Статика та кінетика адсорбції речовин сорбентами, синтезованими на основі золи виносу ТЕС

Abstract

Дисертація присвячена розробці фізико-хімічних основ синтезу цеолітних адсорбентів з заданими властивостями на основі золи виносу ТЕС, дослідженню статики, кінетики та динаміки процесу адсорбції сполук органічного та неорганічного походження з водного середовища, порівнянню енергетичних затрат на проведення процесу адсорбції в реакторі з мішалкою та в апараті з нерухомим шаром. Теоретично обґрунтовано та підтверджено експериментально ефективність застосування сорбентів – цеолітних матеріалів синтезованих на основі золи виносу для знешкодження неорганічних (катіонного типу: NH4+, Cu2+ та аніонного: P2O5) та органічних (нафтопродукти) забрудників водного середовища. Встановлено мінеральний склад, термічну стабільність, пористу структуру сорбентів та їх основні характеристики. Досліджено механізм та кінетичні закономірності процесу адсорбції йонів купруму на одержаних сорбентах. Досліджено динаміку сорбції у нерухомому шарі синтезованого адсорбенту, визначено коефіцієнт використання шару. Диссертация посвящена разработке физико-химических основ синтеза цеолитных адсорбентов с определенными свойствами на основании золы уноса ТЭС, исследованию статики, кинетики и динамики процесса адсорбции, сравнению энергетических затрат на проведение процесса в реакторе с мешалкой и аппарате с неподвижным слоем. Предложена методика модификации золы уноса Добротворской ТЭС с целью получения дешевых сорбентов. Рассмотрен состав золы уноса, который представлен, в основном, соединениями SiO2, Al2O3, Fe2O3. Указаны методики синтеза сорбционных цеолитных материалов модифицированием золы уноса гидротермическим методом и методом, который предусматривает стадию спекания золы уноса с кристаллической щелочью перед классической гидротермической стадией. Структура золы уноса исследовалась методами рентгеновской дифракции, електронной микроскопии, синхронной термогравиметрии, а также исследовалась структура сорбентов на основании изотерм адсорбии-десорбции азота. Определен минеральный состав, термическая стабильность, структура сорбента и его основные характеристики. По результатам рентгеновской дифракции образцов сорбционных материалов было установлено присутствие новых фаз – цеолит Х, NaPl, фоязит, содалит. Исследованы и определены параметры пористой структуры синтезированных материалов и влияние модифицирования на их величину. Установлено, что соотношение микро- и мезопор существенно определяется особенностями строения основных компонентов синтезированных материалов, микропоры формирует цеолит. Теоретически обосновано и подтверждено экспериментально эффективность использования сорбентов – цеолитных материалов для обезвреживания загрязнений водной среды органического (нефтепродукт) и неорганического (NH4+, Cu2+, P2O5) происхождения. Кинетические исследования процесса адсорбции позволили установить критическое число Рейнольдса, при котором процесс адсорбции ионов меди переходит во внутреннедиффузионную область, определены кинетические закономерности этого процесса. Проведено математическое описание процесса, а также построена исходящая кривая адсорбции в динамических условиях. Установлены объемная, действительная и фиктивная скорости процесса. Рассчитан коэффициент использования слоя адсорбента (η=0,85). Установлено, что на проведение адсорбции в аппарате з неподвижным слоем адсорбента энергетические затраты меньше, по сравнению с процессом, проведенном в аппарате с мешалкой. The dissertation is devoted to the development of physical and chemical bases of the synthesis of zeolite adsorbents with desired properties based on fly ash of thermal station, study of the statics, kinetics and dynamics of adsorption, comparison of the energy costs of the process in a reactor with a stirrer and a device with a fixed layer. The effectiveness of sorbents (zeolite materials for disposal of pollutants of the aquatic environment of organic and inorganic origin) is theoretically and experimentally verified. Mineral composition, thermal stability, structure of sorbent and its main characteristics are determined. Kinetic study of the adsorption process allowed installing of the critical Reynolds number at which the process of adsorption of copper ions becomes internally diffusion region. Kinetic regularities of this process are determined. The method of modification of fly ash of Dobrotvirs’ka thermal station to obtain cheap sorbents is suggested.