Термічний аналіз як метод оцінки якості регенерації активованого вугілля для очищення гліцерину
In this work, we investigated granular and powder activated carbons (AC) – initial and waste with adsorbed impurities after purification of technical glycerin and subsequent washing with water. The aim of this work was to quantify the adsorbed impurities in the spent AC using thermal analysis (TA) a...
Збережено в:
| Дата: | 2020 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2020
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/703 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Surface |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Surface| _version_ | 1869291865548783616 |
|---|---|
| author | Борисенко, М.В. Чубенко, Я. М. Войтко, І. І. Чорна, Т. С. |
| author_facet | Борисенко, М.В. Чубенко, Я. М. Войтко, І. І. Чорна, Т. С. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "М.В. Борисенко",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О.Чуйка Національної академії наук України"
},
{
"author": "Я. М. Чубенко",
"institution": "Національний авіаційний університет"
},
{
"author": "І. І. Войтко",
"institution": "Національний авіаційний університет"
},
{
"author": "Т. С. Чорна",
"institution": "ТОВ «Укрхімресурс»"
}
] |
| author_sort | Борисенко, М.В. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2021-03-01T11:03:55Z |
| description | In this work, we investigated granular and powder activated carbons (AC) – initial and waste with adsorbed impurities after purification of technical glycerin and subsequent washing with water. The aim of this work was to quantify the adsorbed impurities in the spent AC using thermal analysis (TA) and to work out the conditions for thermal regeneration of AC. TA of AC samples was carried out in an atmosphere of helium and air; the specific surface area of AC was measured by the method of low-temperature desorption of argon (SAr). It was established by the TA method that water is released in the temperature range of 20 – 170 °C, and glycerin – 170 – 400 °C. Spent AC contains up to 22.8 wt.  % H2O and up to 44.6 wt.  % C3H5(OH)3. Based on these data, it was proposed to regenerate spent coal by heating at 400 °C in air. In the case of a granular AC sample, the regeneration proceeds completely, while for a powder AC sample, the specific surface area with respect to argon is restored only by 22 %, from the initial 2170 m2/g. The adsorption isotherms of methylene blue (MB) of the initial samples are located higher than for the spent ones, since in the spent ones part of the surface is occupied by adsorbed glycerin. The SMB values calculated from the adsorption of methylene blue in the spent AC samples are strongly overestimated in comparison with SAr. Probably, MB displaces glycerin from the surface or interacts with it to form complexes. |
| doi_str_mv | 10.15407/Surface.2020.12.137 |
| first_indexed | 2025-07-22T19:35:10Z |
| format | Article |
| fulltext |
Поверхность. 2020. Вып. 12(27). С. 137–145 137
НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИ
УДК 544.723 doi: 10.15407/Surface.2020.12.137
ТЕРМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КАК МЕТОД ОЦЕНКИ
КАЧЕСТВА РЕГЕНЕРАЦИИ АКТИВИРОВАННОГО УГЛЯ,
ИСПОЛЬЗУЕМОГО ДЛЯ ОЧИСТКИ ГЛИЦЕРИНА
Н.В. Борисенко1, Я.Н. Чубенко2, И.И. Войтко2, Т.С. Чорна3
1Институт химии поверхности им. А.А. Чуйко Национальной академии наук Украины
ул. Генерала Наумова, 17, Киев, 03164, Украина, e-mail: borysenko@nas.gov.ua
2Национальный авиационный университет, просп. Комарова, 1, Киев, 03058, Украина
3ООО «Укрхимресурс», ул. В. Нестерчука, 1, Калиновка, Винницкая обл., 22400, Украина
В работе исследовался гранулированный и порошковый активированные угли (АУ)
– исходные и отработанные с адсорбированными примесями после очистки технического
глицерина и последующей промывки водой. Цель работы – количественное определение
адсорбированных примесей в отработанном АУ с помощью термического анализа (ТА) и
установление оптимальных условий термической регенерации АУ. Методом ТА
установлено, что отработанный АУ содержит до 22,8 масс. % H2O и до 44,6 масс. %
C3H5(OH)3. Исходя из данных ТА, предложено регенерировать АУ нагреванием при 400 °С
на воздухе. Регенерация гранулированного образца АУ проходит полностью, тогда как
для порошкового образца АУ удельная площадь поверхности по аргону
восстанавливается только на 22 % от исходной 2170 м2/г. Приведены изотермы
адсорбции метиленового синего (МС) исходных и отработанных АУ. Значения SMC,
рассчитанные по адсорбции метиленового синего для отработанных образцов АУ, сильно
завышены по сравнению с SAr. Вероятно МС вытесняет глицерин с поверхности АУ или
взаимодействует с ним образуя комплексы.
Ключевые слова: активированный уголь, регенерация, термический анализ
Введение
Глицерин, простейший трёхатомный спирт C3H5(OH)3 – продукт многотоннажной
химической промышленности. Он используется в лакокрасочной, пищевой, медицинской,
текстильной, бумажной, кожевенной промышленности, табачном производстве, сельском
хозяйстве, производстве моющих и косметических средств, пластмасс, таких как
полиуретаны, глифталевые, алкидные и эпоксидные смолы [1].
Глицерин в больших количествах получается при переработке масличных
сельскохозяйственных культур, в том числе на биодизельное топливо [1]. Проблема
заключается в том, что полученный по этим технологиям глицерин очень загрязнен
натриевыми и калиевыми мылами высших органических кислот (15 – 25% примесей) и не
может использоваться в данном виде [2]. Именно поэтому актуальной является разработка
новых и усовершенствование известных способов очистки так называемого «сырого»
глицерина.
Надежным способом очистки глицерина от примесей является адсорбция их с
помощью активированного угля (АУ) [3]. Однако этот способ имеет существенные
недостатки, в первую очередь связанные с одноразовым использованием дорогого
сорбента. В работе предложена термическая регенерация АУ на воздухе и в инертной
138
атмосфере, что позволит повторное, а возможно, и многократное использование
активированного угля. Термический анализ применяется для количественной и
качественной оценки адсорбированных примесей в отработанном адсорбенте.
Представленный материал является продолжением общего направления исследований
лаборатории оксидных нанокомпозитов ИХП им. А.А. Чуйко относительно синтеза и
характеризации углеродных адсорбентов [4 – 9].
Экспериментальная часть
В работе исследовали гранулированный Norit 1240 и порошковый Picapure B5
активированные угли – исходные и отработанные с адсорбированными примесями после
очистки технического глицерина и последующей водной промывки. Нумерация и
характеристики образцов АУ приведены в таблице.
Термический анализ образцов активированных углей проводили в атмосфере гелия
и воздуха с помощью дериватографа Q–1500D (Венгрия) с компьютерной регистрацией
данных. В случае гелия использования образцы предварительно продувались 30 мин с
расходом гелия 100 см3/мин. Скорость нагрева составляла 10 °С/мин.
Величину удельной поверхности АУ измеряли методом низкотемпературной
десорбции аргона по ГОСТ 23401-90.
Адсорбцию метиленового синего (МС) активированными углями определяли для
всех образцов при одинаковых условиях. Навеску образца массой 15±1 мг помещали в
пробирку и мерной пипеткой добавляли 10 ± 0,05 мл водного раствора МС «чда» с
концентрацией 0,48 – 2,4 мг/см3. Пробирки встряхивали в течение 6 ч на аппарате Orbital
Shaker OS20 при комнатной температуре 20 °С и затем выдерживали еще 12 ч до полной
седиментации адсорбента. Оптическую плотность определяли при длине волны 590 нм
фотоколориметром КФК-2-УХЛ в кювете толщиной 0,8 мм. Равновесную концентрацию
МС вычисляли по калибровочному графику зависимости оптической плотности раствора
от концентрации МС в растворе. Адсорбцию МС рассчитывали по формуле
,
-
равн0 V
m
CC
A
где А – адсорбция МС, мг/г; С0 – начальная концентрация МС, мг/мл; Сравн – равновесная
концентрация МС, мг/мл; m – навеска порошка АУ, г; V – объем раствора МС, прилитый к
навеске m, мл.
Таблица. Потеря массы АУ в различных температурных интервалах, содержание воды и
глицерина в адсорбенте, удельная поверхность по аргону и метиленовому
синему
Потеря массы, % Содержание, % SAr SMC Δm Образец
20–170 °С 170–400
°С
H2O C3H5(OH)3 м2/г м2/г %,
масс
АУ1 гранулы, исходный 5,6 He 1,0 5,6 – 1290 556 –
АУ2 гранулы, отработанный 19,0 He 17,9 19,0 16,9 130 542 –
АУ3 порошок, исходный 4,5 He 0,3 4,5 – 2170 707 –
АУ4 порошок, отработанный 18,0 He 44,9 18,0 44,6 2,4 576 –
АУ2 гранулы, отработанный 22,8 ВОЗДУХ 18,5 22,8 17,5 130 542 5,6
АУ5 обр.1 + H2O+C3H5(OH)3 15,0 ВОЗДУХ 22,5 15,0 21,5 – – 5,4
SAr, Sмс – удельная поверхность по адсорбции аргона и метиленового синего, соответственно, м2/г;
Δm – остаток после прокаливания до 1000 °С
139
Результаты и их обсуждение
На рис. 1 представлены в одном масштабе термограммы в атмосфере гелия
образцов гранулированного активированного угля исходного АУ1 и отработанного АУ2.
В интервале температур 20 – 550 °С на термограммах образцов наблюдаются потери
массы с максимумами при ~ 100 °C и 250 – 270 °C (ДТГ). Первый процесс относится к
потере адсорбированной воды, также он наблюдается и для исходного активированного
угля. Второй – к потере вещества «А» (термогравиметрия не может дать ответ, что это за
вещество). Из кривых ДТГ четко видно, что H2O выделяется в температурном интервале
20 – 170 °C, а вещество «А» – 170 – 400 °C. Это дает возможность рассчитать их
количество в образцах (таблица). Количество воды равно потере массы (Δm) в интервале
20 – 170 °C, а содержание вещества «А» – Δm в интервале 170 – 400 °C минус Δm
исходного АУ в интервале 170 – 400 °C. В результате такого расчета содержание вещества
«А» в отработанном гранулированном угле после водной промывки равно 16,9 масс. %.
Для того, чтобы установить является ли вещество «А» глицерином, был синтезирован
образец АУ5, содержащий АУ1, C3H5(OH)3 и H2O. На дно тигля для термического анализа
помещали 38,3 мг жидкого глицерина («ч», Укрреахим), сверху засыпали 136,3 мг АУ1,
насыщенный водой (29,4 масс. %). На термограмме образца АУ5 (рис. 1) наблюдается
удаление C3H5(OH)3 в том же температурном интервале что и вещества «А» для образца
АУ2, следовательно, это глицерин.
100 200 300 400 500 600 700 800 9001000
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
100 200 300 400 500 600 700 800 9001000
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
100 200 300 400 500 600 700 800 9001000
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
100 200 300 400 500 600 700 800 9001000
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
П
о
те
ря
м
а
сс
ы
,
%
Температура, °С
1
2
5
Д
Т
Г,
о
тн
.
ед
.
1
2
5
3
4
4
3
Д
Т
Г,
о
тн
.
ед
.
Температура, °С
П
о
те
ря
м
а
сс
ы
,
%
Рис. 1. ТГ, ДТГ – кривые термического анализа образцов АУ1 – АУ4 в атмосфере гелия,
АУ5 – образец АУ1 + C3H5(OH)3 на воздухе (кривые 1 – 5 соответственно)
140
На рис. 1 представлены в одном масштабе термограммы образцов порошкового
АУ3 и АУ4. Отработанный порошковой активированный уголь (образец АУ4) содержит
18 % воды и 44,6 % C3H5(OH)3.
На рис. 2 изображены термограммы образцов гранулированного АУ2, полученные
в инертной атмосфере гелия и окислительной среде воздуха. Термограммы мало
отличаются и это указывает на то, что для термического анализа таких образцов подходит
атмосфера воздуха, что дешевле и проще. Концентрация воды и глицерина в образце АУ2
в гелии и воздухе несколько отличаются. Это связано с тем, что образцы в атмосфере
гелия выдерживались 30 мин. (100 см3/мин) при комнатной температуре в дериватографе,
при этом образец не контролируемо подсушивался гелием и его масса уменьшалась.
Значения содержания воды и глицерина более точны в случае воздушной атмосферы.
Исходя из результатов термического анализа, было предложено регенерировать
отработанный уголь нагреванием при температурах 150 и 400 °С. Навески ~5 г
отработанных АУ2 и АУ4 нагревали при указанных температурах в течение 30 мин. За
меру степени регенерации приняли значение удельной площади поверхности образцов
(SAr). Удельная площадь поверхности исходных гранулированного и порошкообразного
адсорбентов равна 1290 и 2170 м2/г соответственно. После использования этих
адсорбентов в процессе очистки глицерина их SAr уменьшается до 130 (образец АУ2) и до
2,4 м2/г (образец АУ4). Полное удаление воды при 150 °С не дает регенерации
адсорбентов (рис. 3). Дальнейшее повышение температуры до 400 °С приводит к
десорбции глицерина и восстановлению удельной поверхности. В случае
гранулированного образца АУ2 регенерация проходит полностью, тогда как для
порошкового образца АУ4 SAr равна 480 м2/г, в то время как исходная была 2170 м2/г.
После прокаливания образца АУ4 на черном адсорбенте наблюдался беловатый осадок
(налет), который образовался из примесей. Такими примесями могут быть натриевые и
калиевые органические соли [2]. Также можно отметить, что содержание
адсорбированных примесей в образце АУ4 (8 %) намного больше чем в образце АУ2
(5,6 %; таблица).
100 200 300 400 500
50
40
30
20
10
0
100 200 300 400 500
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
He
Воздух
П
от
е
р
я
м
а
сс
ы
,
%
Температура, °С Температура, °С
Д
Т
Г,
о
тн
. е
д
.
Воздух
He
Рис. 2. ТГ, ДТГ – кривые термического анализа образца АУ2 (гранулированный
активированный уголь с адсорбированными примесями) в инертной атмосфере
гелия и окислительной атмосфере воздуха
141
исходный отработанный 150 400
0
500
1000
1500
2000
У
д
ел
ьн
ая
п
ов
ер
хн
ос
ть
,
м
2 /г
Температура регенерации, °С
гранулированный
порошкообразный
Рис. 3. Удельная поверхность гранулированного и порошкообразного адсорбентов
исходных, отработанных и после регенерации при 150 и 400 °С
Адсорбция красителя метиленового синего является стандартным методом оценки
сорбционной емкости АУ, работающих в жидкой фазе [10]. Адсорбция красителей
определяется строением поверхности адсорбента и состоянием молекул красителя в
растворе, где они могут находиться в ионной или мицеллярной форме. Молекула
метиленового синего
адсорбируется на углероде в плоской ориентации относительно поверхности и площадь
молекулы в этой ориентации составляет ~ 1,2 нм2 [11]. При этом МС в адсорбированном
состоянии существует в виде плоского димера, в котором вторая молекула находится над
первой, связанной с поверхностью. Изотермы адсорбции МС изображены на рис. 4.
Кривые 1 и 3 для исходных образцов расположены выше, чем для отработанных АУ2 и
АУ4, так как в последних часть поверхности занята адсорбированным глицерином. С
учетом состояния молекулы метиленового синего в адсорбированной слое и величины
молекулярной массы (320 а.е.м.) рассчитана удельная поверхность образцов по адсорбции
красителя при максимальном значении адсорбции А (рис. 4). Расчет вели по формуле:
,
10
21
m0
NM
SNA
S
MC
MC
где Sмс – удельная поверхность по адсорбции метиленового синего, м2/г; А – адсорбция
метиленового синего, мг/г; N0 – число Авогадро, моль–1; Sm – площадь, занимаемая одной
молекулой при адсорбции, нм2; М – молекулярная масса красителя, г/моль; N = 2 – число
молекул в мицелле. Результаты SMC активированных углей представлены в таблице.
Значения SMC находятся в пределах 542 – 707 м2/г. Корреляции между SMC и SAr не
наблюдается. Значения SMC отработанных образцов АУ сильно завышены по сравнению с
SAr.
142
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4
0
100
200
300
400
500
600
А
,
м
г/
г
С
равн
, мг/см3
1
2
3
4
Рис. 4. Изотермы адсорбции метиленового синего активированными углями АУ1 – АУ4,
кривые 1 – 4 соответственно
Принципиальное отличие адсорбции из растворов от адсорбции газов заключается
в том, что первая 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 [12]. По–
видимому, МС вытесняет глицерин с поверхности или взаимодействует с ним, образуя
комплексы, чем и объясняются большие значения адсорбционной емкости и удельной
поверхности отработанных углей.
Выводы
С помощью термогравиметрического анализа выполнена количественная и
качественная оценка адсорбированных примесей в отработанном активированном угле
после очистки глицерина. Установлено, что вода выделяется в температурном интервале
20 – 170 °C, а глицерин – 170 – 400 °C. Отработанный АУ содержит до 22,8 масс. % H2O и
до 44,6 масс. % C3H5(OH)3. Исходя из этих данных, предложено регенерировать
отработанный уголь путем нагревания при температуре 400 °С на воздухе. Показано, что в
случае гранулированного образца АУ регенерация проходит полностью, тогда как для
порошкового образца АУ значение удельной площади поверхности по аргону
восстанавливается только до 480 м2/г, в то время как исходная была 2170 м2/г. Значения
SMC, рассчитанные по адсорбции метиленового синего для отработанных образцов АУ,
сильно завышены по сравнению с SAr. Вероятно МС вытесняет глицерин с поверхности
или взаимодействует с ним, образуя комплексы.
Литература
1. Рахиманкулов Д.Л., Кимсанов Б.Х. Физические и химические свойства глицерина.–
Москва: Химия, 2003. – 200 с.
2. Киндле Х., Бадер Э. Активные угли и их промышленное применение. – Ленинград:
Химия, 1984. – 216 с.
3. Пат. UA 97323 U. Спосіб очищення гліцерину / Скачко В.П., Чорна Т.С. – Опубл.
2015.
143
4. Махно С.Н., Богатырев В.М., Оранская Е.И. и др. Синтез и электрофизические
свойства композитов на основе пористого углерода и наночастиц никеля //
Наноструктурное материаловедение. – 2013. – № 2. – С. 79–85.
5. Galaburda M.V., Bogatyrov V.M., Oranska O.I., et al. Magneto–sensitive Ni/C
adsorbents: Synthesis, properties and applications // Adsorption Science & Technology. –
2015. – V. 33, Iss 6–8. – P. 523–530.
6. Galaburda M., Bogatyrov V., Oranska O., et al. Synthesis and characterization of carbon
composites containing Fe, Co, Ni nanoparticles // J. Therm. Analysis and Calorimetry. –
2015. – V. 122, Iss. 2. – P. 553–561.
7. Богатырев В.М., Галабурда М.В., Оранская Е.И. и др. Синтез и адсорбционные
свойства магниточувствительных нанокомпозитов на основе системы С/Ni //
Поверхность. – 2015. – Вып. 7(22). – С.196–204.
8. Galaburda M.V., Bogatyrov V.M., Skubiszewska–Zięba J. et al. Synthesis and structural
features of resorcinol–formaldehyde resin chars containing nickel nanoparticles // Appl.
Surf. Sci. – 2016. – V. 360. – P. 722–730.
9. Galaburda M.V., Bogatyrov V.M., Tomaszewski W. et al. Adsorption/desorption of
explosives on Ni–, Co–, and NiCo–carbon composites: Application in solid phase
extraction // Colloids and Surfaces A. – 2017. – V. 529. – P. 950–958.
10. ГОСТ 4453–74. Уголь активный осветляющий древесный порошкообразный.
Технические условия. – Москва: Изд-во стандартов, 1993. – 23 с.
11. Парфит Г., Рочестер К. Адсорбция из растворов на поверхностях твердых тел. –
Москва: Мир, 1986. – 488 с.
12. Когановский А.М., Левченко Т.М., Кириченко В.А., Рода И.Г. Адсорбция
органических веществ из воды. – Ленинград: Химия, 1990. – 256 с.
References
1. Rakhimankulov D.L., Kimsanov B.Kh. Physical and chemical properties of glycerin.
(Moscow: Chemistry, 2003). [in Russian].
2. Kienle H., Bäder E. Aktivkohle und ihre industrielle Anwendung. (Stuttgart: Ferdinand
Enke Verlag, 1980).
3. Patent UA 97323. Skachko V.P., Chorna T.S. The method of purification of glycerin.
2015.
4. Makhno S.N., Bogatyrov V.M., Gunya G.M., Oranska E.I., Cherniavska Т.V., Borysenko
M.V., Gorbyk P.P. Synthesis and electrophysical properties of composites based on
porous carbon and metal nickel nanoparticles. Nanostructured Materials Science.
2013. 2: 79. [in Russian].
5. Galaburda M.V., Bogatyrov V.M., Oranska O.I., Skubiszewska-Zieba J., Gun’ko V.M.,
Sternik D. Magneto-sensitive Ni/C adsorbents: Synthesis, properties and applications.
Adsorption Science & Technology. 2015. 33(6–8): 523.
6. Galaburda M., Bogatyrov V., Oranska O., Gun’ko V., Skubiszewska-Zięba J., Urubkov I.
Synthesis and characterization of carbon composites containing Fe, Co, Ni nanoparticles.
J. Therm. Analysis and Calorimetry. 2015. 122(2): 553.
7. Bogatyrov V.M., Galaburda M.V., Oranska O.I., Borysenko M.V., Vasilyeva O.O.,
Voitko I.I. Synthesis and adsorption properties of magneto-sensitive nanocomposites
based on Ni/C. Poverhn. 2015. 7(22): 196. [in Russian].
8. Galaburda M.V., Bogatyrov V.M., Skubiszewska-Zięba J., Oranska O.I., Sternic D.,
Gunko V.M. Synthesis and structural features of resorcinol-formaldehyde resin chars
containing nickel nanoparticles. Appl. Surf. Sci. 2016. 360: 722.
9. Galaburda M.V., Bogatyrov V.M., Tomaszewski W., Oranska O.I., Borysenko M.V.,
Skubiszewska-Zięba J., Gun’ko V.M. Adsorption/desorption of explosives on Ni–, Co–,
144
and NiCo–carbon composites: Application in solid phase extraction. Colloids and
Surfaces A. 2017. 529: 950.
10. Interstate Standard (GOST 4453-74). Active adsorpting powder charcoal. Specifications
https://files.stroyinf.ru/Data2/1/4294823/4294823851.pdf.
11. Parfitt G.D., Rochester C.H. Adsorption from Solutions at the Solid /Liquid interface.
(London – Toronto: Academic press, 1983).
12. Koganovsky A.M., Levchenko T.M., Kirichenko V.A., Roda I.G. Adsorption of organic
matter from water. (Leningrad: Chemistry, 1990). [in Russian].
ТЕРМІЧНИЙ АНАЛІЗ ЯК МЕТОД ОЦІНКИ ЯКОСТІ
РЕГЕНЕРАЦІЇ АКТИВОВАНОГО ВУГІЛЛЯ ДЛЯ
ОЧИЩЕННЯ ГЛІЦЕРИНУ
М.В. Борисенко1, Я.М. Чубенко2, І.І. Войтко2, Т.С. Чорна3
1Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України
вул. Генерала Наумова 17, Київ, 03164, Україна, e-mail: borysenko@nas.gov.ua
2Національний авіаційний університет, просп. Комарова 1, Київ, 03058, Україна
3ТОВ «Укрхімресурс», вул. В. Нестерчука, 1, Калинівка, Вінницька обл., 22400, Україна
В роботі досліджувалося гранульоване і порошкове активовані вугілля (АУ) –
вихідні і відпрацьовані з адсорбованими домішками після очищення технічного гліцерину і
наступного промивання водою. Мета роботи – кількісне визначення адсорбованих
домішок у відпрацьованому АУ за допомогою термічного аналізу (ТА) та відпрацювання
умов термічної регенерації АУ. Методом ТА встановлено, що відпрацьований АУ
містить до 22,8 мас. % H2O і до 44,6 мас. % C3H5(OH)3. Виходячи з даних ТА,
запропоновано регенерувати відпрацьоване вугілля нагріванням при 400 °С на повітрі.
Регенерація гранульованого зразка АУ проходить повністю, тоді як для порошкового
зразка АУ питома площа поверхні по аргону відновлюється тільки на 22 % від вихідної
2170 м2/г. Наведено ізотерми адсорбції метиленового синього (МС) вихідних і
відпрацьованих АУ. Значення SMC розраховані з адсорбції метиленового синього
відпрацьованих зразків АУ сильно завищені в порівнянні з SAr. Ймовірно МС витісняє
гліцерин з поверхні АУ або взаємодіє з ним утворюючи комплекси.
Ключові слова: активоване вугілля, регенерація, термічний аналіз
145
THERMAL ANALYSIS AS A METHOD FOR EVALUATING
THE QUALITY OF REGENERATION OF ACTIVATED
CARBON USED FOR PURIFICATION OF GLYCERIN
M.V. Borysenko1, Ya.M. Chubenko2, I.I. Voitko2, T.S. Chorna3
1Chuiko Institute of Surface Chemistry, National Academy of Sciences of Ukraine
General Naumov street 17, Kyiv, 03164, Ukraine, e-mail: borysenko@nas.gov.ua
2National Aviation University, prospekt Komarova 1, Kyiv, 03058, Ukraine
3LLC "Ukrhimresurs", V. Nesterchuk street, 1, Kalynivka, Vinnytsia region, 22400, Ukraine
In this work, we investigated granular and powder activated carbons (AC) – initial and
waste with adsorbed impurities after purification of technical glycerin and subsequent washing
with water. The aim of this work was to quantify the adsorbed impurities in the spent AC using
thermal analysis (TA) and to work out the conditions for thermal regeneration of AC. TA of AC
samples was carried out in an atmosphere of helium and air; the specific surface area of AC was
measured by the method of low-temperature desorption of argon (SAr). It was established by the
TA method that water is released in the temperature range of 20 – 170 °C, and glycerin – 170 –
400 °C. Spent AC contains up to 22.8 wt. % H2O and up to 44.6 wt. % C3H5(OH)3. Based on
these data, it was proposed to regenerate spent coal by heating at 400 °C in air. In the case of a
granular AC sample, the regeneration proceeds completely, while for a powder AC sample, the
specific surface area with respect to argon is restored only by 22 %, from the initial 2170 m2/g.
The adsorption isotherms of methylene blue (MB) of the initial samples are located higher than
for the spent ones, since in the spent ones part of the surface is occupied by adsorbed glycerin.
The SMB values calculated from the adsorption of methylene blue in the spent AC samples are
strongly overestimated in comparison with SAr. Probably, MB displaces glycerin from the
surface or interacts with it to form complexes.
Keywords: activated carbon, regeneration, thermal analysis
|
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-703 |
| institution | Surface |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-03-12T17:17:44Z |
| publishDate | 2020 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | surfacezbircomua/97/a705b75ec1f41d8f108ff4ae044ac197.pdf |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-7032021-03-01T11:03:55Z Thermal analysis as a method for evaluating the quality of regeneration of activated carbon used for purification of glycerin Термический анализ как метод оценки качества регенерации активированного угля, используемого для очистки глицерина Термічний аналіз як метод оцінки якості регенерації активованого вугілля для очищення гліцерину Борисенко, М.В. Чубенко, Я. М. Войтко, І. І. Чорна, Т. С. activated carbon regeneration thermal analysis активированный уголь регенерация термический анализ активоване вугілля регенерація термічний аналіз In this work, we investigated granular and powder activated carbons (AC) – initial and waste with adsorbed impurities after purification of technical glycerin and subsequent washing with water. The aim of this work was to quantify the adsorbed impurities in the spent AC using thermal analysis (TA) and to work out the conditions for thermal regeneration of AC. TA of AC samples was carried out in an atmosphere of helium and air; the specific surface area of AC was measured by the method of low-temperature desorption of argon (SAr). It was established by the TA method that water is released in the temperature range of 20 – 170 °C, and glycerin – 170 – 400 °C. Spent AC contains up to 22.8 wt.  % H2O and up to 44.6 wt.  % C3H5(OH)3. Based on these data, it was proposed to regenerate spent coal by heating at 400 °C in air. In the case of a granular AC sample, the regeneration proceeds completely, while for a powder AC sample, the specific surface area with respect to argon is restored only by 22 %, from the initial 2170 m2/g. The adsorption isotherms of methylene blue (MB) of the initial samples are located higher than for the spent ones, since in the spent ones part of the surface is occupied by adsorbed glycerin. The SMB values calculated from the adsorption of methylene blue in the spent AC samples are strongly overestimated in comparison with SAr. Probably, MB displaces glycerin from the surface or interacts with it to form complexes. В работе исследовался гранулированный и порошковый активированные угли (АУ) – исходные и отработанные с адсорбированными примесями после очистки технического глицерина и последующей промывки водой. Цель работы – количественное определение адсорбированных примесей в отработанном АУ с помощью термического анализа (ТА) и установление оптимальных условий термической регенерации АУ. Методом ТА установлено, что отработанный АУ содержит до 22,8 масс. % H2O и до 44,6 масс. % C3H5(OH)3. Исходя из данных ТА, предложено регенерировать АУ нагреванием при 400 °С на воздухе. Регенерация гранулированного образца АУ проходит полностью, тогда как для порошкового образца АУ удельная площадь поверхности по аргону восстанавливается только на 22 % от исходной 2170 м2/г. Приведены изотермы адсорбции метиленового синего (МС) исходных и отработанных АУ. Значения SMC, рассчитанные по адсорбции метиленового синего для отработанных образцов АУ, сильно завышены по сравнению с SAr. Вероятно МС вытесняет глицерин с поверхности АУ или взаимодействует с ним образуя комплексы. В роботі досліджувалося гранульоване і порошкове активовані вугілля (АУ) – вихідні і відпрацьовані з адсорбованими домішками після очищення технічного гліцерину і наступного промивання водою. Мета роботи – кількісне визначення адсорбованих домішок у відпрацьованому АУ за допомогою термічного аналізу (ТА) та відпрацювання умов термічної регенерації АУ. Методом ТА встановлено, що відпрацьований АУ містить до 22,8 мас. % H2O і до 44,6 мас. % C3H5(OH)3. Виходячи з даних ТА, запропоновано регенерувати відпрацьоване вугілля нагріванням при 400 °С на повітрі. Регенерація гранульованого зразка АУ проходить повністю, тоді як для порошкового зразка АУ питома площа поверхні по аргону відновлюється тільки на 22 % від вихідної 2170 м2/г. Наведено ізотерми адсорбції метиленового синього (МС) вихідних і відпрацьованих АУ. Значення SMC розраховані з адсорбції метиленового синього відпрацьованих зразків АУ сильно завищені в порівнянні з SAr. Ймовірно МС витісняє гліцерин з поверхні АУ або взаємодіє з ним утворюючи комплекси. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2020-12-03 Article Article application/pdf https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/703 10.15407/Surface.2020.12.137 Surface; No. 12(27) (2020): Surface; 137-145 Поверхность; № 12(27) (2020): Поверхность; 137-145 Поверхня; № 12(27) (2020): Поверхня; 137-145 3154-8091 3154-8083 10.15407/Surface.2020.12 uk https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/703/701 Авторське право (c) 2020 М.В. Борисенко, Я.М. Чубенко, І.І. Войтко, Т.С. Чорна |
| spellingShingle | активоване вугілля регенерація термічний аналіз Борисенко, М.В. Чубенко, Я. М. Войтко, І. І. Чорна, Т. С. Термічний аналіз як метод оцінки якості регенерації активованого вугілля для очищення гліцерину |
| title | Термічний аналіз як метод оцінки якості регенерації активованого вугілля для очищення гліцерину |
| title_alt | Thermal analysis as a method for evaluating the quality of regeneration of activated carbon used for purification of glycerin Термический анализ как метод оценки качества регенерации активированного угля, используемого для очистки глицерина |
| title_full | Термічний аналіз як метод оцінки якості регенерації активованого вугілля для очищення гліцерину |
| title_fullStr | Термічний аналіз як метод оцінки якості регенерації активованого вугілля для очищення гліцерину |
| title_full_unstemmed | Термічний аналіз як метод оцінки якості регенерації активованого вугілля для очищення гліцерину |
| title_short | Термічний аналіз як метод оцінки якості регенерації активованого вугілля для очищення гліцерину |
| title_sort | термічний аналіз як метод оцінки якості регенерації активованого вугілля для очищення гліцерину |
| topic | активоване вугілля регенерація термічний аналіз |
| topic_facet | activated carbon regeneration thermal analysis активированный уголь регенерация термический анализ активоване вугілля регенерація термічний аналіз |
| url | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/703 |
| work_keys_str_mv | AT borisenkomv thermalanalysisasamethodforevaluatingthequalityofregenerationofactivatedcarbonusedforpurificationofglycerin AT čubenkoâm thermalanalysisasamethodforevaluatingthequalityofregenerationofactivatedcarbonusedforpurificationofglycerin AT vojtkoíí thermalanalysisasamethodforevaluatingthequalityofregenerationofactivatedcarbonusedforpurificationofglycerin AT čornats thermalanalysisasamethodforevaluatingthequalityofregenerationofactivatedcarbonusedforpurificationofglycerin AT borisenkomv termičeskijanalizkakmetodocenkikačestvaregeneraciiaktivirovannogouglâispolʹzuemogodlâočistkiglicerina AT čubenkoâm termičeskijanalizkakmetodocenkikačestvaregeneraciiaktivirovannogouglâispolʹzuemogodlâočistkiglicerina AT vojtkoíí termičeskijanalizkakmetodocenkikačestvaregeneraciiaktivirovannogouglâispolʹzuemogodlâočistkiglicerina AT čornats termičeskijanalizkakmetodocenkikačestvaregeneraciiaktivirovannogouglâispolʹzuemogodlâočistkiglicerina AT borisenkomv termíčnijanalízâkmetodocínkiâkostíregeneracííaktivovanogovugíllâdlâočiŝennâglícerinu AT čubenkoâm termíčnijanalízâkmetodocínkiâkostíregeneracííaktivovanogovugíllâdlâočiŝennâglícerinu AT vojtkoíí termíčnijanalízâkmetodocínkiâkostíregeneracííaktivovanogovugíllâdlâočiŝennâglícerinu AT čornats termíčnijanalízâkmetodocínkiâkostíregeneracííaktivovanogovugíllâdlâočiŝennâglícerinu |