влияние
температуры активации
на размер пор
сорбента из виноградных косточек
Анарбаева Р.М.
Южно-Казахстанская
государственная медицинская академия, г. Шымкент, РК
Активация углеродных материалов является основной
стадией образования и развития пористой структуры сорбентов [1-3].
Форма пор адсорбентов (активированных углей) в
значительной мере зависит от исходного материала, использованного для его получения,
и возможно, от способа его активации. Мезо- и макропоры активированных углей,
полученных из древесного сырья, торфа или относительно молодых, ископаемых
углей, имеют бутылкообразную форму, т.е. часто входы в такие поры уже, чем сечение
их полостей [4]. Микропоры возникают преимущественно при газификации
углеводородных радикалов или функциональных групп углеродного сырья в процессе
активации, или образуются в результате выгорания микрокристаллитов, состоящих
из плоских пакетов дегидрогенизированных ароматических колец. Поэтому для
микропор наиболее вероятны различные варианты щелевидных пустот.
Из шрота полученного после выделения масла и экстракта
сухого из косточек винограда нами получен сорбент. Сорбент является продуктом
третьего этапа комплексной переработки косточек винограда местного сорта
«Кабарне», произрастающего в Южно-Казахстанской области РК. В Южном Казахстане
виноградники распространены в Тюлькубасском, Толебийском, Сайрамском,
Казыгуртском, Туркестанском, Отрарском, Ордабасинском, Арысском, Сарыагашском,
Шардаринском, Махтаральском районах.
Цель исследования – изучение
влияния температуры активации на размер пор сорбента из виноградных косточек.
Сорбент получали методом активации. Активизирующими агентами в
большинстве случаев служат углекислый газ или водяной пар, при этом, продуктом
реакции является оксид углерода.
Активацию
проводили при температуре 573, 673, 773, 873, 973, 1073 К с выдержкой при каждой температуре в течении 1 часа. Термически
обработанные образцы шрота семян винограда до измерений их адсорбционных
свойств сохранялись в условиях гарантирующих их герметичность.
Оценка параметров
микропористой структуры активных углей (АУ) составляет теория объемного
заполнения микропор. В соответствии с этой теорией, равновесная адсорбция,
кроме физико-химических свойств адсорбируемых веществ и условий поглощения,
определяется параметрами структуры АУ, которая характеризует распределение
адсорбирующих пор по размерам. Для определения этих параметров часто используют
экспериментальные изотермы адсорбции паров бензола [5] .
Параметры пористой структуры
активированного угля, полученного термической активацией приведены в таблице 1.
Таблица 1
Параметры пористой
структуры активированного угля
|
Темпера-тура активации Т, К. |
Время активации, Час |
Суммарный объём пор Vс, · 10-4 м3/кг |
Объём микропор Vми, · 10-4 м3/кг |
Объём мезопор Vме, · 10-4 м3/кг |
Объём макропор Vма, · 10-4 м3/кг |
|
573 |
1 |
11,0 |
4,0 |
5,7 |
1,3 |
|
673 |
1 |
11,0 |
5,5 |
4,0 |
1,5 |
|
773 |
1 |
10,0 |
3,0 |
5,0 |
2,0 |
|
873 |
1 |
9,0 |
3,0 |
4,5 |
1,5 |
|
973 |
1 |
8 |
3,0 |
4,2 |
0,8 |
|
1073 |
1 |
4 |
1,0 |
2,5 |
0,5 |
Влияние температуры активации
на размер пор АУ графически можно показать следующим образом (рисунок 1), где
размер пор принимается как V·10-4 м3/кг.
Рисунок 1. Влияние температуры
активации на размер пор АУ
Увеличение температуры
активации от 573К до 673К сопровождается повышением объёма пор до максимального
значения (11,0·10-4) м3/кг. Дальнейшее повышение
температуры от 673K дo 1073К неблагоприятно
сказывается на качестве активированного угля, т.к. содержащиеся смолы и
углеводороды разлагаются с образованием неактивного углерода, отлагающегося на
поверхности угля, а также приводит к спеканию пор.
В таблице 2 приведены основные
характеристики микропористости, структурные константы В и W0 уравнения теории объёмного
заполнения микропор. Константа В характеризует размеры микропор, W0 – предельный объём адсорбционного пространства. Из данных таблицы видно, что
при малых значениях
В величина константы W0 близка к объёму микропор.
Увеличение значения В указывает на возрастание
размеров микропор. Разница в значениях суммарного объёма пор и
статической активности по бензолу, объясняется наличием мелких пор, недоступных
для больших молекул бензола.
Таблица 2
Основные характеристики
активированного угля
|
Температура активации Т, К |
Время активации, час |
Суммарный объём пор Vс, · 10-4 м3/кг |
Статистическая активность по
бензолу aс, · 10-4 м3/кг |
Структурные константы |
|
|
W0,
· 10-4 м3/кг |
В · 10-6 |
||||
|
573 |
1 |
11,0 |
2,8 |
4,8 |
0,71 |
|
673 |
1 |
11,0 |
3,1 |
5,8 |
1,08 |
|
773 |
1 |
10,0 |
2,9 |
5,4 |
1,05 |
|
873 |
1 |
9,0 |
2,7 |
4,8 |
0,84 |
|
973 |
1 |
8,0 |
2,1 |
3,8 |
0,57 |
|
1073 |
1 |
4,0 |
1,8 |
2,5 |
0,27 |
Таким образом, приведенные
экспериментальные результаты свидетельствуют об эффективности термической
обработки шрота семян винограда для получения сорбента с различными объемами
пор. Активация шрота при температуре от 573К до 673К позволяет получить сорбент
с большим объемом микропор и умеренно развитой переходной пористостью,
обеспечивающей интенсивность диффузии
адсорбата внутрь зерна адсорбента. Этот метод дает возможность получить сорбент
высокого качества, способного к выделению из организма самых различных
токсических веществ.
Литература:
1.
Ефремов А.А., Павлова Е.С., Оффан К.Б., Кротова И.В. Получение
целлюлозосодержащих продуктов из скорлупы кедровых орехов в условиях
органосольвентного способа в среде уксусной кислоты //Химия растительного
сырья. – 1998.– №3.– С.87-91.
2.
Оффан К.Б., Петров В.С., Ефремов А.А. Закономерности пиролиза скорлупы
кедровых орехов с образованием древесного угля в интервале температур 200-500°С
//Химия растительного сырья. –1999.–№2.– С. 61-64.
3. Фенелонов В.Б. Пористый углерод.
– Новосибирск.– 1995.– 518 с.
4. Карнаухов А.П.
Геометрическое строение, классификация и моделирование дисперсных и
пористых тел. //Адсорбция и пористость.–М.: Наука.– 1976.– С.7-15.
5. Пулеревич М.Я., Плаченов Т.Г.
Измерение изотерм адсорбции на адсорбционно-вакуумной установке с пружинными
микровесами: Методические указание. – Л.: ЛТИ им. Ленсовета. – 1977.
Summary
The
influence of temperature of activation on the size of sorbents pores
Anarbayeva R.M.
Experimental
argumentative results about effectiveness of thermal cultivation of grape seeds
cake for sorbents reception with different volumes of pores are studied in this
work.