О проекте

Электронная библиотека диссертаций — нашли диссертацию, посмотрели оглавление или любые страницы за 3 рубля за страницу, пополнили баланс и скачали диссертацию.

Я впервые на сайте

Отзывы о нас

Сорбционные свойства модифицированной коры Larix sibirica L., Pinus sylvestris L., Abies sibirica L. : диссертация ... кандидата химических наук : 05.21.03

Год: 2013

Номер работы: 8805

Автор:

Стоимость работы: 249 e

Без учета скидки. Вы получаете файл формата pdf

Оглавление и несколько страниц
Бесплатно

Вы получаете первые страницы диссертации в формате txt

Читать онлайн
постранично
Платно

Просмотр 1 страницы = 3 руб



Оглавление диссертации:

Актуальность темы. Одной из важнейших проблем защиты окружаю­ щей среды является проблема утилизации отходов производства деревообрабатывающей отрасли, в частности, коры хвойных древесных пород. Несмотря на разнообразие предложенных методов утилизации коры, наиболее распространенными являются депонирование на свалках и сжигание в топках котельных. В Красноярском крае расположены крупнейшие в России промышленные производства (ОАО «ГМК Норильский Никель», ОАО «Полюс Золото», Красноярский химко

Наибольшее значение по объему лесозаготовок и переработки древесины на территории Сибири имеют хвойные древесные породы Larix sibirica L., Pinus sylvestris L. и Abies sibirica Ledeb. Во многих отраслях лесной промышленности Красноярского края как основное сырье используют окоренную древесину. В Красноярском крае лесозаготавительная и лесоперерабатывающая отрасли образуют ежегодно свыше 5 млн. м 3 отходов окорки [98], которые наряду с древесными опилками, стружками и щепой содержат в среднем д

1.2 Химический состав коры Larix sibirica L., Pinus sylvestris L., Abies sibirica Ledeb Кора хвойных содержит комплекс веществ, обладающих высокой биологической активностью и представляющих практически все классы органических соединений, встречаемых в растениях (экстрактивные вещества), что не позволяет исследовать их в целом. Их суммарное содержание от 20 до 40 % от массы коры [123]. Среди экстрактивных веществ коры особого внимания заслуживают фенольные и смолистые компоненты. Первая групп

Существующие технологии извлечения дубильных веществ из коры лиственницы предполагают накопление твердого остатка коры после экстракции (одубины), составляющего до 50 % от исходной массы коры. По своему химическому составу одубина значительно отличается от натуральной коры. Послеэкстракционный остаток коры не содержит экстрактивных компонентов, и представляет собой лигно-углеводный материал, содержащий около 73 % целлюлозы и лигнина, 20 % легкогидролизуемых полисахаридов (гемицеллюлоз) и неор

1.4 Сорбционные свойства материалов растительного происхождения по отношению к катионам металлов, красителям и нефтепродуктам В Красноярском крае расположены крупнейшие в России промышленные производства (ОАО «ГМК Норильский Никель», ОАО «Полюс Золото», Красноярский химкомбинат «Енисей» и др.) с большими объемами водопотребления и водоотведения. По валовому сбросу сточных вод в водные объекты (

2.50 • з млрд. м в год) регион занимает лидирующее положение в Сибирском федеральном округе

Несмотря на большой перечень материалов, при выборе сырьевого источника для производства сорбентов в регионах необходимо ориентироваться на глубокую переработку отходов местного растительного сырья. Красноярский край в изобилии располагает корой, являющейся отходом окорки древесины (см. п.

1.1). Использование коры для производства сорбентов оправдано следующими причинами: возобновляемые и достаточные запасы сырья, возможность размещения производства вблизи источника сырья, непосредствен

Сорбционная способность коры по отношению к катионам Ме п+ и катионам красителей определяется комплексом факторов, одновременно влияющих на сорбцию. Для всех сорбентов, полученных из коры, извлечение катионов из водных растворов зависит от типа исходного сырья. В статических условиях сорбционная способность коры береговой секвойи {Sequoia sempervireri) по отношению к катионам Cd составляет

4.75 мг/г [199], коры можжевельника (Ju- niperus monospermd) -

10.29 мг/г [214], коры сосны

Суть модифицирования заключается в переводе адсорбционно-активных соединений в водонерастворимое состояние и/или их иммобилизацию, а также в экстрагировании неактивных окрашивающих веществ. В качестве сшивающих агентов применяют 2-метил-5-винилпиридин, полиакриламид, диметилолэтилен, формальдегид, фталевый и малеиновый ангидриды и др. [41; 91; 122; 198]. Вызывает интерес применение формальдегида (СН2О) с которым модифицирование протекает уже при комнатной температуре. При контакте коры с водн

1.8 Поглотительная способность коры и ее послеэкстракционного остатка по отношению к нефтепродуктам Необработанная кора поглощает нефть (до

2.68 г/г) [32; 33], однако обладает гидрофильными свойствами. Обработка поверхности коры очень малым количеством поверхностно-активного вещества (ПАВ), молекула которого обладает как полярной, так и неполярной частями часто не только повышает гидрофобность сырья, но и увеличивает его нефтеемкость [12; 161; 213]. Гидрофобизатор хемосорбируется на ги

Объектом исследований в первой серии опытов служила кора лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb), сосны обыкновенной (Pinus sylvestris Ledeb.) и пихты сибирской (Abies sibirica Ledeb.). Отбор сырья производили в пригородной зоне г. Красноярска. Фактор сезонности проб нами не учитывался. Во второй серии опытов использовали отход деревообработки лесопромышленного комплекса ОАО «Енисейлес» - кору тех же хвойных древесных пород, заготовленную сразу после окорки стволовой древесины. Влажное с

Модифицирование коры в первой серии опытов (способы № 1 -

4) осуществляли методами [158; 183]. Способы модифицирования различались продолжительностью обработки (15 мин или 2

ч) и типом используемого катализатора (H2SO4 или HNO3). Во второй серии опытов способы № 5-7 имели различия по присутствию и типу используемого экстрагирующего агента. Способ модифицирования № 1: смесь, состоящую из 300 см 3

0.2 N H2SO4 и

0.5 см 35 % водного раствора формальдегида (СН 2

0) в

Изучены основные физико-химические характеристики сорбентов. Определение влажности (%) исходного материала и модифицированной коры проводили методом высушивания при температуре 105 °С по стандартной методике [63]. Электронно-микроскопические снимки, рентгено-флуоресцентный анализ сорбентов и ИК-спектры пропускания препаратов коры выполнены в центре коллективного пользования ФГБУН «Института леса им. В.Н. Сукачева» сотрудниками м.н.с. Пляшечник М.А. и вед. программистом, к.ф.

-м.н. (

При подготовке модифицированной коры для проведения сорбционного опыта, часть образцов была переведена в Н-форму по методу [45]. С этой целью навеску (6

г) модифицированной коры помещали в химический стакан, заливали 600 см

0.1 N водного раствора соляной кислоты и перемешивали в течение 60 мин. Смесь фильтровали на воронке Бюхнера, твердую фазу промывали деионизированной водой до рН равного 6 и высушивали, не снимая с фильтра. Изучение зависимости сорбции катионов металлов (на при

2.5 Сорбция Си из водных растворов модифицированной корой в динамическом режиме Эксперименты в динамическом режиме были осуществлены при использовании стеклянной колонки с внутренним диаметром

2.80 см, высотой 25 см, площадью поперечного сечения

8.79 см и объемом сорбирующего материала 185 см . Для предотвращения вымывания частиц сорбента из колонки в ее нижнюю часть было помещено стекловолокно. В колонку загружали предварительно взвешенный образец (20

г) модифицированной

Сорбцию катионов метиленового голубого модифицированной корой проводили в статических условиях. В качестве сорбентов использовали модифицированную кору, полученную по способам № 1-7. Для исследования зависимости сорбции комплексных катионов красителя модифицированной корой от его концентрации в водном растворе точные навески сорбента от

0.01 до

0.2 г размещали в колбах Эрленмейера емкостью

0.05 дм3 и заливали водными растворами метиленового голубого с концентрацией от 45 до

Кора хвойных древесных пород содержит смолистые соединения, при равномерном распределении которых по внутренней поверхности частиц коры может быть достигнут эффект существенного снижения ее гидрофильности. На этом предположении основан один из способов гидрофобизации натуральной коры (НК) и послеэкстракционного остатка (ПО). Навеску коры (около 10 г), освобожденную от водорастворимых веществ и высушенную при 50 °С, помещали в круглодонную колбу, приливали 200 см предварительно нагретого то- 5

Эффективность сорбентов для сбора нефтепродуктов с твердой поверхности характеризуется способностью поглощать максимально возможное количество сорбата единицей массы сорбента. Для определения поглотительной способности коры и послеэкстракционных остатков по отношению к нефтепродуктам известную массу воздушно-сухого препарата (около 1

г) помещали в стеклянные цилиндры высотой около 10 см и диаметром 2 см с дном из капроновой сетки и погружали в слой неподвижного нефтепродукта, который пр

В данной главе представлены результаты изучения сорбционных свойств сорбентов, 2+ 2+ полученных с помощью различных способов химического 2+ 2+ модифицирования (см. п.

2.2) по отношению к катионам металлов Cu , Zn , Со , Са . Визуальная оценка степени окрашивания фильтратов после отделения модифицированной коры (на примере пихты) показала, что в большинстве случаев модифицирование коры улучшает ее сорбционные свойства. После контактирования МКП с растворами солей, сорбенты легко о

На рисунке

3.1 в качестве примера приведены электронно- микроскопические снимки модифицированной коры пихты (1-й способ) до контактирования с раствором, содержащим Си и после сорбционного опыта. Рисунок

3.1 - Сканирующая электронная микроскопия модифицированной коры пихты (1-й способ) до контактирования с раствором CuS04 (А) и после (Б); рентгено-флуоресцентный анализ модифицированной коры пихты, насыщенной катионами Си2+ (В). Белые пятна, точки на фото (Б) - агрегаты металлов:

Результаты ИК-спектроскопии препаратов коры пихты представленные на рисунке

3.2 свидетельствуют о гидрофобном характере поверхности натуральной коры пихты. На это указывают характеристические полосы пропускания обнаруженные при

2924.3 и

2852.7 см"1 обусловленные ассиметричными и симметричными валентными колебаниями СН-связей соответственно, входящих в метиленовые группы (-СНг) углеводородов [34; 55; 56]. Метиленовые внешние деформационные колебания (маятниковые) нормаль

3.3 Кислотно-основные свойства модифицированной коры По кривой потенциометрического титрования (рисунок

3.3) дана оценка функциональных групп, участвующих в ионообменном процессе. Как видно, кривая имеет два перегиба в области рН

6.13 и

10.55, которым отвечают максимумы, показанные на кривой 2. Максимум в слабокислой области указывает на Объем добавленного раствора NaOH 0), см 3 Рисунок

3.3 - Кривая потенциометрического титрования (1) и первая производная зависимости

Основные результаты экспериментов по изучению сорбции катионов ме^— ОД_ 940-10-1- таллов Си , Zn , Со , Са модифицированной корой из водных растворов в статических условиях при 20 °С представлены в таблице

4.1. Анализ полученных данных позволил выявить ряд закономерностей.

Основным показателем качества модифицирования является сорбционная способность препарата по отношению к тому или иному металлу. Модифицированная кора пихты связывает катионы Ме 2 + в больших количествах, по сравнению с модифицированной корой сосны и лиственницы. Свойства поверхности коры изменяются в зависимости от характера предварительной обработки. В частности, продолжительность модифицирования, оказывает существенное 94- влияние на сорбционную способность МК по отношению к катионам Me пр

Измерение рН фильтрата после контактирования модифицированной коры сосны, полученной 2-м способом и переведенной в Н-форму с водными растворами CUSO45H2O различных концентраций показало следующее. Значения рН фильтрата снижаются по сравнению с рН исходного раствора при всех начальных концентрациях катионов в растворе (таблица

4.2), что подтверждает наличие в системе подвижных ионов водорода, способных замещаться на катионы металлов. Таблица

4.2 - Изменение рН раствора после его

Способность модифицированной коры к преимущественному поглощению одних катионов Ме 2+ по сравнению с другими характеризовали коэффициентами (DBA)- Значения DBA ДЛЯ всех пар катионов, видов коры, четырех способов модифицирования и различной концентрации растворов солей приведены в таблице

4.3. В присутствии конкурирующих катионов модифицированная кора всех пород наиболее эффективно извлекала из водного раствора катионы Zn , наименее эффективно - катионы Со . Катионы Са точное положение.

4.4 Изучение сорбции Си из водных растворов модифицированной корой в статическом режиме Для выяснения закономерностей сорбции катионов металлов сорбентами 9-1- был осуществлен сравнительный анализ изотерм сорбции катионов Си моди­ фицированной корой и модифицированной корой, подвергнувшейся Н-катиоТаблица

4.3 - Коэффициенты преимущественного присутствии конкурирующих катионов в растворе Ионные пары 2 3 Co = ЮОмг Me " /дм поглощения катионов Me модифицированной корой в Коэф

Глава посвящена изучению сорбционной способности модифицированной коры по отношению к типичному представителю катионных красителей метиленовому голубому (МГ), который характеризуется комплексной структурой (рисунок

5.1) и высокой молекулярной массой (356 а.е.т). Рисунок

5.1 - Структура основного красителя метиленового голубого Поведение молекул метиленового голубого в водном растворе в определенной мере определяет его улавливание модифицированной корой. Молекула МГ имеет

Экспериментальные изотермы сорбции катионов метиленового голубого модифицированной корой представлены на рисунке

5.2. Большинство изотерм сорбции относятся к I типу по классификации БЭТ [39], характерной для микропористых сорбентов, или к L-типу по классификации Гильса [2]. Кривые включают три участка: крутой участок показывает, что в области низких значений равновесной концентрации МГ в растворе (от 4 до 9 мг/дм ), сорбционная способность прямо пропорциональна концентрации МГ в раствор