Geum.ru
Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям

На правах рукописи

Светлана Александровна Андриянцева СНИЖЕНИЕ ЭМИССИИ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ СОРБЕНТОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ ОТХОДОВ КОКСОХИМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Специальность 05.23.19 - Экологическая безопасность строительства и городского хозяйства Воронеж - 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Липецкий государственный технический университет.

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент Бондаренко Антонина Викторовна

Официальные оппоненты: Бельчинская Лариса Ивановна доктор технических наук, профессор, Воронежская государственная лесотехническая академия/ кафедра химии, заведующая кафедрой Петрикеева Наталья Александровна кандидат технических наук, доцент, Воронежский государственный архитектурно-строительный университет/ кафедра теплогазоснабжения и нефтегазового дела, доцент

Ведущая организация: Воронежский государственный технический университет

Защита состоится л16 марта 2012 г. в 1000 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.033.04 при Воронежском государственном архитектурностроительном университете по адресу: 394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, д. 84, корп. 3, ауд. 3220, тел./факс: +7 (473)277-37-34.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан л8 февраля 2012 г.

Ученый секретарь Колосов А.И.

диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. При использовании органических веществ в качестве компонентов в строительных материалах экологическая угроза от эмиссии опасных соединений из них не учитывается. В крупнотоннажном производстве асфальтобетонов используют нефтяной дорожный битум. В отличие от природного битума, нефтяной дорожный битум является источником веществ, загрязняющих атмосферу.

В строительной индустрии используются в большом количестве лакокрасочные материалы, где в качестве растворителя используется толуол недостаточной степени чистоты.

В последние годы ведутся исследования по расширению ресурсной базы в областях строительства за счет применения отходов промышленности и производится их внедрение в состав строительных материалов как в качестве заместителя части более дорогих основных компонентов, так и в роли активных минеральных добавок. Вне поля зрения остается использование сорбционных технологий в строительстве для снижения экологической опасности строительных материалов.

Указанные обстоятельства позволили выявить направления исследований - изучение влияния добавления к асфальтобетонам углеродных сорбентов, полученных термохимической обработкой углеродсодержащих отходов коксохимического производства, на снижение эмиссии в атмосферу углеводородов из нефтяного дорожного битума; изучение адсорбционной доочистки толуола, используемого в качестве растворителя лакокрасочных материалов.

Целью работы является разработка способа снижения эмиссии углеводородов из строительных материалов в атмосферу путем применения сорбентов, полученных из отходов коксохимического производства.

Задачи исследования:

разработать способы получения углеродных сорбентов из отходов коксохимического производства;

определелить оптимальные условия термохимической обработки углеродсодержащих отходов для получения углеродных сорбентов с терморасширенной структурой и углеминеральных сорбентов, для чего выполнить эксперименты по плану-матрице композиционного ротатабельного униформпланирования 2к;

провести исследования по изучению качественных характеристик и термического поведения углеродных материалов, структуры и морфологии поверхности сорбентов;

разработать способ повышения качества растворителей лаков и красок на примере толуола с использованием полученных сорбентов;

разработать способ снижения эмиссии углеводородов при укладке дорожных покрытий за счет использования битумов с добавлением полученных сорбентов;

обосновать эколого-экономическую эффективность разработанных технологических решений применения углеродных сорбентов в качестве добавки к асфальтобетону;

провести апробацию разработанной технологии снижения эмиссии углеводородов при производстве асфальтобетонной смеси.

Объектом исследования являются способы производства экологически безопасных строительных материалов, обеспечивающие снижение выбросов углеводородов в атмосферу за счет демпфирования последних углеродными сорбентами.

Предметом исследования является технология получения углеродных сорбентов для повышения экологической безопасности строительных материалов за счет увеличения сорбционной селективности по отношению к отдельным видам органических примесей.

Теоретической и методической базой исследования послужили труды отечественных и зарубежных ученых в области повышения экологической безопасности при производстве строительных материалов посредством сорбционных технологий. Использованы научные и нормативно-справочные источники, методические рекомендации и технические правила по вопросам изготовления дорожных покрытий и получения растворителей.

Методика исследований:

теоретические исследования по вопросу выделения поллютантов при производстве и применении строительных материалов и путей их снижения;

экспериментальные исследования негативного влияния органических примесей, содержащихся в строительных материалах, на окружающую среду и мер их снижения с помощью сорбционных технологий;

разработка способов получения сорбентов из углеродсодержащих отходов, селективных к органическим примесям, содержащимся в строительных материалах.

Научная новизна работы:

разработаны способы получения сорбентов для снижения эмиссии углеводородов из строительных материалов путем термохимической активации углеродсодержащих отходов;

определены оптимальные температура обработки и концентрация реагента при термохимической активации углеродсодержащих отходов для получения углеродных сорбентов с терморасширенной структурой и углеминеральных сорбентов c использованием методики планирования эксперимента;

определены адсорбционные свойства и термическое поведение углеродных сорбентов, структура и морфология поверхности их частиц; выявлено влияние способов активации малопористого углерода (кокса) на строение поверхности и свойства получаемых сорбентов;

предложена технологическая схема производства углеминеральных и терморасширенных углеродных сорбентов из коксовой пыли;

получены углеродные сорбенты для доочистки товарного толуола;

определена оптимальная дозировка сорбента и способ введения (непосредственно в емкость для хранения);

впервые разработан способ снижения эмиссии углеводородов при укладке дорожных покрытий за счет использования битумов с добавлением углеминеральных сорбентов, для чего исследована эмиссия органических поллютантов при отверждении битумов; обоснован выбор оптимального количества добавки;

установлено, что добавление сорбента не ухудшает качество асфальтобетонной смеси, не снижает износо- и трещиностойкость асфальтобетонных покрытий.

Практическая значимость:

предложен способ утилизации коксовой пыли использованием ее в качестве сырья для получения адсорбционных материалов; разработана технология получения нескольких видов сорбентов;

разработан научно обоснованный способ повышения сортности растворителей с применением сорбентов, селективных к предельным углеводородам;

разработана технология изготовления асфальтобетонной смеси с добавкой композиционного материала на основе сорбента для снижения эмиссии углеводородов при отверждении битумов;

при внедрении разработанной технологии снижения эмиссии углеводородов при отверждении битумов величина предотвращенного экологического ущерба составила 450 тыс. руб./год.

Достоверность результатов исследований подтверждается достаточным количеством проведенных автором экспериментов, использованием сертифицированного и проверенного оборудования и приборов, а также современных методов исследований и статистической обработкой результатов, сходимостью теоретических и экспериментальных данных.

На защиту выносятся:

способы получения сорбентов путем термохимической активации углеродсодержащего отхода широкой области применения;

оптимальные условия термохимической активации углеродсодержащего отхода для получения из него углеминеральных и терморасширенных углеродных сорбентов;

результаты исследований по изучению качественных характеристик и термического поведения сорбентов, структуры и морфологии поверхности их частиц; выявлению влияния способов активации малопористого углерода (кокса) на строение поверхности и свойства получаемых из него сорбентов;

способ повышения качества толуола путем введения углеродных сорбентов непосредственно в емкость для хранения;

способ снижения эмиссии углеводородов из битумов при укладке дорожных покрытий с добавлением углеминеральных сорбентов;

эколого-экономическая эффективность разработанных технологических решений применения сорбентов в качестве добавки к асфальтобетону и утилизации углеродсодержащих отходов;

апробация разработанной технологии снижения эмиссии углеводородов в строительной практике.

Апробация работы. Основные положения диссертации изложены на ХI Всероссийском симпозиуме Актуальные проблемы адсорбции, пористости и адсорбционной селективности (Москва-Клязьма, 2007), научно-практической конференции Эффективные конструкции, материалы и технологии в строительстве и архитектуре (Липецк, 2006), III международной конференции Сорбенты как фактор качества жизни и здоровья (Белгород, 2008), IV Всероссийской конференции Физико-химические процессы в конденсированных средах и на межфазных границах (Воронеж, 2008); V Международной научно-практической конференции Рециклинг, переработка отходов и чистые технологии ФГУП Институт ГИНЦВЕТМЕТ (Москва, 2009), XIV Всероссийском симпозиуме с участием иностранных ученых Актуальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективности (Москва, 2010), на Всероссийской научно-практической конференции с элементами научной школы для молодежи Нано- и супрамолекулярная химия в сорбционных и ионнообменных процессах (Белгород, 2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ общим объемом 39 страниц, из них лично автору принадлежит 20,5 страниц.

Четыре статьи опубликованы в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ, - Научные ведомости Белгородского государственного университета, Научные вестник Воронежского государственного архитектурностроительного университета. Строительство и архитектура (2 статьи), Вестник Тамбовского государственного университета.

В статьях, опубликованных и рекомендованных ВАК изданиях, изложены основные результаты диссертационной работы: в работе [1] приведены результаты исследований по определению оптимальных условий изготовления сорбентов на основе коксовой пыли с исследованием свойств получаемых материалов; в работе [2] предложено использование углеродных сорбентов для обеспечения экологической безопасности производства строительных материалов; в работе [3] разработана технология изготовления асфальтобетонной смеси с введением углеминеральных сорбентов, снижающих эмиссию поллютантов и в работе [4] разработана методика повышения сортности растворителей лакокрасочных материалов с применением сорбентов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, библиографического списка из 122 наименований и приложений. Общий объем работы составляет 126 страниц машинописного текста, включая 19 таблиц и 14 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель, задачи и определены методы исследования, показаны научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе выполнен обзор литературных данных о токсических эффектах компонентов, входящих в состав строительных материалов, требованиях экологической безопасности к строительным материалам.

Собраны сведения о свойствах и области применения углеродных сорбентов. Отмечено, что в большинстве работ речь идет об использовании дорогостоящих промышленных сорбентов, в связи с чем является обоснованным предложение использовать в качестве сырья для углеродных сорбентов отходы и побочные продукты производств. При этом утилизируются промышленные отходы, а низкая стоимость и возможность безрегенеративного использования получаемых сорбентов делают экономически оправданным их применение в природоохранных технологиях.

Вторая глава посвящена идентификации опасных органических примесей в некоторых строительных материалах (асфальтобетонах и растворителях), изучению способов изготовления и исследования свойств сорбентов, снижающих эмиссию вредных веществ из последних.

Асфальтобетонная смесь имеет в своем составе нефтяной дорожный битум, который при нагреве и отверждении становится источником выделения поллютантов.

Для изучения эмиссии углеводородов при отверждении битума проводили хроматографическое исследование выделившейся из него газовой фазы. Идентификацию выделившихся веществ произвести сложно, поэтому их разделили на 4 группы по температурам кипения. На рис. 1 представлена хроматограмма выделяющихся при отверждении битума органических веществ.

Высота хроматографического пика, мВ Рис. 1. Хроматограмма выделяющихся при отверждении битума газообразных веществ:

Х1 - группа веществ с температурой кипения 56-80 0С, Х2 - группа веществ с температурой кипения 80-100 0С, Х3 - группа веществ с температурой кипения 100-140 0С, Х4 - группа веществ с температурой кипения более 140 0С Время выхода, мин По результатам анализа определен состав и количество выбросов из битума: из Х1 масса выбросов составила 3,602 мг/кг битума; из Х2 - 0,334 мг/кг; из Х3 - 0,428 мг/кг; из Х4 - 0,654 мг/кг.

Суммарное количество выбросов составило 5,01 г из 1 т, что достаточно мало. Но следует учесть масштабность производства асфальтобетонных покрытий и вредность для человека даже небольших количеств веществ, выделяющихся из них.

Толуол используется в строительстве в качестве растворителя лакокрасочных покрытий и производится в соответствии с ГОСТ 9880-76, по которому массовая доля посторонних веществ в нем должна составлять менее 0,8 %, что превышается на многих предприятиях (табл. 1).

Таблица Состав и концентрация примесей в исходном толуоле (данные по Новолипецкому металлургическому комбинату ОАО НЛМК) Наименование вещества Концентрация, масс.% н - гексан 0,00н- гептан 0,00Циклогексан 0,14Метилциклогексан 0,17Х1 0,24Х2 0,06н- нонан 0,21Бензол 0,02Х4 0,00Пара-ксилол 0,00Орто-ксилол 0,00Прим.: Х1, Х2, Х4 - неидентифицируемые примеси Сорбционные технологии обеспечивают высокую степень чистоты при малых концентрациях примесей в масштабном строительном производстве. Для снижения количества опасных углеводородов, выделяющихся из строительных материалов, необходимы дешевые сорбенты, не требующие регенерации, что представляется возможным при использовании в качестве сырья для их получения коксовой пыли - отхода коксохимического производства. В работе изучалась термохимическая активация коксовой пыли. Реагенты, условия термообработки и выход получаемых сорбентов представлены в табл. 2.

Технический анализ проводился по методикам, применяемым для углеродных материалов. Для определения структуры и сорбционных свойств материалов использовались следующие адсорбтивы: метиленовый голубой, йод, бензол, растворы гептана в толуоле. Определение равновесной статической активности по парам бензола проводилось при равновесном относительном давлении пара Р/РS=1.

Для исследования селективности к предельным углеводородам определяли адсорбцию гептана из растворов его в толуоле, для изучения термодеструкции и термосинтеза проводили термогравиметрический анализ, для определения изменения структуры и состава поверхности - инфракрасный спектральный анализ. Морфология поверхности материалов исследовалась с помощью сканирующего зондового микроскопа. Для определения оптимальных условий сернокислотной обработки поставлен активный эксперимент по плану-матрице композиционного ротатабельного униформ-планирования 2к.

Для определения удельной поверхности частиц построена изотерма адсорбции бензола весовым методом. Газохромато-графический анализ проводили на хроматографе Кристалл 2000М.

Таблица Способы обработки коксовой пыли (КП) Выход Соотношесорние пасты бента реагент- Температура и Обозначение Реагент из коккоксовая время обработки сорбента совой пыль (по пыли, массе) % KOH(насыщенный 750оС, 3 ч 1:5 КП-KOH раствор) H3PO4-80% 450 оС, 3-4 мин 1:3 КП-H3PO4-80% масс.

H3PO4-20% масс 1:5 100оС, 3 ч КП-H3PO4-20% H2O2-10% масс. 1:10 Ткомн, 24 ч КП-H2O2 HNO3-56% масс. 1:3 450 оС, 3-4 мин КП-HNO3-56% HNO3-20% масс. 1:5 100оС, 3 ч КП-HNO3-20% MgCl2(насыщенный 98 оС, 3 ч, 1:5 КП-MgCl2 600 оС, 3 ч раствор) H2SO4(конц) 1:3 180 оС, 3 ч КП-H2SO4(конц) В третьей главе изучалось влияние методов активации на свойства сорбентов из коксовой пыли.

Химическая активация коксовой пыли с термообработкой получаемых паст позволяет направленно регулировать строение поверхностного слоя и прогнозировать свойства материалов.

Для сорбентов проведен технический анализ (табл. 3), определены характеристики пористой структуры некоторых образцов (табл. 4). Адсорбционную активность оценивали по показателям для углеродных сорбентов и сравнивали с промышленными (табл. 5).

Для изучения влияния времени выдержки перед термообработкой на свойства образцов исследовали пористую структуру пикнометрическим зондированием.

Для разработки технологии производства сорбентов в качестве перспективных способов выбраны обработка щелочью и обработка серной кислотой (как первичное окисление углеродной матрицы).

Для определения оптимальных условий первичного окисления углеродной матрицы постановлен активный 2-х факторный эксперимент по плануматрице композиционного ротатабельного униформ-планирования второго порядка.

Независимыми критериями выбраны концентрация окислителя и температура обработки пасты из серной кислоты и коксовой пыли. Уровни варьирования представлены в табл. 6.

Таблица Характеристики углеродных материалов Влаж- Золь- Истинная ПорисНазвание Выход летучих ность, ность, плотность, тость, материала веществ, % % % г/см3 % КП 0,5 1,3 9,8 1,61 КП-KOH 7,9 2,3 10,0 1,56 КП-H3PO4 2,1 3,2 9,0 1,2 80% КП-H2O2 1,2 3,0 8,5 1,52 КП-HNO3 2,8 5,7 5,0 1,12 56% КП-MgCl2 3,9 4,6 5,6 1,73 КП- 0,9 4,1 8,2 1,05 Н2SO4(КОНЦ) Таблица Характеристика пористой структуры сорбентов Название VS, м3/кг V, м3 /кг Vми, м3/кг Vме, м3/кг Vма, м3/кг материала КП 0,13 10-3 0,36 10-3 0,03 10-3 0,22 10-3 0,КП-KOH 0,89 10-3 1,11 10-3 0,22 10-3 0,41 10-3 0,КП-HNO30,06 10-3 0,56 10-3 0,06 10-3 0,30 10-3 0,56% КП-MgCl2 0,50 10-3 0,46 10-3 0,16 10-3 0,20 10-3 0,КП-H2SO4конц. 0,11 10-3 0,74 10-3 0,11 10-3 0,39 10-3 0,Примечание: VS - предельный адсорбционный объем пор; V - суммарный объем пор;

VМИ, VМЕ, VМА - объём микро-, мезо- и макропор.

В целом произошло увеличение количества пор у всех сорбентов, наилучшими структурными характеристиками обладает материал КП-КОН.

Таблица Адсорбционные характеристики сорбентов Активность Осветляющая способОбозначение Активность по С6Н6(г), ность по метиленовому материала по йоду г/100 г голубому КП 0,55 25 4,КП-KOH 3,97 57 54,КП-KOH- 5,83 80 32,КП-H3PO4-80% 2,97 35 19,КП-H3PO4-20% 0,98 30 18,КП- HNO3-59% 1,63 35 14,КП- HNO3-20% 1,48 32,5 24,КП-MgCl2 1,40 42,5 9,КП-MgCl2- 1,69 25 25,КП-H2SO4-180С 1,96 35 15,КП-H2SO4-180С 1,21 32,5 СКТ 61,58 115 66,АГ-3 31,46 25 61,Примечание: означает, что образец предварительно выдерживался в пасте с реагентом при комнатной температуре 24 часа, а затем подвергался термообработке.

Таблица Уровни варьирования концентрации и температуры Концентрация, % Температура, С Факторы (x1) (x2) Основной уровень (0) 40 4(x) Интервал варьирования 15 2Верхний уровень (+1) 55 6Нижний уровень (-1) 25 1Звездные точки:+ (+1,414);

61; 19 750; - (-,414) Таблица Математические модели термического окисления коксовой пыли Критерий Условия Уравнение:

Фишера t хС хПараметр Эмпиx1=, x2= Крипи- С,% Т,С х1 хтич.

рич.

Выход 2,67 9,12 y=91,8 +1,1627x12 40 4y=1,88+0,4164x1+0,18x1x2Влажность 2,22 9,12 57 60,199x12-0,852xСерни- y=5,8-1,94x1+2,55x28,53 9,12 32 стость 2,75x1x2+2,48x12+1,22xЕмкость y=0,056+0,023x1+0,009x23,77 9,12 68 4по С6Н6 0,003x1x2-0,006x12-0,008xЙод. число 8,96 9,12 y=24-5,42x2+3,75x1x2+4,91x12 68 4Осветляющая способность по ме- 8,93 9,12 y=59,4-5,493x2-13,15x12-,817x22 40 3тиленовому голубому Истинная 1,36 9,12 y=3,9+0,2x1x2+0,45x12+0,5x22 40 4плоность Пористость 7,85 9,12 y=39,4-3x1x2 40 4Оптимальное значение концентрации серной кислоты составило 68 % масс.; оптимальная температура термообработки - 415 С (см. табл. 7).

Далее образец КП-H2SO4(68%)-415С подвергали термообработке при 950С (для достижения эффекта терморасширения) и при 750С с добавлением карбоната кальция для достижения эффекта газовой активации. Блок-схема способов получения сорбентов показана на рис. 2.

Для оценки сорбционной активности сорбентов при концентрации органических поллютантов ниже насыщения экспериментально построены изотермы адсорбции паров бензола сорбентами (рис. 3).

Для сорбентов, полученных по описанным способам, определены адсорбционные характеристики (табл. 7). Для изучения морфологии поверхности углеродных сорбентов использовали сканирующую зондовую микроскопию.

На рис. 4 представлены микрофотографии, 3D-изображения поверхностей и микропрофили поверхности сорбентов.

Коксовая пыль Рис. 2. Принципиальная схема Сушка способов получения Смешение с гидроксидом Смешение с серной кислотой 1:сорбентов:

калия 1:Пиролиз 4150С КП-Н2SO4 - 950C - терморасТермообработка 7500С ширенный сорбент; КП Н2SO4 - Промывание материала на фильтре СаСО3 - углеминеральный сорСушка Промывание материала на фильтре бент, КП-КОН - сорбент КП-H2SO4 -4000С щелочной активации Сушка Смешение с мелом Термообработка 9500С КП-КОН Термообработка 7500С КП-H2SO4 -9500С КП-H2SO4 СаСОа, ммоль/г 0,Рис. 3. Изотеркп мы адсорбции паров 0,бензола полученными КП-Н2SO4сорбентами, характеСаСО0,КП-H2SO4 ризующие увеличение адсорбционной КП-КОН емкости (а) в интер0,вале относительных давлений (p/ps) 0Е0,при различных видах обработки коксовой пыли 0 0,2 0,4 0,6 0,Р/Ps Таблица Адсорбционные характеристики углеродных материалов Образец Осветляющая способ- Активность Уд. поверх- ность по м.г, % по йоду ность, м2/г К. П. 25 4 КП-Н2SO4(68%)Ц СаСО375 40 750С КП-H2SO4(68%)-950С 150 42 3КП-КОН 80 54 2СКТ * 115 66 7АГ * 25 62 10Рис. 4. Электронная микрофотография (а) и 3D-изображение (д) частицы КП; электронная микрофотография (б) и 3D-изображение (е) частицы КП-КОН; электронная микрофотография (в) и 3D-изображение (ж) частицы КП-H2SO4 - СаСО3-750С; электронная микрофотография (г) и 3D-изображение частицы КП-H2SO4 - 950С(з) Для полученных образцов построены термогравиметрические кривые, по которым можно судить о частичном разрушении и упорядочении части первичной структуры с сохранением углеродного скелета. По результатам исследований была разработана принципиальная технологическая схема производства сорбентов.

В четвертой главе представлены направления использования активированной коксовой пыли при повышении качества растворителей и снижении эмиссии углеводородов из асфальтобетонов. Низкая стоимость и возможность безрегеративного использования углеродных сорбентов из коксовой пыли сделали оправданным возможность их применения внутри КХП ОАО НЛМК для доочистки толуола.

Для исследования селективности сорбентов к предельным углеводородам определили адсорбцию гептана из толуола (рис. 5).

Образцы адсорбируют преимущественно гептан в начальном интервале концентраций, что подтверждает их селективность по отношению к предельным углеводородам в разбавленных растворах.

Исследование влияния количества сорбента на показатели качества толуола проводили методом постоянной концентрации, варьируя массу навески.

Рис. 5. Изотермы адсорбции в системе толуол-гептан Хроматографически определяли состав равновесных растворов, рассчитывали концентрацию компонентов примесей, после чего определяли адсорбционную ёмкость по формуле (Снач Скон) V 0,а , m где Снач - концентрация компонента в исходном толуоле, г/мл; Скон - концентрация компонента в анализируемой пробе, г/мл; V - объём толуола, мл; - плотность толуола, г/см3, m - масса навески сорбента, г.

В табл. 8 представлены данные снижения концентрации примесей в товарном толуоле в зависимости от количества добавки сорбентов.

Таблица Адсорбция предельных углеводородов из товарного толуола сорбентами Адсорбционная ёмкость сорбента, Навеска сорбента, г г/100 мл (толуола) КП-КОН КП-H2SO4 -9500С КП-КОН КП-H2SO4 -9500С 1 1 0,104969 0,11780,5 0,5 0,090381 0,20590,25 0,25 0,066985 0,35450,125 0,125 0,698233 0,37430,0625 0,0625 0,990918 0,70040,03125 0,03125 1,293856 0,785График зависимости изменения концентрации примесей предельных углеводородов в товарном толуоле от количества сорбента представлен на рис. 6.

Хроматографические исследования доказали возможность использования сорбентов для повышения сортности товарного толуола. Оптимальная добавка сорбента составила 0,5 кг на 100 л толуола.

Авторами предложен способ снижения эмиссии углеводородов при отверждении битума путем введения добавок из коксовой пыли, углеминерального сорбента КП-H2SO4-СаСО3, отделенного от СаО (образец №1), и смеси в стехиометрическом соотношении по углеродной составляющей из КП-H2SO4СаСО3 и СаО (образец №2), в результате чего происходит запирание вредных веществ в добавках.

По данным хроматографического анализа построены зависимости количества выбросов (г) из 1 кг битума от дозировки добавки (рис. 7).

Рис. 6. Изменение содержания предельных углеводородов в товарном толуоле в зависимости от количества сорбентов Рис. 7. Зависимость эмиссии углеводородов от дозировки добавки Коксовая пыль обладает некоторой активностью по отношению к выделяющимся примесям, в то время как полученные сорбенты проявляют хорошие сорбционные качества. Применение образца № 2 показывает практически одинаковые результаты в сравнении с использованием образца № 1. На основании этого можно сделать вывод, что технология изготовлении данного сорбента может не предусматривать отделение образца от образовавшегося в процессе активации оксида кальция. Кривые имеют нисходящий характер и не имеют резких перепадов после точки, соответствующей 1 % добавки.

Суммарный эколого-экономический эффект от вторичного использования отхода коксохимического производства в качестве сырья для производства углеродных сорбентов, а также от снижения эмиссии углеводородов при использовании композиции из углеминерального сорбента и карбоната кальция в качестве добавки к асфальтобетонной смеси для снижения эмиссии углеводородов при отверждении битумов составил 450 тыс. руб./год.

ВЫВОДЫ 1. Исследованы закономерности активации коксовой пыли, являющейся отходом коксохимического производства, доказана возможность использования ее в качестве сырья для получения сорбентов широкого спектра действия. Разработаны способы получения сорбентов для повышения качества строительных материалов и снижения эмиссии поллютантов.

2. Выполнены спланированные эксперименты и определены оптимальные условия термохимической обработки коксовой пыли для получения из нее нескольких видов сорбентов, иисследовано влияние температуры обработки и концентрации активатора на свойства сорбентов. Определены оптимальные условия сернокислотной активации: температура 415оС, концентрация реагента 68 % масс.

3. Определены адсорбционные свойства и термическое поведение сорбентов, структура и морфология поверхности их частиц. Проанализировано влияние способов активации на формирование поверхности материалов и изменение адсорбционных свойств.

4. Предложена технологическая схема производства углеминеральных и терморасширенных углеродных сорбентов из коксовой пыли.

5. Получен сорбент для доочистки растворителей лаков и красок на примере толуола, определена оптимальная дозировка сорбента для снижения примесей углеводородов до предельно допустимых значений и способ введения (непосредственно в емкость для хранения);

6. Разработана технология добавления сорбента в асфальтобетонную смесь. Введение сорбента на порядок снижает эмиссию углеводородов при отверждении битумов.

7. Обоснована эколого-экономическая эффективность применения сорбентов в качестве добавки к асфальтобетону и утилизации углеродсодержащих отходов, суммарный эколого-экономический эффект от которых составил 4тыс. руб./год.

8. Технология введения сорбента в асфальтобетонную смесь была апробирована при укладке асфальтобетонных покрытий городских автомобильных дорог г. Липецка.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

Статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК 1. Андриянцева, С.А. Синтез и свойства адсорбционно-активных материалов, полученных на основе коксовой пыли / С.А. Андриянцева, А.В.

Бондаренко // Научные ведомости Белгородского гос. ун-та. Серия Естественные науки. - 2011. - № 9 (104), вып. 15. - С. 96-102.

2. Андриянцева, С.А. Повышение сортности товарного толуола с применением сорбентов из отходов коксохимического производства / С.А.

Андриянцева, А.В. Бондаренко // Вестник Тамбовского гос. техн. ун-та. - 2012. - № 1. (104), Т. 18. - С. 78-85.

3. Андриянцева, С.А. Снижение эмиссии углеводородов в атмосферу при отверждении дорожных асфальтобетонных покрытий / С.А. Андриянцева, А.В.

Бондаренко // Научный вестник Воронеж. гос. арх.-строит. ун-та.

Строительство и архитектура. - 2012. - № 1. - С. 156-162.

4. Андриянцева, С.А. Сорбенты для обеспечения экологической безопасности строительных материалов / С.А. Андриянцева, А.В. Бондаренко, Г.А.

Петухова // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. Серия Экологическая безопасность строительства и городского хозяйства. - 2012. - № 1. - С. 162-170.

Статьи в других изданиях 1. Андриянцева, С.А. Термическое окисление коксовой пыли как способ повышения сорбционной активности / С.А. Андриянцева, Р.Г. Рогатнев, А.В.

Бондаренко, Г.А. Петухова // Экология ЦЧО РФ. - 2009. - №1 (22). - С. 9-14.

2. Андриянцева, С.А. Микроскопический анализ морфологии поверхности углеродных материалов / С.А. Андриянцева, А.В. Бондаренко, И.С. Денисов, Г.А. Петухова // Экология ЦЧО РФ. - 2009. - №2 (23). - С. 10-18.

3. Андриянцева, С.А. Получение углеродных сорбентов методами химической активации коксовой пыли / С.А. Андриянцева // Эффективные конструкции, материалы и технологии в строительстве и архитектуре: сб. ст. - Липецк: ЛГТУ, 2006. - С. 85-88.

4. Андриянцева, С.А. Применение эксикаторного метода исследования изотерм адсорбции для изучения свойств гидрофобных нанопористых материалов / С.А. Андриянцева, И.А. Алипова, А.В. Бондаренко, Г.А. Петухова // Вестник ЛГТУ-ЛЭГИ. - 2007. - № 1(15). - С. 27-31.

5. Андриянцева, С.А. Исследование влияния химической активации на сорбционные свойства коксовой пыли / С.А. Андриянцева, А.В. Бондаренко // Повышение эффективности металлургических производств: сб. ст. науч.-практ.

конф. - Липецк, ЛГТУ, 2006. - С. 192.

6. Андриянцева, С.А. Методы получения углеродных сорбентов из отходов коксохимического производства / С.А. Андриянцева, А.В. Бондаренко, Г.А. Петухова, М.Л. Губкина // Актуальные проблемы адсорбции, пористости и адсорбционной селективности: сб. тез. докл. симпозиума. - М.Клязьма, 2007. - С. 151.

7. Андриянцева, С.А. Применение эксикаторного метода исследования изотерм адсорбции для изучения свойств гидрофобных адсорбционно активных углеродных материалов / С.А. Андриянцева, А.В. Бондаренко, Г.А. Петухова // Сорбенты как фактор качества жизни и здоровья: материалы III междунар.

конф. - Белгород, 2008. - С. 146-150.

8. Андриянцева, С.А. Изучение эффективности химической активации углеродсодержащих отходов для повышения адсорбционной активности / С.А.

Андриянцева, А.В. Бондаренко, Г.А. Петухова // Физико-химические процессы в конденсированных средах и на межфазных границах (ФАГРАН-2008): материалы IV Всероссийской конф. В 2 т. Т.2. - Воронеж, 2008. - С. 663-665.

9. Андриянцева, С.А. Химическая активация углеродсодержащих отходов как метод получения сорбентов для снижения эмиссии углеводородов из композитных материалов / С.А. Андриянцева, А.В. Бондаренко // Фундаментальная наука - ресурс сохранения здоровья здоровых людей: материалы Всероссийского науч. конгресса. - Тамбов, 2008. - С. 25-27.

10. Андриянцева, С.А. Использование отходов коксохимического производства для получения адсорбционно-активных материалов / С.А. Андриянцева, А.В.Бондаренко // Рециклинг, переработка отходов и чистые технологии: сб.

материалов V Междунар. науч.-практ. конф. - М.: ФГУП Институт ГИНЦВЕТМЕТ, 2009. - С. 45-48.

11. Андриянцева, С.А. Микроскопический анализ морфологии поверхности углеродных материалов, полученных химической обработкой коксовой пыли / С.А. Андриянцева, А.В. Бондаренко, Г.А. Петухова // Актуальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективности: материалы XIV Всероссийского симпозиума. - М.-Клязьма, 2010. - С. 35.

12. Андриянцева, С.А. Синтез и свойства адсорбционно-активных материалов, полученных на основе коксовой пыли / С.А. Андриянцева // Нано- и супрамолекулярная химия в сорбционных и ионообменных процессах: материалы всероссийской науч.-практ. конф. / под ред. А.И. Везенцева. - Белгород:

2010. - С. 12-14.

Светлана Александровна АНДРИЯНЦЕВА СНИЖЕНИЕ ЭМИССИИ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ СОРБЕНТОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ ОТХОДОВ КОКСОХИМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Подписано в печать 7.02.2012. Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная.

Ризография. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 120 экз. Заказ № ____ Издательство Липецкого государственного технического университета Полиграфическое подразделение Издательства ЛГТУ 398600 Липецк, ул. Московская, Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям