WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Сорбент

Сорбционная активность по:

йоду, %

метиленово-му голубому, мг/г

УВС-А

113

136

ГАУ

51

274

УВС-К

4

35

Сорбционная активность по йоду на УВС-А в 2,2 раза выше, чем у ГАУ, хотя сорбционная активность УВС-А по метиленовому голубому, в 2 раза ниже. Следовательно, на УВС-А предпочтительна сорбция низкомолекулярных веществ, таких как нефтепродукты, фенол и их производные.

В третьей главе приведены результаты исследований основных параметров процесса сорбционной очистки воды от органических загрязнений углеродными волокнистыми сорбентами.

В связи с тем, что растворимость углеводородов в воде невелика и нефтепродукты в воде обладают большой адгезией к контактирующим поверхностям, вследствие этого изменяется количественный и качественный состав модельных растворов по сравнению с расчетным. Поэтому сделан вывод о некорректности использования методики статической адсорбции для оценки эффективности применения различных сорбентов в процессах извлечения углеводородов из воды, особенно в области низких концентраций. Поэтому основные экспериментальные исследования по определению равновесной сорбции, динамики и кинетики сорбции органических веществ на углеродных сорбентах проводились на модельных растворах фенола в воде, имеющего высокую растворимость в воде.

Рис.3 Эффективность удаления фенола (Снач=5 мг/л) в статических условиях (12 ч) в зависимости от массы сорбента,%

Показано, что для достижения эффективности очистки воды порядка 80 % в диапазоне концентраций фенола от 0,5 мг/л до 5 мг/л, сорбента УВС-А требуется в 12 раз меньше по массе, чем ГАУ (рис.3).

При массе сорбента УВС-А всего 0,05 г эффективность извлечения фенола им достигает 83 %, в то время как для ГАУ – это всего 25-37 %. При этом эффективность сорбции фенола на карбонизированном сорбенте УВС-К не превышала 60-80%. На рис. 4 представлены изотермы сорбции фенола из водных растворов на УВС-А и ГАУ. Крутизна изотермы сорбции фенола на УВС-А характеризует большое наличие микропор, в т.ч. супермикропор, в то время как изотерма сорбции фенола на ГАУ имеет двояковыпуклый характер, что характеризует наличие в этом сорбенте микропор и мезопор.

Изотермы адсорбции фенола на УВС были обработаны в соответствии с моделями, предложенными Лэнгмюром и Фрейндлихом.

Уравнение Лэнгмюра:

Уравнение Фрейндлиха:А= КF Cn,

где А– количество сорбированного фенола; b = Аm*KL –произведение предельного заполнения монослоя (Аm) на кажущуюся сорбционную константу KL;

КF и n – сорбционные параметры уравнения Фрейндлиха (n< 1).

Спрямление полученных изотерм в координатах уравнения Лэнгмюра и в координатах уравнения Фрейндлиха представлено на рис.5. Как видно, в изученном интервале концентраций фенола, для УВС-А хорошо выполняется уравнение Лэнгмюра, коэффициент корреляции равен R2=0,9994, а для уравнения Фрейндлиха R2=0,9596. Полученные результаты позволили рассчитать предельные заполнения фенолом поверхностей УВС-А, определить сорбционные константы, а также оценить размеры площадки, занимаемой молекулой фенола () на поверхности УВС-А. Рассчитанные данные приведены в таблице 3.

Рис. 4 Изотермы сорбции на углеродных сорбентах

Рис.5. Изотермы сорбции фенола на УВС-А в координатах уравнения Лэнгмюра (а) и в координатах уравнения Фрейндлиха (б).

Таблица 3. Параметры сорбции фенола на УВС и ГАУ

Сорбент

Параметры уравнения Лэнгмюра

Параметры уравнения Фрейндлиха

Аm, г/г

Аm, ммоль/г

KL

, нм2

n

KF

УВС-А

0,36

3,86

2,39

0,31

0,39

0,22

ГАУ

0,35

3,72

1,94

0,34

0,38

0,20

Определенные в ходе работы значения сорбционной емкости (Аm) и сорбционных констант оказались незначительно выше у углеродного волокнистого сорбента УВС-А.

Кривые кинетики сорбции, полученные при различных начальных концентрациях фенола, представлены на рис. 6.

Результаты изучения кинетики сорбции показали, что на сорбенте УВС-А за первые 5-15 мин эффективность удаления фенола составляет 61-88%, а за это же время контакта на ГАУ удалялось всего 2-13%. Сорбционное равновесие на сорбенте УВС-А наступает в течение 1 часа, а для ГАУ требуется более 6 ч.

Рис. 6 Кривые кинетики сорбции фенола на УВС-А и ГАУ в статических условиях

В ходе работы, показано, что УВС-А обладает значительно большей начальной скоростью сорбции, превышающей скорость сорбции на ГАУ более чем в 3 раза.

Динамика сорбции фенола на углеродных сорбентах изучалась на специальной лабораторной установке с неподвижным слоем сорбента. Фильтрование осуществлялось в восходящем режиме. Расход искусственно загрязненной воды фенолом, подаваемой на установку насосом в ходе экспериментов, составлял 6 л/ч. Скорость фильтрования составляла 8,5 м/ч.

Начальная концентрация фенола на входе в фильтр составляла 0,5 мг/л. Масса сорбента УВС-А составляла 3,5 г (Нсл=25 мм), масса сравнительного сорбента ГАУ составляла 7,2 г (Нсл=25 мм) и 29 г (Нсл=100 мм).

Выходные кривые динамики сорбции (рис.7), позволили определить время проскока фенола: для слоя УВС-А 25 мм время проскока фенола в фильтрат составило 11 ч, в то время как проскок фенола после ГАУ наблюдался сразу же после запуска установки. Определена удельная динамическая емкость сорбентов при концентрации фенола 0,5 мг/л, которая составила для УВС-А 25мг/г (для ГАУ 4 мг/г).

За первые 10 ч фильтрования через УВС-А было достигнуто извлечение фенола из воды с 500 ПДК до 20 ПДК, в то время как на ГАУ – до 420 ПДК, а при слое загрузки ГАУ в 4 раза выше – лишь до 160 ПДК.

Экспериментально определена величина коэффициента защитного действия слоя

,

где А0 – предельная динамическая сорбционная емкость сорбента при концентрации с0, мг/г; с0 – исходная концентрация веществ, мг/г; w – скорость фильтрования, м/ч.

Для УВС-А к=5880 ч/м, а для ГАУ к=940 ч/м

Таким образом, установлено, что сорбционная емкость и коэффициент защитного действия слоя УВС-А по фенолу в 6 раз превышает значения для ГАУ и при массе УВС-А в 9 раз ниже, его эффективность очистки выше, на 10-20%, чем на ГАУ.

Рис. 7 Динамические кривые сорбции фенола (500 мкг/л) на УВС-А и ГАУ

Четвертая глава диссертационной работы посвящена исследованиям эффективности применения углеродных волокнистых сорбентов в комбинации с озонированием, как перспективному направлению очистки воды от токсичных техногенных загрязнений. Экспериментальные исследования озонирования проводили в проточной установке с барботажным реактором при скорости подачи озоно-кислородной смеси 5, 7 и 12 л/ч.

Поскольку известно о реакциях углеродных сорбентов с озоном, предварительно было изучено взаимодействие ГАУ и УВС-А с озоном в водной среде. Количество поглощенного озона определяли по разности концентраций озона в озоно-кислородной смеси на входе и выходе из реактора.

На рис. 8 представлены выходные кривые взаимодействия озона с сорбентами в водном растворе. Показано, что при озонировании УВС в водном растворе озоном наблюдается лишь незначительное окисление УВС с выделением диоксида углерода, в то время как озонирование водных суспензий ГАУ сопровождается существенным окислением угля с разложением и поглощением до 7,5% от исходного озона. Таким образом, выявлено, что углеродный волокнистый сорбент химически весьма устойчив к воздействию озоном в водной среде.

Кривые озонирования раствора фенола в присутствии сорбентов в зависимости от скорости потока озоно-кислородной смеси, представлены на рис. 9 и рис. 10. Получено, что при скорости подачи озона 5 л/ч время стабилизации его концентрации на выходе из реактора в присутствии УВС в 2 раза меньше, чем при ГАУ.

На рис. 11 представлены кривые окисления фенола в водном растворе в присутствии сорбентов ГАУ и УВС. Показано, что присутствие сорбента УВС практически не влияет на время стабилизации концентрации озона. В присутствии ГАУ это время увеличивается, что наиболее вероятно связано, с более низкой скоростью сорбции фенола на этом сорбенте. Расход озона до стабилизации его концентрации возрастает на сорбенте ГАУ в 1,5 раза.

Таблица 4 Содержание фенола после стадии озонирования (2 об.%) и озоно-сорбции

(УВС 0,3 г) при Сисх=200 мг/л

Процесс

Время, ч

Сфен ост.,

мг/л

Фенол + O3

0,5

66,8

Фенол + O3

1,0

23,0

Фенол + O3

2,0

0,0

Фенол+УВС+ O3

0,5

10,0

Фенол+УВС+O3

1,0

1,0

Данные таблицы 4 показывают высокую эффективность удаления фенола при комбинировании процессов сорбции и озонирования на УВС. Концентрация остаточного фенола в модельном растворе после озоно-сорбционной обработки на УВС от 7 до 23 раз меньше, чем при процессе озонирования без УВС. Использованием метода хромато-масс-спектрометрии показано, что образование побочных продуктов при озонировании раствора фенола в присутствии УВС за счет деструкции фенола на сорбенте определяется только на уровне следовых количеств.

Рис.8 Выходные кривые взаимодействия озона с сорбентами. Масса сорбента 0,3 г, V=5л/ч, 3% об. О3

Рис 9 Кривые поглощения озона при окислении фенола (конц. 200 мг/л) в присутствии сорбента УВС (0,3 г), 2 об. % O3

Рис. 11 Кривые озонирования фенола (конц. 200 мг/л) в присутствии сорбентов ГАУ и УВС (масса 0,3 г), 2 об.% O3, v=5 л/ч.

Рис. 10 Кривые поглощения озона при окислении фенола (конц. 200 мг/л) в присутствии сорбента ГАУ (0,3 г)., 2 об. % O3


Пятая глава посвящена испытаниям эффективности применения углеродных волокнистых сорбентов в условиях экстраординарных загрязнений воды нефтепродуктами.

Предварительно в лабораторных условиях проведены исследования процессов извлечения нефтепродуктов на углеродных волокнистых сорбентах УВС-А и УВС-К, с целью выбора их оптимальных параметров: скорости фильтрования, расположения загрузки УВС – горизонтальное и вертикальное (направления фильтрования).

Фильтрование модельного раствора проводилось на колонне, загруженной углеродным волокнистым материалом. Скорости фильтрования изменялись в диапазоне 10 до 135 м/ч, высота слоя загрузки составляла 46 мм.

Результаты испытаний представлены на рис. 12 – 13.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»