PhD *, PhD *, PhD , PhD *, PhD *, PhD **, PhD **
* Грузия, Тбилиси, Тбилисский государственный университет им. Ив. Джавахишвили; Институт физической и органической химии им.
** Грузия, Тбилиси, Грузинский Политехнический Университет
ПРИРОДНЫЙ КЛИНОПТИЛОЛИТ ГРУЗИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ КАК АДСОРБЕНТ ОКСИДОВ АЗОТА
ABSTRACT. The possibility of using the natural clinoptilolite of the Georgian Zemo Handaki deposit in the process of adsorption of waste gases from clinker kilns of cement production was studied.
KEY WORDS: zeolite, adsorbent, exit gas, selectivity, cement clinker.
Введение
Природа – целостная система со множеством сбалансированных связей. Нарушение указанных связей приводит к изменениям в установившихся в природе круговоротах веществ и энергии. Развитие промышленности в последнее время вызвало серьёзные ухудшения состояния окружающей сред. Загрязнение атмосферы, водоёмов и почвы твёрдыми, жидкими и газообразными отходами достигает угрожающих размеров. Дальнейшее ухудшение состояния экосферы может привести к далеко идущим отрицательным последствиям для человечества. Поэтому охрана природы, защита её от загрязнений стала одной важнейших глобальных проблем [1].
При производстве цемента из клинкерных печей в атмосфере эмиссируются техногенно вредные оксиды: CO2, который способствует образованию «тепличного эффекта», а также SOx и NxOy – которые способствуют образованию «кислотных дождей».
Перед промышленностью стоит задача утилизации кислых газов, которая должна решаться с точки зрения защиты окружающей среды, а также с точки зрения экономической рентабельности [2].
Среди различных методов очистки газовых систем адсорбционные способы приобретают особое значение, т. к. только адсорбенты могут обеспечить практически полное улавливание примесей и, при этом, очистку сразу от нескольких компонентов. Существующий ассортимент адсорбентов позволяет решить до 75% всех задач газоочистки [3]. Из существующего разнообразия адсорбентов наибольшей селективностью характеризуются цеолиты, из них высококремнистые цеолиты характеризуются достаточно высокой кислотоустойчивостью и термостобильностью, что позволяет при высоких температурах вести процесс очистки газов, в состав которых входят агрессивные примеси: CO2, H2S, SO2, NH3, NxOy, Cl2 и др.
В последние годы, наряду с синтетическими цеолитами, для этих целей успешно используются более дешёвые и недефицитные природные цеолиты, месторождениями которых богата Грузия [4,5]. Высокая кислотоустойчивость высококремнистых природных цеолитов делает их незаменимыми поглотителями таких агрессивных газов как оксиды азота, серы, углерода, хлористого нитрозила и некоторых других. Этот цеолит (клиноптилолит) как в процессе поглощения оксидов азота, так и в процессе регенерации не претерпевает никаких структурных изменений и может быть многократно использован для очистки производственных отходных газов [6]. В отмеченных выше работах селективную адсорбцию этих соединений объясняют не молекулярно-ситовым эффектом, а специфическим характером взаимодействия между адсорбентом и адсорбатом.
Адсорбцию газообразных и жидких веществ твёрдыми телами исследуют как в статических, так и динамических условиях [5].
Результаты Исследования
В данной работе исследовалась возможность использования природного клиноптилолита (месторождения Земо Хандаки, Грузия) в процессе очистки отходящих газов из клинкерных печей производство цемента, содержащего примеси оксидов азота (NxOy). Эксперименты проводились в динамических условиях на специально сконструированной лабораторной установке проточного типа.
В адсорбционной колонке (24смх1см) лабораторной установки анализируемая проба перемещалась со скоростью 100мл/мин. В течение трёх часов через адсорбционную колонку было пропущено около 18литров газовой смеси.
На рисунке представлены хроматограммы анализируемых смесей (исходной и контрольной пробы) после адсорбционной колонки.
Рисунок. Хроматограммы анализируемых смесей: а) до адсорбции б) на выходе адсорбционной колонки: 1) воздух; 2) NO; 3) NO2; 4) N2O.
Из хроматографических данных был определён процентный (%, объёмный) состав исследуемых смесей (таблица).
Таблица. Процентный (объёмный) состав производственных отходных газов.
Состав смеси | Исходный (% об.) | Контроль (%, об.) |
Воздух | 19.57 | 53.39 |
NO | 31.55 | 21.96 |
NO2 | 22.14 | 13.05 |
N2O | 26.75 | 11.61 |
Полученные данные свидетельствуют, что концентрация оксидов азота после прохождения адсорбционной колонки уменьшилась приблизительно в два раза. При подборе оптимальных условий эксперимента возможно достижение полного поглощения оксидов азота.
Выводы
Таким образом, использование природного клиноптилолита в очистных адсорберах отходящих газов является весьма перспективным и рентабельным.
Работа была подготовлена при поддержке Министерства Образования и Науки Грузии и Национального Научного Фонда им. Шота Руставели. Грант № AR 216800.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Стратегии и политика в области борьбы с загрязнением воздуха. Обзор 2006 года, подготовленный в соответствии с конвенцией о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния. // Организация Объединенных наций. Нью-Йорк, Женева, 2007, 75, - С. 7-48. Защита окружающей среды Европы. Четвертая оценка. Европейское агентство по окружающей среде. // ЕАОС, Копенгаген, 2007, - С.72-87 Основы адсорбционной техники. / - М.: Химия, 1976, 512с. Tsitsishvili G. V., Andronikashvili T. G., Kirov G. N., Filizova L. D. Natural Zeolites. / Chichester (England), Ellis Hor Wood Ltd. 1992, 295 p. Eprikashvili L., Kordzakhia T., Andronikashvili T. Zeolites – the unique desiccation agent for organic liquids. / LAP LAMBERT Academic Publishing, 2015, 91p. , , Термический анализ природных цеолитов некоторых месторождений Грузии. // Georgian Engineering News, 2000, № 1, c. 98-101.