Теоретичні основи сорбційних процесів на природних та синтетичних сорбентах

Abstract

Дисертаційна робота присвячена розробленню теоретичних основ адсорбційних процесів у системі тверде тіло-рідина. Дисертаційна робота присвячена вивченню механізмів та закономірностей процесів адсорбції за участю синтетичних та природних сорбентів з метою оптимізації хіміко-технологічних процесів та ресурсозбереження. Адсорбційні процеси є основою багатьох хіміко-технологічних та біологічних процесів на поверхні розділу фаз тверде тіло-рідина. Наведено характеристику природного цеоліту, подано його фізико-хімічні властивості, структуру кристалів цеоліту, сорбційні та іонообмінні властивості. Досліджено вплив гранулометричного складу сорбентів на їх статичну ємність. Встановлено вплив фізико-хімічних властивостей компонентів адсорбційної системи на пріоритетність вилучення її складових. Приведено результати дослідження сорбційної здатності природних та синтезованих сорбентів щодо органічних та неорганічних сполук у молекулярному та дисоційованому вигляді, розроблено методики аналітичного визначення складових багатокомпонентних сумішей. Подано результати експериментальних досліджень та теоретичних розрахунків кінетичних досліджень з метою визначення коефіцієнтів масовіддачі та ефективних коефіцієнтів внутрішньої дифузії. Розроблено математичні моделі для опису процесів адсорбції та іонного обміну в апараті колонного типу. Представлено порівняння експериментальних та обчислюваних даних для процесів сорбції одно та багатокомпонентних розчинів у апараті колонного типу. Представлено результати прикладного застосування адсорбційних процесів у хімічній промисловості. The dissertation is devoted to the development of theoretical foundations of adsorption processes in the system of ―solid-liquid‖. The dissertation is devoted to the study of mechanisms and patterns of adsorption processes involving synthetic and natural sorbents in order to optimize chemical and technological processes and resource conservation. Adsorption processes are the basis of many chemical-technological and biological processes on phase interface of ―solid-liquid‖. The characteristic of natural zeolite and its physical and chemical properties, structure of zeolite crystals, sorption and ion-exchange properties were given. The fractional distribution of natural zeolite has been fulfilled and a distribution function was presented, on the basis of which the average diameter of zeolite grains was determined. The physical-chemical characteristics of two types of heavy metals ions: copper and chromium were given. Their toxicological characteristics, which determine the need for sewage treatment from these components, were described. The maximum permissible concentrations of cuprum and chromium in purified water were given. The static activity of natural zeolite with respect to components of inorganic and organic composition was determined. The statics of adsorption processes were mathematically described by the equations of the Langmuir, Freundlich, and BET isotherms. The kinetic dependences and coefficients of mass deducing and effective coefficients of internal diffusion, which allow determining the time of the adsorption process, were obtained. The methods of determining the sorption ability of natural and synthesized sorbents for organic and inorganic compounds in molecular and dissociation form, methods of analytical determination of components of multi-component mixtures were given. Methods of conducting kinetic researches are presented in order to determine the coefficients of mass return and effective coefficients of internal diffusion. The mathematical models for describing adsorption and ion exchange processes in a column type apparatus are developed. Technological solutions for separating of bicomponent solutions containing of cuprum and chromium ions were presented. The variants of solution the problems of proteins macromolecules extraction from the aqueous medium that interfere with the adsorption of proteins by creating a diffusion resistance on the surface of the sorbent grain were solved. The methods of ultrahigh-frequency radiation application for denaturising of proteins were presented. These methods allow them to be removed from the water dispersion. The mathematical model of the process was developed and a mathematical solution was obtained for calculating the time and temperature of heating the dispersion of the protein. The temperature of the heating of a body of arbitrary shape at the time τ after the influence of microwave radiation was calculated. Диссертация посвящена разработке теоретических основ адсорбционных процессов в системе твердое тело-жидкость. Диссертационная работа посвящена изучению механизмов и закономерностей процессов адсорбции с участием синтетических и природных сорбентов с целью оптимизации химико-технологических процессов и ресурсосбережения. Адсорбционные процессы являются основой многих химико-технологических и биологических процессов на поверхности раздела фаз твердое тело-жидкость. Приведена характеристика природного цеолита, представлены его физико-химические свойства, структуру кристаллов цеолита, сорбционные и ионообменные свойства. Исследовано влияние гранулометрического состава сорбентов на их статическую емкость. Установлено влияние физико-химических свойств компонентов адсорбционной системы приоритетность изъятия ее составляющих. Приведены результаты исследования сорбционной способности природных и синтезированных сорбентов относительно органических и неорганических соединениях в молекулярном и диссоциированном виде. Разработаны методики аналитического определения составляющих многокомпонентных смесей. Представлены результаты экспериментальных исследований и теоретических расчетов кинетических исследований с целью определения коэффициентов массоотдачи и эффективных коэффициентов внутренней диффузии. Разработаны математические модели для описания процессов ионного и обмена адсорбции в аппарате колонного типа. Представлены сравнения экспериментальных и вычислительных данных для процессов сорбции одно и многокомпонентных растворов в аппарате колонного типа. Представлены результаты прикладного применения адсорбционных процессов в химической промышленности.