Сорбенты из растительного сырья

РЕФЕРАТ

 

Бітіру жұмысының құрылымы мен  көлемі: бітіру жұмысы кіріспеден, әдеби шолудан, тәжірибелік бөлімнен, нәтижелер және оларды талдаудан, қорытындыдан және қолданылған әдебиеттер тізімінен тұрады. Жұмыс 59 бетке жазылып, 15 кесте, 28 сурет және 32 қолданылған әдебиеттер тізімін қамтиды.

Түйін сөздер: СОРБЕНТ, БИДАЙ КЕБЕГІ, КЕУЕКТІЛІК, СОРБЦИЯЛЫҚ СИЫМДЫЛЫҚ, МЕНШІКТІК БЕТТІК АУДАН, КӨМІРТЕКТІ МАТЕРИАЛДАР.

Зерттеу нысаны және әдісі. Зерттеу нысаны ретінде бидай кебегі негізіндегі кеуекті көміртек материал алынды. Зерттеу әдісі – жұмыс тұжырымдары стандартты сертификацияланған химиялық анықтаулар алынды, ол үшін ИК-спектрофотометр [“Satellite” (США)], электронды микроскоп [Quanta 3D 200i (FEI) (Japan)] аппараттары қолданылды.

Жұмыстың  мақсаты: бидай кебегі негізіндегі кеуекті көміртек материалды алу, оның физика-химиялық қасиеттерін зерттеу және өндірілген  сорбенттерге ерекше қасиеттер дарыту әдістемесін жасақтау.

Практикалық маңызы. Елімізде бидайдың кебегінен өзіндік құны төмен сорбент алу және оны кәдеге жарату шикізатты кешенді өңдеу арқылы қоршаған ортаны қорғау мәселесі мен қатар одан қолданбалы маңызы зор өнімдерді өндірудің технологиясын дамытуға жол ашады.

Жұмыс апробациясы мен жарияланғандығы. Жұмыстың нәтижелері 2012 жылы «Ғылым әлемі» атты студенттер мен жас ғалымдардың халықаралық конференциясында баяндалып, баяндама бойынша 1 тезис жарыққа шықты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

Обьем и структра и выпускной работы. Работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, анализа результатов экспериментальных исследований, заключения и списка использованной литературы. Материал работы изложен на 61 стр., содержит 15 таблиц, 28 рисунков и насчитывает 32 источников информации.

Ключевые  слова: СОРБЕНТ, ХЛЕБНАЯ ОТРУБ, ПОРИСТОСТЬ, СОРБЦИЯ, СОРБЦИОННАЯ ЕМКОСТЬ, УДЕЛЬНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ, УГЛЕРОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ.

Объект и методы исследования: В качестве объектов исследования выбраны пористые углеродные материалы на основе хлебной отруби. Методом исследования взяты выводы работы стандартно сертифицированные химические выяснения. Для этого были использованы ИК-спектрофотометр [“Satellite” (США)], электронный микроскоп [Quanta 3D 200i (FEI) (Japan)].

Цель  работы: Получение углеродного материала карбонизацией хлебной отруби, исследование его физико-химических свойст и выработать методику по улучению свойств полученного сорбента.

 Практическое значение. Получение сорбентов из хлебных отрубей дает возможность развивать технологию комплексной переработки сырья с поучением продукции имеющий прикладную ценность по низкой себе стоимости.

Апробация и публикации по работе. Результаты работы в 2012 году доложены на Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых и опубликовании 1 тезис докладов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛОССАРИЙ

 

Адсорбция – газдардың және сұйықтықтардың қатты немесе сұйық дененің беттік қабатына өздігінен сіңірілетін физикалық-химиялық құбылыс.       

Сорбент - газ, бу және еріген заттарды сіңіру үшін қолданылатын қатты немесе сұйық заттар. «Сорбент» термині (лат. Sorbens – сіңіруші) кең қолданылады және өзіне абсорбенттер, адсорбенттер, ион алмастырғыш материалдар мен комплекс түзгіштерді қамтиды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ҚЫСҚАРТЫЛҒАН  СӨЗДЕР ТІЗІМІ

 

АК	–	активті көмір
ККМ	–	кеуекті көміртекті материалдар
ИҚ	–	Инфрақызыл

 БГА     –    булы-газды активация

 КМЕ    -     көміртекті молекулалы електер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МАЗМҰНЫ

 

	РЕФЕРАТ........................................................................................  ГЛОССАРИЙ..................................................................................	2 4
	ҚЫСҚАРТЫЛҒАН СӨЗДЕР ТІЗІМІ.......................................... МАЗМҰНЫ .....................................................................................	5 6
	КІРІСПЕ............................................................................................	7
I	ӘДЕБИ ШОЛУ................................................................................
1.1	Сорбция құбылыстарының жалпы сипаттамасы..........................	8
1.2	Сорбенттер және олардың түрлері  ...............................................	12
1.3   1.4   II	Өсімдік шикізатты материалдардан сорбенттер өндіру технологиясы.............................. .................................................... Сорбенттердің қолданылуы.......................................................... ТӘЖІРИБЕЛІК БӨЛІМ ................................................................	16 20
2.1	Сорбенттерді өндіру реакторын есептеу...................................	22
2.2	Сорбентті өндіру әдістемесі ………………………………….	25
2.3	Сорбенттің йод бойынша сорбциялық сиымдылығын анықтау.............................................................................................	28
2.4	ИҚ-спектроскопия...........................................................................	28
2.5	Сорбенттің кеуектілігін анықтау ……………………................	29
III 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5	НӘТИЖЕЛЕР ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ Йод бойынша сорбциялық сиымдылықтың нәтижелері......... Элементтік анализ нәтижелері .................................................... Cорбенттердің ИҚ-спектрлері және оны сараптау ................. Сорбенттің кеуектілігін сараптау.................................................. Сорбенттің сорбциялық қасиетін зерттеу..................................... ҚОРЫТЫНДЫ ................................................................................	31 32 33 42 56 57
	ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ ....................................................................	58

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе

Қазақстан Республикасының  ағаш өндірісінің және өсімдік шикізаттарының қалдықтарын өңдеу ғылым мен  техниканың өзекті әрі басты мәселесі болып қала беруде. Осы мәселенің  технологиялық тұрғыдан ұтымды шешімі көптеген өнеркәсіп салалары үшін бағалы әрі сұранысқа ие өнімдер өндірісінде  екіншілік шикізаттың қосымша көздерін қолдануға мүмкіндік туғызады. Өсімдік  шикізатты қалдықтардың отандық  химиялық өнім өндірісі саласына кеңінен  ендірілуі мемлекетіміздің табиғи байлықтарын  ұтымды пайдалану мен  экологиялық және әлеуметтік-экономикалық  мәселесін кешенді шешуге мүмкіндік  береді.

  Қазақстанның техникалық өсімдік түрлерінің лигниндері мен сүрек қалдықтарын кәдеге жаратудың перспективті әрі практикалық маңызы зор бағыттардың бірі ― олардан өзіндік құны арзан сорбционды-активті материалдардың алынуы.

         Ауыл шаруашылығының қалдықтары мен өсімдік негізіндегі сорбенттер арзан, кеуектілігі жоғары, беттік ауданы үлкен, құрамында минералды қоспалар аз кездеседі, сондықтан олар өте қолайлы болып келеді. Олардың өндірісі экологиялық таза болып табылады. Өндіріс талаптарына сай келетін сорбенттерге деген қажеттілік сорбенттерді алудың жаңа әдістерін алуға мүмкіндік туғызады. Мұндай сорбенттер бірнеше рет қолдану мүмкіндігімен  ерекшеленеді. Өсімдік шикізатты сорбционды материалдар ластанған сулардан тек қана ауыр металдарды, радионуклидтерді ғана емес, сондай-ақ органикалық заттарды да жоюға қабілетті болғандықтан, олардың мүмкіндігі жоғары.

 Көміртекті адсорбенттерді қолдана отырып, көптеген өте аз тараған элементтерді ерітіндіден, сонымен қатар аналитикалық химияда өте қиын бөлінетін қосылыстарды да сорбция арқылы бөліп алуға болады. Және де зиянды қоспалардан тазарту процестерінде, мұнай өңдеуде, химиялық процестерде, шарап жасауда, май өндірісінде, ағынды өндірістік суларды тазалауда, өндірістен шығарылатын газдардан улы газдарды бөліп алуда және өндірістің басқа салаларында активтелген көмірлерге деген сұраныс өте жоғары. Елімізде бұл материалдардың шикізат көзінің тапшылығына байланысты оның өнеркәсіптік өндірісі Қазақстанда әзірге әлі күнге дейін игерілмеген.

 Осы орайда жаңа, өзіндік құны төмен және жоғары селективті әр түрлі мақсатқа (сорбенттер, катализаторлар, катализаторларға қорғаушы және т.б.) арналған кеуекті көміртекті материалдарды өндіру және қолдану мүмкіндіктеріне қатысты зерттеулердің  жүргізілуі заманымыздың талаптарының бірі болып отыр.

Бұл жұмыста  әртүрлі температуралық режимдерде карбонизациялау мен активациялауға арналған реактор есептелініп құрастырылды. Сондай-ақ бидай кебегін карбонизациялау  арқылы кеуекті активтелген көміртекті материалдар алудың бірнеше әдістері зерттелді және алынған сорбент  үлгілерінің сорбциялық мүмкіндіктері  қарастырылды. Зерттеу нәтижелері негізінде  сорбциялық сыйымдылығы жоғары болатын сорбенттер алынд

ӘДЕБИ ШОЛУ

          

1. Сорбция  туралы жалпы түсінік

Сорбция құбылысы бұрыннан бері белгілі. Кеуекті көміртек материалдарды (сорбенттерді) адам баласы көптеген жүз жылдық бойы қолданады.  Құм және топырақ сияқты табиғи материалдар  суды тазалау үшін қолданылған. XVIII ғасырдың өзінде ағаш көмірдің әр түрлі сұйықтықтарды тазалауға және кейбір газдарды сіңіруге  деген қабілеттілігі ашылды. 1773 жылы К.Шеелемен  қатар Фонтана өзінің көлемінен асатын көлемде әр түрлі газдарды енді ғана қызған ағаш көмірдің сіңіру қабілеттілігін тапты. Кейін жұтылған көлемнің мөлшері көмірдің түріне және газдың табиғатына байланысты екені анықталды. Ерітінділердің адсорбциясын ең бірінші 1785 жылы орыс академигі Г.Е.Ловиц көрсеткен болатын. Ол сұйық ортада көмірмен адсорбция құбылысын толығыменен зерттеді. Кейін көмірді фармацетикалық препараттарды, спирттерді, шараптарды, органикалық қосылыстарды тазалау үшін қолдануға ұсынды. 1814 жылы франциялық ғалым Соссюр барлық саңлаулы қатты денелердің газдарды жұта алатындығын және бұл құбылыс кезінде жылу шығатынын тапты. Соссюр оңай қысылатын (сұйылатын) газдардың жақсы адсорбцияланатынын байқады. XIX ғасырдың аяқ кезінде Гиббс адсорбцияның жалпы термодинамикалық теориясын жасады. XX-ғасырда адсорбция құбылыстарын Лэнгмюр, Поляни Брунауэр, Де-Бур, ал Кеңес Одағында Л.Т.Гурвич, Н.А.Шилов, М.М.Дубинин, А.В.Кисилев сияқты т.б. ғалымдар түпкілікті зерттеді. Бірінші дүниежүзілік  соғыста қарулы уландыратын заттарды тазарту бойынша жұмысты дамытуда ынталандырды. 1915 жылы ресей ғалымы Н.Д.Зелинскиймен ойлап табылған белсенді көмірі бар газтұтқыш сорбент ретінде қазірге дейін ұшқыш улы заттардан ең жақсы қорғаныш болып келеді [1;2;3].

Сорбция деп бір заттың басқа бір затқа өздігінен жұтылу құбылысын айтады (латын тіліннен «Sorbeo»  қазақ тілінде «сіңіру» деген мағына білдіреді ). Сорбциялық құбылыстар сорбтивтің қозғалатын бөлшектерінің сорбентке қаншалықты терең еңгеніне және олардың арасындағы әрекеттесу шамасына байланысты әртүрлі болып келеді де, соған лайықты әр түрлі аталады. Барлық сорбциялық құбылыстар бөлу беттерден басталғанымен олар екі түрлі аяқталуы мүмкін.

Сорбтивтің  қозғалатын бөлшектері сорбенттің бүкіл  көлеміне, иә тек олардың беттік қабатында ғана жиналды. Бірінші жағдайдағы сорбцияны көлемдік сорбция, не абсорбция дейді де, ал екінші жағдайдағысын – беттік сорбция, не адсорбция дейді [1].

 Беттік сорбция немесе адсорбция – маңызды сорбциялық құбылыстардың бірі болып табылады. Адсорбция – фазалардың бөліну бетінің маңында заттың концентрациясының өзгеруі (әдетте өсуі).Тереңінен құрғату және сұйықтар мен газдарды тазалау, ұшқыш заттарды ұстап қалуда, атмосфераны және су бассейіндерін былғайтын өнеркәсіпте тасталған улы заттарды жұтуда және т.б. адсорбентердің көмегімен орындалады. Адсорбциялық тазалаудың эффективтілігі 80-95%-ке жетеді және заттардың химиялық құрлысына, олардың ертіндідегі күйіне тәуелді [4; 5; 6].

         Адсорбцияның шамасын әр түрлі өлшем бірлікте көрсетеді, бірақ көбінесе 1 г адсорбентке  адсорбцияланған заттың молімен беріледі. Адсорбция шамасы неғұрлым жоғары болса, соғұрлым адсорбенттің беті бұл затқа қол жетімді. Сондықтан қатты денелердің сипаттамасы ретінде меншіктік беттің S мөлшерін келтіреді (1 г адсорбент бетінің ауданы) [2;7].

Қатты дене бетінде молекулалардың адсорбциясы  беттегі бөлшектерінің тартылыс күшінің әсерінен жүреді. Адсорбент  беттегі атом, молекула немесе иондар ішкі көлемдік фазаға қарағанда басқа  ортада орналасқан. Себебі оларда көршілері  жоқ. Басқа диффузиялық процестерден адсорбция процесінің ерекшелігі, ол қатты кеуек дене (сорбент) бетінде  қанықпаған беттік күштердің адсорбцияланатын молекулалардың күш өрістерімен  әсерлесуі нәтижесінде жүреді. Беттік күштердің әлсіреуі нәтижесінде  адсорбция процесі физикалық  және химиялық болып жіктеледі

Адсорбцияның  екі түрін ажыратады: а) физикалық  және ә) химиялық, яғни хемосорбция. Физикалық  адсорбция кезінде сорбент бетінің  атомдары затпен әлсіз ван-дер-вальстік күштер арқылы байланысады.  Бұл  кезде адсорбцияланған қосылыс  химиялық өзгерістерге ұшырамайды, яғни қайтымды процесс болып табылады [8].

Бейнеленген құбылыстар табиғатынан шығатын  физикалық адсорбцияның келесі ерекшеліктерін атап өткен жөн. Біріншіден, бұл әрекеттесудің  әлсіз түрі. Электрондық ауысулар есебінен емес, тек бұрынғы иелері ˗ адсорбент пен адсорбат бөлшектеріндегі  электрондардың қозғалыс сипаттамасының өзгерісі есебінен ғана жүретіндіктен  энергия ұтымы айтарлықтай емес. Сондай-ақ адсорбирленген бөлшектер  өзінің молекулалық табиғатын, яғни олар химиялық тұрғыдан өзгеріссіз. Сондықтан  пайда болған әрекеттесу көбінесе молекулалық  деп аталады.

Екіншіден, энергия ұтымы ,яғни адсорбция жылуы  сандық жағынан әр түрлі әрекеттесулер  есебінен қатынастар өзгеретіндіктен, ал әрекеттесудің әрбір түрі әрекеттесушінің  электрондық орбиталі мен дипольдік  моменттерінің шамасына тәуелді  болатындықтан әрекеттесуші бөлшектердің химиялық табиғатына да тәуелді .

        Үшіншіден,  электрондар өз иелерінде қалатындықтан  көрсетілген әрекеттесулер коллективті  сипаттамаға ие болады,яғни адсорбат  молекуласы, бейтарап немесе зарядталған,  адсорбенттің тек жақын орналасқан  бөлшегімен ғана емес, бейтарап немесе зарядталған, сондай-ақ қатты дененің барлық бөлшектерімен әрекеттесе алады. 

         Төртіншіден,  көрсетілген әрекеттесу түрі  тек адсорбат пен адсорбент  арасында ғана емес, сондай-ақ  адсорбат бөлшектерінің арасында  да жүреді [9].