Определение сорбционных характеристик угля-сырца и активного угля

Сорбция окисленными активными углями определяется в основном дисперсионными силами взаимодействия поглощаемых молекул с углеродной поверхностью и в ряде случаев в определенной степени ионообменными свойствами последней, находящейся в водном растворе. Активные угли представляют собой единственный гидрофобный тип промышленных адсорбентов. Процесс насыщения углей влагой является чрезвычайно медленным: равновесие его достигается в течение нескольких месяцев. В связи с этим влажность среды практически не влияет на эффективность извлечения примесей из газовой или жидкой фаз. Это обстоятельство и определяет широкое использование активных углей для рекуперации паров, очистки влажных газов и сточных вод.

Для полученных в работе угля-сырца и активного угля определяют их влажность и зольность (см. раздел «подготовка сырья»), общую обменную емкость, суммарный объем микро- и мезопор. Кроме того, для активного угля экспериментально определяют изотерму адсорбции по парам бензола, на основании которой рассчитывают параметры термического уравнения адсорбции Дубинина-Радушкевича, характеризующие качество полученного адсорбента

Определение общей обменной емкости

В соответствии с современными представлениями ионообменные свойства окисленных углей обусловлены присутствием на их поверхности различных протогенных функциональных групп (карбоксильных, фенольных, карбонильных, хинонных, пероксидных и др.), а также относительно свободных ионов водорода, образующих наружную обкладку двойного электрического слоя у отрицательно заряженной поверхности окисленных углей. Общее количество указанных групп, их соотношение и степень кислотной ионизации зависят от конкретных условий, т.е. от характеристик исходного углеродного сырья, способа и степени его окисления.

Проведенные специальные исследования позволяют утверждать, что функциональные группы являются поверхностными, нефазовыми соединениями, тождественными по химическому составу таким же группам, являющимся частью индивидуальных химических соединений. Это позволяет осуществлять их идентификацию и количественное определение общепринятыми для этих целей методами, наиболее доступным из которых является химический. Данный метод основан на нейтрализации поверхностных групп щелочами и кислотами. В соответствии с ним общая обменная емкость сорбента (в мг-эквивалентах на г сорбента) определяется в статических условиях путем приведения в равновесие 100 см³ 0,1 н водных растворов NaOH и HCl с 1 г сорбента с последующим обратным титрованием не вступивших во взаимодействие реагентов. Для ускорения достижения равновесия рекомендуется периодическое взбалтывание испытуемой пробы при достаточном времени контакта. Последнее устанавливают по совпадению результатов титрования последовательно отбираемых проб раствора или проведением ряда последовательных испытаний.

Вычисление статической обменной емкости (СОЕ) производят по формулам для анионообменной емкости:

COE_a = (N _HCl* V _HCl - N _NaOH * V _NaOH)/V _HCl * 1000 (мг-экв/л) (24)

для катионообменной емкости:

COE_k = (N _NaOH * V _NaOH - N _HCl *V _HCl)/V _NaOH * 1000 (мг-экв/л), (25)

где N_HCl, N_NaOH представляют нормальности, а V_HCl, V_NaOH — объемы реактивов, израсходованных на определение обменной емкости и титрование растворов.