Исследование адсорбции фенола и нефтепродуктов из стоков углеродными сорбентами
Построение экспериментальных и теоретических изотерм адсорбции фенола на углеродных сорбентах ТС-1 и АГ-3. Особенность определения констант адсорбционного равновесия. Проведение очистки стока из радиального отстойника первой системы канализации.
Рубрика | Химия |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 02.02.2019 |
Размер файла | 116,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
УДК 544.723.2
Омский государственный технический университет
ИССЛЕДОВАНИЕ АДСОРБЦИИ ФЕНОЛА И НЕФТЕПРОДУКТОВ ИЗ СТОКОВ АО «ГАЗПРОМНЕФТЬ - ОНПЗ» УГЛЕРОДНЫМИ СОРБЕНТАМИ
О.А. Федяева
Е.Г. Пошелюжная
Очистка сточных вод промышленных предприятий является одной из сложных технических проблем, в решении которой нуждаются многие отрасли промышленности. Трудность в решении этой задачи состоит в сложности состава сточных вод. В общем балансе сточных вод значительное место занимают фенольные воды, количество которых продолжает возрастать как в связи с общим ростом производства, так и в связи с появлением новых отраслей промышленности, производящих и использующих фенольные соединения. За последнее время благодаря внедрению в промышленность синтетических способов получения фенола, крезолов и других веществ фенольного характера источники образования фенолсодержащих сточных вод резко возросли [1].
Загрязнение водоёмов фенолами наносит большой вред народному хозяйству: попадая в водоёмы даже в небольших концентрациях, они уничтожают его микрофлору и фауну, так как на окисление фенолов расходуется кислород, что приводит к нарушению кислородного режима водоёмов. При концентрациях фенола порядка тысячных миллиграммов на литр вода после хлорирования приобретает специфический неприятный запах и становится неприятной для питья. Согласно нормам, установленным Госсанинспекцией, предельно допустимая концентрация летучих фенолов в воде в месте водоиспользования не должна превышать 0,001 мг/л [2]. Поэтому вопрос очистки сточных вод от фенолов приобретает особое значение. адсорбция фенол углеродный сорбент
Для извлечения фенолов из сточных вод широко используют адсорбцию на активных углях. Высокой поглотительной способностью обладают сильнокарбонизированные малозольные угли с высокой пористой структурой, а также угли марок ИГП-90, КАД (йодный), БАУ, ОУ (сухой), АГ-3, АП-3. Степень извлечения фенолов этими углями изменяется от 50 до 99%. Регенерацию углей проводят термическим способом в многоподовых печах или печах с кипящим слоем при температуре 870 - 930 0С. При этом теряется 10 - 15% адсорбента. При регенерации углей растворителями (этиловым эфиром, бензолом, щёлочью) регенерация достигает соответственно 85,70 и 37%. Возможно удаление фенолов из углей и аммиачной водой. В некоторых случаях очистку сточных вод от фенолов проводят с применением таких сорбентов, как диатомиты, трепел, шлаки, кокс, торф, силикагель, кварцевый песок, керамзит, керамикулит. Однако адсорбционная ёмкость их мала. Так, для силикагеля она составляет 30%, а для полукокса всего 6 %. Практически полной дефенолизации сточных вод добиваются, используя в качестве сорбента сульфат железа, модифицированный полиакриламидом и карбоксиметилцеллюлозой. Лингин, пропитанный хлорным железом, способен сорбировать 92% фенола, при концентрации последнего 3-9 мг/л.
II. Постановка задачи
Целью данной работы было изучение возможности очистки фенол- и нефтесодержащих стоков синтетическим сорбентом «Техносорб-1» (TC-1) и активированным углём АГ-3.
Задачи исследования:
- построить экспериментальные и теоретические изотермы адсорбции фенола на синтетическом сорбенте ТС-1 и активированном угле АГ-3;
- определить адсорбционные характеристики изучаемых углеродных сорбентов по отношению к растворённому в воде фенолу;
- оценить эффективность сорбционной очистки фенол- и нефтесодержащих стоков АО «Газпромнефть - ОНПЗ».
III. Теория
Мезопористый углеродный сорбент ТС-1, синтезированый в ИППУ СО РАН на основе дисперсного углерода с пироуглеродным связующим, обладает микрофильтрационными свойствами, высокой механической прочностью и используется в системе подготовки питьевой воды «Каскад» [3, 4]. Активный уголь марки АГ-3, изготовленный из каменноугольной пыли и связующих веществ имеет развитую структуру микро- и макропор, является универсальным сорбентом различных органических соединений (в том числе фенола) из жидких и газовых сред. При термической регенерации он восстанавливает первоначальные свойства при минимальных потерях массы.
Адсорбцию фенола на сорбентах ТС-1 и АГ-3 изучали на модельных водных растворах. Измерения массовой концентрации фенолов в растворах выполняли флуориметрическим методом на анализаторе жидкости «Флюорат-2а». Флуориметрический метод основан на извлечении фенолов из воды бутилацетатом, реэкстракции их в водный раствор гидроксида натрия и измерении интенсивности флуоресценции фенолов после подкисления реэкстракта.
Концентрацию нефтепродуктов в исходной и очищенной сточной воде ОНПЗ измеряли на концентратомере нефтепродуктов в четырёххлористом углероде ИКН-025.
Величины экспериментальных адсорбций фенола определяли из расчёта 100 мг адсорбента на 25 мл сточной воды по формуле:
,
где Сн и Ск - соответственно начальная и конечная концентрации адсорбируемого вещества; m - масса адсорбента; V - объём очищаемой воды. Из изотерм адсорбции по уравнению Ленгмюра в линейной форме 1/а -- 1/С были определены предельные адсорбции и константы адсорбционного равновесия. Предельные адсорбционные объёмы пор сорбентов были найдены графически из линеаризованного уравнения Дубинина-Радушкевича . Для построения теоретических изотерм адсорбции фенола при разных значениях заполнения адсорбционного объёма рассчитывали величины равновесных концентраций и удельных адсорбций по формулам:
; ;
; ,
где C - равновесная концентрация преимущественно извлекаемого при адсорбции компонента из раствора; - степень заполнения компонентом адсорбционного объёма; fi -парциальный коэффициент активности компонента в адсорбционной фазе; Vi* и - молярные объёмы извлекаемого органического вещества и воды (Vi*фенола = 89 см3/моль; = 18 см3/моль); Ki - константа адсорбционного равновесия; а - удельная адсорбция; Сs - концентрация насыщенного компонентом равновесного раствора (Cs фенола = 925 ммоль/л); 55500 - число моль воды в её 1 кг.
Результаты экспериментов
ТАБЛИЦА 1 РАСЧЁТНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ИЗОТЕРМ АДСОРБЦИИ ФЕНОЛА
fi |
С, ммоль/л |
а, ммоль/г |
||||||
ТС-1 |
АГ-3 |
ТС-1 |
АГ-3 |
ТС-1 |
АГ-3 |
|||
0,1 |
0,109 |
1,059 |
1,104 |
11,89 |
8,23 |
0,546 |
0,126 |
|
0,2 |
0,238 |
1,123 |
1,219 |
27,53 |
19,84 |
1,09 |
0,251 |
|
0,3 |
0,395 |
1,190 |
1,346 |
48,42 |
36,36 |
1,64 |
0,377 |
|
0,4 |
0,589 |
1,261 |
1,486 |
76,51 |
59,87 |
2,18 |
0,503 |
|
0,5 |
0,834 |
1,337 |
1,640 |
114,86 |
93,55 |
2,73 |
0,629 |
|
0,6 |
1,150 |
1,417 |
1,811 |
167,86 |
142,45 |
3,27 |
0,755 |
|
0,7 |
1,590 |
1,502 |
2,000 |
246,02 |
217,51 |
3,82 |
0,881 |
|
0,8 |
2,220 |
1,592 |
2,208 |
364,07 |
335,28 |
4,37 |
1,006 |
|
0,9 |
3,210 |
1,687 |
2,438 |
557,85 |
535,3 |
4,91 |
1,132 |
|
1,0 |
5,00 |
1,788 |
2,692 |
920,95 |
920,67 |
5,46 |
1,258 |
В таблице 1 представлены результаты расчёта величин равновесных концентраций и удельных адсорбций фенола на углеродных сорбентах ТС-1 и АГ-3.
Теоретические изотермы адсорбции фенола, рассчитанные по уравнению Дубинина-Радушкевича для углеродных сорбентов представлены на рис. 1.
Рис.1. Теоретические изотермы адсорбции фенола на ТС-1 (1) и АГ-3 (2)
Экспериментальные изотермы адсорбции фенола на углеродных сорбентах ТС-1 и АГ-3 представлены на рис. 2.
Рис. 2. Изотермы адсорбции фенола на ТС-1 (а) и АГ-3 (б)
Сравнительные технические и адсорбционные характеристики сорбентов ТС-1 и АГ-3 представлены в табл. 2.
ТАБЛИЦА 2 ТЕХНИЧЕСКИЕ И АДСОРБЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УГЛЕРОДНЫХ СОРБЕНТОВ
Внешний вид |
Сорбенты |
||
ТС-1 |
АГ-3 |
||
Зёрна сферической формы чёрного цвета |
Цилиндрические гранулы тёмно-серого или чёрного цвета |
||
Размер гранул, мм |
1 - 2,6 |
1,5 - 2,8 |
|
Прочность гранул на истирание, % |
89 |
75 |
|
Насыпная плотность, г/дм3 |
500 |
450 - 480 |
|
Суммарный объём пор по воде, см3/г |
0,85 |
0,85 |
|
Объём, см3/г микропор мезопор макропор |
- - - |
0,32 - 0,42 0,12 - 0,16 0,41 - 0,52 |
|
Удельная поверхность, м2/г полная внешняя |
335 304 (мезо- и макропор) |
- 33 (мезопор) |
|
Предельная адсорбция фенола , ммоль/г |
3,830 |
1,149 |
|
Константа адсорбционного равновесия Кi |
109,072 |
164,266 |
|
Предельный адсорбционный объём пор сорбента VA, см3/г |
0,486 |
0,112 |
V. Обсуждение результатов
По классификации Брунауэра, Деминга, Теллера (БДТ) экспериментальные изотермы адсорбции фенола на углеродных сорбентах ТС-1 и АГ-3 относятся ко II (выпуклая) и IV (S- образная) типам соответственно (рис. 2). Теоретические значения величин адсорбции фенола, рассчитанные по уравнению Дубинина-Радушкевича, оказались немного ниже экспериментальных (рис. 1). Характер теоретических и экспериментальных изотерм соответствует полимолекулярной адсорбции на пористом адсорбенте. Несмотря на одинаковый суммарный объём пор сорбентов (табл. 2), величины адсорбции фенола на АГ-3 почти в три раза меньше таковых, чем на ТС-1. Учитывая, что пористая структура ТС-1 представлена в основном мезопорами, а АГ-3 на 50 % состоит из макропор, то можно считать, что на углеродных сорбентах фенол адсорбируется в мезо- и макропорах. К подобному выводу пришли авторы в работе [3], сравнившие величины плотностей адсорбции на внешней и полной поверхностях сорбента ТС-1.
Выводы и заключение
Из двух рассмотренных углеродных сорбентов наиболее подходящим для извлечения фенола из воды является ТС-1. Поскольку рН изоэлектрического состояния поверхности ТС-1 составляет 10-11 ед. рН [4], а сорбционная ёмкость углеродных сорбентов к фенолу уменьшается с повышением рН среды (при рН = 9 она составляет всего 10 -15 %), то логично ожидать увеличение степени извлечения фенола ТС-1 и АГ-3 при подкислении сточной жидкости.
Проведение адсорбционной очистки сточной жидкости из радиального отстойника №44 первой системы канализации ОНПЗ углеродными сорбентами показало, что максимальная адсорбция растворённых нефтепродуктов и фенолов на ТС-1 наблюдалась при рН = 6,35 - 6,74, а на АГ-3 при рН = 5,7. Соответственно степень извлечения фенолов и нефтепродуктов ТС-1 составила 53 и 91%, а АГ-3 - 31 и 88%.
Список литературы
1. Харлампович Г.Д., Чуркин Ю.В. Фенолы. М.: Химия, 1974. 376 с.
2. Гусева Т.В. Гидрохимические показатели состояния окружающей среды: справочные материалы / Т.В. Гусева [и др.]. М.: Эколайн, 2000. 87 с.
3. Коркина И.А., Пухов П.В., Раздьяконова Г.И. Адсорбция фенола углеродными сорбентами //Материалы IV Международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин». Омск, 12-14 ноября 2002. C.269-271.
4. Суровикин В.Ф., Раздьяконова Г.И., Шопин В.М., Суровикин Ю.В, Цеханович М.С., Цибулько А.А. Углеродсорбционная технология и установка водоочистки “Каскад”// Материалы III Международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин». Омск, 26-28 октября 1999. C.377-378.
Аннотация
Построены экспериментальные и теоретические изотермы адсорбции фенола на углеродных сорбентах ТС-1 и АГ-3. Определены адсорбционные характеристики сорбентов: константы адсорбционного равновесия, предельные адсорбции, предельные адсорбционные объёмы пор. Показано участие мезо- и макропор в адсорбции фенолов на ТС-1 и АГ-3. Проведена очистка стока из радиального отстойника №44 первой системы канализации АО «Газпромнефть - ОНПЗ» сорбентами ТС-1 и АГ-3. Максимальная степень извлечения фенолов и нефтепродуктов ТС-1 при рН = 6,35-6,74 составила 53 и 91% соответственно, а АГ-3 - 31 и 88% при рН = 5,7.
Ключевые слова - фенолы, нефтепродукты, адсорбция, углеродные сорбенты.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Понятие и единицы измерения адсорбции. Зависимость величины адсорбции от концентрации, давления и температуры. Изотерма, изобара, изопикна, изостера адсорбции. Поверхностно-активные и поверхностно-инактивные вещества. Уравнения адсорбционного равновесия.
реферат [78,3 K], добавлен 22.01.2009Основные понятия процесса адсорбции, особенности ее физического и химического видов. Характеристика промышленных адсорбентов и их свойства. Наиболее распространенные теоретические уравнения изотерм адсорбции. Оборудование, реализующее процесс адсорбции.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 05.10.2011Изучение основных видов адсорбции. Факторы, влияющие на скорость адсорбции газов и паров. Изотерма адсорбции. Уравнение Фрейндлиха и Ленгмюра. Особенности адсорбции из растворов. Правило Ребиндера, Панета-Фаянса-Пескова. Понятие и виды хроматографии.
презентация [161,4 K], добавлен 28.11.2013Классификация процесса адсорбции: основные определения и понятия. Общая характеристика ряда промышленных адсорбентов и их свойства. Теории адсорбции. Оборудование, реализующее этот процесс. Особенности протекания различных видов химической адсорбции.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 15.11.2011Изотермы адсорбции паров пористых углеродных материалов, полученные из углеродсодержащего сырья. Наиболее эффективный поглотитель по отношению к остальным сорбентам. Адсорбционная способность сорбентов по отношению к парам летучих углеводородов.
курсовая работа [275,9 K], добавлен 20.01.2010Диффузионный и смешанный механизм адсорбции. Роль электростатических взаимодействий в процессе адсорбции ионогенных ПАВ на межфазной границе раздела жидкость–газ. Исследование динамического поверхностного натяжения водных растворов алкилсульфатов натрия.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 10.02.2012Способы получения фенола. Открытие цеолитных катализаторов для окисления бензола закисью азота. Природа каталитической активности цеолитов. Новые пути синтеза фенола. Активное состояние железа в цеолитной матрице. Биомиметические свойства кислорода.
реферат [580,8 K], добавлен 24.04.2010Характеристика способов регенерации угля. Сферы и задачи использования углеродных сорбентов при очистке воздуха и газов. Теоретические аспекты кинетики адсорбции. Современное состояние и перспективы использования СВЧ-энергии в технологических процессах.
курсовая работа [381,8 K], добавлен 24.05.2015Реакция алкилирования фенола олефинами и области ее применения. Характеристика исходного сырья и получаемого продукта. Устройство и принцип действия основного аппарата. Технологический расчет основного аппарата и материальный баланс производства.
дипломная работа [434,4 K], добавлен 14.04.2016Токсическое действие фенола и формальдегида на живые организмы, методы их качественного определения. Количественное определение фенола в пробах природных вод. Метод для определения минимальных концентраций обнаружения органических токсикантов в воде.
курсовая работа [3,4 M], добавлен 20.05.2013Понятие и номенклатура фенолов, их основные физические и химические свойства, характерные реакции. Способы получения фенолов и сферы их практического применения. Токсические свойства фенола и характер его негативного воздействия на организм человека.
курсовая работа [292,0 K], добавлен 16.03.2011Изотерма адсорбции паров дихлорэтана на активном угле. Диаметр и высота адсорбера. Коэффициент внутренней массопередачи. Продолжительность адсорбции, выходная кривая. Построение профиля концентрации в слое адсорбента. Вспомогательные стадии цикла.
курсовая работа [225,1 K], добавлен 10.06.2014Разработка научных основ интеркаляционной технологии базальто-, стекло-, углепластиков поликонденсационным способом наполнения на основе фенолформальдегидного связующего, базальтовой, стеклянной и углеродной нитей. Изучение особенностей адсорбции фенола.
автореферат [35,3 K], добавлен 31.07.2009Изучение теории и составляющих факторов реакции адсорбции полимеров. Гелеобразование геллана. Методика определения количества адсорбированных полимеров на поверхности кернов. Влияние предварительной активации поверхности на кинетику адсорбции полимера.
курсовая работа [6,6 M], добавлен 04.01.2011Классификация, физические и химические свойства фенолов. Изучение строения молекулы. Влияние бензольного кольца на гидроксильную группу. Диссоциация и нитрование фенола. Взаимодействие его с натрием, щелочами. Реакции окисления, замещения и гидрирования.
презентация [1,5 M], добавлен 17.02.2016Фенол как химическое вещество, его применение и значение. Особенности стадий получения фенола. Краткая характеристика процесса его производства через бензолсульфокислоту, хлорбензол, изопропилбензол, окислительным хлорированием бензола. Виды сырья.
реферат [808,2 K], добавлен 18.02.2011Процесс алкилирования фенола олефинами. Термодинамический анализ. Зависимость мольной доли компонентов от температуры. Адиабатический перепад температур в реакторе. Протонирование олефина с образованием карбкатиона. Окислительный аммонолиз пропилена.
курсовая работа [159,9 K], добавлен 04.01.2009Отношение бензола к раствору KMnO4 и бромной воде, нитрование бензола. Окисление толуола, техника безопасности, операции с толуолом. Взаимодействие расплавленного фенола с натрием, раствором щелочи, вытеснение фенола из фенолята натрия угольной кислотой.
лабораторная работа [93,1 K], добавлен 02.11.2009Титриметрический метод анализа. Теория броматометрического метода анализа. Техника титрования. Достоинства и недостатки броматометрического метода. Фенолы. Определение фенола. Химические реакции, используемые в методах титриметрии.
курсовая работа [35,9 K], добавлен 26.03.2007Исследование кинетики адсорбции поверхностно-активных веществ на границе с газом или жидкостью, измерение динамического поверхностного натяжения водных растворов алкилсульфатов натрия, эффект появления максимума на изотерме поверхностного натяжения.
дипломная работа [2,2 M], добавлен 01.02.2012