Анотація до роботи:

Сич Н.В. Вдосконалення технологій одержання вуглецевих сорбентів з антрациту Донецького басейну. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю

05.17.01 – технологія неорганічних речовин. – Інститут сорбції та проблем ендоекології НАН України, Київ, 2004.

Дисертаційна робота присвячена встановленню закономірностей термохімічних перетворень антрациту під дією технологічних та хімічних факторів та вдосконаленню на цій базі науково-обгрунтованих способів переробки антрациту в сорбційні матеріали, а також створенню гнучкої технологічної схеми одержання асортименту адсорбентів екологічного призначення.

Виконане системне дослідження по оптимізації процесу активації антрациту в температурно-часовому полі. За допомогою метода математичного планування експерименту зроблено прогноз раціональних режимів активації.

Вперше вивчено кінетичні закономірності високотемпературного окиснення антрациту зволоженим повітрям в інтервалі температур 300-400^оС. Показано, що ефективність окиснення визначається температурними умовами ведення процесу, а також ступенем попередньої активації. Виявлено велике споріднення окисненого антрациту по відношенню до іонів Cu²⁺, Pb²⁺, Cd²⁺.

Розроблено методику хімічної активації, при проведенні якої у 2-3 рази збільшується реакційна здатність модифікованого антрациту, суттєво змінюється порувата структура, що позначається на збільшенні долі мезопор. Визначено оптимальний ступінь окиснення, що дозволяє при активації отримувати максимально високі значення обємів сорбційних пор.

Розроблено методику одержання високопоруватих КСМ з експлуатаційними характеристиками, порівнюваними із сорбційними показниками промислових гранульованих вуглів серії СКТ.

На основі проведених досліджень складено гнучку технологічну схему комплексної переробки антрациту, реалізація якої дозволить отримувати асортимент сорбційних матеріалів, що складається із 4-х найменувань при здійсненні безвідходного за сировиною виробництва.

1. Проведено дослідження по встановленню закономірностей термохімічних перетворень Донецького антрациту з метою отримання вуглецевих адсорбентів та здійснено вдосконалення технологій одержання високоякісних сорбційних матеріалів з активованого антрациту.

2. Виконано систематичне дослідження активації високометаморфізованого антрациту водяною парою та за допомогою методу математичного планування експерименту в температурно-часовому полі проведено оптимізацію параметрів ведення процесу. На цих засадах запропоновано технологічні режими одержання мікропоруватого адсорбенту, який характеризується величинами обєму сорбційних пор по бензолу в інтервалі 0,350,45 см³/г, питомою поверхнею 750800 м²/г при досягненні задовільного виходу готового продукту

( 2530% за масою).

3. Вперше вивчено кінетичні закономірності високотемпературного (в інтервалі 300400^оС) окиснення антрациту різного ступеня активації (випал 0, 20, 40, 60%) зволоженим повітрям. Показано, що ефективність окиснення визначається ступенем попередньої активації, з чим повязане підвищення обєму сорбційних пор, питомої поверхні і, як наслідок, сорбційної активністі по тестових речовинах.

4. Розроблено методику хімічної активації антрациту, яка передбачає попередню активацію до значень V_S ~ 0,220,25 см³/г, окиснення зволоженим повітрям, імпрегнування розчином нітрату натрія та кінцеву активацію водяною парою. Це дозволяє збільшити швидкість процесу в 2-3 рази та отримувати матеріал з розвиненою мезопоруватою структурою. Визначено оптимальний рівень попереднього окиснення (СОЄ ~ 1,01,5 мг-екв/г), що дозволяє формувати адсорбенти з високими порометричними характеристиками (V_S ~ 0,550,60 см³/г, S_пит.~800 м²/г).

5. Розроблено методику одержання високопоруватих (переважно мікропоруватих) композиційних матеріалів з експлуатаційними характеристиками (V_S ~ 0,540,67 см³/г, S_пит. ~ 870950 м²/г), близькими до сорбційних показників промислового вугілля марки СКТ. Показано, що отримувані формовані адсорбенти володіють необхідними властивостями, що дозволяють їх використання у якості сорбентів-акумуляторів метану.

6. Проведено систематичне дослідження сорбції іонів перехідних металів на активованому та окисненому антрациті з модельних розчинів. Встановлено, що окиснений антрацит виявляє властивості поліфункціонального катіонообмінника стосовно іонів багатозарядних металів. По здатності поглинатися досліджувані d-елементи утворюють наступні ряди активності:

активований антрацит:

при С_рівн.= 1мг/л; Fe³⁺>Cu²⁺>Pb²⁺@Cd²⁺> Mn²⁺> Ni²⁺>Zn²⁺>Cr³⁺>Co²⁺;

при С_рівн.= ПДК; Fe³⁺>Cd²⁺>Cu²⁺>Pb²⁺>Mn²⁺>Ni²⁺> Co²⁺>Zn²⁺>Cr³⁺;

окиснений антрацит:

при С_рівн.=1мг/л; Cu²⁺=Pb²⁺>Fe³⁺ >Cd²⁺ >Mn²⁺> Ni²⁺> Co²⁺>Zn²⁺>Cr³⁺;

при С_рівн.=ПДК; Cd²⁺>Pb²⁺>Fe³⁺=Cu²⁺>Mn²⁺>Ni²⁺> Co²⁺> Zn²⁺>Cr³⁺;

Виявлена велика спорідненість окисненого антрациту по відношенню до катіонів Cu²⁺, Pb²⁺, Cd²⁺, що проявляється підвищеними значеннями коефіцієнтів розподілу у порівнянні із активованим антрацитом (Cu²⁺ у 3,5 рази, Cd²⁺ у 6 разів, Pb²⁺ у 18 разів). Доведено, що окиснений антрацит може бути ефективно використаний у сорбційних процесах водоочистки.

7. На основі отриманих результатів запропоновано:

- установку для високотемпературної обробки антрациту, яка дає змогу проводити процес активації та окиснення в заданому аеродинамічному та температурному режимах, зменшити енерговитрати у порівнянні з існуючими аналогами та забезпечити екологічні вимоги;

- схему комплексної, безвідходної за сировиною, переробки антрациту, реалізація якої дозволяє одержувати асортимент вуглецевих адсорбентів: мікропоруватий та мезопоруватий активований антрацит, окиснений антрацит, композиційні сорбуючі матеріали.

Публікації автора:

1. Стрелко В.В., Герасименко Н.В. (Сыч Н.В.), Картель Н.Т. Исследование процесса активации и окисления углеродных материалов, импрегнированных карбонатом калия // Теоретическая и экспериментальная химия. – 1999. - Т.33. - № 5. – С. 306-310.

Здобувачу належить проведення досліджень з вивчення особливостей розвитку поруватої структури антрациту в присутності карбонату калія, участь у трактуванні результатів та написанні статті.

2. Стрелко В.В., Герасименко Н.В. (Сыч Н.В.), Картель Н.Т. Влияние термохимической обработки антрацита на процесс его активирования водяным паром // Теоретическая и экспериментальная химия. – 2001. - Т.37. - № 1. – С. 48-52.

Здобувачу належить постановка та проведення експерименту по дослідженню впливу термохімічої обробки антрациту на процес кінцевої активації водяною парою, обробка результатів та написання статті.

3. Стрелко В.В., Герасименко Н.В. (Сыч Н.В.), Картель Н.Т. Комбинированное активирование антрацита // Журнал прикладной химии. – 2001. –Т.74. – Вып. 6. – С. 931-933.

Здобувачу належить проведення досліджень з вивчення впливу попередньої термохімічної підготовки антрациту на процес одержання активованого вугілля та розвиток його поруватої структури, участь у трактуванні результатів та написанні статті.

4. Картель Н.Т., Герасименко Н.В. (Сыч Н.В.), Стрелко В.В. Влияние комбинированной предактивационной обработки на развитие пористой структуры антрацита // Журнал прикладной химии. – 2002. –Т.75. – Вып. 9. – С. 1443-1447.

Здобувачу належить вивчення впливу окиснення поверхні попередньо активованого антрациту зволоженим повітрям з наступним імпрегнуванням сполукою лужного металу на ефективність процесу парогазової активації та розвиток поруватої структури отримуваних адсорбентів, участь у трактуванні результатів та написанні статті.

5. Стрелко В.В., Герасименко Н.В. (Сыч Н.В.), Картель Н.Т., Миронюк Т.И., Николайчук А.Д. Формирование пористой структуры в процессе активирования термохимически обработанного антрацита // Химия твердого топлива. – 2003. - №1. – с. 77-82.

Здобувачу належить проведення досліджень по виявленню кінетичних закономірностей активації антрациту, підданого термохімічній обробці, вивченню порометричних характеристик, участь у трактуванні результатів та написання статті.

6. Сыч Н.В., Картель Н.Т., Стрелко В.В. Оптимизация процесса активирования Донецкого антрацита // Доповіді Національної академії наук України. – 2003. - № 7. – С.53-57.

Здобувачу належить проведення досліджень з активації антрациту в температурно-часовому полі, участь у трактуванні результатів та написанні статті.

7. Сыч Н.В., Картель Н.Т., Ковтун М.Ф. Получение и свойства катионообменника на основе окисленного антрацита // Журнал прикладной химии. – 2003. - Т.76, Вып.9, с.1463-1466. Здобувачу належить напрацювання дослідних зразків та проведення досліджень по вивченню сорбції перехідних металів на активованому та окисненому антрациті, участь у трактуванні результатів та написання статті.

8. Сыч Н.В., Картель Н.Т., Стрелко В.В., Денисович В.А., Зайцев Ю.П. Композиционные сорбирующие материалы на основе пористых углеродных порошков // Журнал прикладной химии. – 2004. – Т.77. – № 2. – С. 210-213.

Здобувачу належить напрацювання дослідних зразків, проведення активації одержуваних композиційних сорбуючих матеріалів та написання статті.

9. Патент України № 61810 А МКП B01J20/20, B01J20/30 Спосіб одержання вуглецевого катіонообмінника / Сич Н.В., Картель М.Т., Стрелко В.В., Денисович В.О., Токарєв І.І.,

Крилов Є.П. Опубл.в Бюл. №11, 2003 р.

Здобувачем запропоновано спосіб одержання вуглецевого катіонообмінника, що включає активацію та високотемпературне окиснення антрациту зволоженим повітрям.

10. Gerasimenko N.V. (Sych N. V.), Strelko V.V., Kartel N.T. Influence of thermochemical treatment of anthracite on process of its activation by steam // 1^st World Conference on Carbon. – Berlin. – 2000. – Vol. II. - P. 599-600.

11. Картель Н.Т., Герасименко Н.В. (Сыч Н.В.), Стрелко В.В. Получение активированного антрацита с развитой мезопористостью // Материалы VII Всероссийского симпозиума с участием иностранных ученых «Актуальные проблемы теории адсорбции, модифицирования поверхности и разделения веществ». Москва-Клязьма, 2002. – С. 58.

12. Сыч Н.В., Картель Н.Т., Стрелко В.В. Оптимизация процесса активирования донецкого антрацита с использованием метода математического планирования эксперимента // Материалы VIII Всероссийского симпозиума с участием иностранных ученых «Актуальные проблемы теории адсорбционных процессов в пористых структурах». Москва-Клязьма, 2003. –

С. 30.

13. Сыч Н.В., Стрелко В.В., Картель Н.Т., Денисович В.А., Зайцев Ю.П. Композиционные углерод-углеродные сорбирующие материалы на основе порошков ископаемых углей // Материалы VIII Всероссийского симпозиума с участием иностранных ученых «Актуальные проблемы теории адсорбционных процессов в пористых структурах». Москва-Клязьма, 2003. – С. 27.