Разработка энергоэффективной технологии создания композиционных сорбентов из продуктов шелушения технических и зерновых сельскохозяйственных культур (заключительный)

Объект исследования - растительные отходы агропромышленного комплекса (лузга семян подсолнечника, шелуха кофе) и монтмориллонитовые глины проявления «Нелидовка» Корочанского района Белгородской области (Россия) и месторождения «Там Бо» провинции Лам Донг (Вьетнам). Цель проекта - разработка энергоэффективной технологии создания композиционных сорбентов из продуктов шелушения технических и зерновых сельскохозяйственных культур. Цель первого этапа - изучение вещественного состава и способов модифицирования исходных ингредиентов для получения композиционных сорбентов. Цель второго этапа - экспериментальное определение параметров синтеза композиционных сорбентов в зависимости от вида исходных ингредиентов, массового соотношения исходных компонентов, температуры и продолжительности термической обработки. На первом этапе работ изучены вещественные характеристики исходных монтмориллонитсодержащих глин проявления «Нелидовка» Корочанского района Белгородской области (Россия) и месторождения «Там Бо» провинции Лам Донг (Вьетнам). Разработаны способы модифицирования глин с целью улучшения их сорбционных характеристик. Выявлено, что в процессе комплексного модифицирования, включающего обогащение, сернокислотную обработку и активацию гидроксидом лития исследованных монтмориллонитсодержащих глин происходит увеличение удельной поверхности на 39%. Активация обогащенной кислотообработанной глины растворами гидроксида лития способствует замещению катионов обменного комплекса глин на ионы Li+ и возрастанию электрокинетического потенциала по абсолютной величине, что, в свою очередь, ведет к увеличению скорости и эффективности очистки водных растворов от ионов тяжелых металлов (Fe(III), Pb(II), Cu(II)). Комплексное модифицирование монтмориллонитовых глин, включающее обогащение, сернокислотную обработку и дополнительную активацию обогащенной кислотообработанной глины растворами гидроксида лития позволяет увеличить сорбционную способность глины в 21,11 раза по отношению к Fe(III) и в 28,67 раза по отношению к Cu(II) в сравнении с нативной формой. Установлено, что эффективность очистки водных растворов от ионов тяжелых металлов Fe(III), Pb(II), Cu(II) (при концентрациях, соответствующих ПДК - 0,503 ммоль/л, 0,0058 ммоль/л, 0,0134 ммоль/л соответственно) достигает 89,9%. На втором этапе исследования разработан и оптимизирован способ получения композиционных сорбентов из растительного сырья. В ходе экспериментальных исследований выявлено, что при получении композиционных сорбентов необходимо учитывать размерность сельскохозяйственных отходов. Установлено, что отходы с размерностью свыше 2 мм (например, лузга семян подсолнечника) необходимо предварительно измельчать перед стадией смешивания с монтмориллонитсодержащей глиной, в то время как отходы размерностью ниже 2 мм можно использовать без измельчения. Выявлено, что модифицирование растительных сельскохозяйственных отходов (лузги семян подсолнечника и шелухи кофе) при производстве композиционных сорбентов не требуется, так как формирование микропористой углеродной структуры происходит в процессе их термического разложения. Определены оптимальные параметры синтеза композиционных сорбентов, которые зависят от области их использования: для очистки воды от органических веществ (органические красители, нефтепродукты и др.) рекомендуется применять композиционные сорбенты, полученные при температурах 450 - 650°С и массовом соотношении глина: растительные отходы - 1/2; для очистки воды от неорганических веществ (ионов тяжелых металлов) целесообразно использовать обогащенную и модифицированную глину проявления «Нелидовка» Белгородской области и месторождения «Там Бо» провинции Лам Донг; продолжительность термообработки во всех случаях 3 - 5 ч. Полученные результаты соответствуют мировому уровню исследований, технические параметры полученных композиционных сорбентов превосходят существующие аналоги. На разработанный способ получения композиционных сорбентов на основе минерального и растительного углеродсодержащего сырья получен патент РФ и зарегистрировано свидетельство ноу-хау. Разработанная технология внедрена в производство на ООО «БелСобр», основным видом деятельности которого является производство композиционных сорбентов для очистки воды. Разработанные композиционные сорбенты апробированы на предприятии ОАО «ЭНПО «Неорганика», г. Электросталь, Московская область.