Главная страница
Сведения об авторах

УГЛЕРОДНЫЕ СОРБЕНТЫ И НОСИТЕЛИ КАТАЛИЗАТОРОВ ДЛЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ЦЕЛЕЙ

Карасева М. С., Носкова Ю. А., Передерий М. А., Казаков В. А., Институт горючих ископаемых, Москва, Россия
Цодиков М. В., Институт нефтехимического синтеза имени А. В. Топчиева Российской академии наук, Москва, Россия

Углеродные сорбенты (УС) — углеродсодержащие материалы, получаемые на основе природного или полимерного сырья, обладающие разветвленной пористой структурой и поглотительной способностью по широкому спектру веществ, извлекаемых из газовых и жидких сред. В качестве сырья для получения УС используются угли ряда метаморфизма (от бурого до антрацита), отходы деревоперерабатывающей и сельскохозяйственной промышленности (древесные опилки, скорлупа грецких орехов, косточки маслин). Разработанные технологии получения УС позволяют осуществлять направленное формирование их пористой структуры путем подбора оптимальных условий обработки исходного сырья.
УС применяются для очистки газовых выбросов, хозбытовых и производственных сточных вод; ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов; рекуперации паров летучих растворителей; в медицине и как основа для катализаторов различных процессов.
Полученные в лаборатории адсорбентов УС обладают развитой микропористой структурой (диаметр пор < 2 нм), что позволяет использовать их в качестве молекулярных сит для извлечения из газовых сред углеводородов бензиновых фракций (УБФ) С₃—С₇. Большие объемы УБФ теряются при добыче природного углеводородного сырья (природный газ, попутные газы нефтяных месторождений); с отходящими газами нефтеперерабатывающих предприятий; при загрузке/разгрузке углеводородного сырья в транспортные терминалы; заправке автомобилей; хранении углеводородного сырья; испарении УБФ из систем питания двигателей (карбюраторы, бензобаки).
Актуальность направления исследований обусловлена не только экономическим эффектом (по оценкам специалистов, только за счет этого можно получить до 20% всей экономии топливно-энергетических ресурсов), но и экологическим эффектом снижения загрязненности окружающей среды нефтепродуктами.
В табл. 1 приведены параметры пористой структуры дробленого буроугольного сорбента (образец № 1) и сферического сорбента из газового угля (образец № 2).

Таблица 1

Параметры пористой структуры образцов

Обозначения: V_сум — суммарный объем пор; W_s — предельный объем сорбционного пространства; V_ма — объем макропор; Е_о — характеристическая энергия адсорбции; х_о — эффективный размер пор.

Образцы УС испытаны в поглощении н-гептана из модельной смеси с метаном (отбензини-вание природных газов). Установлено, что оба сорбента обладают одинаково высокой адсорбционной емкостью по гептану, но по технологическим параметрам (скорость адсорбции и степень десорбции) некоторые преимущества имеет сферический сорбент на основе газового угля. Испытания на пилотной адсорбционной установке ВНИИГАЗа в условиях, приближенных к параметрам работы промышленных установок очистки природного газа, показали, что образец № 2 характеризуется почти в 3 раза более высокой адсорбционной емкостью по парам н-гептана (по массе), чем взятый для сравнения импортный силикагель КС-Трокенперлен-Н. Его динамическая адсорбционная емкость достигает 21,4 г/100 г.
Важной научной проблемой является создание устойчивых к агрессивным средам катализаторов на основе углеродных носителей (УН) для разложения высокотоксичных соединений. К таким процессам относятся каталитическое гидродехлорирование, которое является перспективным способом переработки промышленных отходов большинства химических производств, а также каталитическое разложение сероводорода, решающее важную экологическую проблему нейтрализации токсичных выбросов на производствах, связанных с добычей, потреблением и переработкой природных энергоносителей.
На основе УН получены железо-, магний- и палладийсодержащие катализаторы традиционным методом пропитки растворами соединений металлов с последующим их разложением при конвективном нагреве и под воздействием СВЧ-излучения (2,45 гГц) на оригинальной СВЧ-установке в лаборатории каталитических нанотехнологий ИНХС РАН. Метод СВЧ-излучения способствует формированию в порах носителя каталитически активных наноразмерных кластерных центров. Полученные катализаторы — 5% Fe, 2% Mg, 1% Pd /УН (где УН — дробленый древесный активированный уголь, фракция — 1—1,5 мм) испытывали в многофазном гидродехлорировании дихлорбензола и хлорбензола по реакции

C₆H₄Cl₂ + H₂ + 2NaOH = C₆H₆ + 2NaCl + 2H₂O.

Установлено, что разработанные катализаторы по активности превосходят известные каталитические системы на основе сибунита.
Для прямого разложения сероводорода по уравнению H₂S + ¹/₂O₂ = S + H₂O использовали сферический УН на основе газового угля. Результаты исследований представлены в табл. 2. Железоуглеродные системы, полученные СВЧ-воздействием, демонстрируют рекордную активность в селективном окислении сероводорода в серу. Исчерпывающее превращение сероводорода наблюдается при комнатной температуре и фиктивном времени контакта не более 1,5 с.

Таблица 2

Результаты испытаний катализаторов в разложении сероводорода

Примечание. Условия проведения эксперимента: модельная смесь — 0,5% Н₂S, 0,8% кислорода воздуха, остальное — метан; скорость газового потока — 2 000 ч-1; температура процесса — 150 °С; * — температура комнатная. Оценка активности и сероемкости катализатора проводилась при 100%-ной конверсии сероводорода до проскока.

Использование УС продиктовано доступностью сырья для их производства, невысокой стоимостью, устойчивостью к агрессивным средам, регенерируемостью, низким расходом в процессе, универсальностью, позволяющей применять УС в любом адсорбционном процессе.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ.

CARBON SORBENTS AND CATALYST CARRIERS FOR ENVIRONMENTAL MANAGEMENT PURPOSES

Karasyova M. S., Noskova Yu. A., Perederiy M. A., Kazakov V. A., Fossil Fuel Institute, Moscow, Russia
Tsodikov M. V., A. V. Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia

The study focus of the Laboratory of Adsorbents of the Fossil Fuel Institute is the production of carbon sorbents and related catalysts for environmental purposes. The suite of technologies has been developed to process raw materials and produce sorbents of various forms, particle sizes and porous structures. The highly efficient sorbents for absorbing hydrocarbons contained in benzene fractions have been generated.
The developers offer a new treatment method for carbon catalyst carriers based on the use of microwave radiation. The generated catalysts have been tested through oxidative decomposition of H₂S into S and hydro-dechlorination of highly toxic chlorinated organic compounds.

Главная страница

Сведения об авторах

Карасева Мария Сергеевна, аспирант, Институт горючих ископаемых, Ленинский просп., 29, Москва, 119991, Россия. Тел. (495) 955-45-77. E-mail
Носкова Юлия Алексеевна, аспирант, Институт горючих ископаемых, Ленинский просп., 29, Москва, 119991, Россия. Тел. (495) 955-45-77. E-mail
Передерий Маргарита Алексеевна, д-р техн. наук, Институт горючих ископаемых, Ленинский просп., 29, Москва, 119991, Россия. Тел. (495) 955-45-45. E-mail
Казаков Владислав Алексеевич, канд. техн. наук, Институт горючих ископаемых, Ленинский просп., 29, Москва, 119991, Россия. Тел. (495) 955-45-45
Цодиков Марк Вениаминович, д-р хим. наук, проф., Институт нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева РАН, Ленинский просп., 29, Москва, 119991, Россия. Тел. (495) 955-43-47. E-mail

© Независимое агентство экологической информации

Последние изменения внесены 12.07.07