"Исследование адсорбционной активности природного растительного и минерального сырья РС (Я)". Специфика контроля качества активированных углей для золотодобычи Активность угля по йоду что значит

В. Ф. Олонцев, А. А. Минькова, К. Н. Генералова. Представлены сведения об адсорбционной активности порошкообразных активируемых древесных углей и углеродных волокон. Исследования проведены в соответствии с ГОСТ 4453-74. Представленные данные иллюстрируют адсорбцию из органических растворов. Измерения проводятся по данным градуировочного графика. Показана перспективность применения углеродного волокна по сравнению с активируемым углем.

Исследование адсорбционной активности активированого угля

Активируемый уголь и углеродное волокно являются представителями углеродных материалов, которые используются в промышленности и химической технологии в качестве фильтрующих слоев для очистки агрессивных жидкостей и газов от дисперсных примесей, служат для очистки воздуха, а также технологических газов и жидкостей, выделения из последних ценных компонентов, изготовления средств индивидуальной защиты органов дыхания.

Активируемый уголь (АУ) представляет собой наиболее известную и широко применяемую модификацию углерода. Древесный порошкообразный уголь получается обугливанием дерева без доступа воздуха. Активность угля может быть определена путем испытания его адсорбционной способности по отношению к растворам, органическим красителям.

Углеродные волокна (УВ), относящиеся к классу углеграфитовых материалов, в структурном отношении характеризуются рядом особенностей. Они зависят не только от специфической формы материала (волокно), но и от ориентированной структуры исходных полимеров, из которых получены .

На основании сведений о структуре углеродных адсорбентов можно прийти к выводу о том, что их поверхность образована сочетанием плоскостей микрокристаллитов, параллельных гексагональным слоям ароматических углеродных колец, и плоскостей, образованных гранями этих слоев, связанных вандерваальсовыми силами. Именно на этих участках, сформированных из краевых углеродных атомов ароматических колец, возможно существование различных функциональных групп .

В настоящее время нет достаточно надежных данных по адсорбции из водных растворов, которые бы свидетельствовали о формировании полимолекулярных адсорбционных слоев. Также нельзя опираться на опыты по адсорбции красителей, так как даже в очень разбавленных растворах ионы красителей в значительной степени ассоциированы, причем степень их ассоциации является функцией не только концентрации, но и содержания в растворе сильных электролитов (ионов неорганических солей) и рН. По тем же причинам не могут быть использованы молекулы поверхностно-активных веществ. При разработке теории адсорбции растворенных веществ необходимо иметь в виду, что при любом соотношении молекул растворенного вещества и растворителя вся поверхность адсорбента полностью покрыта адсорбированными молекулами. При адсорбции из растворов молекулы адсорбата находятся одновременно под влиянием адсорбционного поля поверхности адсорбента и молекул растворителя (силы взаимодействия с которыми противоположны силам адсорбции). В результате на границе раздела фаз (в адсорбционном слое) молекулы растворенного вещества приобретают определенную ориентацию .

При поглощении АУ- или УВ-молекул из раствора происходит физическая адсорбция. Она обусловлена в основном вандерваальсовыми силами. В этом процессе адсорбированное соединение не подвергается химическому изменению .

Принципиальное отличие адсорбции из растворов от адсорбции газов и паров прежде всего заключается в том, что такая адсорбция всегда имеет вытеснительный характер и осуществляется путем перераспределения компонентов раствора на границе раздела фаз, а не за счет постепенного повышения концентрации вещества у поверхности адсорбента .

Физическая адсорбция органических веществ из водных растворов наиболее сильно проявляется при использовании в качестве адсорбентов углеродных материалов, поскольку энергия вандерваальсового взаимодействия молекул воды с атомами углерода, образующими поверхность углеродных тел, намного меньше энергии дисперсионного взаимодействия этих атомов с атомами углеродного скелета органических молекул. Энергия дисперсионного взаимодействия органических молекул с адсорбентом особенно высока в тех случаях, когда углеродные скелеты молекул адсорбента имеют плоскуюструктуру и характеризуются сопряженной системой и связей, как это наблюдается, например, в ароматических соединениях. Большое различие в энергиях взаимодействия молекул компонентов раствора с поверхностью углеродного адсорбента приводит к сильно выраженной избирательной адсорбции органических веществ. Такая избирательность обусловливает технологическое применение адсорбции и является основой адсорбционных механизмов многих процессов .

Оценку адсорбции активированных углей проводят на основании результатов, полученных с помощью различных методик. Рассмотрим различные варианты методик.

Адсорбция метиленового голубого дает представление о поверхности активного угля, образованной порами с диаметром больше 1,5 нм. Молекула метиленового голубого имеет относительно большие линейные размеры, тем не менее с помощью адсорбционных опытов на силикатах со слоистой структурой решетки было установлено, что вследствие резонанса трех колец молекула этого красителя адсорбируется как плоская пластина.

В США число метиленового голубого определяют следующим образом: 15 мг измельченного в порошок угля при перемешивании титруют раствором метиленового голубого (1 г/л) до тех пор, пока через 5 мин не прекратится обесцвечивание раствора. Число миллиграммов метиленового голубого, которое адсорбирует 1 г активированного угля, принимают за число метиленового голубого. Титр стандартного раствора метиленового голубого соответствует американскому числу метиленового голубого 7,5.

В японской промышленности стандартный метод основан на адсорбции метиленового голубого из раствора с концентрацией 1,2 г/л. После 5-минутного встряхивания с активированным углем раствор фильтруют через предварительно пропитанную раствором метиленового голубого фильтровальную бумагу. Таким образом, можно свести к минимуму ошибки за счет потери красителя на бумаге. Количество опытов увеличивается до тех пор, пока не будет достигнута остаточная стандартная окраска .

Адсорбция фенола. С помощью этого способа на различных навесках измельченного в порошок угля определяется изотерма Фрейндлиха. Затем графически оценивается адсорбционная емкость при равновесной концентрации фенола 1 мг/л, которая принимается за адсорбционную емкость по фенолу .

Адсорбция алкилбензолсульфоната. При подготовке питьевой и технической воды, а также при очистке сточных вод во многих случаях адсорбция алкилбензолсульфоната является важной характеристикой при выборе активированного угля. Испытания проводятся на порошковом угле. После определения изотермы Фрейндлиха адсорбционная емкость определяется относительно остаточной концентрации 1,0 и 0,1 млн–1 .

Адсорбция иода. В соответствии с этим методом под йодным числом активированного угля понимают количество иода (мг), которое может адсорбировать 1 г этого угля в порошкообразной форме из разбавленного водного раствора иода; остаточная равновесная концентрация иодного раствора должна быть 0,02 н. Предполагается, что при таком значении иод адсорбируется в виде монослоя. Существует зависимость между иодным числом активированного угля и его удельной поверхностью, которую можно определить по методу Брюнера-Эммета-Теллера (БЭТ). Иод адсорбируется в основном на поверхности пор с диаметром значительно более 1 нм, а при большой удельной поверхности возрастает доля тонких пор, которые не доступны молекулам иода

Методика эксперимента. Для определения адсорбции была выбрана методика, представленная в ГОСТ 4453-74 . Этот стандарт подразумевает определение адсорбционной активности порошкообразного активированного угля, значение которой должно соответствовать норме и быть не менее 225 мг/г.

Приведем основные физико-химические характеристики активированного угля, используемого в работе. Уголь активированный осветляющий (ОУ-А) получают из древесного угля-сырца методом парогазовай активации с последующим размолом .

Сделаем следующие выводы. Адсорбция растворенных органических веществ лежит в основе многих технологических процессов. Особенно актуально использование сорбционных процессов в технологии очистки от органических веществ. На адсорбционную активность влияет не только пористая структура, но и сырье. Объектами исследования в работе являлись уголь марки ОУ-А и УВ. Доказана перспективность применения УВ по сравнению с АУ. Активированное углеродное волокно не является просто волокнистым активным углем, оно обладает высокофункциональными свойствами, которых нет у традиционного гранулированного и порошкообразного активированных углей. Благод

В вертикальном аппарате шахтного типа слой угля фракции 5 - 20 мм с одной стороны разжигают, а с противоположной стороны подают воздух при удельном расходе воздуха 100-400 м 3 /м 2 ч.

Изобретение относится к способам получения углеродных адсорбентов и может быть использовано в химической технологии. Известен способ получения углеродного адсорбента в вертикальном аппарате шахтного типа с внутренним обогревом, в котором активация производится в среде, содержащей пар, газ и воздух. Недостатками данного способа являются потребность во внешнем теплоносителе (горячий газ), неравномерность температурного профиля по высоте слоя, низкая адсорбционная активность (не более 25% по йоду) и удельная поверхность активированного угля и наличие в выходящих газах жидких и парообразных продуктов пиролиза. В изобретении решается задача по устранению вышеуказанных недостатков известного способа производства адсорбента (активированного угля) из угля. Получаемый эффект заключается в снижении удельных энергозатрат и увеличении адсорбционной активности получаемого адсорбента. Указанный технический эффект достигается тем, что в вертикальный аппарат шахтного типа подают воздух, и слой угля разжигают с противоположной подаче воздуха стороны. При удельной подаче воздуха 100-400 м 3 /м 2 ч фронт горения смещается навстречу потоку воздуха и за фронтом горения остается твердый остаток, содержащий несгоревший углерод. При движении фронта горения слой угля последовательно проходит стадию нагрева, сушки и карбонизации. Продукты карбонизации, содержащие в числе прочих горючие компоненты, такие как оксид углерода, водород, жидкие и газообразные углеводороды, вместе с твердым углеродом реагируют с кислородом воздуха, образуя фронт горения, температура в котором достигает 750-900 о и в котором реагирует весь кислород воздуха. За фронтом горения находится восстановительная зона, где происходит реагирование недогоревшего углерода с водяным паром, диоксидом углерода и водородом во внутридиффузионном режиме с увеличением объема и поверхности внутри пористого пространства, т. е. активация твердого продукта карбонизации. В отличие от существующего способа здесь имеет место активация, главным образом, водяным паром и водородом, образующимся при сушке и карбонизации и последующих окислительно-восстановительных реакциях, при температуре 600-900 о С, а не диоксидом углерода, проницаемость и активность молекул которого в данных условиях ниже. Поскольку газ, образующийся в зоне карбонизации, проходит через слой горячего полуокса при температуре 600-900 о С и далее не контактирует со свежим углем, он не содержит жидких углеводородов (смол) и может быть использован после очистки от механических примесей без охлаждения. На качество получаемого сорбента влияет фракционный состав угля. При использовании неотсеянного угля, содержащего большое количество мелочи (менее 1-5 мм), из-за большого сопротивления слоя имеют место искривления фронта горения, прогары, каналообразования. Частицы крупнее 20 мм недостаточно проницаемы для активирующего агента, а в ряде случаев имеют ядро, не подвергнутое карбонизации (особенно частицы 40-50 мм). Так адсорбционная активность по йоду адсорбента, полученного из угля исходной крупностью 20-50 мм, была в 2-4 раза ниже, чем полученного из угля фракцией 5-20 мм. Определяющим для качества адсорбента и его удельного выхода является удельная подача воздуха. При подаче воздуха менее 100 м 3 /м 2 ч температура во фронте горения (700-750 о С) недостаточна для получения качественного сорбента (его адсорбционная активность по йоду (ГОСТ 6217-74) не превышает 30-35), скорость движения фронта горения, определяющая удельную производительность реактора, при этом составляет 0,1-0,12 м/ч. При увеличении подачи воздуха снижается удельный выход адсорбента, но увеличивается скорость движения фронта горения до 0,2-0,25 м/ч (при подаче дутья 400 м 3 /м 2 ч), удельная поверхность и адсорбционная активность адсорбента, причем две последние величины имеют пик в интервале подачи дутья 100-400 м 3 /м 2 ч. При подаче воздуха более 400 м 3 /м 2 ч имеет место существенное реагирование твердого углеродсодержащего остатка с кислородом воздуха, и при дальнейшей форсировке подачи дутья процесс переходит в простое горение. Существенных различий в адсорбционной активности продукта, отобранного на различных уровнях по высоте аппарата, не обнаружено, что позволяет сделать вывод о том, что высота слоя и время нахождения частиц в аппарате не являются определяющими факторами. Целесообразно в качестве дутья использовать смесь воздуха с выходящим из аппарата газом. Калорийность получаемого газа во фронте горения при всех прочих равных условиях приводит к увеличению до 4-5 кг/м 2 ч выхода адсорбента, что составляет увеличение удельного выхода по массе на 10-12%. Добавка газа к воздуху не должна превышать нижнего предела воспламеняемости (пределы воспламеняемости газа - 25-70% от объема воздуха), иначе возможно воспламенение смеси вблизи точки ввода в аппарат и нарушение процесса. На конечной стадии, когда фронт горения достигает уровня подвода дутья, перед выгрузкой адсорбента целесообразно продуть слой водяным паром, при этом адсорбционная активность по йоду за счет дополнительной активации паром увеличивается на 2-5%, а для углей, минеральная часть которых содержит растворимый в воде СаО, происходит гидратация оксида кальция. П р и м е р. В вертикальный шахтный реактор диаметром 0,35 м, высотой 1,5 м загружается 135 кг угля фракцией 5-20 мм марки Б2 (бородинский уголь), имеющего следующий технический и элементный состав: Wtr 30%, Аd 90% , CdAf 71% , Hdaf 5%, Odaf 22,5%, Ndaf 1%, Sdaf 0,5%, калорийность 3700 ккал/м. Снизу подается воздушное дутье с расходом 35 м 3 /ч, а розжиг угля производится сверху. Через 8 ч фронт горения достигает уровня подвода воздуха и аппарат разгружается. Выход адсорбента составил 37 кг, или 27,4% от исходного угля. Его параметры следующие: влажность 0,5%, зольность 21-28% , насыпная плотность 0,45 г/см 3 , прочность на истирание (по ГОСТ 16188-70) 85-86% , суммарный объем пор 0,6 см 3 /г, удельная поверхность пор 850 м 2 /г, адсорбционная активность по йоду (ГОСТ 6217-74) - 68,6% и метиленовому голубому (ГОСТ 6217-74) 28-60 мг/г. Выход газа составил 50 м 3 /ч, его состав следующий, %: СО 9, Н 2 14, СО 2 10,2, СН 4 1,4, N 2 34,6, Н 2 О 30,6, Н 2 S 0,1, его калорийность 770 ккал/м 3 , смолы нет, унос менее 1 г/м 3 . Такие же результаты получают, если воздушное дутье подается сверху, а карбонизация осуществляется внизу аппарата. Таким образом, предложенный способ позволяет получать адсорбент с адсорбционной активностью по йоду (ГОСТ -6217-74) 60-70% и выше, удельной поверхностью 700-900 м 2 /г в аппарате шахтного типа за одну стадию без внешнего теплоподвода и на воздушном дутье. Получаемый в аппарате газ калорийностью до 800-850 ккал/м 3 не содержит смолы и может быть использован как экологически чистое топливо.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО АДСОРБЕНТА, включающий термообработку слоя угля в вертикальном аппарате шахтного типа при подаче через него воздуха, отличающийся тем, что используют уголь фракции 5 - 20 мм, а подачу воздуха осуществляют через слой угля, разожженный со стороны, противоположной подаче воздуха, при удельном расходе воздуха 100 - 400 м 3 /м 2 ч.

4.4.1, 4.5.1

5. Ограничение срока действия снято Постановлением Госстандарта СССР от 12.02.92 N 137

6. ИЗДАНИЕ (октябрь 2003 г.) с Изменениями N 1, 2, 3, 4, утвержденными в ноябре 1980 г., в ноябре 1983 г., в июне 1988 г., в феврале 1992 г. (ИУС 2-81, 2-84, 10-88, 5-92)


Настоящий стандарт распространяется на активный древесный уголь, изготовляемый из древесного угля марки А обработкой его водяным паром при температуре выше 800°С и предварительного или последующего дробления. Активный древесный дробленый уголь предназначается для адсорбции из жидких сред и других целей.

(Измененная редакция, Изм. N 2, 3).

1. МАРКИ

1.1. В зависимости от назначения активный древесный дробленый уголь изготовляют четырех марок:

БАУ-А - в ликероводочном производстве и для адсорбции из растворов и водных сред;

БАУ-Ац - для наполнения ацетиленовых баллонов;

ДАК - для очистки парового конденсата от масла и других примесей;

БАУ-МФ - для адсорбции из водных сред в фильтровальных установках.

2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

2.1а. Активный древесный дробленый уголь должен изготовляться в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологическому регламенту, утвержденному в установленном порядке.

(Введен дополнительно, Изм. N 2).

2.1. По физико-химическим показателям активный древесный дробленый уголь должен соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице.

Наименование показателя	Норма для марки				Метод анализа
	ОКП 21 6239 0100	ОКП 21 6239 0200	ОКП 21 6239 0300	ОКП 21 6239 0400
1. Внешний вид			Зерна черного цвета без механических включений		Визуально
2. Адсорбционная активность по йоду, %, не менее
3. Суммарный объем пор по воде, см/г, не менее				Не нормируется
4. Насыпная плотность, г/дм, не более			Не нормируется
5. Фракционный состав, массовая доля остатка на сите с полотном:
N 36, %, не более
N 10, %, не менее
на поддоне, %, не более
N 15, %, не более
N 5, %, не менее
на поддоне, %, не более
6. Массовая доля золы, %, не более
7. Массовая доля влаги, % не более
8. Прочность, %, не менее

Примечания:

1. Массовая доля остатка на поддоне активного древесного дробленного угля марки БАУ-А, предназначенного для ликероводочной промышленности, должна быть не более 1,0%.

2. По согласованию изготовителя с потребителем допускается массовая доля влаги в угле до 15% с пересчетом фактической массы на 10%-ную влажность.

3. (Исключен, Изм. N 3).

3. ПРАВИЛА ПРИЕМКИ

3.1. Правила приемки - по ГОСТ 5445 со следующими дополнениями:

масса партии - не более 5 т; в документе о качестве указывают количество упаковочных единиц в партии без указания массы брутто;

объем выборки - 10% от партии, но не менее 10 упаковочных единиц, если партия менее 100 упаковочных единиц.

Разд.3. (Измененная редакция, Изм. N 3).

4. МЕТОДЫ АНАЛИЗА

4.1. Методы отбора проб - по ГОСТ 5445 со следующими дополнениями:

объем точечной пробы должен быть не менее 0,5 дм;

точечные пробы угля отбирают совком из струи при пересыпании угля из наполненной тары в свободную, тщательно перемешивают деревянной или пластмассовой лопаткой и сокращают методом квартования;

объем средней лабораторной пробы должен быть не менее 1 дм.

4.2. Среднюю лабораторную пробу помещают в сухую, чистую, плотно закрывающуюся банку, на которую наклеивают этикетку с обозначениями по ГОСТ 5445 .

4.1, 4.2. (Измененная редакция, Изм. N 3).

4.3. Сокращение и усреднение средней пробы производят по ГОСТ 16189 .

4.4. Определение адсорбционной активности по йоду

4.4.1. Аппаратура, реактивы и растворы:

цилиндр по ГОСТ 1770 , вместимостью 100 см;

пипетки по ГОСТ 29227 вместимостью 10 см и 2 см;

колбы конические по ГОСТ 25336 вместимостью 50 и 250 см;

колба мерная по ГОСТ 1770 вместимостью 1000 см;

аппарат типа АВУ-1 или АВУ-бс или подобного типа для встряхивания жидкости в сосудах с частотой не менее 100 колебаний в минуту;

натрий серноватисто-кислый (натрия тиосульфат) 5-водный по ГОСТ 27068 , раствор молярной концентрации (NаSO·5НO)=0,1 моль/дм (0,1 н.);

крахмал растворимый по ГОСТ 10163 , раствор с массовой долей 0,5%;

вода дистиллированная по ГОСТ 6709 ;

калий йодистый по ГОСТ 4232 ;

йод по ГОСТ 4159 , раствор йода молярной концентрации (1/2J)=0,1 моль/дм (0,1 н.) в йодистом калии готовят следующим образом: в мерной колбе 25 г йодистого калия растворяют в 50-100 см дистиллированной воды, добавляют 12,7 г йода и перемешивают содержимое колбы до полного растворения йода. Затем объем раствора доводят дистиллированной водой до метки.

(Измененная редакция, Изм. N 1, 2, 3, 4).

4.4.2. Проведение анализа

Пробу угля высушивают при 110-115°С в сушильном шкафу или под инфракрасной лампой до постоянной массы. Около 1 г высушенного угля взвешивают (результат взвешивания записывают с точностью до четвертого десятичного знака), помещают в коническую колбу вместимостью 250 см, добавляют 100 см раствора йода в йодистом калии, закрывают пробкой и вручную каждую минуту взбалтывают в течение 30 мин. При наличии механического встряхивания взбалтывание проводят непрерывно в течение 15 мин при интенсивности не менее 100-125 колебаний в минуту. Затем раствору дают отстояться и из колбы пипеткой осторожно, чтобы не попали частички угля, отбирают 10 см раствора, помещают в коническую колбу вместимостью 50 см и титруют раствором тиосульфата натрия. В конце титрования добавляют 1 см раствора крахмала и титруют до исчезновения синей окраски. Одновременно проводят определение начального содержания йода в растворе, для этого отбирают 10 см раствора йода в йодистом калии и титруют раствором тиосульфата натрия, добавив в конце титрования раствор крахмала.

(Измененная редакция, Изм. N 1, 2, 3).

4.4.3. Обработка результатов

Адсорбционную активность угля по йоду () в процентах вычисляют по формуле

где - объем раствора тиосульфата натрия концентрации точно 0,1 моль/дм (0,1 н.), израсходованный на титрование 10 см раствора йода в йодистом калии, см;

- объем раствора тиосульфата натрия концентрации точно 0,1 моль/дм (0,1 н.), израсходованный на титрование 10 см раствора йода в йодистом калии, после обработки углем, см;

0,0127 - масса йода, соответствующая 1 см раствора тиосульфата натрия концентрации точно 0,1 моль/дм (0,1 н.), г;

100 - объем раствора йода в йодистом калии, взятый для осветления углем, см;

- масса навески угля, г.

За результат анализа принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений, абсолютное расхождение между которыми не превышает допускаемое расхождение, равное 3%.

(Измененная редакция, Изм. N 1, 3, 4).

4.5. Определение прочности

4.5.1. Аппаратура и посуда

аппарат для испытания кокса класса 3-6 мм (чертеж);

Чертеж. Аппарат для испытания кокса класса 3-6 мм

Аппарат для испытания кокса класса 3-6 мм

1 - редуктор; 2 - мотор; 3 - цилиндр; 4 - стальной шар

вибрационное сито по ГОСТ 16187 ;

шкаф сушильный лабораторный или любой другой, обеспечивающий температуру нагрева (105±5)°С;

весы лабораторные с наибольшим пределом взвешивания 500 г или любые другие с погрешностью не более 0,05 г;

секундомер;

гигрометр;

шарики 15,00-200 по =3 шт.; относительная влажность воздуха в помещении - не более 80%.

В помещении, где работает прибор, не должно быть веществ, вызывающих коррозию цилиндров.

4.5.3. Подготовка проб к испытанию

Около 150 см угля, подготовленного в соответствии с пп.4.1 и 4.3, сушат в сушильном шкафу при температуре (105±5)°С в течение 1 ч. Допускается проводить испытание образца без сушки при влажности угля не более 3%. Высушенный уголь отсеивают от пыли на вибросите на контрольном сите N 10 в течение 3 мин. Если подготовленный уголь для испытаний не используют сразу, то его хранят в плотно закрытой посуде в эксикаторе с осушителем.

При помощи измерительного цилиндра отбирают две пробы угля по 50 см каждая, уплотняя вручную постукиванием резиновым молотком по наружной поверхности цилиндра до прекращения оседания угля. Пробы угля взвешивают (результат взвешивания записывают с точностью до второго десятичного знака).

4.5.4. Проведение испытаний

Снимают с крестовины аппарата цилиндры, отвинчивают пробку и извлекают стальные шарики. Половину одной навески образца засыпают через воронку в цилиндр, после чего в этот цилиндр, расположенный наклонно, осторожно загружают три шарика, засыпают вторую половину пробы, навинчивают пробку и ставят цилиндр в крестовину аппарата. Аналогично загружают второй цилиндр.

Включают аппарат и одновременно секундомер. Через 10 мин аппарат выключают. Цилиндры снимают с крестовины аппарата, отвинчивают пробку на одном цилиндре, высыпают содержимое цилиндра на контрольное сито N 10 и удаляют шарики с сита.

Уголь просеивают на вибросите 3 мин. Отсеянный образец взвешивают (результат взвешивания записывают с точностью до второго десятичного знака).

Операции повторяют с содержимым второго цилиндра.

4.5.5. Обработка результатов испытаний

Прочность угля () в процентах вычисляют по формуле

где - масса исходной навески угля, г;

- масса навески после испытания в аппарате и отсева мелочи на сите N 10, г.

Прочность активного древесного дробленого угля определяют как среднеарифметическое результатов двух измерений, полученных в течение одного испытания, расхождение между которыми не превышает 4%.

Если расхождение больше 4%, проводят испытание еще раз и за результат принимают среднеарифметическое результатов четырех измерений.

4.5-4.5.5. (Введены дополнительно, Изм. N 3).

5. УПАКОВКА, МАРКИРОВКА, ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ

5.1. Активный древесный дробленый уголь упаковывают в четырех-, пятислойные бумажные мешки по ГОСТ 2226 марок ПM, ВМ, ВМП или НМ с полиэтиленовым вкладышем по ГОСТ 19360 массой не более 25 кг. Бумажные мешки с углем зашивают машинным способом пряжей из вискозного волокна, хлопчатобумажной пряжей или другой, обеспечивающей прочность упаковки.

По согласованию с потребителем допускается упаковывать уголь в контейнеры типа СК-1-5 по ГОСТ 19668 .

(Измененная редакция, Изм. N 3).

5.1а. (Исключен, Изм. N 2).

5.2. Транспортная маркировка - по ГОСТ 14192 с нанесением основных, дополнительных, информационных надписей, с указанием манипуляционного знака "Беречь от влаги".

К каждой упаковочной единице прикрепляют бумажный ярлык или наносят трафарет со следующими данными об упакованной продукции:

наименование предприятия-изготовителя и его товарный знак;

наименование продукта и его марка;

номер партии;

масса нетто;

дата изготовления;

обозначение настоящего стандарта.

(Измененная редакция, Изм. N 3, 4).

5.3. (Исключен, Изм. N 2).

5.4. Активный древесный дробленый уголь транспортируют транспортом всех видов, кроме воздушного, в крытых транспортных средствах в соответствии с правилами перевозки грузов, действующими на транспорте данного вида. Специализированные контейнеры с углем перевозятся на открытом подвижном составе.

5.6. (Исключен, Изм. N 3).

5.7. Транспортирование и хранение активного древесного дробленого угля совместно с продуктами, выделяющими в атмосферу пары или газы, не допускается.

5.8. (Исключен, Изм. N 3).

6. ГАРАНТИИ ИЗГОТОВИТЕЛЯ

6.1. Изготовитель должен гарантировать соответствие всего выпускаемого продукта требованиям настоящего стандарта при условии соблюдения правил транспортирования и хранения.

(Измененная редакция, Изм. N 1, 3).

6.2. Гарантийный срок хранения продукта - три года со дня изготовления.

7. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

7.1. При пересыпании активного древесного дробленого угля выделяется угольная пыль. Пыль активного угля не ядовита, но при попадании в больших количествах в легкие человека вызывает заболевания. Предельно допускаемая концентрация (ПДК) угольной пыли в воздухе рабочих помещений - 10 мг/м.

Активный уголь относится к 3-му классу опасности по ГОСТ 12.1.007 .

7.2. Активный древесный дробленый уголь - горючее вещество с температурой тления в слое не ниже 240°С.

Пыль активного угля с воздухом образует взрывоопасные смеси: нижний концентрационный предел воспламенения аэровзвеси - (106±7) г/м, температура самовоспламенения аэровзвеси - не ниже 520°С, максимальное давление взрыва - (650±60) кПа, минимальное взрывоопасное содержание кислорода - не более 14% (по объему).

(Измененная редакция, Изм. N 3).

7.3. При работе с активным древесным дробленым углем необходимо пользоваться противопылевым респиратором типа Ф-62Ш или У-2К или "КАМА". Места пересыпания активного угля должны быть оборудованы в соответствии с нормами противопожарной безопасности: отсутствие источников открытого огня, наличие вытяжной вентиляции.

(Измененная редакция, Изм. N 2).

7.4. При загорании уголь следует тушить водой или пеной.

7.5. При погрузочно-разгрузочных работах должны соблюдаться требования ГОСТ 12.3.009 .

(Введен дополнительно, Изм. N 3).



Электронный текст документа
подготовлен АО "Кодекс" и сверен по:
официальное издание
М.: ИПК Издательство стандартов, 2003

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФГАО ВПО «СЕВЕРО-ВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. М.К. АММОСОВА»

ИНСТИТУТ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК

КАФЕДРА ОБЩЕЙ, АНАЛИТИЧЕСКОЙ И ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Исследование адсорбционной активности природного растительного и минерального сырья Республики Саха (Якутия)

Выполнила: Гоголева Н.А.,

студентка 5 курса ХО -10 ИЕН

Научный руководитель: Каратаева Е.В.,

ст. преподаватель кафедры общей,

аналитической и физической химии

г. Якутск, 2014 г.

Введение ………………………………………………………………………… 3

Адсорбция ………………………………………………………………….6

Энтеросорбенты …………………………………………………………...9

Механохимическая активация сырья……………………………………18

Спектрофотометрический метод исследования………………………...20

Исследование адсорбционной активности порошков ягеля, цеолита и их композитов по метиленовому синему………………………………..21

Исследование адсорбционной активности порошков ягеля, цеолита и их композитов по йоду…………………………………………………...22

Исследование адсорбционной активности порошков ягеля, цеолита и их композитов по желатину……………………………………………...24

Сравнительный анализ по литературным данным адсорбционных активностей референтных сорбентов по маркерам МС, йоду и желатину и порошков ягеля. цеолита и их композитов………………..25

Обсуждение результатов………..........................................................................26

Выводы…………………………………………………………………………27

Использованная литература……………………………………………………28

Введение

Районы Крайнего Севера обладают огромными биоресурсами, используемыми в настоящее время лишь частично, при этом всё более активно представителей различных областей науки и производства, в качестве объекта исследований, привлекает растительное и минеральное сырье, что обусловлено его доступностью и экономической целесообразностью .

Уникальными по своим свойствам являются наши природные ресурсы, в числе которых, так называемый «олений мох» или ягель, и цеолиты.

Актуальность темы . Одно из основных направлений биотехнологии предусматривает разработку сорбционных материалов и дальнейшее их применение в медицине и медицинской промышленности в качестве незаменимых материалов для энтеросорбции. Проблему создания эффективных и безопасных энтеросорбентов, предназначенных для очищения организма от токсических веществ, которые продуцируются при различных заболеваниях, уже в течение многих лет решают ученые разных стран. Энтеросорбенты растительного происхождения имеют ряд преимуществ: не обладают раздражающим эффектом на желудочно-кишечный тракт, не вызывают побочных и токсичных явлений, также продолжительна длительность их приема.

В качестве энтеросорбентов применяют активированные угли, силикагели, цеолиты, алюмосиликаты, пищевые волокна, органические и композиционные сорбенты. Но, несмотря на широкий ассортимент, их эффективность не всегда удовлетворяет требованиям врачей и пациентов. Бытует мнение, что длительный прием энтеросорбента приводит к выведению из организма не только токсических веществ, но и таких важных компонентов, как витамины, ферменты, иммуноглобулины и т. п. Кроме того, некоторые энтеросорбенты имеют ряд противопоказаний.

Новизна работы : исследование порошка ягеля, как энтеросорбента, полученного с использованием механохимической технологии – нового, экологически чистого метода обработки биосырья, происходящий в одну безотходную стадию, не требующий больших затрат и довольно прост в использовании. Механохимическая технология позволяет повысить биологическую активность и усвояемость различных физиологически активных веществ (ФАВ) ягеля, например лихенин и изолихенин.

Цель работы : исследование адсорбционной активности порошков ягеля, цеолита и их композитов по маркерам низкомолекулярных токсинов и патогена белковой природы – желатину.

Задачи :

изучить методики определения адсорбционной активности порошков ягеля и цеолита;

сравнить адсорбционные активности энтеросорбентов и выявить наиболее эффективный сорбент;

сравнить адсорбционные активности порошков ягеля, цеолита и их композитов по литературным данным с референтными сорбентами.

Объекты исследования :

Адсорбенты - порошки ягеля рода Cladonia и цеолита:

проба 1 – порошок ягеля грубого помола;

проба 2 – порошок ягеля механоактивированный;

проба 3 – порошок цеолита грубого помола;

проба 4 – порошок цеолита механоактивированный;

проба 5 – порошок композита ягель - цеолит 10:1 грубого помола;

проба 6 – порошок композита ягель - цеолит 10:1 механоактивированный;

проба 7 – порошок композита ягель - цеолит 20:1 грубого помола;

проба 8 – порошок композита ягель – цеолит 20:1 механоактивированный.

Маркёры : низкомолекулярных токсинов – метиленовый синий и йод, токсин белковой природы – желатин.

Методика определения адсорбционной активности по йоду осуществляли по ГОСТ 6217-74; по метиленовому синему – по ГОСТ 4453-74, методика определения адсорбционной активности угля по индикатору метиленовому синему; по желатину – с помощью биуретового реактива (Государственная фармакопея СССР. 11 изд. М., 1990.)

Оборудование: весы аналитические ГОСМЕР ВЛ – 210, шейкер « Heidolph Promax 2020», спектрометр LAMBDA -20 ( PERKIN ELMER ).

ИССЛЕДОВАНИЕ АДСОРБЦИОННОЙ АКТИВНОСТИ ПОРОШКОВ ЯГЕЛЯ, ЦЕОЛИТА И ИХ КОМПОЗИТОВ ПО МЕТИЛЕНОВОМУ СИНЕМУ

Методика определения

Методику определения адсорбционной активности ягеля, цеолита и их композитов по метиленовому синему проводили по ГОСТ 4453 – 74 «Методика определения адсорбционной активности угля по индикатору метиленовому синему» (модифицированная).

Около 0,2 г сорбента (ягель, цеолит и их композиты) контактирует с 50 мл 0,15 % раствора метиленового синего в течение 1 ч на встряхивателе с числом колебаний 140±10 об. в мин. Определение равновесного раствора после сорбции проводят фильтрацией, отбрасывая первые 30 мл фильтрата и не допуская осушения осадка во избежание механической десорбции. 1 мл фильтрата разводят в мерной колбе до 500 мл и определяют оптическую плотность на спектрофотометре в максимуме поглощения около 664±2 нм при толщине слоя 10 мм по отношению к воде.

Параллельно определяют оптическую плотность раствора рабочего стандартного образца (РСО) МС в аналогичных условиях.

Результаты определения

Таблица 2 . Адсорбционная активность ягеля, цеолита и их композитов по МС

Пробы

Ягель груб

Ягель механ

Цеолит груб

Цеолит механ

Комп 10:1 груб

Комп 10:1 механ

Комп 20:1 груб

Комп 20:1 механ

Х, мг/г

21,4

22,6

16,7

19,4

20,2

22,2

21,4

21,5

6. ИССЛЕДОВАНИЕ АДСОРБЦИОННОЙ АКТИВНОСТИ ПОРОШКОВ ЯГЕЛЯ, ЦЕОЛИТА И ИХ КОМПОЗИТОВ ПО ЙОДУ

Методика определения

Определение проводили по ГОСТ 6217-74 «Определение сорбционной активности сорбентов по йоду».

Около 1 г энтеросорбента (результат взвешивания записывают с точностью до 4го десятичного числа), помещают в коническую колбу вместимостью 250 мл, добавляют 100 мл раствора йода в KI , закрывают пробкой и вручную каждую минуту взбалтывают в течение 30 мин. При наличии механического встряхивателя взбалтывание проводят непрерывно в течение 15 мин. При интенсивности не менее 100 – 125 колебаний в минуту. Затем раствору дают отстояться и из колбы пипеткой осторожно, чтобы не попали частички энтеросорбента, отбирают 10 мл раствора, помещают в коническую колбу вместимостью 50 мл и титруют раствором тиосульфата натрия. В конце титрования добавляют 1 мл раствора крахмала и титруют до исчезновения синей окраски. Одновременно проводят определение начального содержания йода в растворе, для этого отбирают 10 мл раствора йода в KI и титруют раствором тиосульфата натрия, добавив в конце титрования раствор крахмала.

Результаты определения

Таблица 3. Адсорбционная активность ягеля, цеолита и их композитов по йоду

Проба

Ягель груб

Ягель механ

Цеолит груб

Цеолит механ

Комп 10:1 груб

Комп 10:1 механ

Комп 20:1 груб

Комп 20:1 механ

Х, мг/г

30,1

32,7

26,3

27,9

29,7

32,5

31,6

31,6

7. ИССЛЕДОВАНИЕ АДСОРБЦИОННОЙ АКТИВНОСТИ ПОРОШКОВ ЯГЕЛЯ, ЦЕОЛИТА И ИХ КОМПОЗИТОВ ПО ЖЕЛАТИНУ

Методика определения

Метод основан на образовании в щелочной среде окрашенного в фиолетовый цвет комплекса ионов двухвалентной меди с пептидными связями молекулы белка.

Биуретовую реакцию нельзя проводить в присутствии солей аммония из-за образования медно - аммиачных комплексов.

1 мл раствора препарата, содержащего 1-10 мг испытуемого белка, помещают в пробирку, прибавляют 4 мл биуретового реактива, перемешивают и оставляют на 30 мин при комнатной температуре. Оптическую плотность раствора измеряют на спектрофотометре при длине волны в диапазоне от 540 до 650 нм в кювете с толщиной слоя 10 мм. В качестве раствора сравнения используют смесь этих же реактивов без препарата.

Калибровочный график строят в пределах концентраций от 1 до 10 мг стандартного образца белка, измеряя оптическую плотность растворов при выбранной длине волны.

Таблица 4 . Адсорбционная активность (Х) порошков ягеля, цеолита и их композитов с цеолитом по желатину

Проба

Ягель груб

Ягель механ

Цеолит груб

Цеолит механ

Комп 10:1 груб

Комп 10:1 механ

Комп 20:1 груб

Комп 20:1 механ

Х,мг/г

193,5

205,0

163,5

172,5

191,5

212,0

187,5

207,0

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПО ЛИТЕРАТУРНЫМ ДАННЫМ АДСОРБЦИОННЫХ АКТИВНОСТЕЙ РЕФЕРЕНТНЫХ СОРБЕНТОВ ПО МАРКЕРАМ – МС, ЙОДУ И ЖЕЛАТИНУ С АДСОРБЦИОННЫМИ АКТИВНОСТЯМИ ПОРОШКОВ ЯГЕЛЯ, ЦЕОЛИТА И ИХ КОМПОЗИТОВ

Таблица 5 . Адсорбционные активности сорбентов

Сорбент

Адсорбционная активность, мг/г

по метиленовому синему

по йоду

по желатину

Ягель гр

21,4

30,1

193,5

Ягель механ

22,6

32,7

205,0

Цеолит гр

16,7

26,3

163,5

Цеолит механ

19,4

27,9

172,5

Комп 10:1 гр

20,2

29,7

191,5

Комп 10:1 механ

22,2

32,5

212,0

Комп 20:1 гр

21,5

31,6

187,5

Комп 20:1 механ

21,5

31,6

207,0

Полифепан

15,4

29,3

141,7

Уголь активированный

16,8

31,0

150,4

Полисорб

13,2

26,7

135,2

Обсуждение результатов

В результате исследования и сравнительного анализа адсорбционной активности порошков ягеля, цеолита и их композитов по маркерам низкомолекулярных токсинов - метиленовому синему и йоду, наиболее эффективными сорбентами являются механоактивированные композиты в соотношении 10:1 и 20:1, состоящие из ягеля и цеолита, и ягель механоактивированный.

Полученные результаты по адсорбции желатина свидетельствуют о высокой белкосвязывающей активности образцов энтеросорбентов из порошка ягеля, цеолита и их композитов. Это обусловлено наличием в сорбентах большого количества кислородсодержащих функциональных групп, способных сорбировать белковые молекулы.

Выводы

Исследованные объекты имеют высокую удельную поверхность, способны хорошо адсорбировать маркеры низкомолекулярных токсинов и токсина белковой природы, что связано не только с развитой поверхностью, но и с возрастанием числа функциональных групп за счет механохимической активации.

Установлено:

адсорбционная активность порошка ягеля выше, чем порошка цеолита;

адсорбционная активность порошков при механоактивации повышается.

Порошки ягеля, цеолита и их композиты имеют сорбционные характеристики, сопоставимые (по йоду) и превышающие (по МС и желатину) характеристики промышленных референтных энтеросорбентов.

Установлено, что наибольшей эффективностью обладают механоактивированные биокомпозиты, состоящие из ягеля и цеолита в соотношении 10:1 и в соотношении 20:1, ягель природный механоактивированный.

Использованная литература

Аньшакова В.В., Шарина А.С., Каратаева Е.В., Кершегольц Б.М. Способ получения сорбционного материала из слоевищ лишайников // Заявка на патент РФ № 2011130301 от 20. 07. 2011.

Аньшакова В.В., Кершенгольц Б.М., Хлебный Е.С., Шеин А.А. Механохимические технологии получения биологически активных веществ из лишайников // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2011. – Т.13, №1. – С.236-240.

Специфика контроля качества активированных углей для золотодобывающей промышленности

Активированные угли (АУ) применяются в золотодобывающей промышленности для сорбции цианидов золота. При этом могут использоваться различные технологии: CIP, CIL и CIC, однако, вне зависимости от используемых технологий, важно выбрать марку угля, максимально подходящую для технологического процесса. Выбор активированного угля, в первую очередь, должен основываться на его технологических характеристиках.

Основными показателями качества АУ, с учетом специфики его использования на золотодобывающих предприятиях, являются его адсорбционная активность по йоду, фракционный состав, прочность при истирании, зольность, насыпная плотность и содержание примесей металлов.

Наиболее подходящим АУ для золотодобычи являются угли из скорлупы кокосовых орехов, поскольку они обладают повышенной прочностью, по сравнению с другими АУ. Кроме того, они обладают высокой адсорбционной активностью и хорошей регенерируемостью.

Контроль этих параметров может осуществляться как по нормам, действующим на территории Таможенного Союза (по ГОСТ), так и по международным стандартам (ASTM). Для золотодобывающей промышленности это особенно актуально, поскольку активированные угли на кокосовой основе не производятся на территории Таможенного Союза, а только импортируются. В связи с этим возникают сложности из-за расхождения в методах контроля, предусмотренных национальными и международными стандартами, и номенклатуре углей.

Испытательная лаборатория ИНБИ РАН, обладая всем необходимым оборудованием и опытным персоналом, проводила на своей базе ряд исследований, позволивших сравнить российские и международные методы анализа.

Рассмотрим детально некоторые методы испытаний углей по ГОСТ и аналогичные им методы ASTM применительно к золотодобыче.

Адсорбционная активность по йоду – «йодное число» (ГОСТ 6217-74 и ASTM D 4607 – 94).

При определении йодного числа основное отличие заключается в предварительном удалении сульфидов, которые могут оказывать интерферирующее влияние при измерениях. Этот этап отсутствует при испытаниях по ГОСТ, поэтому значения, полученные по ASTM, могут быть выше значений, полученных по ГОСТ.

Показатель адсорбционной активности предельно важен, так как именно он показывает способность активированного угля адсорбировать золото и обуславливает его выход.

Фракционный состав (ГОСТ 16187-70 и ASTM D 2862 – 97).

Принцип метода идентичен, разница только в размере используемых ячеек и способе его исчисления (в мм по ГОСТ и в меш по ASTM). Важно отметить, что размеры ячеек при пересчете не совпадают до последнего знака, что также вызывает трудности при сравнении результатов.

Прочность на истирание (ГОСТ 16188-70 и ASTM D 4058-96).

По ГОСТ определение прочности на истирание проводят с помощью , состоящего из трех независимых цилиндров, внутри каждого из которых находится другой цилиндр меньшего диаметра. После вращения определяют количество угля, оставшегося в неизменном состоянии в %. По ASTM внутри большего цилиндра находится не цилиндр, а перегородка. Сравнение результатов, полученных этими методами, невозможно. Результаты испытаний по ASTM всегда значительно выше значений по ГОСТ.

Прочность на истирание, как и адсорбционная активность по йоду, является основополагающим параметром при выборе активированного угля. Угли, имеющие низкую прочность на истирание, будут крошиться в процессе работы и, кроме того, их последующая регенерация будет затруднительна.

Массовая доля золы (ГОСТ 12596-67 и ASTM D 2866 – 94).

Различие методов заключается в длительности озоления и температуре. По ASTM температура составляет 650 0 C, время от 3 до 16 часов. По ГОСТ температура составляет 850 0 C, время 2-2,5 часа.

Несмотря на большую продолжительность по времени озоления, значения, полученные по методу ASTM D 2866 могут быть несколько выше, т.к. имеется существенное различие по температурным условиям. В диапазоне температур 650 – 850 0 С некоторые металлы и элементы могут испаряться.

Зольность активированного угля тесно связана с показателем, характеризующим содержание примесей металлов. Наличие большого числа примесей металлов будет отрицательно сказываться на адсорбции золота.

К активированному углю, применяемому на золотодобывающих предприятиях, целесообразно применять строгие требования по этому показателю, так как примеси металлов могут являться интерферирующими агентами при адсорбции золота.

Насыпная плотность (ГОСТ 16190-70 и ASTM D 2854 – 96).

Основное различие состоит в том, что мерный цилиндр при испытании по ГОСТ находится в механическом делителе и подвергается вибрационному воздействию, что приводит к уплотнению угля. При использовании методики ASTM уплотнения в цилиндре не происходит. Насыпная плотность до уплотнения соответствует насыпной плотности по ASTM. Значения насыпной плотности по ASTM всегда ниже, чем по ГОСТ.

Насыпная плотность – показатель, который вместе с содержанием влаги, важен при закупках активированных углей, так как он используется при расчете количества угля по массе, необходимого для заполнения технологических емкостей.

Таким образом, необходимо учитывать имеющиеся различия между методами ГОСТ и ASTM и внимательно относиться к спецификациям АУ, предоставляемым продавцами. В РФ, как в стране-участнице Таможенного союза, целесообразно проводить входной контроль АУ по методам ГОСТ. Это даст возможность сравнивать показатели АУ, поступающих от различных импортеров.