Эколого-технологические основы модификации и применения отходов переработки шерсти и льна для очистки загрязненных вод тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.08, доктор технических наук Шайхиев, Ильдар Гильманович

• Шайхиев, Ильдар Гильманович
• доктор технических наук
• 2011

Оглавление диссертации доктор технических наук Шайхиев, Ильдар Гильманович

Введение.

Глава 1. Альтернативные сорбенты для очистки водной среды от нефтепродуктов и ионов тяжелых металлов.

1.1. Промышленные сорбенты, применяемые для удаления нефтепродуктов и ионов тяжелых металлов из сточных вод.

1.1.1. Активные угли, применяемые для удаления нефтепродуктов и ионов тяжелых металлов из водных сред. Достоинства и недостатки.

1.1.2. Сырье для производства активных углей из отходов промышленного и сельскохозяйственного производства. Достоинства и недостатки.

1.1.3. Торф как сорбент для улавливания нефтепродуктов и ионов тяжелых металлов из водных объектов. Достоинства и недостатки.

1.2. Минеральные сорбенты, применяемые для удаления нефтепродуктов и ионов тяжелых металлов из промышленных и сточных вод.

1.2.1. Дисперсные кремнеземы в практике водоочистки. Достоинства и недостатки.

1.2.2. Слоистые и слоисто-ленточные силикаты в практике водоочистки. Достоинства и недостатки.

1.2.3. Каркасные силикаты в практике водоочистки. Достоинства и недостатки.

1.3. Сорбенты и модификаты, полученные из отходов от переработки прртродного сырья для удаления ионов тяжелых металлов и нефтепродуктов из сточных и поверхностных вод.

1.3.1. Использование отходов деревопереработки в качестве реагентов для очистки сточных вод.

1.3.2. Использование лигнина для очистки сточных вод. Достоинства и недостатки.

2.11 Методика утилизации отработанных сорбционных материалов в термической установке с пульсирующим потоком пламени.

2.12 Методика проведения эксперимента по очистке модельных металлосодержащих водных растворов сточными водами нефтехимических производств.

2.13 Метрологическая проработка результатов исследования.

Глава 3. Исследование отходов сельскохозяйственных производств в качестве сорбентов нефти.

3.1. Мониторинг загрязнения водных объектов нефтью и нефтепродуктами в нефтедобывающих районах Республики Татарстан.

3.2. Физико-механические свойства, нефтеемкость, нефте- и водопоглощение альтернативных сорбционных материалов.

3.3 Спектрометрическое и микроскопические исследования структуры и поверхности кнопа после химической модификации.

3.4. Влияние плазменной обработки на нефтеемкость и гидрофобные свойства кнопа-К.

3.4.1 Спектрометрические и микроскопические исследования структуры кнопа после обработки плазмой.

3.5. Исследование льняной костры для удаления нефти с водной поверхности.

3.5.1. Мониторинг количества образования льняной костры.

3.5.2. Структура и химический состав льна и льняной костры.

3.5.3. ИК-спектрометрические и микроскопические исследование структуры и поверхности льняной костры после химической модификации

3.6. Влияние плазменной обработки на нефтеемкость и гидрофобные свойства льняной костры.

3.6.1. Спектрометрические и микроскопические исследования структуры и поверхности костры после обработки плазмой.

Глава 4. Исследование отходов сельскохозяйственных производств для удаления ионов тяжелых металлов из водных потоков.

4.1 Мониторинг количества ионов тяжелых металлов, сброшенных в поверхностные водоисточники по Республике Татарстан.

4.2 Исследование процесса сорбции ионов тяжелых металлов кнопом и его модификатами.

4.2.1. Спектрометрические исследования взаимодействия кнопов с ионами тяжелых металлов.

4.3 Исследование влияния химической модификации на сорбционную емкость кнопа по отношению к ИТМ.

4.4 Исследование влияния модификации высокочастотной плазмой на сорбционные свойства кнопа по отношению к ИТМ.

4.5. Исследование льняной костры в качестве сорбционного материала по отношению к ионам тяжелых металлов.

4.5.1. Спектрометрические исследования образцов костры после взаимодействия с ИТМ.

4.5.2. Исследование влияния параметров плазменной обработки на сорбционную емкость костры по отношению к ИТМ.

4.5.3. Спектроскопические и микроскопические исследования структуры и поверхности образцов костры после плазменной обработки.

4.6. Исследование кнопа и льняной костры для очистки сточных вод различных производств.

Глава 5. Теоретическое обоснование модификации сорбционных материалов ВЧ плазмой пониженного давления.

5.1. Состав и структура поверхностных слоев сорбционных материалов

5.2. Механизм взаимодействия ВЧ плазмы пониженного давления с сорбционными материалами.

5.3. Математическая модель воздействия ВЧ плазмы пониженного давления на поверхность сорбционных материалов. чения сорбционных характеристик с варьированием параметров плазменной обработки. Найдено, что оптимальной средой для обработки СМ ВЧ плазмой пониженного давления является смесь плазмообразующих газов, состоящая из аргона и воздуха в соотношении 70:30. Определено, что оптимальное значение давления для плазмообработки образцов кнопа составляет 13,3 Па, для костры -26,6 Па. Методом растровой электронной микроскопии показано, что обработка ВЧ плазмой пониженного давления в гидрофильном режиме приводит к раскрытию чешуек кутикулы кератина в случае кнопа и сглаживанию поверхности в случае льняной костры.

Исследована очистка СВ различных производств, в том числе производства диазодинитрохинон и соевого молока с использованием кнопа и костры, показавших высокие сорбционные свойства указанных реагентов.

В пятой главе с целью выявления механизма модификации поверхности -частиц СМ разработаны физическая и математическая модели.

Показано, что при обработке в ВЧ плазме пониженного давления у поверхности СМ образуются двойной электрический слой и слой положительного заряда (СПЗ). Образование последнего формирует поток низкоэнергетических ионов, бомбардирующих поверхность частиц СМ и вызывающих'разрушение межмолекулярных связей с возникновением дефектов типа трещин.

Определено, что ионный поток в непосредственной близости к поверхности СМ фокусируется на неоднородностях поверхностного электрического заряда, приводя к возбуждению колебательных и вращательных степеней свободы молекул и разрыву межмолекулярных связей.

Возникновение трещин на поверхности СМ и разрывов межмолекулярных связей в структуре биополимеров приводит к увеличению сорбционных свойств кнопа и костры с приобретением поверхностью СМ гидрофильных или гидрофобных свойств.

В шестой главе определены пути утилизации отработанных СМ. Выявлено, что наиболее оптимальным является термическое сжигание последних в установках с пульсирующим потоком пламени.

1.1.3. Торф как сорбент для улавливания нефтепродуктов и ионов тяжелых металлов из водных объектов. Достоинства и недостатки

В качестве сорбентов НП и ИТМ можно использовать и органические вещества природного происхождения. Одним из таких универсальных сорбентов является торф [53]. Последний обладает свойствами поглощать ИТМ, таких как Си , , Сс1 , № , Сг и других элементов, из водных растворов [54-61].

Сорбционные свойства торфа связаны со способностью функциональных групп, входящих в состав биополимеров, в основном карбоксильных и аминогрупп, к взаимодействию с ИТМ. Удачное сочетание кислотных (К-СОО") и основных (Л-МНг) групп в торфе позволяет более полно выделять ИТМ, находящихся в водных растворах в различных ионных формах, как за счет ионного обмена, так и за счет комплексообразования. В щелочных средах в обмене может также участвовать и водород фенольных гидроксидов. Направленное изменение рН среды позволяет регулировать процесс диссоциации функциональных групп и соответственно энергию взаимодействия торфа с ИТМ. Наиболее приемлемые условия для обмена ионов металлов определены областью рН = 4,5-6 [53, 54]. В табл. 1.2 приведены коэффициенты распределения К^ микропримесей ИТМ на исходной форме торфа, характеризующие высокую избирательность металлов к последнему.

Таблица 1.2 - Коэффициенты распределения К<] микропримесей ИТМ

Ион металла РЬ N1 ва Н Ъх 1п Бе

Значение Ка 1680 1100 890 7,

Ион металла са Со Мп V Мо Сг Си

Значение Ка 1050 1800 899 2,

Как видно из приведенных в табл. 1.2 данных, наиболее высокие значения

Ка наблюдается для ионов Си2+, Сг3+, Со2+, РЬ2+, Ре3+, 1п3+, №2+и Сс12+ [56]. Отмечается, что использование торфа для удаления ионов Си2+, РЬ2+, №2+, Сг3+, Zn2+ и Сс1 из стоков способствует снижению концентрации со 100 мг/л до менее