авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 16 |

«Национальная академия наук Беларуси Институт природопользования НАН Беларуси Белорусский ...»

-- [ Страница 2 ] --

4. Протокол заседания Президиума Советов Министров Республики Беларусь «О ходе выполнения Го сударственной программы «Торф»» от 21 апреля 2009 года.

5. Государственная программа «Торф» (Утверждена постановлением Совета Министров Республики Беларусь от 23.11.2008 г., № 64).

УДК 532.7:536. Н.И. Гамаюнов, С.Н. Гамаюнов ОСМОТИЧЕСКИЙ ПЕРЕНОС В ТОРФЕ ГБОУ ВПО «Тверской государственный технический университет», Тверь, Россия e-mail: sng61@mail.ru Рассмотрены механизмы трансляционного переноса молекул растворителя и ионов под воз действием градиентов гидростатического давления, температуры, концентраций растворенных солей и электроосмоса в набухающих органических материалах, а также сопутствующие процессы ионного обмена и изменения структуры материала.

Диспергированный торф при набухании имеют гелеобразную структуру. Он представляет со бой концентрированный водный раствор высокомолекулярных соединений различного химического состава и структуры. В состав торфа входят минеральные компоненты различной дисперсности.

Макромолекулы, взаимодействуя между собой, образуют ассоциаты, а их совокупность – матрицу торфа, в которой отсутствуют сплошные каналы – капилляры.

В торфе имеются ионогенные группы. В процессе набухания они диссоциируют. Поступающие во внутриматричный раствор противоионы различной валентности совершают броуновское движение внутри пор в доступной для них части объема матрицы. Находящиеся на матрице и подвижные про тивоионы находятся в динамическом равновесии. В стесненном пространстве внутриматричного рас твора поливалентные противоионы могут рекомбинировать со свободными ионами противоположно го знака. Образуются ионные ассоциаты.

Матрица является пространственным молекулярно-ионным «ситом» [1–3], что осложняет пе ремещение крупных молекул и гидратированных ионов внутри нее.

Из внешнего во внутриматричный раствор поступают положительные и отрицательные ионы в эквивалентном по заряду количеству. Поступившие катионы вступают во взаимодействие с кислот ными ионогенными группами. Происходит ионный обмен, который приводит к изменению состава поглощенных катионов, структуры и степени набухаемости матрицы. Это является второй причиной, объясняющей более интенсивный перенос молекул воды по отношению к миграции ионов внутри торфа. Последние менее подвижные, чем молекулы воды.




Чистая вода при комнатной температуре состоит из упорядоченных ансамблей (кластеров) и «несвязанных» молекул. Перемещение кластеров в торфяной матрице затруднено.

Для торфа не применимы капиллярная модель массопереноса. В торфе отсутствуют сплошные и струйные потоки жидкости. Для гелеобразных торфяных систем теряют физический смысл такие понятия как поверхность адсорбции, моно- и полимолекулярные сорбированные слои, пленки жидко сти, двойной электрический слой.

Под потоком жидкости в бесструктурном торфе понимается совокупность дискретных активиро ванных скачков – трансляций [4] наименее связанных молекул жидкости. Они перемещаются через имею щиеся полости, поры внутри материала, размеры которых больше, чем диаметры молекул жидкости.

Для понимания физико-химического механизма массопереноса в торфе, рассмотрим простую ограниченную по объему систему, состоящую из n1 молей растворителя и n2 растворенного вещества, молекулы (ионы) которого имеют меньшую подвижность, чем растворителя. Для первого компонента (растворителя) значение идеальной парциальной мольной энтропии смешения равно (формула 1):

S1 = R ln (1 + n2 n1 ), (1) а изменение парциального изобарно-изотермического потенциала (формула 2):

G1 = H1 TS1 (2) В процессе смешения изменением парциальной энтальпии H1 можно пренебречь [5]. В этом случае (формула 3):

G1 = TS 1 = RT ln ( p s p s 0 ) = V1, (3) гдеV1 – объем моля растворителя, м3/кмоль;

ps и ps0 – давление насыщенного пара над раствором и чистым растворителем, Па.

Из соотношений (3) следует, что осмотическое давление (Па):

= (RT V1 )ln ( ps ps 0 ) (4) С учетом уравнений (1) и (3) при n2 n1 имеем:

RT n2 RTn RT ln1 + = ln N1 = = RTC, V1 n1 V1n (5) V1 () где С = n2 V1n1 – концентрация растворенного компонента, кмоль/м3.

Полученная зависимость – закон Вант-Гоффа для растворов низкой концентрации. Полагая при малой мольной концентрации растворенного вещества n2 n1, ps ps0 и –ln(ps/ps0) 1 – ps/ps0, из соот ношения (4) с учетом (5) получим закон Рауля (формула 6):

ps = ps0(1 – n2/n1) (6) Реальные процессы отличаются от идеальных. Они корректируются путем ведения эмпириче ских коэффициентов [2, 5].

Подъем жидкости в модельных материалах – в узкой щели или капиллярной стеклянной трубке на высоту h вызван всасыванием ее из внешнего объема. На внутренней гидрофильной поверхности узкого капилляра происходит адсорбция паров жидкости. Адсорбированные слои жидкости связаны молекулярными силами со стенками капилляра. Поэтому молекулы в них имеют меньшую подвиж ность, чем в обычной воде. В связи с этим, над мениском в узком цилиндрическом капилляре радиуса r давление насыщенного пара ps меньше, чем над поверхностью объемной чистой жидкости ps0. Мо лекулы последней, мигрируя в капилляр, стремятся «разбавить» концентрацию связанных молекул до нуля и довести давление пара над мениском до ps0. Возникает ситуация, которая наблюдается при ос мосе через полупроницаемую мембрану: свободные молекулы могут мигрировать в капилляр, а об ратный перенос адсорбированных молекул в объемную жидкость затруднен.





Для цилиндрических капилляров число молей адсорбированных молекул n2 на внутренней их поверхности капилляров существенно меньше, чем свободных n1. Согласно уравнению (5) возникает () осмотическое давление р = RTn2 V1n1, под воздействием которого происходит всасывание воды в капилляр. Величина n2 пропорциональна внутренней поверхности капилляра S = 2rh, где h – высота столба жидкости в капилляре, а n1 – его объему V = r2h. Отношение поверхности S столба жидкости к его объему V равно 2/r. С уменьшением радиуса капилляра возрастает относительная доля адсорби рованных молекул n2/n1 и осмотическое давление.

Подъем жидкости в вертикальном капилляре прекратится тогда, когда поток жидкости, вы званной осмотическим давлением, будет равен обратному потоку под воздействием гидростатическо го давления = gh.

В воде при наличии Н-связей межмолекулярные взаимодействия больше, чем с гидрофобной поверхностью. Поэтому вода не всасывается в гидрофобные капилляры.

Поглощение воды в торфе отличается от их сорбции в модельных средах. Оно происходит внутри полостей, пор торфа. Из зависимости от их размера на активных полярных центрах могут сорбироваться одна или несколько молекул воды. В более крупных порах образуются «гроздья» и упорядоченные кластеры из молекул воды, связанных между собой и активными центрами водород ными связями. Сорбированные молекулы менее подвижны, чем поступающие извне из парогазовой или жидкостной сред во внутрь торфа несвязанные молекулы растворителя. Последние стремятся «разбавить» концентрацию сорбированных молекул до нуля. Матрица оказывает механическое со противление притоку свободных молекул растворителя. Возникает осмотическое давление. В этом случае в уравнении (5) n1 и n2 – число молей свободных и связанных молекул.

Таким образом, капиллярное всасывание воды вызывается осмотическим массопереносом.

Осмотическое поглощение растворителя приводит к ограниченному (набуханию) или полному растворению высокомолекулярных соединений в жидкости [4–6]. Набухание имеет место тогда, ко гда напряжения, возникающие в матрице под воздействием осмотического давления, не превышают предельного значения, при котором происходит разрыв связей между макромолекулами, их ассоциа тами, составляющими неоднородную матрицу торфа.

Приведенная упрощенная схема механизма массопереноса может быть распространена на ши рокий круг подобных явлений. В любой смеси веществ имеются какие-то компоненты (газы, раство ритель, растворенные вещества, твердые частицы) более, а другие менее подвижные вследствие раз личных причин: проницаемости, фазовых переходов, адсорбции, ионного обмена, воздействия внут ренних и внешних полей, химических реакций. Активные составляющие системы (в частности, рас творитель) стремятся снизить концентрацию неактивных компонентов в пределе до нуля путем раз бавления. Это возможно, если система открытая [7], и имеется приток в данный объем активных компонентов из окружающего пространства.

По мере поступления в ограниченный объем активных компонентов малоподвижные составляю щие за счет флуктуаций, отбирая энергию у поступающих в объем молекул, переходят в более подвиж ное состояние. Вероятность таких процессов возрастает, если в систему извне поступает энергия.

После дифференцирования уравнения (1) по времени t при n2 = const и умножения правой и ле вой части его на рn1/s получим (формула 7):

p n1 dS1 R p dn1 Rn = = q1, (7) s(1 + n1 n2 ) dt n1 + n s dt где р – молекулярная масса растворителя, кг/кмоль;

s – сечение мембраны.

Производная, характеризующая скорость перехода неравновесной системы в равновесную, dS1 dt 0 при n1.

Процесс предельного разбавления вещества n2 в конечном объеме требует бесконечно большо го времени t и притока в этот объем растворителя n1. Следовательно, в реальном диапазоне времени открытая многокомпонентная система с различной степенью подвижности составляющих ее частиц – неравновесная. Поступление растворителя в объем происходит с постоянным снижением потока q1 во времени. Приток растворителя вызывает увеличение рассматриваемого открытого конечного объема.

Если он ограничен жесткой оболочкой, то осмотическое давление компенсируется упругими напря жениями, возникающими в оболочке.

Из уравнения (7) следует, что время установления равновесного состояния в открытом ограни ченном объеме зависит от числа молей растворителя n1 и растворенного вещества n2, а также от ин тенсивности поступления растворителя q1 в раствор.

Одномерное уравнение переноса жидкости запишем в виде (формула 8):

d (Du ) q1 = 0, (8) dx в котором коэффициент диффузии [4, 8] в набухшем материале мембраны (формула 9):

D = [а2/(60)]exp(–W/RT), (9) где а – расстояние активированного скачка молекулы жидкости, м;

0 – средний период тепловых ко лебаний молекул, с;

= 1 – 0/т – пористость мембраны;

0 = /(1 + u), – плотность набухшего мате риала, кг/м3;

u – степень набухания (влагосодержание), кг жидкости/кг сухого вещества;

т – плот ность твердых компонентов торфа, кг/м3;

W = W1 + W2 – энергия активации трансляций молекул жид кости, Дж/моль;

W1 – энергия их сорбции на активных центрах внутри доступного для них объема материала;

W2 = pV1, р – внешнее механическое, гидростатическое, барометрическое давление на жидкость, Па. Аналогичным образом можно учесть влияние гравитационных, электрических, маг нитных полей на активационные скачки молекул жидкости [6]. Согласно Онзагеру потоки вещества, вызванные различными причинами, аддитивно суммируются [9].

С учетом соотношения (9) после дифференцирования получим уравнение потока жидкости (формула 10):

u dW1 du uW dT uV1 dp q1 = D 0 1 + + (10) RT du dx RT dx RT dx Первая составляющая уравнения (10) в круглых скобках учитывает диффузию молекул жидко сти. Их перенос вызывается градиентом концентрации жидкости 0du/dx внутри торфа. Вторая со ставляющая учитывает сорбцию молекул жидкости внутри пор материала. Последующие два слагае мых уравнения (10) позволяют учесть потоки, вызванные градиентами температуры и внешнего дав ления. Если они отсутствуют, то соотношение (10) переходит в уравнение Фика. При воздействии осмотического давления при u, T = const, вместо р в (10) нужно подставить значение.

Приведенное уравнение массопереноса согласуется с экспериментом [10, 11].

Из результатов исследования следует [12], что под воздействием градиентов давления в набу хающем гелеобразном торфе, состоящим из высокомолекулярных соединений, минеральных компо нентов и растворителя (воды), происходит не сплошной, а дискретный перенос наименьшее связан ных молекул жидкости. С повышением температуры и ее градиентов возрастает термоперенос из-за увеличения числа и скорости активированных скачков несвязанных молекул воды. Осмотический перенос возникает при наличии градиентов концентрации сорбированного вещества, растворенных солей, ионов. Перенос растворителя, растворов солей в набухающем торфе сопровождается ионооб менными процессами, пептизацией или коагуляцией, что вызывает изменение его структуры, прони цаемости матрицы, показателя кислотности рН и соответственно интенсивности потоков мигрирую щих веществ.

Исследованы механизмы электроосмотического переноса совместно с массопереносом под воз действием градиентов гидростатического давления. Перенос чистого растворителя через мембрану из органоминерального материала происходит из-за увеличения концентрации в прикатодной зоне вы носимых из набухшего геля катионов. Проанализированы причины релаксации до равновесного со стояния торфа после воздействия постоянного электрического поля. Получены энергии активации трансляций молекул воды.

• Литература Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. М.: Химия, 1964. 574 с.

1.

Тагер А.А. Физикохимия полимеров. М.: Химия, 1978. 544 с.

2.

Бартенев Г.М., Френкель С.Я. Физика полимеров. Л.: Химия, 1990. 430 с.

3.

Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкости. Л.: Изд. АН СССР, 1959. 458 с.

4.

Курс физической химии // М.-Л.: Химия, Т. I., 1964. 624 с.;

Т. II., 1973. 623 c.

5.

Гамаюнов Н.И. Процессы переноса энергии и вещества. Тверь: ТГТУ, 2004. 284 с.

6.

Гленсдорф П., Пригожин И. Термодинамическая теория структуры, устойчивости и флуктуаций. М.:

7.

Мир, 1973. 280 с.

8. Кикоин А.К., Кикоин И.К. Молекулярная физика. М.: Наука, 1976. С. 318.

9. Де Гроот С.Р., Мазур П. Неравновесная термодинамика. М.: Мир, 1966. 456 с.

10. Гамаюнов Н.И., Гамаюнов С.Н. Массоперенос и осмотические явления в набухающих органических материалах // ИФЖ. 2003. Т. 76, № 6. С. 110–117.

11. Гамаюнов Н.И., Гамаюнов С.Н. Массоперенос в торфах // Почвоведение. 2005, № 3. С. 337.

12. Гамаюнов Н.И., Гамаюнов С.Н. Тепломассоперенос в открытых системах: монография. Тверь: ТГТУ, 2009. 258 с.

УДК 665.7.032.53:66.081:541.183. С.Н. Гамаюнов, А.Н. Гамаюнова ТЕРМОАКТИВАЦИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО ТОРФА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТОВ ГБОУ ВПО «Тверской государственный технический университет», Тверь, Россия e-mail: sng61@mail.ru Предложен перспективный путь реального изготовления высокоэффективного дешевого сор бента многоцелевого назначения – термоактивированного гранулированного торфа.

Наряду с широким использованием торфа в качестве энергетического и бытового топлива, а так же для нужд сельского хозяйства, в последние десятилетия он находит большое применение для ре шения задач экологии, в частности, очистки сточных вод от различных видов загрязнений. Возмож ность эффективного использования торфа для охраны природы обусловлена специфическими физи ко-химическими свойствами торфа и продуктов его переработки, а также способностью взаимодейст вовать с экологически вредными химическими веществами искусственного, животного и раститель ного происхождения.

Важной задачей для любого промышленного региона является очистка промышленных и быто вых стоков. Это предопределило необходимость применения эффективных методов очистки, к кото рым, в первую очередь, следует отнести адсорбционный метод. Одним из перспективных видов сы рья для получения сорбентов является торф и продукты его химической и термической переработки.

В качестве сорбента находят применение как торф в естественном виде, так и модифицированный, подвергшийся механической переработке, а также химической или термической активации [1–3]. Не смотря на многообразие исследований в области применения торфа в качестве поглощающего мате риала различных солей и кислот [4, 5], остается нерешенной проблема изготовления из торфа конку рентоспособных сорбентов. Чем интенсивнее степень переработки торфа, тем большей эффективно стью очистки обладает поглотитель, полученный на его основе. Среди используемых для этих целей сорбентов особое место занимают активированные торфяные угли, способные в значительных коли чествах сорбировать различные органические вещества. Однако дефицитность и высокая стоимость активированных углей обусловливает необходимость проведения дальнейших работ по снижению их себестоимости и возможности их реального производства.

Выбор вида материала загрузки обусловлен, прежде всего, механической его устойчивости в процессе фильтрации. Поэтому до настоящего времени торф не нашел широкого применения в качест ве сорбционного материала вследствие ряда негативных явлений, обнаруживающихся в процессе его применения. К ним следует отнести плохую проницаемость потока жидкости, что значительно ухудша ет гидравлические характеристики фильтрующей загрузки, вынос в процессе фильтрации волокон тор фа, его выщелачивание в слабокислых и щелочных средах, приводящее к вторичному загрязнению во ды органическими соединениями. Первые два недостатка могут быть устранены путем грануляции торфа. Известно, что метод парогазовой активации торфа имеет ряд существенных недостатков: актив ные угли получаются механически непрочными, что требует введение специальных добавок;

для полу чения углей требуется специальное дефицитное сырье – высококачественный верховой торф высокой степени разложения. Существуют определенные трудности и при создании технологического процесса и его аппаратурного оформления, достаточно высокими являются энергозатраты производства.

Применение дешевых сорбентов для очистки нефтесодержащих сточных вод всегда актуально и экономически целесообразно. В качестве сорбента для очистки загрязненных вод от нефтепродук тов может быть применен гранулированный торф, прошедший термическую обработку.

Обычно вышеизложенные недостатки использования торфа можно уменьшить, если в качестве сорбента использовать торф, подвергшийся термической обработке. Использование гранулированно го торфа позволяет расширить диапазон действия торфяного сорбента благодаря более высокой про ницаемости потока фильтруемой жидкости [4].

Обоснованный выбор настоящего исследования предполагает решить ряд из указанных выше вопросов и устранить некоторые недостатки. Сущность разработанного метода получения механиче ски прочного гранулированного сорбента с достаточно развитой пористой структурой состоит в сле дующем. Торфяные гранулы изготавливают на тарельчатом грануляторе методом окатывания из вер хового пушицево-сфагнового торфа со степенью разложения 20–25%. При окатывании фрезерного торфа на тарельчатом грануляторе продукция получается близкой к сферической форме и заданного размера [5]. Исследование кинетики сушки гранулированного торфа показало, что продолжитель ность сушки в слое гранул размером до 5 мм практически не зависит от начального влагосодержания, что связано с испарением влаги во всем объеме материала. Затем высушенный гранулированный торф подвергали термической обработке в опытной пиролизной установке до получения полукокса.

Гранулы подвергали термической обработке в течение 6 часов при температуре 600–650°С. При за данной температуре гранулы выдерживали в пиролизной установке в течение 30 мин, а затем охлаж дали. Большое значение для выявления отклонений качественных показателей имеют простые экспе риментальные методы анализа. Определяли выход твердообразного продукта и проводили анализ его прочности, фильтрационной и внутренней пористости.

Получение прочного полукокса при его оптимальных размерах является важной задачей. Стадия пиролиза является процессом получения адсорбентов. На этой стадии гранулы приобретают механи ческую прочность, и создается их первичная пористая структура. Особенно велико воздействие на свойства гранул температуры нагревания при пиролизе. Наиболее прочные и плотные гранулы обра зуются при относительно низкой скорости подъема температуры. Прочность полукокса достигается при скорости нагрева 5°С/мин. При больших скоростях нагрева прочная структура не получалась.

Сорбент в виде гранул имеет насыпную плотность в среднем 380 кг/м3. Полученный полукокс далее применяется как фильтрующий элемент. Установлено, что при использовании торфяных полу кокса поглощение в них нефтепродуктов достигает 1–1,5 кг на 1 кг гранул. На сорбционные свойства торфа в значительной степени влияет процесс предварительной температурной обработки. Известно, что сушка оказывает огромное влияние на состояние структуры торфа. В зависимости от условий суш ки за счет различных морфологических и структурных преобразований может возникнуть большая или меньшая пористость торфа, которая оказывает существенное влияние на поглотительную способность.

В качестве основного способа испытаний в статических условиях был выбран метод раздавливания гранул. Испытания на сжатие высушенных гранул торфа, имеющих разный начальный диаметр, пока зали, что с уменьшением диаметра гранул их прочность возрастает. Механическая прочность гранул на истирание достаточно высока – 80–92%. Эти результаты устойчиво повторялись в опытах.

Принципиально важный результат проведенных экспериментальных исследований было уста новление широкого спектра пор. Более крупные поры выполняют функцию транспортных каналов.

Они служат для переноса адсорбируемых веществ во внутренние части зерен или гранул торфяного полукокса, где в микропорах происходит поглощение. Весь интервал микропористости торфяного полукокса представляет практический интерес для наиболее эффективного использования его ад сорбционной способности. И избыточное развитие транспортных каналов резко ухудшает качество полукокса как сорбента.

Установлено, что пористость самих гранул, обеспечивающих осмотическое поглощение влаги [6], влияет на поглотительную способность сорбента. Наименьшее гидравлическое сопротивление в слое, имеет слой гранул, состоящий из частиц полукокса с размером 3–4 мм.

Одним из основных вопросов, который необходимо решать на практике, заключается в том, чтобы выбрать наиболее эффективные виды материала загрузки, крупность ее частиц и высоту за грузки с учетом максимальной способности задерживать и аккумулировать в толще зернистого слоя загрязнения. Анализ результатов исследований пористой структуры, физико-механических и сорбци онных свойств торфяного полукокса позволяет считать, что образцы сорбента имеют достаточно раз витую пористую структуру. Основные его физико-механические показатели отвечают требованиям, предъявляемым к данному виду продукции. К преимуществам следует отнести также то, что после окончания срока эксплуатации фильтра с сорбентом на основании торфяного полукокса он легко утилизируется [7].

Наиболее эффективным направлением использования торфяного гранулированного полукокса является применение его в статических условиях для локализации и устранения разливов нефтепро дуктов, как на поверхности земли, так и на воде. Известно, что эти разливы представляют большую экологическую опасность.

Таким образом, по сравнению с традиционными фильтрующими материалами термообрабо танные торфяные гранулы имеют следующие преимущества:

1. Широкая сырьевая база исходного сырья, позволяющая организовать производство практи чески в любом регионе.

2. Экологическая чистота производства и применения, обусловленная использованием при родного сырья и применением оригинальной технологии его безреагентной обработки.

3. Емкость поглощение до 3 кг нефтепродуктов на 1 кг сорбента.

4. Частота замены сорбента при применении загрузки на основе гранулированного торфяного полукокса по сравнению с применением древесных опилок уменьшается в 20 раз.

5. Эффективность очистки сточных вод экспериментальным фильтром 0,95, что в три раза больше, чем при использовании опилок (0,3).

6. Простота утилизации отработанного сорбента.

• Литература 1. Новоселова Л.Ю., Сироткина Е.Е. Сорбенты на основе торфа для очистки загрязненных сред (об зор) // Химия твердого топлива, 2008, № 4. С. 64–77.

2. Гревцев Н.В. Использование торфа и продуктов его переработки в природоохранных технологиях // Изв. вузов. Горный журнал. 1996. Вып. 5–6. С. 135–139.

3. Испирян С.Р. Разработка методики комплексной оценки поглощения торфом нефтемаслопродуктов:

Автореф. дис. … канд. тех. наук. Тверь, 2001. 20 с.

4. Гамаюнов Н.И., Гамаюнов С.Н. Сорбция в гидрофильных материалах. Тверь: ТГТУ, 1997. 160 с.

5. Гамаюнов С.Н., Мисников О.С., Пухова О.В. Перспективные направления использования продукции на основе гранулированного торфа // Горный журнал. 1999. № 10. С. 41–44.

6. Гамаюнов Н.И., Гамаюнов С.Н., Миронов В.А. Осмотический массоперенос. Тверь: ТГТУ, 2007. 228 с.

7. Мисников О.С. Разработка научных принципов утилизации промышленных отходов с комплексным использованием ресурсов торфяных месторождений: Автореф. дис. … д-ра тех. наук. Тверь, 2007. 40 с.

УДК 622.331:622.271. С.Н. Гамаюнов, А.Н. Гамаюнова СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ДОБЫЧИ ТОРФА ГБОУ ВПО «Тверской государственный технический университет», Тверь, Россия e-mail: sng61@mail.ru Предложено модернизировать промышленную технологическую схему с раздельной уборкой из наращиваемых валков, в которой предполагается разработать и использовать машины и агрегаты многоцелевого назначения. Адаптивная технологическая схема позволит добывать одним комплек сом оборудования торф в малых объемах и различного условного качества.

Сырьем для большинства выпускаемой в настоящее время и перспективной торфяной продукции является обезвоженный крошкообразный (в т.ч. фрезерный) торф, добываемый послойно-поверхностным способом. Этот способ дает возможность максимально использовать энергию Солнца для сушки торфа и активно регулировать процесса его обезвоживания до заданных показателей качества. Разработано не сколько технологических схем добычи торфа поверхностно-послойным способом [1, 2].

Если оценивать возможность получения одним и тем же комплексом механизации торфа с раз личной условной влажностью в зависимости от требований потребителя, то наиболее приемлемым вариантом является промышленный фрезерный способ добычи [2].

В литературе по технологии торфяного производства изложено, что технологический процесс добычи торфа фрезерным способом состоит из цикла последовательных операций: фрезерования, во рошения, валкования, уборки и штабелевания, выполняемых системой самоходных и прицепных к тракторам машин [3]. Однако при этом забывается, что потребитель готов платить деньги не за торф, находящийся на подштабельных полосах полей добычи производителя, а за продукцию у себя на мес те потребления. Почему-то традиционно вопросу удобства отгрузки потребителю уделяется мало вни мания как уже на существующих предприятиях, так и при открытии новых. Покупают высокопроиз водительную импортную технику, например, пневматическую, работают по традиционным схемам со складами на краю карт, а потом начинаются проблемы с доставкой этого торфа к месту отгрузки. При ходится привлекать дополнительные технологические единицы: фронтальные погрузчики (или экска ваторы) и тракторные прицепы, которые доставляю торф на специальные площадки для перегрузки в автотранспорт. При этом на этой площадке опять создаются складочные единицы, где торф накапли вается перед отгрузкой потребителю. Естественно все это приводит к значительному удорожанию продукции. Не спасает даже наличие узкоколейной железной дороги, содержание и прокладка которой не окупается объемами перевозимого добытого торфа. В некоторых случаях на эту побочную «техно логическую» операцию уходит до 80% себестоимости. Поэтому никоим образом нельзя исключать из технологического процесса производства торфа его отгрузку и доставку к потребителю. Только когда учитывается стоимость торфа не в полевом франко-штабеле производителя, а на складе потребителя, тогда можно сравнивать преимущества той или иной схемы добычи торфа. Так и происходит на прак тике, когда производитель и потребитель – одно лицо, то есть когда фирма добывает торф для собст венных нужд (для дальнейшей переработки, сжигания на объектах малой энергетики и т. д.).

Все существующие технологические схемы промышленной добычи фрезерного торфа требуют для своей реализации не только немалого парка единиц узкоспециализированной техники (этот во прос в статье не рассматривается), но и в целом большого количества наименований разнотипного задействованного оборудования.

Самым известным способом добычи крошкообразного торфа (с у = 40 и 55%) является техно логическая схема с комплексом бункерных машин типа МТФ-43А [4]. До сих пор на многих мелких предприятиях использую эту технику, выпушенную в конце прошлого тысячелетия, эксплуатируе мую в прицепе к тракторам ДТ-75Б. В последние годы на рынке появились ее модификации: МТФ 43А-К, АТУ-20 и т. п., которые агрегатируются с колесными тракторами. Хотя они и стали более мо бильными, но кардинальных изменений в технологическую схему не внесли. Вне зависимости от то го, сколько в комплекте на одном участке торфодобычи работает уборочных машин – одна или шесть, все равно в комплекс средств механизации нужно включать отдельные высокопроизводитель ные машины и агрегаты по фрезерованию, ворошению, валкованию, окарованиванию, которые при малых объемах производства большую часть сезона будут простаивать. Помимо этого нужны средст ва погрузки (экскаватор, фронтальный погрузчик и т. п.) и доставки торфа (гусеничные тележки МТП-24Б) от штабелей с карт добычи к месту промежуточного складирования на суходоле перед по грузкой в автотранспорт.

Реализация добычи торфа по этой схеме требует как минимум девять наименований задействован ного оборудования. Сколько бы ни планировалось задействовать бункерных уборочных машин: две (для добычи 20 тыс.т торфа) или пять (минимум в промышленном комплексе), все равно требуется использо вание большей части из вышеперечисленного оборудования. Также вызывает сомнение возможность до бывать бункерными машинами торф повышенной влажности (более 65%) из-за ограниченной грузоподъ емности бункерной машины, а также возможного налипания убираемой продукции в ковшах элеватора и закрытых полостях бункера-накопителя. Особо следует подчеркнуть, что, как и было всегда, в межсезо нье основную массу оборудование нельзя использовать в хозяйственной деятельности предприятия. По этому большую часть года оборудование по промышленной добыче фрезерного торфа простаивает.

Таким образом, возможных путей адаптации данной технологической схемы для нужд малого бизнеса нами не выявлено.

Две другие технологические схемы, в которых используются при уборке перевалочные и пнев матические машины, мы рассматривать не будем, так как им присущи все те же отмеченные недос татки, как и в первой схеме, а также что наиболее важно, они предназначены только для добычи тор фа пониженной влажности (у = 40%).

Считается, что наиболее прогрессивной на сегодняшний день является промышленная техноло гическая схема с раздельной уборкой из наращиваемых валков [4]. В Финляндии разработали высо копроизводительный комплекс средств его механизации. Ключевой машиной этого комплекса явля ется погрузчик для непрерывного подбора валка фрезерного торфа и погрузки его в прицеп рядом идущего трактора. Этот ленточный погрузчик агрегатируется с колесным полноприводным тракто ром и состоит из приемного аппарата, выгрузного конвейера с направляющей воронкой, трансмиссии с пневматическими колесами, главной рамы, подъемного устройства выгрузного конвейера. С агрега тами такого типа производительностью 2500–3200 м3/ч технологическая схема с раздельной уборкой из наращиваемых валков известна во всем мире, как метод Хаку (HAKY).

Суть технологии по методу Хаку стоит в следующем. Валкование торфа осуществляют с по мощью скребкового валкователя, навешанного впереди трактора. Одновременно с валкованием про водится операция по разрыхлению слоя залежи, прицепленным к тому же трактору фрезерным бара баном. Таким образом, фрезерование нового слоя и валкование осуществляется одновременно, то есть за один проход трактора выполняется сразу две технологические операции. При работе по этой схеме посредине каждой карты образуется валок, наращиваемый в последующие 3–5 циклов, уборка торфа из укрупненного валка производится вне цикла, продолжительность которого два дня. На опе рации интенсификации сушки используют известные технические решения по ворошению торфа. Как отмечалось, погрузка торфа из укрупненного валка осуществляется ленточным погрузчиком в специ ально сконструированные бункерные прицепы большой вместимости. Обычно с одним погрузчиком работают 4–6 прицепов, которые транспортирую торф к штабелям, формируемым на окраине торфя ного месторождения, где к ним возможен подъезд автотранспорта под погрузку и для дальнейшей транспортировки торфа потребителям. Штабель формируется при помощи бульдозера. Следует отме тить, что все современное оборудование по добыче фрезерного торфа изготавливается на колесном ходу и агрегатируются с колесными тракторами.

Операции уборки, вывозки и штабелирования выведены за пределы технологического цикла сушки и не связаны с фрезерованием, ворошением и валкованием. Такой подход позволяет более полно использовать благоприятные условия сушки по сравнению с существующими схемами. Ис ключение взаимосвязи между двумя наиболее трудоемкими и менее надежными операциями уборки и фрезерования приводит к повышению надежности данного технологического процесса. Кроме того, этой схемой предусматривается формирование укрупненных складочных единиц вблизи постоянных автодорог, что позволяет резко сократить затраты на транспорт и повысить надежность круглогодич ной поставки торфа потребителю.

Раздельный способ добычи торфа – метод Хаку подходит для широкомасштабного производст ва на больших площадях – не менее 150–200 га. Выпускаемое для его реализации оборудование предназначено только для промышленного производства торфяной продукции и его использование на небольших месторождениях со сравнительно малой программой естественно будет нерентабельно.

Технологическая схема с раздельной уборкой хорошо себя зарекомендовала на многих торфо добывающих предприятиях ряда стран, где ведется добыча торфа в промышленных масштабах. На пример, в Финляндии по этому способу добывается около 80% фрезерного торфа. Практиками по достоинству оценены все преимущества технологии с раздельной уборки торфа из наращиваемых валков и в нашей стране [4]. Поэтому примем ее в качестве базовой при разработке адаптивной тех нологической схемы добычи одним комплексом крошкообразного торфа различного условного каче ства в зависимости от дифференцируемых потребностей.

Одним из направлений снижения себестоимости добычи торфа при малых масштабах произ водства является применение наиболее простой технологии и дешевого доступного оборудования.

Поэтому в перспективных машинно-технологических схемах однооперационные агрегаты должны быть по возможности заменены универсально-комбинированными. Кроме того, необходимо стре миться к выбору минимального числа марок, максимально используя универсальные машины [5].

Таким образом, для адаптации технологии добычи торфа по методу Хаку для работы на участках ма лой мощности следует предусмотреть:

1) возможность максимального использования оборудования в течение года;

2) снижение количества разнотипной техники;

3) расширение функций комбинированных агрегатов;

4) применение универсальных транспортных средств.

Как и в базовой схеме в разрабатываемом технологическом процессе добычи торфа предпола гается использовать машины агрегатируемыми энергонасыщенными колесными тракторами. Естест венно и оборудование будет иметь сравнительно высокую производительность. Тогда, чтобы оно не простаивало при малых объемах добычи, нужно стараться, чтобы эти машины комплекса выполняли как можно больше технологических операций, то есть предполагает создание и использование обо рудования многоцелевого назначения.

Это можно осуществить, если погрузчик будет выполнять не только уборку торфа из валков в прицепы, но и задействован как штабелирующая машина, а также круглогодично использоваться для погрузки торфа из штабелей в транспортные средства для поставки к месту потребления. Для этого нужно разработать новую машину – многоцелевой погрузчик (МЦП) непрерывного действия произ водительностью до 700 м3/ч, агрегатируемого с полноприводным колесным трактором.

Погрузчик непрерывного действия имеет по сравнению с одноковшовыми погрузчиками боль шую производительность, меньшую энерго- и металлоемкость. Состоит из рамы, заборного органа, приемного и выгрузного транспортеров, привода рабочих органов и транспортеров и гидравлической системы. Его рабочее оборудование: питатель нагребающего типа, транспортирующий орган – скреб ковый конвейер с установленным на конце подвижным лотком. При выполнении технологического процесса сыпучие материалы, захватываемые фрезой, подаются в левую часть ковша, далее – на при емный транспортер, с него на выгрузной скребковый конвейер и затем – в кузов рядом идущего транспортного средства.

Другой резерв по совмещению операций – использовать такие тракторные прицепы, которые позволили бы транспортировать торф не только с полей добычи, а также в межсезонье – доставлять продукцию к месту потребления. Поэтому нужно продумать возможность применения специальных тракторных поездов при вывозке торфа с полей добычи, с возможностью выхода этих поездов на до роги общего пользования. На рынке сельскохозяйственной техники есть много предложений по при цепам с широкопрофильными шинами низкого давления. Эти прицепы, агрегатируемые с колесными тракторами, могут передвигаться как по полям торфодобычи, так и по дорогам общего пользования.

Еще одной возможностью по снижению количества технологического оборудования является расширение функций, выполняемых трактором, используемым на совмещенной операции фрезерова ния-валкования. Его можно также задействовать на операции сушки (ворошения) торфа. Для этого необходимо предусмотреть возможность, чтобы все навесное оборудование на этот трактор было бы стросъемным. Кроме того желательно, чтобы этот трактор имел возможность сравнительно легко ос нащаться отвалом, чтобы работать совместно с МЦП при погрузке торфа из штабелей, при расчистке дорог, уборке территорий и других хозяйственных работах, а также, что не менее важно, в качестве пожарной техники.

Исходя из этих положений, в разрабатываемой адаптивной технологии вследствие применения наиболее простой технологии и универсально-комбинированных машин количество разнотипного оборудования будет сведено до минимума. Понятно, что количество единиц техники будет завесить от программы добычи, дальности вывозки и перевозки торфа, а также технических характеристик используемого оборудования. Помимо торфодобычи предлагаемый к разработке многоцелевой по грузчик можно будет использовать при приготовлении органических удобрений и компостов (ранее для этих целей использовали ПНД-250), а также расчистки и уборки дорог от снега.

Таким образом, разработка небольших торфяных месторождений должна предусматривать ма шины и оборудование, значительно отличающееся от техники, которая применяется для добычи тор фа промышленными предприятиями. Предлагается разработать многофункциональный погрузчик торфа, который в известной технологической схеме по добыче торфа с раздельной уборкой из нара щиваемых валков будет выполнять несколько технологических операций: погрузку торфа в стан дартные прицепы, формирование штабелей и отгрузку потребителю. Единичный комплект оборудо вания адаптивной технологии даст возможность добывать 20 тыс.т/год крошкообразного торфа ус ловной влагой как 40 и 55, так и 65%.

• Литература 1. Васильев А.Н. Перспективные технологии производства фрезерного торфа: Учебное пособие. 1-е изд.

Тверь: ТГТУ, 2007. 184 с.

2. Беляков В.А., Смирнов В.И. Организация технологического процесса добычи фрезерного торфа:

учебное пособие. Тверь: ТГТУ, 2006. 100 с.

3. Практическое руководство по организации добычи фрезерного торфа: учебное пособие / В.И. Смир нов и др.;

под ред. В.И. Смирнова. 1-е изд. Тверь: ТГТУ, 2007. 392 с.

4. Кузнецов Н.В. Научные основы создания средств комплексной механизации производства фрезерного торфа с раздельной уборкой из наращиваемых валков: Дис.... д-ра техн. наук: 05.05.06. СПб, 2003. 482 с.

5. Гамаюнов С.Н., Зюзин Б.Ф. Пути эффективного управления бизнесом на предприятиях торфяной от расли: монография. Тверь: ТГТУ, 2011. 128 с.

УДК 662. М.В. Ефанов НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ КОМПЛЕКСНОЙ ХИМИЧЕСКОЙ МОДИФИКАЦИИ ТОРФА АУ ХМАО-Югры «Технопарк высоких технологий», Ханты-Мансийск, Россия e-mail: tp@tp86.ru Исследованы химические превращения торфа в процессах о-алкилирования и этерификации.

Разработаны новые способы получения простых и сложных эфиров торфа, которые могут быть использованы для получения водорастворимых полимерных ПАВ и термопластичных связующих для плитных композиционных материалов.

Процесс карбоксиметилирования целлюлозы и древесины — перспективное производство по верхностно-активных веществ для применения в качестве регуляторов реологических свойств сус пензий [1]. Карбоксиметилированию непосредственно древесины посвящено значительное количество ра бот, обобщенных в обзоре [2].

Таким образом, продукты карбоксиметилирования находят широкое применение в промышленности, а сам процесс интенсивно изучается [2]. В работе [2] описано взаимодействие лигноуглеводных мате риалов (древесины различных пород) с монохлоруксусной кислотой в среде пропанола-2. Показано, что все изученные лигноуглеводные материалы различного состава вступают в реакцию с монохло руксусной кислотой в среде пропанола-2 с образованием частично растворимых (42–64%) в воде продуктов, содержащие до 12,0% карбоксиметильных групп.

Торф и древесина имеют общее сходство в химическом составе и одну биологическую приро ду. Однако работ по систематическому изучению процесса карбоксиметилирования торфа в различных средах в литературе не обнаружено. Поэтому одной из задач настоящей работы является изучение про цесса карбоксиметилирования торфа монохлоруксусной кислотой в среде пропанола-2 в присутствии гидроксида натрия для разработки способа получения водорастворимых поверхностно-активных по лимерных материалов.

Определен химический состав исходного переходного торфа. Влажность и зольность состав ляют 8,0 и 9,7% соответственно. Установлено, что исходный торф содержит: 16,63% битумов, 32, гуминовых кислот, 9,92 легкогидролизуемых полисахаридов, 9,38 целлюлозы и 21,5% лигнина. Со держание общих ОН-групп определенных по Верлею, составило 13,6% (0,08 моль ОН/1 г торфа). Ко личество монохлоруксусной кислоты (МХУК) использованное в синтезах составило (0,5 моль/моль ОН-групп торфа).

Карбоксиметилирование торфа проводили следующим образом. Навеску воздушно-сухого образца торфа массой 3,0 г помещали в трехгорлую круглодонную колбу, снабженную мешалкой и обратным холодильником, и добавляли при перемешивании 60 мл изопропилового спирта. Про должая перемешивание, постепенно добавляли 20 мл 30%-ного водного раствора NaOH и переме шивали при температуре 50С в течение 1–6 ч. Затем, постепенно добавляли монохлоруксусную кислоту из расчета 0,5 моль/моль ОН-групп торфа. Сосуд с реакционной смесью выдерживали 1– 6 ч при температуре 50–100°С. По окончании реакции полученный продукт отфильтровывали, промывали 96%-ным этиловым спиртом, подкисленным 90 %-ой уксусной кислотой до рН=5, затем нейтральной реакции и до отрицательной реакции на хлорид-ионы с раствором нитрата серебра и сушили при 60°С в сушильном шкафу до постоянной массы.

Карбоксиметилированные производные торфа анализировали на содержание карбоксиметиль ных групп (КМГ), растворимость в воде и водно-щелочном растворе (Р, %), определяли относитель ную вязкость (отн) их водных и щелочных растворов согласно ТУ для КМЦ [5].

Изучено влияние продолжительности предварительной щелочной обработки торфа при 50°С на свойства продуктов его карбоксиметилирования в среде пропанола-2. Продукт карбоксиметили рования с максимальными растворимостью в воде, водно-щелочном растворе и содержанием кар боксиметильных групп получен после обработки торфа водно-спиртовым раствором щелочи в те чение 6 ч при 50°С (стадия карбоксиметилирования 50°С, 3 ч) (таблица 1).

Изучено влияние температуры предварительной щелочной обработки в течение 3 ч на свойства продуктов его карбоксиметилирования в среде пропанола-2. Результаты представлены в таблице 2.

Таблица 1 – Свойства карбоксиметилированных производных торфа* Обра- Растворимость Растворимость отн. водного t, ч Содержание КМГ, % зец в H2O, % в 2%-ном NaOH, % раствора 1 1 13,2 42,7 44,6 0, 2 2 13,4 53,3 56,1 1, 3 3 14,8 56,7 66,0 1, 4 4 16,0 61,1 72,1 1, 5 5 16,6 83,1 81,5 1, 6 6 21,2 88,0 90,5 1, *Масса торфа – 3,0 г, температура щелочной обработки – 50°С, продолжительность карбоксиметилирования – 3 ч, темпера тура карбоксиметилирования – 50°С.

Таблица 2 – Свойства карбоксиметилированных производных торфа* Содержание Растворимость Растворимость отн. водного t, °С Образец КМГ, % в H2O, % в 2%-ном NaOH, % раствора 3 50 14,8 56,7 66,0 1, 7 60 16,6 61,7 68,9 1, 8 70 17,7 67,2 76,2 1, 9 80 18,5 73,4 80,8 1, 10 90 19,6 78,3 84,7 1, 11 100 20,5 80,1 87,2 1, *Масса торфа – 3,0 г, продолжительность щелочной обработки – 3 ч, продолжительность карбоксиметилирования – 3 ч, температура карбоксиметилирования – 50°С.

Карбоксиметилирование торфа при различной температуре (таблица 2), показало, что с уве личением температуры обработки щелочью с 50 до 100°С содержание карбоксиметильных групп в продуктах закономерно возрастает. Максимальная растворимость полученных продуктов в воде и 2%-ном водном растворе щелочи наблюдается при температуре предварительной щелочной обра ботки в 100°С. Относительная вязкость водных растворов полученных продуктов карбоксиметилиро вания торфа изменяется в пределах 0,91–1,16 (таблицы 1 и 2). Содержание карбоксиметильных групп зависит от продолжительности и температуры предварительной щелочной обработки торфа.

Таким образом, изменяя условия предварительной щелочной обработки торфа перед карбоксиме тилированием, можно синтезировать продукты с заданными свойствами, то есть осуществлять направ ленный синтез его карбоксиметиловых эфиров.

Известно, что процесс ацетилирования целлюлозосодержащих материалов можно использовать для получения термопластичных сложных эфиров для применения в качестве экологически чистых биостой ких и гидрофобных связующих для плитных материалов [2]. Процесс этерификации растительного сырья проводят в среде органических растворителей или в условиях механохимической обработки [2]. Механо химический метод активации растительного сырья для химической модификации является наиболее пер спективным в свете экономики и экологии [2, 6, 7]. Однако работ по систематическому изучению процес са ацетилирования (этерификации) торфа в различных средах литературе не обнаружено. Поэтому одной из задач настоящей работы является изучение этерификации торфа уксусным ангидридом в присутствии гидроксида натрия в условиях механохимической активации для интенсификации процесса и расширения сырьевой базы для получения связующих для плитных композиционных материалов.

Методика этерификации торфа состоит из двух стадий: щелочной предобработки и ацетилирования.

Щелочная предобработка. Для предварительной щелочной обработки (активации) навеску 200 г измельченного воздушно-сухого переходного торфа (фракция 0,25–1,0 мм) помещают в реактор емкостью 1 дм3, содержащий в качестве размалывающих тел стальные шары диаметром 5 мм, добав ляют NaOH (из расчета 25 % щелочи от массы торфа) и подвергают измельчению в течение 5 минут на планетарной мельнице АГО-3. Затем полученную реакционную массу вынимают из реактора, от деляют от размалывающих тел и помещают в эксикатор.

Ацетилирование. Активированный щелочью торф массой 2,0 г помещают в круглодонную кол бу емкостью 100 мл, снабженную обратным холодильником и помещенную в колбонагреватель, нагре тый до 80–120 °С. В реакционную смесь добавляют уксусный ангидрид (из расчета от 1–10 моль Ас2О на 1 моль ОН-групп торфа) и выдерживают ее при 80–120 °С в течение 2–8 ч. По окончании реакции колбу охлаждают до комнатной температуры и полученный продукт осаждают добавлением 50 мл дис тиллированной воды. Смесь отфильтровывают на пористом стеклянном фильтре (пор. 100) и промыва ют осадок дистиллированной водой от уксусной кислоты до нейтральной среды. Продукт высушивают до постоянной массы в эксикаторе. Растворимость продуктов ацетилирования торфа определяли в аце тоне, а содержание связанных ацетильных групп после омыления спиртовым раствором щелочи с по следующим обратным кондуктометрическим титрованием образующейся уксусной кислоты [3].

Изучено влияние продолжительности ацетилированиямеханохимически активированного в присутствии NaOH торфа на свойства полученных продуктов. Данные приведены в таблице 3. Из мельчение торфа в планетарной мельнице АГО-3 в присутствии NaOH повышает его реакционную способность к этерификации и, особенно к образованию частично растворимых в ацетоне продуктов.

С увеличением продолжительности ацетилирования происходит увеличение содержания связанных ацетильных групп в полученных продуктах и их растворимости в ацетоне. Установлено, что при уве личении продолжительности процесса ацетилирования торфа от 2 до 8 ч происходит увеличение сте пени превращения его ОН-групп от 48 до 73% (таблица 3).

Таблица 3 –Влияние продолжительности ацетилирования механохимически активированного в присутствии NaOH торфа на свойства полученных продуктов* Продолжительность Содержание Растворимость Степень превращения Образец ацетилирования, ч ацетильных групп, % в ацетоне, % ОН-групп, % Исходный торф – – 5 – 1 2 12,0 18 2 4 13,6 19 3 6 14,5 20 4 8 18,5 20 *Масса торфа – 2,0 г, мольное соотношение ОН:Ac2O=1:3, температура ацетилирования – 100°С.

Изучено влияние температуры ацетилирования механохимически активированного в присутст вии NaOH торфа на свойства полученных продуктов. Данные представлены в таблице 4. Как показы вают результаты проведенных экспериментов, с увеличением температуры ацетилирования от 80 до 100°С происходит закономерное увеличение содержания связанных ацетильных групп в получаемых продуктах и их растворимости в ацетоне.

Таблица 4 – Влияние температуры ацетилирования (t, °С) механохимически активированного в присутствии NaOH торфа на свойства полученных продуктов* Содержание Растворимость Степень превращения Образец Температура,°С ацетильных групп, % в ацетоне, % ОН-групп, % Исходный торф – – 5 – 5 80 10,8 14 6 90 11,3 20 3 100 14,5 20 7 110 13,5 24 8 120 13,8 24 *Масса торфа – 2.0 г, мольное соотношение ОН:Ac2O=1:3, продолжительность ацетилирования – 6 ч.

При увеличении температуры свыше 100°С содержание связанных ацетильных групп несколь ко уменьшается, вероятно, вследствие термической деструкции и растворения части ацетилирован ных продуктов в реакционной среде. Общая степень превращения ОН-групп торфа в зависимости от температурных условий изменяется от 43 до 58%.

Таким образом, изменяя условия предварительной щелочной механохимической обработки тор фа перед ацетилированием, можно синтезировать продукты с заданными свойствами, то есть осущест влять направленный синтез уксуснокислых эфиров.

• Литература 1. Григорьева Т.А., Давыдова М.И. Технологии получения КМЦ // Пластические массы, 1981. № 11.

С. 42–43.

2. Базарнова Н.Г., Катраков И.Б., Маркин В.И. Химическое модифицирование древесины // Российский хими ческий журнал, 2004. Т. 68. № 3. С. 108–115.

3. Методические указания по анализу торфа. Л.: Изд-во ВНИИТП, 1973. 87 с.

4. Закис Г.Ф. Функциональный анализ лигнинов и их производных. Рига: Зинатне, 1987. 288 с.

5. ТУ 6-55-40-90. Na-КМЦ. Технические условия. М: Изд-во Стандартов, 1990. 28 с.

6. Базарнова Н.Г., Кузьмина Н.В. Изучение влияния предобработки на ацилирование древесины // Пла стические массы, 1998. № 8. С. 34–36.

7. Базарнова Н.Г., Худенко С.В., Галочкин А.И., Ольхов Ю.А. Ацетилирование древесины в присутствии гидроксида натрия // Известия вузов. Химия и химическая технология, 1998. Т. 41. № 6. С. 120–123.

УДК 631. Л.И. Инишева1, М.А. Сергеева1, О.А. Голубина1, О.Н. Смирнов1, В.В. Конищук ДИНАМИКА ГАЗОВОГО РЕЖИМА ЭВТРОФНОГО ТОРФЯНОГО БОЛОТА Томский государственный педагогический университет, Томск, Россия е-mail: agroecol@yandex.ru Институт агроэкологии и природопользования Национальной академии аграрных наук Украины, Киев, Украина В настоящее время, в связи с проблемой изменения климата, большое внимание исследователи уделяют изучению цикла углерода и его составляющих в экосистемах (ЭС) биосферы [1, 2, 3]. По оцен кам, выполненным на основе разных методов, ежегодный сток углерода в экосистемах России состав ляет от 5+0,5 млрд т или почти 10% от глобального стока в наземные ЭС за счет нетто-продукции, оцениваемой как разность между ассимиляцией диоксида углерода и дыханием растений. Доля болот в земном углеродном балансе достигает 15% мировых запасов. Однако все эти цифры подлежат про верке. Биохимические процессы, протекающие в торфяных залежах, приводят к высвобождению угле рода в виде метана и диоксида углерода, которые и определяют газовый режим болот.

Целью исследования является изучение биохимического и газового режимов эвтрофного боло та Таган. Исследования проводились на территории южно-таежной подзоны Западной Сибири, отно сящейся по болотному районированию по О.Л. Лисс и др. [4] к северобарабинскому округу подтаеж ных эвтрофных осоково-гипновых болот. На этой территории отмечается активный линейный при рост торфяных отложений со средней скоростью 1,1 мм/год, что обусловлено высокой биологической продуктивностью характерной для болотных комплексов травяно-гипнового типа.

Объекты и методы исследования. Эвтрофное болото «Таган» с площадью 4068 га, располага ется в 11 км на юго-западе от г. Томска в древней ложбине стока р. Томи, подстилающими породами служат пески, супеси и суглинки [5, 6]. На болоте исследования проводились в 2-х пунктах. Пункт 1, координаты: 56°21' СШ, 84°47' ВД;

Торфяная залежь имеет мощность около 3 м и возраст - 3445± лет. Торфяная залежь сложена травяным и древесно-травяным торфом со степенью разложения от (с поверхности) до 55% на глубине 3 м. Торфяная залежь на п.3 (56°14' СШ, 84°30' ВД), мощностью 3 м, подстилается сапропелем, возраст торфяной залежи – 4035±50 лет [6].

Радиоуглеродное датирование торфяных залежей было проведено на радиоуглеродной уста новке QUANTULUS-1220 в лаборатории геологии и палеоклиматологии кайнозоя Института геоло гии и минералогии СО РАН (Новосибирск), ботанический состав и степень разложения торфа опре деляли по ГОСТ 28245-89.

В период с мая по сентябрь в пунктах наблюдений проводились наблюдения за уровнем болот ных вод (УБВ) по методике [7], окислительно-восстановительным потенциалом (ОВП) и температу рой стационарно заложенными в торфяную залежь датчиками. В этих же пунктах были заложены штанги для определения газового режима «peepers»-методом [8]. Анализ газа проводился на газовом хроматографе «Кристалл-5000.2».

Статистическая обработка результатов анализа проведена с помощью пакета Miсrosoft Office Excel.

Результаты и обсуждения. Погодные условия вегетационного периода 2011 г., в целом близки к многолетнему ряду, но отдельные месяцы существенно различаются. Так, количество выпавших осадков в мае, июне – в 1,5–2 раза ниже нормы. В июле количество осадков превысило норму в 2, раза. Это оказало влияние на динамику УБВ (рисунок 1).

В результате снижения УБВ за вегетационный период окислительные условия прослеживаются в торфяных залежах пунктов 1 и 3 до глубины 20–40 см, ниже по профилю отмечаются резко восстановительные условия. В торфяной залежи п. 1 динамика окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) имеет следующую закономерность: в мае окислительные условия (500–600 мВ) устанавливаются в слое 0–10 см с резкой сменой на восстановительные условия уже в слое 10–20 см.

В конце июня окислительные условия формируются и в слое 10–20 см (183–283 мВ). Граница окислительных условий достигает 40 см глубины с середины августа и сохраняются в этом слое до конца вегетационного периода. Следует отметить и особенность окислительно-восстановительных условий в торфяной залежи п.1, которая заключается в резкой смене ОВП на глубине 40 см на отрицательные значения, указывающие на резко восстановительные условия /-69/ – /-270/ мВ.

Температура, 0С Осадки, мм 60 40 20 0 май июнь июль август сентябрь Уровень вод, см Пункт 1 Пункт  Осадки, мм Осадки, среднемноголетние значения Температура, 0С Температура, среднемноголетние значения Рисунок 1 – Погодные условия (http://meteocenter.net) Пониженные УБВ в торфяной залежи п.3 в весенний период по сравнению с п.1 определяют и более окислительные условия в слое 0–20 см в мае (до 720 мВ). Вместе с тем, дальнейшее проникновение высоких значений окислительно-восстановительных потенциалов ограничивается глубиной 30 см, что меньше по сравнению с п.1. Более низкие значения ОВП характерны и для инертного слоя торфяной залежи (до /-350/ мВ). Таким образом, можно констатировать наличие окислительных условий в весенний период в торфяной залежи п.3, которые в дальнейшем сохраняются в слое 0–20 см до конца вегетационного периода (в п.1 до 40 см), а также резко восстановительных условий в более глубоких слоях торфяной залежи.

Рассмотрим изменение концентрации СО2 и CH4 в торфяных залежах болота Таган. В среднем за вегетационный период концентрация СО2 была 0,41 ммоль/л (далее – ед.), с пределами от 0,00 до 0,81 ед. Менее активно процесс образования СО2 протекал в профиле п.3 (0,21 ед.). С глубиной кон центрация СО2 увеличивается в 1,5–3 раза, наиболее интенсивное увеличение СО2 отмечается в авгу сте (рисунок 2). В торфяной залежи п.1 в августе концентрация СО2 в верхнем слое составила 0,08 ед., на глубине 250 см – 0,18 ед., в профиле торфяной залежи п.3. на аналогичных глубинах соот ветственно 0,14 и 0,81 ед.

Полученные данные совпадают с результатами других авторов [10–12]. В августе, как уже от мечалось выше, в торфяных залежах наблюдалось резкое снижение УБВ, поэтому в верхнем полу метровом слое большая часть образовавшегося СО2 выделилась в атмосферу. В восстановительных условиях торфяных залежей, вероятно, происходило растворение образовавшегося СО2, что фиксиро валось «peepers»-методом.

В целом за рассматриваемый вегетационный период наиболее высокие концентрации СО2 были отмечены в августе, а наименьшие – в июне.

Концентрация CH4 изменялась в пределах 0,00–0,69 ед. при среднем значении 0,3 ммоль/л. С глубиной концентрация CH4 в исследуемых залежах увеличивается примерно в 1,5–2 раза (рису нок 3), что согласуется с результатами других исследователей [11–14]. Так, в профиле торфяной за лежи п.1 концентрация CH4 изменялась в пределах 0,00–0,46 ед., при этом максимальные значения были зафиксированы в июле в придонных слоях (0,46 ед. на глубине 250 см).

Пункт 1 Пункт 3 ммоль/л 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0, 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0, Глубина,см август сентябрь май июнь июль Рисунок 2 – Динамика диоксида углерода в торфяных залежах Пункт 1 Пункт 3 ммоль/л 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0, Глубина, см май июнь июль август сентябрь Рисунок 3 – Динамика метана в торфяных залежах Торфяная залежь п.3 характеризуется повышенным содержанием CH4 в июле (0,36 ед.) на глу бине 200 см. Вместе с тем июль отличается более активным процессом образования CH4 по всему профилю торфяных залежей. Резкое понижение УБВ в августе привело к снижению концентрации CH4 в торфяных залежах, при этом в верхних слоях концентрация СН4 близка к нулевым значениям (п.1–0,08, п.3–0,01 ед.).

Выводы:

1. На основании проведенных исследований показано, что торфяные залежи эвтрофного болота Таган биологически активны по всему профилю.

2. Концентрация диоксида углерода и метана с глубиной увеличивается, максимальные значе ния отмечаются в слое 200–250 см. В сезонной динамике СО2 наиболее высокие значения отмечаются в августе, СН4 – в июле.

4. Динамика образования диоксида углерода и метана определяется биологической активно стью и ОВП торфяных залежей.

  • Литература 1. Глаголев М.В. Метаногенез болот (результаты и перспективы исследований) // Вестник ТГПУ. Вып. (78). 2008. С. 74–77.

2. Наумов А.В. Верховые болота лесостепной зоны как источник/сток парниковых газов // Материалы Третьего Международного полевого симпозиума «Западно-Сибирские торфяники и цикл углерода:

прошлое и настоящее» (Ханты-Мансийск, 27 июня – 5 июля 2011). Новосибирск, 2011. С. 123–125.

3. Сергеева М.А. Динамика образования диоксида углерода и метана в торфяных залежах эвтрофного болота «Таган» // Материалы Третьего Международного полевого симпозиума «Западно-Сибирские торфяники и цикл углерода: прошлое и настоящее» (Ханты-Мансийск, 27 июня–5 июля 2011). – Новосибирск, 2011. С. 133–135.

4. Лисс О.Л., Абрамова Л.И, Аветов Н.А. и др. Болотные системы Западной Сибири и их природоохран ное значение. Тула: Гриф и К, 2001. 584 с.

5. Инишева Л.И., Порохина Е.В., Аристархова В.Е., А.Ф. Боровкова. Выработанные торфяные месторождения, их характеристика и функционирование. Томск: Изд-во ТГПУ. 2007. 225 с.

6. Болотные стационары Томского государственного педагогического университета: Л.И. Инишева, В.Ю. Виноградов, О.А. Голубина, Г.В. Ларина и др.;

Томский государственный педагогический уни верситет. Томск: Изд-во ТПУ, 2010. 118 с.

7. Наставления гидрометрическим станциям и постам - Л.: Гидрометеорологическое издательство, 1987.

8. Eilrich B. Formation and transport of CH4 and CO2 in deep peatlands – Presentee a la Faculte des Sciences de l’Universite de Neuchatel (Suisse) pour l’obtantien du grade de Docteur es Sciences, 2002. P. 168.

9. Купревич В.Ф., Щербакова Т.А. Почвенная энзимология. Мн.: Наука и техника, 1966. 275 с.

10. Смагин А.В., Смагина М.В., Вомперский С.Э., Глухова Т.В. Генерирование и выделение парниковых газов в болотах // Почвоведение. 2000. № 9. C. 1097–1105.

11. Наумов, А.В. Углекислый газ и метан в почвах и атмосфере болотных экосистем Западной Сибири // Сибирский экологический журнал. 2002. № 3. С. 313–318.

12. Локализация парниковых газов в торфяной толще болот Западной Сибири / А.И. Поздняков, Е.В. Шеин, Н.С. Паников и др. // Физика почв. 2003. № 6. C. 697–700.

13. Сезонные изменения растворенного метана в вертикальном профиле болот западнодвинской низины / А.А. Сирин, М. Нильсон, Д.Б. Шумов и др. // Доклады Академии наук. 1998. Т. 361. № 2. С. 1–4.

14. Мастепанов, М.И. Кинетика газообмена в профиле сфагнового болота: от метаногенеза к эмиссии:

автореф. дис…канд. биол. наук. / М.И. Мастепанов. М., 2004. 24 с.

УДК 662.331:878 + 662. Т.Я. Кашинская, Н.В. Шевченко, Л.П. Калилец ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕХАНОАКТИВАЦИИ ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ ТОРФА Институт природопользования НАН Беларуси, Минск, Республика Беларусь e-mail: nature@ecology.basnet.by Представлены результаты исследований изменений физико-технических и химических свойств торфа при переработке в различных диспергирующих механизмах: мельница размола проб расти тельного происхождения МРП-2 (ножевой рабочий орган), аппарат вихревого магнитного поля В 100К-07, пружинная дробилка ИГРО, шаровая мельница, аттритор.

С целью поиска путей увеличения эффективности использования торфяных ресурсов проведе ны исследования по изучению воздействия различных диспергирующих механизмов на химический состав и физические свойства торфа, так как известно, что с помощью приемов механоактивации мо гут быть решены самые разнообразные задачи, а именно: повышение реакционной способности твер дых тел, изменение структуры, ускорение твердофазных реакций [1].

Твердый материал можно разрушить и измельчить до частиц желаемого размера раздавливани ем, раскалыванием, истиранием, ударом и различными комбинациями этих способов. На принципах раскалывания, раздавливания и удара, а также на сочетании этих способов с размалыванием и исти ранием работает подавляющее большинство современных измельчителей. К настоящему времени разработано большое количество конструкций аппаратов для диспергирования. Эффективная меха ноактивация твердого тела требует больших плотностей энергии в рабочем пространстве и механо химические эффекты реализуются в основном в аппаратах с высокой энергонапряженностью.

При выборе оборудования для механической активации нужно прежде всего определиться, какой вид механического воздействия наиболее необходим, что зависит от физико-химического характера применяемых процессов. В сущности, он определяется типом продукта, который необходимо получить.

Так, для получения агрегированных систем удобно использовать обычные шаровые мельницы. Для проведения химических реакций необходимо более интенсивное воздействие, достигаемое в планетар ных и вибрационных мельницах, либо в аттриторе.

Нами исследованы изменения химических и физико-технических свойств торфа при механиче ской переработке в различных диспергирующих механизмах.

Проведена серия опытов, где переработку образцов торфа (пушицево-сфагновый, r=15–20%) различной влажности осуществляли в мельнице для размола проб растительного происхождения мрп-2 (ножевой рабочий орган), аппарате вихревого магнитного поля в-100к-07 и в измельчителе с гибким рабочим органом (пружинная дробилка игро) в течение 2 мин, 30 сек и 3 мин, соответствен но. Далее торф досушивался до равновесной влаги. При работе мельницы мрп-2 с ножевым измель чающим механизмом происходит уменьшение длины волокон и расщепление их поверхностных сло ев. Обработка торфа в вихревом магнитном поле проводилась при скорости вращения ферромагнит ных частиц – 300 об./мин. Механизм воздействия рабочего органа пружинной дробилки игро на торф заключается в укорачивании, разминании, раздавливании и растаскивании пучков на отдельные во локна и расщеплении их на фибриллы и волоконца.

В результате диспергирования наблюдается увеличение плотности, удельной условной поверхно сти, снижение коэффициента пористости. Однако ввиду конструктивных особенностей перерабатываю щих устройств изменения указанных показателей различны. Измельчитель игро хорошо себя зарекомен довал при переработке сухого материала (w45%). В этом случае коэффициент охвата диспергированием находится в пределах 77–81%. В тоже время при влаге 80% переработка вообще не происходит. Наи большее изменение образцы претерпевают при диспергировании их в мельнице мрп-2. Коэффициент ох вата диспергированием достигает значений 85%, насыпная плотность по сравнению с исходным торфом увеличивается в 1,5–2,3, а водопоглощение и влагоемкость снижается в 1,2 раза (w=45%). Минимальные изменения наблюдались у торфа, измельченного в аппарате в-100 к. Однако область применения его мо жет быть шире, чем игро, за счет устойчивой работы в диапазоне высоких влажностей (w 80%).

Влияние условий диспергирования и сушки на химический состав торфа оценивали по содержанию функциональных групп, выходу основных компонентов органического вещества, термоустойчивости об разцов по данным термического анализа. Полученные данные свидетельствуют о том, что выход и каче ственные характеристики компонентов органического вещества торфа зависят от влажности диспергиро вания образцов и режимов сушки. Измельчение торфа при влажности выше 55%, увеличивая удельную поверхность контакта органических соединений торфа с кислородом в период сушки, приводит к 3–7 – кратному росту содержания перекисных групп, понижению термической стабильности органического вещества, увеличению (до 30%) выхода гуминовых веществ, падению (до 20%) выхода битумов в воз душно-сухих образцах. Ионное железо в составе торфа интенсифицирует окислительные процессы, про текающие при его сушке. При диспергировании торфа в вышеназванных механизмах при более низкой влажности существенных изменений в составе его органических компонентов не фиксируется [2].

Была проведена серия опытов по диспергированию торфа в шаровой мельнице со скоростью вращения 30 об/мин. Продолжительность воздействия изменялась от 0,5 до 2 часов. При размоле об разцов торфа с W=76, 54 и 45% в шаровой мельнице наблюдается существенное уменьшение содер жания крупнодисперсной фракции 3000 мк, сопровождаемое значительным возрастанием тонко дисперсной фракции 63 мк, которая является основной в фракционном составе этих образцов. При размоле образцов с W=12% основной возрастающей фракцией является фракция от 250 до 63 мк. Но при этом сохраняется и значительное количество крупнодисперсной фракции 3000 мк. Наиболее тонкий и равномерный помол достигается при использовании торфа с W=45%. При размоле как влажных (W=76%), так и сухих (W=12%) образцов к 1 часу достигается результат, мало изменяю щийся при продолжении размола до 2 часов. Максимальные изменения претерпевает торф, перерабо танный при W=45% в течение 2 часов, коэффициент охвата диспергированием для этого образца дос тигает 94%. Проведенные исследования химического состава торфа, диспергированного в шаровой мельнице, свидетельствуют о том, что даже при использовании аппарата с низкой скоростью нагру жения при измельчении протекают механоактивационные процессы, приводящие к изменениям в компонентном составе торфа [3].

Тем более представляло значительный интерес использование измельчителей-активаторов ин тенсивного действия. В качестве такого активатора нами было выбрано аттриторное устройство, представляющее собой разновидность шаровой мельницы. Размольные тела загружены в барабан, внутри которого вращается лопастная мешалка. Гребки, наклонно укрепленные на лопастях мешалки, обеспечивают циркуляцию размольных тел и истирание измельчаемого материала. Использовались образцы с W=89%, 75, 55, 45 и 12%. Проведенные исследования показали, что образцы с W=55 и 45% не поддаются переработке в данном механизме. Гранулометрический анализ влажного переработан ного в аттриторе торфа проводился на приборе «Седи Граф 5100». Диспергированный сухой торф исследовался при помощи электронного микроскопа. Как свидетельствуют полученные данные, влажный торф целесообразно перерабатывать в аттриторе в течение 10–15 мин. Более длительная пе реработка приводит к укрупнению частиц. Так, для образца, диспергированного в течение 10 мин, количество частиц размером меньше 5 мкм составляет 90%, а для образца, диспергированного в те чение 20 мин – около 60%. Еще меньше этих частиц при размоле в течение 30 мин (~30%). Сухой торф хуже подвергается переработке по сравнению с влажным. Доля частиц меньше 5 мкм для торфа с исходной влажностью 75%, механоактивированного в течение 10 мин, составила 90%, тогда как для такового, имевшего при диспергировании W=10%, – только 24%.

Проведенные исследования изменений различных видов торфа с привлечением методов химиче ского и физико-химического анализов (ИК-, ЭПР – спектроскопия, термический анализ, хроматогра фия) показали, что интенсивное механическое воздействие, инициируя химические превращения, при водит к существенным качественным и количественным изменениям состава органического вещества торфа [3, 4]. Количественные параметры изменений зависят от ботанического состава и степени разло жения торфа, продолжительности и среды диспергирования, направления же изменений постоянны:

содержание легкогидролизуемых и гуминовых веществ возрастает, выход битумов, трудногидролизуе мых веществ и негидролизуемого остатка падает. Наблюдаемые количественные изменения составля ют: для водорастворимых от двукратного падения до роста в 11,5 раза, легкогидролизуемых рост в 1,11,3 раза;

гуминовых веществ увеличение в 1,21,8 раза;

гуминовых кислот рост в 1,32,0 раза;

битумов падение в 1,11,9 раза;

трудногидролизуемых веществ падение в 1,32,1 раза. При этом, несмотря на наблюдаемое при механоактивации торфа значительное увеличение выхода гуминовых кислот, их квалификационные признаки сохраняются, хотя химический состав изменяется [5]. Падение выхода битумов может быть объяснено одновременным протеканием процессов полимеризации и окисления, в результате чего соединения теряют способность растворяться в бензине [6]. Чем меньше степень разложения торфа, тем значительней наблюдаемые механохимические превращения.

Для протекания механохимических процессов важную роль играет среда измельчения. При по моле сухих образцов свободный доступ кислорода к поверхности размола способствует протеканию радикальных реакций, что приводит к образованию большого количества высокомолекулярных со единений в составе гуминовых веществ и высвобождению низкомолекулярных в виде водораствори мых. В водной среде активизируются гидролитические процессы. Выявлена эффективность исполь зования щелочи при активации торфа, что позволяет двукратно увеличивать выход гуминовых кислот торфа, как из верхового, так и низинного типов [7]. Применение органических растворителей при диспергировании торфа, напротив, еще более сокращает выход битумов [6].

Происходящие при интенсивном механическом воздействии существенные превращения химиче ского состава торфяного сырья приводят к изменению качественных характеристик продуктов и изделий, изготавливаемых на его основе. Так, большим спросом пользуются формованные изделия, которые полу чают на основе торфа низкой степени разложения. Качество формованных изделий (их прочность, водо поглотительная способность и воздухопроницаемость) зависит прежде всего от структурно-механических свойств остатков растений-торфообразователей. Прочность последних и их водно-физические характери стики определяются углеводным комплексом. Интенсивное же механическое воздействие приводит к из менениям в составе гидролизуемых веществ торфа. В связи с этим нами были проведены исследования по изучению влияния добавок диспергированного торфа на прочность формованных тонкостенных пластин, полученных на основе магелланикум торфа с R=10%. Готовили 5%-ный раствор данного торфа, к кото рому добавлялись по 5% пушицево-сфагнового (R=20–25%) или тростниково-осокового торфа (R=20– 25%), диспергированных в аттриторе в течение 15 мин как в водной, так и щелочной средах. Наибольшей прочностью обладала пластина, сформированная на основе образца с добавкой диспергированного в вод ной среде пушицево-сфагнового торфа (прочность увеличилась в 1,2 раза).

На основе образцов пушицево-сфагнового торфа с R=15–20% были приготовлены гранулы раз мером: диаметр – 15 мм, длина – 40 мм. Сверхтонкий помол, которому подвергался торф в аттриторе, приводит к сушественному улучшению качественных характеристик гранул. Так, после 10 минутного размола торфа плотность гранул на его основе возросла в 2 раза, прочность в 4,5 раза, по сле 6-часового – в 4 и 6 раз, соответственно (таблица 1).

Таблица 1 – Качественные характеристики гранул, полученных на основе диспергированного в аттриторе торфа Условия диспергирования Плотность, г/см 2 Прочность на сжатие продолжительность, мин влажность, % исходный 88,8 0,37 20, 10 88,8 0,86 91, 180 88,8 1,18 120, 360 88,8 1,21 124, Для получения гранул использовался также пушицево-сфагновый торф с R=30–35%, дисперги рованный в шаровой мельнице в течение 2 часов при влажности 74 и 55%, а также его композиции с древесными опилками. Наиболее прочными оказались гранулы из торфа, диспергированного при W=74%. При смешивании этого торфа с опилками получаются более качественные гранулы, чем из исходного торфа (таблица 2).

Таблица 2 – Качественные характеристики гранул, полученных на основе диспергированного в шаровой мельнице торфа Образец Плотность, г/см2 Прочность на сжатие Исходный торф 0,68 6, Диспергированный при W=75% (Д1) 1,37 34, Д1 + опилки (1:1) 0,78 7, Д1 + опилки (2:3) 0,64 4, Д1 + молотые опилки (2:3) 0,72 7, Диспергированный при W=55% (Д2) 1,20 30, Д2 + опилки (1:1) 0,80 7, • Литература 1. Авакумов Е.Г. Механические методы активизации химических процессов. Новосибирск: Наука, 1986. 305 с.

2. Кашинская Т.Я., Гаврильчик А.П., Трофимович А.И. и др. Изменение физико-химических свойств торфа при влагоудалении и механическом диспергировании // Весцi АН Б, сер. хiм. навук. 1995. № 2.

С. 109–114.

3. Кашинская Т.Я., Гаврильчик А.П., Калилец Л.П. и др. Изменение химического состава торфа при диспергировании // Химия твердого топлива. 1997. № 6. С. 14–24.

4. Кашинская Т.Я., Гаврильчик А.П., Калилец Л.П. и др. Механохимические превращения торфа // Весцi АН Б, сер. хiм. навук. 1996. № 1. С. 87–91.

5. Кашинская Т.Я., Гаврильчик А.П., Шевченко Н.В., Стригуцкий В.П. Механохимические превращения гуминовых веществ торфа // Химия твердого топлива. 2003. № 1. С. 21–29.

6. Гаврильчик А.П., Кашинская Т.Я., Пискунова Т.А. Изменение выхода и химического состава битумов при механоактивации торфа // Природопользование. 2001. № 7. С. 161–163.

7. Кашинская Т.Я., Шевченко Н.В., Стригуцкий В.П. Влияние среды диспергирования на химический состав гуминовых кислот торфа // Химия твердого топлива. 2003. № 2. С. 89–95.

УДК 541. Т.А. Коваленко, Л.Н. Адеева УГЛЕРОДМИНЕРАЛЬНЫЙ СОРБЕНТ ИЗ САПРОПЕЛЯ ОмГУ им.Ф.М. Достоевского, Омск, Россия e-mail: kovalenko_85@list.ru Показано, что карбонизацией сапропеля при температуре 700–800°С может быть получен уг леродминеральный сорбент для извлечения из растворов органических веществ и ионов металлов.

Установлены состав и структура полученного материала, определены его сорбционные характери стики по отношению к широкому кругу веществ: йоду, метиленовому голубому, ионам тяжелых металлов, нефтепродуктам, фенолу, поверхностно-активным веществам.

В настоящее время возрастает интерес к высокотехнологичным направлениям переработки природных ресурсов. Огромные запасы сапропеля в этой связи обращают на себя внимание как цен ное органоминеральное сырье. На территории России сапропель, являющийся одним из немногих возобновляемых видов полезных ископаемых, встречается практически повсеместно, суммарные за пасы его оцениваются в 92 миллиарда тонн. В последние годы в Омской области, обладающей боль шими (~185 млн т) и малоизученными запасами этого вида сырья, ведутся работы по установлению состава сапропеля [1, 2], способам его термической переработки [3], способам извлечения биологиче ски активных веществ [4]. Разработан метод получения активированных углей из сапропелей органи ческого типа [5]. В то же время продукт карбонизации сапропеля, в силу исходного органоминераль ного состава сырья, будет содержать как углеродную часть (продукты карбонизации органических веществ), так и минеральную часть, что делает такой сапропель перспективным сырьем для синтеза углеродминеральных сорбентов (УМС).

Целью данной работы является выбор оптимальных условий получения углеродминеральных сорбентов из сапропелей и исследование свойств полученных сорбентов.

Исследование состава сапропелей, служивших сырьем для синтеза сорбентов. Для получе ния сорбентов были выбраны сапропели пяти озер Омской области, относящиеся к различным типам, и определено содержание органических (ОВ) и минеральных веществ (МВ) в них (таблица 1).

Таблица 1 – Состав нативных сапропелей Состав исходного сапропеля, % масс.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 16 |
 





<

 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.