Дослідження сорбції нафтопродуктів вуглецевими матеріалами на основі рослинної сировини
The effect has been studied of carbonization conditions of vegetative raw material on structural–sorption characteristics of the sorbents obtained. Carbon materials have been designed with increased capacity to oil products due to low-temperature treatment.
Збережено в:
| Дата: | 2004 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2004
|
| Онлайн доступ: | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/161 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Surface |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Surface| _version_ | 1869291256774918144 |
|---|---|
| author | Kravchenko, O. V. Shvets, D. I. |
| author_facet | Kravchenko, O. V. Shvets, D. I. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "O. V. Kravchenko",
"institution": "Інститут сорбції та проблем ендоекології Національної академії наук України"
},
{
"author": "D. I. Shvets",
"institution": "Інститут сорбції та проблем ендоекології Національної академії наук України"
}
] |
| author_sort | Kravchenko, O. V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2018-11-27T09:41:38Z |
| description | The effect has been studied of carbonization conditions of vegetative raw material on structural–sorption characteristics of the sorbents obtained. Carbon materials have been designed with increased capacity to oil products due to low-temperature treatment. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:30:44Z |
| format | Article |
| fulltext |
Хімія, фізика та технологія поверхні. 2004. Вип. 10. С.161-165
161
УДК 541.183
ДОСЛІДЖЕННЯ СОРБЦІЇ НАФТОПРОДУКТІВ
ВУГЛЕЦЕВИМИ МАТЕРІАЛАМИ НА ОСНОВІ РОСЛИННОЇ
СИРОВИНИ
О.В. Кравченко, Д.І. Швець
Інститут сорбції та проблем ендоекології НАН України
вул. Ген. Наумова 13, 03680 Київ-164; e-mail: dshvetz@ispe.kiev.ua
Досліджено вплив умов карбонізації рослинної сировини на структурно-сорбційні
характеристики одержуваних сорбентів. Шляхом низькотемпературної термообробки
створено вуглецеві матеріали з підвищеною здатністю до нафтопоглинання.
The effect has been studied of carbonization conditions of vegetative raw material on
structural–sorption characteristics of the sorbents obtained. Carbon materials have been
designed with increased capacity to oil products due to low-temperature treatment.
Вступ
Одним із перспективних шляхів вирішення проблеми очистки водних поверхонь від
забруднення нафтопродуктами є використання сорбційних методів із застосуванням
природних та синтетичних сорбентів [1-3]. Враховуючи сучасні вимоги до
нафтопоглинаючих сорбентів - екологічність, ефективність, доступність, дешевизну, -
можна очікувати, що таким вимогам будуть відповідати сорбенти на основі рослинної
сировини, а саме відходи сільськогосподарської діяльності, деревообробної промисловості,
листя дерев.
У цій роботі представлено результати досліджень процесів піролізу рослинної
сировини, та дані, що характеризують нафтопоглинальну ефективність одержуваних
сорбентів.
Експериментальна частина
У роботі використано рослинну сировину різного типу: деревну тирсу сосни, берези,
горіха; солома, яка залишається після збору врожаю зернових культур; листя тополі, клена,
горіха. Як рідкий нафтопродукт було використано сиру нафту родовищ України ГОСТ
9965-62 та машинне мастило ГОСТ 20799-75.
Сорбційний об’єм пор матеріалів визначали ексикаторним методом за сорбцією парів
бензолу та води. Сорбційну ємність визначали ваговим способом, за різницею мас
насиченого і вихідного сорбента. Плавучість визначали за кількістю сорбента, яка
залишається на поверхні через певний час. Статичну обмінну ємність (СОЄ) визначали
шляхом струшування наважки сорбента з певним об’ємом NaOH з наступним титруванням
розчином HCl.
Спектри ЕПР реєстрували на радіоспектрометрі РЕ-1306-М. Як стандарт
використовували дифенілпікрилгідразин. ІЧ-спектри реєстрували на спектрофотометрі
SPECORD M80. Ренгенофазовий аналіз виконувався на рентгенівському дифрактометрі
ДРОМ-УМ-1 з фільтрованим СоКa-випромінюванням. Наявність терпенів на поверхні
вуглецевих матеріалів визначали шляхом окиснення KMnO4 до гліколю.
mailto:dshvetz@ispe.kiev.ua
162
Результати та їхнє обговорення
Термообробку подрібненої рослинної сировини здійснювали в інтервалі температур
250-500оС протягом 1-15 хв. Перш за все було вивчено вплив умов карбонізації рослинної
сировини різної природи на структурно-сорбційні характеристики матеріалів.
Таблиця 1. Структурно-сорбційні характеристики вихідних матеріалів із рослинної
сировини різного типу
Показник
Тирса
Солома
Листя сосни горіха берези
Нафтоємність, г/г 2,2 1,8 1,4 1,2 0,8
Vs (C6H6), см3/г 0,06 0,02 0,02 0,02 0,01
Vs (H2O), см3/г 0,09 0,04 0,03 0,03 0,03
СОЄ, мг-екв/г 2,3 1,6 1,4 0,2 0,1
Таблиця 2. Структурно-сорбційні характеристики матеріалів із рослинної
сировини, одержаних при оптимальних умовах карбонізації
Показник
Тирса
Солома
Листя сосни горіха берези
Нафтоємність, г/г 11,0 5,3 4,4 4,1 2,8
Vs (C6H6), см3/г 0,09 0,05 0,04 0,04 0,02
Vs (H2O), см3/г 0,12 0,09 0,07 0,07 0,04
СОЄ, мг-екв/г 3,5 2,2 2,0 0,4 0,3
Порівнюючи поглинальну здатність вихідних та карбонізованих матеріалів, можна
сказати, що в результаті карбонізації вона збільшується в 3-5 разів. Об’єм сорбційних пор
за бензолом та водою збільшується в 1,5-2 рази. Для одержання вуглецевих карбонізатів
використання соснової тирси найбільш бажане, оскільки дозволяє збільшити сорбційну
ємність щодо нафти в 2-3 рази, порівняно з карбонізатами з інших дерев, соломи та листя.
Дослідження карбонізатів із тирси різних фракцій, одержаних в однакових умовах
карбонізації, показало, що використання як сировини тирси з розміром частинок 1-3 мм є
оптимальним, оскільки сорбенти з дрібних (менше 0,5 мм) фракцій та карбонізати з тирси з
розміром фракцій понад 5 мм мають значення сорбційної ємності на 20-40% нижче.
Визначено також плавучість карбонізатів, одержаних в різних умовах термообробки.
Максимальну плавучість (рис. 1) мають зразки з температурою карбонізації 300–310оС (час
обробки 8-10 хв.).
0
20
40
60
80
100
250 300 350 400
П
ла
ву
чі
ст
ь,
%
Температура карбонізації, 0 С
1
2
4
3
Рис. 1. Залежність плавучості карбонізату із тирси сосни від температури карбонізації
при її тривалості 3 (1), 5 (2), 10 (3) та 15 хв. (4).
163
Встановлено, що кожній температурі карбонізації відповідає оптимальне значення її
тривалості, при якому сорбційна ємність досягає максимальної величини. З рис. 2 видно,
що оптимальними параметрами карбонізації є температура 300–310оС та час 8-10 хв.
Рис. 2. Залежність сорбційної ємності карбонізату соснової тирси від часу карбонізації при
250 (1), 300 (2), 350 (3), 400 (4) та 450оС (5).
Як відомо [4], СОЄ ефективних сорбційних матеріалів досягає 2-3 мг-екв/г. Високу
сорбційну здатність визначає наявність кисеньвмісних функціональних груп –
карбоксильних та фенольних.
Таблиця 3. Вміст протоногенних груп в карбонізатах із рослинної сировини
Сировина
СОЄ, мг-екв/г
Функціональні групи, мг-екв/г
карбоксильні фенольні
сильнокислотні слабокислотні
Листя 0,3 0,05 0,1 0,15
Солома 0,4 0,15 0,1 0,15
Тирса сосни 3,5 3,3 - 0,9
Тирса горіха 2,2 1,2 1,0 -
Тирса берези 2,0 0,8 0,4 0,8
Порівняння експериментальних даних дозволяє припустити, що, враховуючи природу
вихідної сировини, в процесі низькотемпературної карбонізації на поверхні наявні
недоокиснені форми вуглеводневих сполук.
За допомогою ЕПР-спектроскопічних досліджень правомірність даних припущень була
підтверджена. Як видно з рис. 3, по-перше, на відміну від загальноприйнятих уявлень про
лінійний характер зміни інтенсивності сигналів ЕПР в залежності від температури
термообробки, виявилось, що при низькотемпературній карбонізації спостерігається
інтенсивне зростання сигналу ЕПР в інтервалі 300-350оС. По-друге, спочатку
спостерігається зміна ширини (падіння до DН=4 Гс) сигналів ЕПР, яка корелює з
характером втрати маси зразків в даному температурному інтервалі. По-третє, при
подальшому зростанні температури на кривій після проходження максимуму
спостерігається зміна ширини сигналів ЕПР (подальше звуження до DН=3 Гс). Одержані
дані свідчать про перебіг при низькотемпературній карбонізації складних перетворень.
Існування на поверхні вуглецевих карбонізатів активних гетероструктур органічного
типу підтверджено також даними ІЧ-спектроскопії (рис. 4): найбільш істотні зміни
спостерігаються в області поглинання 1880-1650 см-1, яка може бути віднесена до коливань
поверхневих структур.
164
а б
Рис. 3. Залежність ширини (а) та інтенсивності (б) сигналів ЕПР вуглецевих матеріалів
(тирси сосни) від температури карбонізації: І - температурна зона, в якій
відбувається десорбція фізично адсорбованої води; ІІ - проміжна зона, в якій
закінчується видалення води і починається видалення органічних сполук; ІІІ - зона,
в якій відбувається видалення органічних фракцій.
Рис. 4. ІЧ спектри мішаних вуглецевих сорбентів: 1 – вуглецевий сорбент, 2,3 - вуглецевий
сорбент – графіт у співвідношенні (80:20), (50:50) відповідно.
Аномальність була знайдена також і в дифрактограмах (рис. 5), а саме наявність
двохплечевого гало, характерного для целюлози з максимумами 5,52 і 3,97Å. При
термічній обробці соснової тирси інтенсивність гало, характерного для целюлози,
закономірно зменшується і зникає (зразок 4).
Формування в процесі карбонізації широкого спектру структур (активних
парамагнітних центрів, різних функціональних груп, а також недоокиснених органічних
фрагментів, наприклад, сполук терпенового типу) свідчить про перебіг в цих умовах
одночасно багатьох процесів. Зроблено спробу ідентифікації поверхневих органічних
сполук за припущення, що одним з можливих типів органічних сполук можуть бути
недоокиснені форми вуглеводнів, а саме терпенові сполуки, які містяться в вихідній
сировині. Результати аналізів показують, що на поверхні вуглецевих матеріалів є циклічні
вуглеводні, а саме терпени, наприклад, типу
165
ізопрен ациклічний моноциклічний
терпен терпен
Рис. 5. Ренгенівські дифрактограми вуглецевих матеріалів в залежності від умов термо-
обробки: 1 - вихідний матеріал; 2 - 350oC, 5 хв; 3 - 350oC, 7 хв; 4- 350oC, 25 хв;
5 - 600oC, 10 хв.
Висновки
Запропоновано метод одержання вуглецевих матеріалів на основі рослинної сировини в
низькотемпературному режимі обробки. Визначено основні параметри процесу одержання
вуглецевих матеріалів. Оптимальні структурно-сорбційні характеристики досягаються при
використанні як сировини тирси сосни. Вуглецеві матеріали, одержані при
низькотемпературній обробці, ефективно сорбують нафтопродукти.
Література
1. Запольский А.К., Мешкова-Клименко Н.А., Астрелин И.М., Брык М.Т., Гвоздяк П.И.,
Князькова Т.В. Физико-химические основы технологии очистки сточных вод. - Киев:
Либра, 2000. – 552 с.
2. Швец Д.И., Кравченко О.В., Опенько Н.М., Ситкарев Г.Т. Углеродные сорбенты
растительного происхождения для очистки воды от нефти // Экотехнологии и
ресурсосбережение. – 2003. - № 4. - С.29-32.
3. Холлоуэй М. Синтетические сорбенты // В мире науки. – 1991. - № 12. - С.73.
4. Торгашиа М.М. Получение окисленных углей из лесосечных отходов лиственницы
сибирской: автореф. дис. …канд. тех. наук. – Рига, 1984. – 25 с.
УДК 541.183
ДОСЛІДЖЕННЯ СОРБЦІЇ НАФТОПРОДУКТІВ ВУГЛЕЦЕВИМИ МАТЕРІАЛАМИ НА ОСНОВІ РОСЛИННОЇ СИРОВИНИ
О.В. Кравченко, Д.І. Швець
Інститут сорбції та проблем ендоекології НАН України
Вступ
Результати та їхнє обговорення
Листя
|
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-161 |
| institution | Surface |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-03-12T17:04:44Z |
| publishDate | 2004 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | surfacezbircomua/71/453e6f09f5e4dc643e0bc02594a59a71.pdf |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-1612018-11-27T09:41:38Z Study on oil products sorption with plant-derived carbon materials Study on oil products sorption with plant-derived carbon materials Дослідження сорбції нафтопродуктів вуглецевими матеріалами на основі рослинної сировини Kravchenko, O. V. Shvets, D. I. The effect has been studied of carbonization conditions of vegetative raw material on structural–sorption characteristics of the sorbents obtained. Carbon materials have been designed with increased capacity to oil products due to low-temperature treatment. The effect has been studied of carbonization conditions of vegetative raw material on structural–sorption characteristics of the sorbents obtained. Carbon materials have been designed with increased capacity to oil products due to low-temperature treatment. Досліджено вплив умов карбонізації рослинної сировини на структурно-сорбційні характеристики одержуваних сорбентів. Шляхом низькотемпературної термообробки створено вуглецеві матеріали з підвищеною здатністю до нафтопоглинання. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2004-06-16 Article Article application/pdf https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/161 Surface; No. 10 (2004): Chemistry, Physics and Technology of Surface; 161-165 Поверхность; № 10 (2004): Химия, физика и технология поверхности; 161-165 Поверхня; № 10 (2004): Хімія, фізика та технологія поверхні; 161-165 3154-8091 3154-8083 uk https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/161/160 Авторське право (c) 2004 О.V. Kravchenko, D.І. Shvets |
| spellingShingle | Kravchenko, O. V. Shvets, D. I. Дослідження сорбції нафтопродуктів вуглецевими матеріалами на основі рослинної сировини |
| title | Дослідження сорбції нафтопродуктів вуглецевими матеріалами на основі рослинної сировини |
| title_alt | Study on oil products sorption with plant-derived carbon materials Study on oil products sorption with plant-derived carbon materials |
| title_full | Дослідження сорбції нафтопродуктів вуглецевими матеріалами на основі рослинної сировини |
| title_fullStr | Дослідження сорбції нафтопродуктів вуглецевими матеріалами на основі рослинної сировини |
| title_full_unstemmed | Дослідження сорбції нафтопродуктів вуглецевими матеріалами на основі рослинної сировини |
| title_short | Дослідження сорбції нафтопродуктів вуглецевими матеріалами на основі рослинної сировини |
| title_sort | дослідження сорбції нафтопродуктів вуглецевими матеріалами на основі рослинної сировини |
| url | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/161 |
| work_keys_str_mv | AT kravchenkoov studyonoilproductssorptionwithplantderivedcarbonmaterials AT shvetsdi studyonoilproductssorptionwithplantderivedcarbonmaterials AT kravchenkoov doslídžennâsorbcíínaftoproduktívvuglecevimimateríalaminaosnovíroslinnoísirovini AT shvetsdi doslídžennâsorbcíínaftoproduktívvuglecevimimateríalaminaosnovíroslinnoísirovini |