Д.т.н. Т.А.Краснова, к.т.н. И.В. Тимощук

Кемеровский технологический институт пищевой промышленности, Россия

Кинетика адсорбции смесей органических веществ из водных растворов

В поверхностных и подземных водах всегда содержатся фенол и гумусовые вещества. В процессе подготовки воды при использовании в качестве дезинфектантов хлорсодержащих соединений образуются побочные продукты: хлорфенол и хлороформ, которые являются токсичными веществами. Для разработки технологии очистки воды от данных органических соединений, необходимы данные по равновесию, кинетике и динамике сорбционного процесса.

В данной работе приведены результаты исследований кинетики адсорбции смесей фенола и хлороформа, хлорфенола и фенола, хлорфенола и хлороформа из водных растворов активными углями (АУ) АГ-3, СКД-515, АГ-ОВ-1, БАУ при постоянном перемешивании. Содержание и соотношение органических компонентов в исследованиях выбрано с учетом реальных для р.Томи.

По экспериментальным данным построены кривые зависимости относительной величины адсорбции от времени t контакта фаз при адсорбции органических веществ углеродными сорбентами (рис.1-3), а так же экспериментальные g от t и теоретические g от T кинетические кривые. Зависимость g (степень достижения адсорбционного равновесия g=а_t/а_р) от t для всех изученных углей линейно зависит от скорости протекания процесса в области g до 0,3-0,4, что позволяет сделать заключение о соответствии гранул углеродных сорбентов квазигомогенной модели.

По уравнению T = -ln(1-g) рассчитаны безразмерные кинетические параметры Т и построены зависимости Т от t (рис.4-6) на основе сопоставления теоретической g от Т и экспериментальной g от t кинетических кривых при одинаковых значениях g. Наличие линейного участка на кривой Т=f(t) свидетельствует о том, что процесс адсорбции фенола, хлороформа, хлорфенола из водных растворов на различных активных углях лимитируется внешним массопереносом в течение 60-1100 сек. Отклонение от прямолинейной зависимости показывает, что со временем на скорость процесса адсорбции все большее влияние оказывает внутренняя диффузия.

Рис.1.Кинетические зависимости величины адсорбции фенола (а) и хлороформа (б) при их совместном присутствии АУ: 1-СКД515, 2-АГ-ОВ-1, 3-АГ-3

Рис.2.Кинетические зависимости величины адсорбции хлорфенола в присут-ствии фенола из водного раствора АУ: 1-АГ-ОВ-1, 2-БАУ, 3-АГ-3, 4-СКД-515

Рис.3. Кинетические зависимости величины адсорбции хлорфенола (а) и хлороформа (б) при их совместном присутствии АУ:1-СКД515, 2-АГ-3

Рис.4.Зависимость Т от t адсорбции фенола (а) и хлороформа (б) из водных растворов активными углями: 1-АГ-ОВ-1, 2- АГ-3, 3- СКД-5

Рис.5. Зависимость Т от t адсорбции хлорфенола в присутствии фенола из водных растворов активными углями: 1- АГ-3, 2-АГ-ОВ-1, 3-БАУ, 4 СКД-515

Рис.6. Зависимость Т от t адсорбции хлорфенола (а) и хлороформа (б) из водных растворов активными углями: 1-СКД-515, 2- АГ-3

При адсорбции смеси хлороформа и фенола внешний массоперенос определяет скорость процесса адсорбции хлороформа в течение 90 с на АГ-ОВ-1, 110 с на СКД-515 и АГ-3; при адсорбции фенола - в течение 180с на АГ-ОВ-1, 650 с на СКД-515, 1100 с на АГ-3. При адсорбции смеси хлорфенола и фенола внешний массоперенос определяет скорость процесса адсорбции хлорфенола в течение 60с на АГ-ОВ-1, 420с на БАУ, 240с - на СКД-515 и АГ-3. При адсорбции смеси хлороформа и хлорфенола внешний массоперенос определяет скорость процесса адсорбции хлороформа в течение 1100 с на АГ-3, 1000с на СКД-515; при адсорбции хлорфенола - в течение 600 с на АГ-3, 1050 с на СКД-515.

По экспериментальным данным рассчитаны коэффициенты внешнего массопереноса необходимые для инженерных расчетов адсорбционных колон (табл.1).

Таблица 1. Коэффициенты внешнего массопереноса

Вещество b п, сек^-1	БАУ	АГ-3	СКД-515	АГ-ОВ-1
Хлороформ (в присутствии фенола)	-	0,0015	0,0053	0,0031
Фенол (в присутствии хлороформа)	-	0,0012	0,0036	0,0048
Хлороформ(в присутствии хлорфенола)	-	0,019	0,017	-
Хлорфенол (в присутствии хлороформа)	-	0,014	0,017	-
Хлорфенол (в присутствии фенола)	0,09506	0,01623	0,25481	0,04286

Близость величин коэффициентов внешнего массопереноса между собой также свидетельствует о том, что процесс адсорбции на всех исследуемых углях в начальный момент времени контролируется внешним массопереносом. Это позволяет рекомендовать повышение скорости фильтрования при сохранении высокой эффективности извлечения органических веществ из воды.