дующим быстрым фильтрованием суспензии через бумажный фильтр и охлаждением ее перед изме-

рением рН [5]. 

Влажность сорбента определяли по разнице масс исходного образца (его масса ~1 г) и высушен-

ного при 110 ºС в течение 1 ч в бюксе. Зольность углей находили также взвешиванием навески сор-

бента массой 1 г, нагревая его в течение 2–2,5 ч при 800 ºС. Во всех случаях проводили три парал-

лельных опыта [6]. 

При определении сорбционной емкости по йоду проводили предварительную подготовку образ-

ца, состоящую в 10-минутном кипячении 20 г угля в 200 см

3

 0,2 н. раствора НСl с последующей от-

мывкой дистиллированной водой и сушкой в течение 1 ч при 110 ºС. Для определения 1 г угля встря-

хивают 15–30 мин со 100 см

3

 0,1 н. раствора йода в KI (25 г/дм

3

), затем аликвоту (10 см

3

) титруют 

0,1 н. раствором тиосульфата натрия (индикатор крахмал). Адсорбционную активность по йоду (

Х) в 

процентах вычисляют по формуле 

 





2

1

у

0,0127 100 100

10

V

V

X

m













, 

где V

1

 и V

2

 — объемы 0,1 н. раствора тиосульфата натрия, идущего на титрование 10 см

3

 исходного 

йодного раствора и после добавления сорбента, см

3

; m

y

 — масса образца угля, г [7]. 

Строение  поверхности  полученных  сорбентов  изучали  методом  растровой  электронной  микро-

скопии на оптическом микроскопе MEIJI и электронном микроскопе Quanta 3D 200i. 

Для  определения  элементного  состава  сорбента,  находящегося  в  коробке  противогаза  ГП-7кБ-

Оптим (Россия), использовали рентгенофлуоресцентный анализ. 

Методика исследования сорбционного поглощения аммиака из воздуха. Сорбция аммиака изуча-

лась на специально сконструированной установке, представленной на рисунке 1. Исследование про-

водилось  при  комнатной  температуре  в  динамических  патронах (4) диаметром 10 мм.  В  динамиче-

ский патрон подавали газовоздушную смесь со скоростью 0,35 л/мин, получаемую путем пропуска-

ния воздуха в колбу-барботер (3), содержащую 50 мл 1 н. раствора NH

4

OH. Скорость подачи воздуха 

в барботер регулировали с помощью реометра (2). На выходе из реактора газовоздушная смесь по-

ступала  в  приемники (5) с 50 мл 0,01 н.  раствора серной кислоты.  Смену приемников  производили 

через каждые 5 мин. 

 

 

1

 — микрокомпрессор; 

2

 — реометр; 

3

 — барботер;  

4

 — динамический патрон с сорбентом; 

5

 — колба-приемник 

Рисунок 1. Схема установки для изучения сорбции аммиака из газовоздушной смеси 

Исследование новых углеродных материалов … 

Серия «Химия». № 3(75)/2014 

61 

Методом  обратного  титрования  определяли  количество  аммиака,  затраченного  на  нейтрализа-

цию серной кислоты, содержащейся в приемнике. По результатам анализа вычисляли концентрацию 

аммиака в газовоздушном потоке на выходе из реактора. Степень очистки устанавливали, сопостав-

ляя полученные данные с данными холостого опыта [8]. 

Методика исследования сорбционного поглощения циклогексана из воздуха. Сорбцию циклогек-

сана из газовой фазы осуществляли при комнатной температуре в динамических патронах диаметром 

5 мм. В динамический патрон подавали газовоздушную смесь со скоростью 1 л/мин. Скорость подачи 

воздуха регулировали с помощью пузырькового расходомера. Аналит вводился в систему с помощью 

шприцевого насоса со скоростью подачи 90 мкл/ч. Концентрация в системе составляла 300 мг/м

3

. На 

выходе из реактора газовоздушная смесь поступала в приемник-виала, оборудованный специальным 

входным и выходным отверстиями. Газовоздушная смесь из приемника-виалы вводилась в газовый 

хроматограф  с  масс-спектрометрическим  детектированием Agilent 7890A/5975C при  помощи  авто-

самплера Combi-PAL (CTC Analytics AG, Швейцария) объемом 1 мкл (рис. 2). Параметры хромато-

графирования и детектирования оптимизировали для достижения минимального времени анализа при 

наибольшей  селективности  и  чувствительности  метода.  По  результатам  оптимизации  было  решено 

хроматографирование  проводить  в  изотермическом  режиме  при  температуре 115 ºС,  а детектирова-

ние — в режиме мониторинга выбранных ионов (SIM), регистрируя ион с молекулярной массой 84 

для  селективного  детектирования  циклогексана.  Температура  интерфейса  МСД  составляла 280 ºС, 

температура  источника  ионов — 230 ºС,  температура  квадруполя — 150 ºС.  Время  одного  анализа 

составило 2,5 мин, а время между последовательными анализами — 3 мин. 

 

 

Рисунок 2. Схема установки для изучения сорбции циклогексана из газовоздушной смеси 

Испытания проводили в следующей последовательности: 

1)  продувка системы воздухом, проверка чистоты подаваемого воздуха; 

2)  установление постоянной скорости воздуха в системе; 

3)  включение шприцевого насоса, активация процесса подачи циклогексана; 

4)  начало непрерывного определения отклика циклогексана в газе (1 анализ в 3 минуты), про-

ходящем через виалу, уравновешивание системы; 

5)  подключение реактора с адсорбентом в ток воздуха; замер скорости подачи воздуха на вы-

ходе  из  реактора;  продолжение  регистрации  хроматограмм  и  отклика  циклогексана;  по-

строение зависимости отклика циклогексана от времени; 

6)  анализ полученных данных. 

Необходимую скорость подачи циклогексана (υ

к

, мкл/ч) рассчитывали по формуле 

 

k

k

C R



 



, 

где С

k

 — желаемая концентрация циклогексана в воздухе, мг/м

3

; R — объемная скорость подачи воз-

духа, м

3

/ч; ρ — плотность циклогексана, г/мл. 

А.Т.Кабулов, Н.А.Аюпова и др. 

62 

Вестник Карагандинского университета 

Концентрацию циклогексана в воздухе определяли по заранее полученной градуировочной зави-

симости S = f (m), где m — масса ксилола, введенная в колонку, рассчитывалась по формуле 

 

C V

m

S





. 

Здесь C — концентрация циклогексана в растворе, нг/мкл; V — объем вводимой пробы, мкл; S — де-

ление потока. 

Для построения градуировочной зависимости готовили растворы циклогексана концентрацией от 

1  до 1000 нг/мкл  и  вводили  в  устройство  для  ввода  газового  хроматографа,  оснащенное  лайнером 

внутренним диаметром 4 мм при приведенных выше параметрах. 

С использованием полученной зависимости определяли массу циклогексана, а его концентрацию 

в воздухе рассчитывали по формуле 

 

m S

C

V





, 

где m — масса циклогексана, определенная по градуированной зависимости, нг; V — объем вводимой 

пробы, мкл; S — индекс деления потока. 

Перед испытанием сорбенты регенерировали в сушильном шкафу при 200 ºС в течение 3 ч. 

Результаты и их обсуждение 

В настоящей работе были получены сорбенты на основе минерального и растительного сырья, а 

также сорбенты, импрегнированные солями активных металлов: 

 сорбент на основе шунгита — № 1; 

 сорбент на основе древесины саксаула — № 2; 

 сорбент на основе кокосового ореха — № 3; 

 сорбент на основе абрикосовых косточек — № 4; 

 сорбент на основе древесины сосны — № 5. 

Также для сравнения с полученными образцами были проведены аналогичные исследования ак-

тивированных углей на основе березы (БАУ) — № 6 и сорбентов, импрегнированных солями пере-

ходных металлов, которые используются при производстве фильтрующе-поглощающих коробок про-

тивогазов ГП-7кБ-Оптим (Россия), — № 7. 

Т а б л и ц а   1  

Физико-химические характеристики сорбентов 

Характеристика 

Сорбент 

№ 1 

№ 2 

№ 3 

№ 4 

№ 5 

№ 6 

№ 7 

Площадь удельной поверхности, 

S

, м

2

/г  245,5 367,8 664,7 815,9 624,95 715,25 625,9 

Суммарный объем пор, см

3

/г 

0,44 0,56 0,71 0,77 0,58 0,72 0,71 

Зольность, 

% 

27,56 4,93 5,56 5,77 4,35 3,85 6,52 

Влажность, 

% 

3,05 4,07 7,15 7,09 2,54 7,93 6,55 

pH водной вытяжки 

8,4 8,5 7,2 7,1 7,4 6,7 9,5 

Адсорбционная активность по йоду, 

%  20,26 32,64 73,58 63,66 26,82 59,38 56,85 

 

Из  таблицы 1, где  представлены  физико-химические  характеристики  сорбентов,  видно,  что 

сорбционные и эксплуатационные характеристики исследуемых сорбентов сопоставимы, а по неко-

торым показателям превосходят традиционные углеродные сорбенты на основе древесины березы и 

сорбентов, импрегнированных солями переходных металлов, которые используются при производст-

ве фильтрующе-поглощающих коробок противогазов ГП-7кБ-Оптим. Сорбенты на основе абрикосо-

вых косточек и кокосового ореха обладают наибольшей удельной поверхностью и суммарным объе-

мом пор, что свидетельствует о наличии микропор на их поверхности. 

Для объяснения сорбционных характеристик сорбентов были изучены поверхность и структура 

образцов  методом  сканирующей  электронной  микроскопии (SEM). Результаты  электронно-микро-

скопического исследования сорбентов на основе кокосового ореха и абрикосовых косточек показали, 

что их структура имеет трещины в углеродной матрице с большим количеством микропор на поверх-

ности  размером  менее 5 нм,  что  объясняет  их  высокие  показания  площади  удельной  поверхности. 

При рассмотрении снимков сканирующей микроскопии сорбента на основе саксаула видно, что при 

Исследование новых углеродных материалов … 

Серия «Химия». № 3(75)/2014 

63 

малом увеличении наблюдается неразрушенная основа древесной ткани с большим количеством ме-

зопор размером 20–50 нм. В углеродной матрице сорбента на основе шунгита имеются хлопьевидные 

включения с макропорами диаметром более 500 нм на поверхности (рис. 3). 

 

 

 

 

а) сорбент на основе шунгита 

б) сорбент на основе саксаула 

 

 

 

 

в) сорбент на основе кокоса 

г) сорбент на основе  

 

 

абрикосовых косточек 

Рисунок 3. Микроснимки сорбентов 

С целью исследования сорбционной способности полученные сорбенты были испытаны в про-

цессах очистки газовоздушной смеси от органических и неорганических загрязнителей, в частности, 

от циклогексана и аммиака. На рисунке 4 приведены выходные кривые адсорбции циклогексана для 

сорбентов. 

 

 

Рисунок 4. Выходные кривые адсорбции циклогексана в газовой фазе за слоем сорбента 

А.Т.Кабулов, Н.А.Аюпова и др. 

64 

Адсорбционная емкость сорб

чувствительности. Результаты пол

жүктеу/скачать 4,74 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: