УДК 678.66.067.8.081.3
ПОЛУЧЕНИЕ АКТИВНЫХ УГЛЕЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ ОТХОДОВ
, – студенты гр. ИЗб–121, III курс,
Научный руководитель: , к. т.н., доцент
Кузбасский государственный технический университет
имени
г. Кемерово
По данным экологических служб в России образуется пластиковых отходов 1 млн. т. [1]. Только на территории Кемеровской области образуется 500 т. отходов пластмасс ежемесячно. Основное количество отходов в лучшем случае уничтожается захоронением в почву или сжиганием, большая же часть, как правило, это несанкционированные свалки. Между тем, 60–75 % полимерных отходов, по мнению специалистов, пригодны для переработки и могут использоваться как вторичные полимерные ресурсы. Поэтому проблема утилизации полимерных отходов, в нашем регионе, является на сегодняшний день наиболее актуальной, так же как и проблема очистки промышленных сточных вод. В Кемеровской области характерными загрязняющими веществами рек являются нефтепродукты, фенолы, соединения азота, железа, меди, цинка, марганца, взвешенные вещества. Известно, что наиболее распространенными методами очистки сточных вод являются сорбционные, однако, значительным недостатком, ограничивающим их применение, в настоящий момент, является высокая стоимость адсорбционных материалов. Эффективным решением данной проблемы является применение вышедших из употребления полимерных изделий для получения углеродных сорбентов.
Пиролиз является одной из основных стадий процесса получения пористых углеродных сорбентов – активированных углей (АУ), которые находят широкое применение в практике очистки газовых выбросов, сточных вод, в водоподготовке, являются носителями катализаторов и др.
Известно, что применение термических методов утилизации отработанных полимеров с применением низкотемпературного пиролиза позволяет максимально использовать энергетический потенциал отходов, так как в результате термической деструкции образуются пиролизные газы, обладающие высоким энергетическим потенциалом, и карбонизат, по свойствам аналогичный полукоксу.
Таким образом, полимерные отходы могут быть использованы для получения углеродных сорбентов (т. е. решаются одновременно две проблемы: первая утилизация вышедших из употребления полимерных изделий; вторая – получение УС).
Преимущества полимерных пористых материалов:
- дешевизной (по сравнению с керамикой и металлокерамикой); из полимерных материалов возможно получение малозольных углеродных сорбентов, что позволяет использовать их для очистки сточных вод в широком диапазоне изменения рН среды и для очистки газовых выбросов, содержащих кислые газы (сернистый, углекислый газ, сероводород и т. д.) возможностью достижения более высокой производительности; возможностью довольно точного регулирования размеров пор. Кроме того, полимерные фильтры можно формовать, придавая им практически любую форму.
В данной работе рассмотрены свойства углеродных сорбентов (УС) полученные из вышедших из употребления пластмасс, а также их способы модификации.
Так, например, из отходов полипропилена (ПП) и поликарбоната (ПК) методом пиролиза при температуре 550 0С с последующей карбонизацией в среде углекислого газа при температуре 900 0С получены УС [1, 2] . В табл. представлены их основные свойства и сравнительный анализ с известными промышленными сорбентами
Таблица
Сравнительная характеристика полученных образцов углеродных сорбентов с известными промышленными марками АУ
Показатель | АУ на основе ПП | БАУ-А | АУ на основе ПК | ОУ-А | КАУ-1 |
Объем микропор Vми, см3/г | 0,25 | 0,23-0,26 | 0,37 | 0,26-0,29 | 0,35-0,41 |
Объем мезопор Vме, см3/г | 0,10 | 0,08-0,1 | 0,04 | 0,13-0,18 | 0,10-0,15 |
Объем сорбционного пространства Ws, см3/г | 0,3 | 0,30-0,35 | 0,41 | 0,39-0,47 | 0,45-0,56 |
Адсорбционная активность по йоду, % | 63 | 60 | 91 | Не норм. | 103 |
Осветляющая способность по метиленовому голубому, мг/г | 201 | Не норм. | 183 | 225 | 260 |
Насыпная плотность, г/дм3 | 210 | 240 | - | Не норм. | 370 |
Содержание золы,% | 3,9 | 7 | 3,0 | Не более 10 | 4-7 |
Прочность на истирание, % | 61 | 60 | - | - | 89 |
Как видно из табл., что по основным техническим и сорбционным характеристикам полученные образцы АУ сравнимы с известными промышленными марками АУ: БАУ-А (ГОСТ 6217) и ОУ-А (порошкообразный осветляющий уголь ГОСТ 4453) и КАУ-1, и могут быть использованы в системах водоочистки. Объем микропор образца АУ, полученного на основе поликарбоната, в 1,3-1,5 раза выше, чем объем микропор ОУ-Аи сравним с высококачественными АУ, изготовленными из скорлупы кокоса (КАУ-1). Особенностью АУ на основе полимерных отходов является их низкая зольность.
Перспективным материалом для получения АУ является полиэтилентерефталат (ПЭТ) [1]. Для этого готовят композиционный материал из ВПЭТ, вспенивающий агент (профор –CF 40E) , терморасширенный графит в качестве наполнителя. Состав композиций (100:2, т. е. – 10 г ВПЭТ+0,2 г CF 40E). Свойства: плотность г/см3 – 0,9; пористость 31 %. Оптимальный состав композиции 0,2 ТГР+2,0 ВПЭТ+0,04 CF 40E (10:100:2), данная композиция обладает большой пористостью. Композиционный материал получают литьем под давлением, температура литья 260 oС. Полученный АУ разработчики рекомендуют использовать для очистки сточных вод.
Анализ научно-технической информации по использованию отходов синтетических полимеров для получения активных углей показал, что для этих целей наряду с физической активацией карбонизатов паром или диоксидом углерода используются методы химической активации и предварительной обработки полимерных материалов реагентами, что позволяет получать АУ с заданными свойствами. При химической активации происходит одновременная карбонизация и активация материала, что позволяет снизить энерго - и ресурсоемкость процессов: сократить время выдержки образцов, провести процесс в 1 стадию. Так, например, для получения образцов АУ из отходов полипропилена и поликарбоната были использованы методы: метод предварительной реагентной обработки отходов синтетических полимеров концентрированной серной кислотой с последующей активацией водяным паром, а также метод химической активации гидроксидом калия (КОН).
Таким образом, анализ литературных данных показал, что разрабатываемые способы переработки отходов ПП, ПК, ПЭТ не только решают проблему утилизации многотоннажных полимерных отходов, но и позволяют получить наносорбционные углеродные материалы экологического назначения.
Список литературы
Татаринцева, отходов термопластов как способ получения адсорбционных материалов / [и др] // Вестник СГТУ. – 2013 – № 1 (69) – С. 273–277. Вайсман, полимерных материалов при утилизации легковых автомобилей с получением активных углей / [и др] // Вестник СГТУ. – 2013– № 1 (69) – С. 273–277. Сурков, углеродных сорбентов из отходов поликарбоната методом химической активации / , , // Фундаментальные исследования. – 2012 – № 9 – С. 171–175 Сурков, полимерных отходов полипропилена и поликарбоната с получением углеродных сорбентов / , , // Вестник ПНИПУ. – 2012 – № 1 – С.89–96.