Меню
Разработки
Разработки  /  Химия  /  Практикумы  /  11 класс  /  Выявление зависимости адсорбции активированного угля от размера его частиц и времени сорбции

Выявление зависимости адсорбции активированного угля от размера его частиц и времени сорбции

Одной из главных задач современности является охрана водных ресурсов планеты от загрязнений нефтью и нефтепродуктами. В декабре 2010 года Правительством России принята Федеральная целевая программа «Чистая вода» на период до 2017 года. Одной из основной целей данной программы является защита природной воды от попадания в нее загрязняющих химических веществ, в том числе нефтепродуктов. Кроме происходящих аварийных разливов нефти и нефтепродуктов, загрязнение водных объектов происходит и в повседневной жизни людей. При эксплуатации автомобилей в почву и водоемы могут попасть нефтепродукты: дизельное топливо, масло, бензин, чрезвычайно токсичные вещества, представляющие смертельную опасность для рыб, особенно для мальков, для окружающей растительности. [1, 6] Поэтому так актуальна проблема разработки быстрых, эффективных и доступных способов ликвидаций разливов нефтепродуктов.

Один из самых распространенных является метод использования сорбентов, который мы изучали в 2012 – 2014гг. Самым эффективным сорбентом из исследуемых был признан активированный уголь, но и он показал максимальный результат. Именно поэтому важно знать факторы, которые увеличивают сорбционные способности сорбентов. На данном этапе работы мы поставили цель: выявить зависимость адсорбции активированного угля от размера его частиц и времени сорбции.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

  1. Узнать, какие факторы влияют на адсорбционную способность сорбента.
  2. Узнать, что такое активированный уголь и от чего зависит его сорбционная способность.
  3. Провести очистку воды от нефтепродуктов (дизельного топлива, машинного масла) в течение 1 часа, 24 часов с применением сорбента активированный уголь и аквариумный уголь «CarboMAX» с разным размером частиц.
  4. Биотестированием определить степень очистки воды от нефтепродуктов исследуемыми сорбентами.
24.05.2017

Содержимое разработки

XXIII Всероссийский конкурс юношеских исследовательских работ им. В.И.Вернадского







Исследовательская работа

Выявление зависимости адсорбции активированного угля от размера его частиц и времени сорбции




Выполнила:

Ардашева Полина,

ученица 10 «Б» класса МБОУ

Лицей № 41 г.Ижевска








Руководитель:

Феклисова Ольга Витальевна,

учитель химии

Научный консультант:

Малькова Ирина Леонидовна,

к.г.н., доцент кафедры экологии и природопользования УдГУ









Ижевск 2016

Оглавление

Введение 3

1.Обзор литературы 5

1.1.Адсорбция и факторы, влияющие на неё 5

1.2. Активированный уголь и его свойства 5

2.Практическая часть 8

2.1.Адсорбция нефтепродуктов из воды активированным углем разных фракций 8

2.2.Адсорбция нефтепродуктов из воды микрочастицами активированного угля 12

2.3.Биотестирование воды, очищенной от машинного масла и дизельного топлива 14

Заключение 17

Приложение 21

Введение

Одной из главных задач современности является охрана водных ресурсов планеты от загрязнений нефтью и нефтепродуктами. В декабре 2010 года Правительством России принята Федеральная целевая программа «Чистая вода» на период до 2017 года. Одной из основной целей данной программы является защита природной воды от попадания в нее загрязняющих химических веществ, в том числе нефтепродуктов. Кроме происходящих аварийных разливов нефти и нефтепродуктов, загрязнение водных объектов происходит и в повседневной жизни людей. При эксплуатации автомобилей в почву и водоемы могут попасть нефтепродукты: дизельное топливо, масло, бензин, чрезвычайно токсичные вещества, представляющие смертельную опасность для рыб, особенно для мальков, для окружающей растительности. [1, 6] Поэтому так актуальна проблема разработки быстрых, эффективных и доступных способов ликвидаций разливов нефтепродуктов.

Один из самых распространенных является метод использования сорбентов, который мы изучали в 2012 – 2014гг. Самым эффективным сорбентом из исследуемых был признан активированный уголь, но и он показал максимальный результат. Именно поэтому важно знать факторы, которые увеличивают сорбционные способности сорбентов. На данном этапе работы мы поставили цель: выявить зависимость адсорбции активированного угля от размера его частиц и времени сорбции.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

  1. Узнать, какие факторы влияют на адсорбционную способность сорбента.

  2. Узнать, что такое активированный уголь и от чего зависит его сорбционная способность.

  3. Провести очистку воды от нефтепродуктов (дизельного топлива, машинного масла) в течение 1 часа, 24 часов с применением сорбента активированный уголь и аквариумный уголь «CarboMAX» с разным размером частиц.

  4. Биотестированием определить степень очистки воды от нефтепродуктов исследуемыми сорбентами.

Объект исследования: адсорбционная способность активированного угля и аквариумного угля «CarboMAX».

Предмет исследования: зависимость между некоторыми факторами (размер частиц и время поглощения), влияющими на адсорбцию активированного угля и аквариумного угля «CarboMAX», и массой поглощенного нефтепродукта.

Гипотеза: предполагаем, что адсорбция активированного угля и аквариумного угля «CarboMAX» находятся в обратной зависимости от размера его частиц и времени сорбции нефтепродуктов.

Методы:

  • Анализ источников информации

  • Сравнительный анализ

  • Экспериментальный метод

  • Расчет коэффициента корреляции

  • Метод моделирования

  • Метод биотестирования

Аналогичных исследований у школьников мы не наши, но познакомились с курсовой работой студента, близкой по теме к нашему исследованию: «Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ» (филиал МГТУ им.Баумана, г.Калуга); с авторефератом на соискание ученой степени д.т.н. «Разработка сорбента с магнитными свойствами на основе оксидов железа и отходов металлургического производства для ликвидации аварийных разливов нефтепродуктов»; с рефератом Ланец А.И. «Изучение адсорбционных свойств глины», ДонНТУ.



  1. Обзор литературы
    1. Адсорбция и факторы, влияющие на неё

Адсорбция — поглощение вещества из газообразной среды или раствора поверхностным слоем жидкости или твердого тела или процесс концентрирования вещества из объёма фаз на границе их раздела. [9]

Адсорбционная способность, или масса вещества, поглощенная единицей массы адсорбента в произвольный момент времени, зависит от концентрации адсорбируемого вещества (парциального давления р, Па) у поверхности адсорбента, общей площади этой поверхности, физических, химических и электрических свойств адсорбирующих веществ и адсорбента, температурных условий и присутствия других примесей.

Сорбация является часто используемым способом отчистки сточных вод от нефтепродуктов, т.к. в зависимости от адсорбата (загрязнителя) можно подобрать необходимый адсорбент, в качестве которого может выступать кокс, шунгит, торф, зола, силикагели. Один из самых эффективных сорбентов – активированный уголь. Такое способностью он обладает благодаря своей пористой структуре, ведь свойства углей в значительной мере зависят от строения пор, их величины, распределения по размерам.

На поглощение влияет также удельная поверхность сорбента и наличие активных участков по отношению к извлекаемым загрязнителям. Уголь часто применяют на очистительных сооружениях

Адсорбционная емкость угля меняется от температуры. С её понижением сорбционная способность угля увеличивается, но сам процесс замедляется. [3,8,15,14]

Вывод: Сорбция является эффективным методом по борьбе с загрязнениями нефтепродуктами, так как, меняя различные физические и химические свойства выбранного сорбента, увеличивается его адсорбционная способность.

    1. . Активированный уголь и его свойства

Активированный уголь — пористое вещество, которое получают из различных углеродосодержащих материалов органического происхождения.  С точки зрения химии – это одна из форм углерода с несовершенной структурой, практически не содержащая примесей. Несовершенная форма характеризуется высокой степенью пористости с порами, размер которых колеблется в широком диапазоне с пределами, различающимися более чем в 100 раз – от видимых трещин и щелей до различных брешей и пустот на молекулярном уровне. Именно высокий уровень пористости делает активированный уголь «активированным». 

Активированные угли получают по специальной технологии, одной из стадий которой является обжиг угля при высокой температуре, в результате чего выгорают наиболее легко окисляющиеся органические вещества и образуется пористая структура. Сырьем для изготовления активированных углей может быть древесина, каменный уголь, битумный уголь, скорлупа кокосовых орехов и др. [10, 19]

Кроме медицины, уголь активированный используется во многих отраслях промышленности для очистки жидкостей, а также в бытовых фильтрах для воды и в противогазах.

Есть два основных механизма, на основе которых уголь активированный удаляет загрязнители: адсорбция и каталитическое сокращение (процесс, заставляющий притягиваться отрицательно заряженные ионы загрязнителя к положительно заряженному активированному углероду). Органические соединения удаляются адсорбцией, а остаточные дезинфицирующие средства, такие как хлор и хлорамины, удаляются каталитическим сокращением. [16]

Именно благодаря своей пористой структуре активированный уголь является одним из самых эффективных сорбентов (Пористость этих углей составляет 60-75%, а удельная площадь поверхности 400- 900 м2/г.). [19]

В активированных углях различают три категории пор: микро-, мезо- и макропоры. Микро - и мезопоры составляют наибольшую часть поверхности активированных углей. Соответственно, именно они вносят наибольший вклад в их адсорбционные свойства. Микропоры особенно хорошо подходят для адсорбции молекул небольшого размера, а мезопоры - для адсорбции более крупных органических молекул. Определяющее влияние на структуру пор активированных углей оказывают исходные материалы для их получения. Активированные угли на основе скорлупы кокосов характеризуются большей долей микропор, а активированные угли на основе каменного угля - большей долей мезопор. Большая доля макропор характерна для активированных углей на основе древесины. 

Формы активированного угля: гранулированный активированный уголь; порошковый активированный уголь; экструдированный активированный уголь (экструдер); ткань, пропитанная активированным углем. Для извлечения нефтепродуктов из сточных вод применяют гранулированный активированный уголь.

Для увеличения адсорбционной способности, активированный уголь должен обладать следующими свойствами:

  • должен слабо взаимодействовать с молекулами воды и хорошо с органическими веществами;

  • быть относительно крупнопористым (с эффективным радиусом адсорбционных пор в пределах 0,8—5,0 нм), чтобы его поверхность была доступна для больших и сложных органических молекул;

  • при малом времени контакта с водой он должен иметь высокую адсорбционную емкость, высокую селективность и малую удерживающую способность при регенерации;

  • должен быть прочным, быстро смачиваться водой и иметь определенный гранулометрический состав;

  • должен обладать малой каталитической активностью по отношению к реакциям окисления, конденсации и др., так как некоторые органические вещества, находящиеся в сточных водах, способны окисляться и осмоляться;

  • должен не уменьшать адсорбционную емкость после регенерации и обеспечивать большое число циклов работы. [10, 14]

Вывод: Активированный уголь – пористое вещество, получаемое из органического сырья. Обладает огромной сорбционной способностью благодаря своей пористой структуре (различают 3 вида пор). Используют не только в медицине, но и в промышленности и для очистки сточных вод от загрязнителей.

  1. Практическая часть

Для выявления зависимости между адсорбцией активированного угля и некоторыми факторами, влияющими на данный процесс, в декабре 2014 г. – январе 2015 г. в лаборатории кабинета химии нашего лицея провели ряд экспериментов по разработанной на базе теоретического материала методике. Все эксперименты повторяли троекратно, за окончательный результат принимали среднее арифметическое результатов трех параллельных испытаний. Для исследования взяли машинное масло и дизельное топливо, так как они относятся к разным видам нефтепродуктов. Для сравнения провели очистку воды двумя видами активированного угля – медицинским и аквариумным.

    1. Адсорбция нефтепродуктов из воды активированным углем разных фракций

Оборудование: стеклянные емкости для воды, мерный цилиндр, ложечка, пипетка, фильтровальная бумага, стеклянные конические колбы, воронки, ступка с пестиком, фарфоровая чашечка, мельница СМБМ №053 (год выпуска 2008), весы электронные тензометрические для статического взвешивания настольные МТ 0,6 – 3 В1ДА «Витрина 4» (точность взвешивания до 0,2 г).

Реактивы: дизельное зимнее топливо, машинное масло Mobil 1, активированный уголь (медицинский), угольный наполнитель (активированный) для аквариумных фильтров «CarboMAX Plus».

Ход эксперимента: В ступке размололи аптечный уголь, полученную массу пропускали через 4 сита с разными размерами ячеек. Получили пять фракций активированного угля с разным размером частиц (таблица 1, рисунок 9 в приложении). Угольный наполнитель для фильтров «CarboMAX» трудно размолоть вручную, поэтому на данном этапе эксперимента использовали только крупные частицы, равные по размеру частицам аптечного угля фракции № 5. На электронных весах отмерили навеску полученных сорбентов массой 1г.

Характеристика сорбента с разными размерами частиц Таблица№1

Активированный уголь

Размер ячейки сита, мм2

Pазмер частиц, мм2

фракция №5

3*2

6

фракция №4

1,5*1,5

2,25 6

фракция №3

1*1

12,25

фракция №2

0,5*0,5

0,25

фракция №1

Мелкий порошок, прошедший через все сита

«CarboMAX» крупные частицы

3*2

6




Адсорбция воды от дизельного топлива и машинного масла

Ход эксперимента: В стеклянные емкости (на каждую фракцию по 6 емкостей для каждого нефтепродукта) налили по 50 мл дистиллированной воды. На поверхность пипеткой поместили нефтепродукты (в одни емкости - машинное масло, в другие - дизельное топливо). Часть машинного масла образовала на поверхности воды пятна зеленовато-коричневого цвета, на стенках и дне сосудов образовался небольшой налет. Пятно от дизельного топлива на воде представляло собой прозрачную пленку.

В емкости с нефтепродуктами высыпали навески (массой 1 г) определенной фракции угля. Размешали адсорбент. Разделили все емкости с полученными растворами на две части: одни профильтровали через 60 мин, другие через 24 часа. Предварительно взвесили сухой бумажный фильтр. Профильтровали смесь, высушили бумагу с получившимся осадком, взвесили, записали вес (не учитываем возможную адсорбцию фильтровальной бумагой). Усредненные результаты представлены в таблицах 2,3 и рис.1,2. Сравнили данные очистки аптечным углём и «CarboMAX» (таблицы 2,3, рисунки 3,4).

Результаты адсорбции активированным углем дизельного топлива Таблица №2

Сорбент – активированный уголь

Количество сорбента

(в граммах)

Среднее значение массы поглощенного топлива за 24 часа (в граммах)

Среднее значение массы поглощенного топлива за 1 час

(в граммах)

«CarboMAX» крупные частицы

1 ± 0,2

0,7± 0,2

0,5± 0,2

фракция №5

1 ± 0,2

0,4± 0,2

0,3± 0,2

фракция №4

1 ± 0,2

0,7± 0,2

0,6± 0,2

фракция №3

1 ± 0,2

0,9± 0,2

0,7± 0,2

фракция №2

1 ± 0,2

1± 0,2

0,8± 0,2

фракция №1

1 ± 0,2

1,2± 0,2

0,9± 0,2

Результаты адсорбции активированным углем машинного масла Таблица №3

Сорбент – активированный уголь

Количество сорбента

(в граммах)

Среднее значение массы поглощенного топлива за 24 часа (в граммах)

Среднее значение массы поглощенного топлива за 1 час

(в граммах)

«CarboMAX» крупные частицы

1 ± 0,2

0,9± 0,2

0,6± 0,2

фракция №5

1 ± 0,2

0,5± 0,2

0,3± 0,2

фракция №4

1 ± 0,2

0,8± 0,2

0,7± 0,2

фракция №3

1 ± 0,2

1,1± 0,2

0,9± 0,2

фракция №2

1 ± 0,2

1,2± 0,2

1± 0,2

фракция №1

1 ± 0,2

1,4± 0,2

1,1± 0,2


Обсуждение результатов и выводы: проанализировав данные, полученные в ходе экспериментов (рис. 1- 4), выяснили, что с загрязнением нефтепродуктами эффективнее справился тонко размолотый порошок активированного угля. Сравнив результаты адсорбции «CarboMAX» (одинаковый размер частиц с фракцией № 5) и аптечным углём, определили, что аквариумный уголь показал более высокие результаты в борьбе с нефтепродуктами. Наши результаты показывают, что адсорбционная емкость активированного угля возрастает с увеличением площади его поверхности и продолжительности эксперимента. Увеличивая время сорбции, масса поглощенных веществ возрастает (процент поглощения за один час – 80%, отсюда следует, что скорость адсорбции постепенно уменьшается). Для подтверждения полученных данных провели расчет коэффициента корреляции (Корреляционный анализ — метод обработки статистических данных, с помощью которого измеряется теснота связи между двумя или более переменными), данные представили в таблице 4.

Коэффициент корреляции для нефтепродуктов за определенный промежуток времени Таблица№4


1 час

24 часа

Машинное масло

-0,876(сильная отрицательная связь)

-0,922(сильная отрицательная связь)

Дизельное топливо

-0,836 (сильная отрицательная связь)

-0,889(сильная отрицательная связь)







    1. Адсорбция нефтепродуктов из воды микрочастицами активированного угля

Эксперимент проводился в феврале 2015 г. в лаборатории кабинета химии нашего лицея.

В результате проведенных исследований, описанных в главе 2.1., выяснили, что уменьшая размер фракции активированного угля, мы увеличиваем его сорбционные способности, поэтому решили провести очистку воды микрочастицами активированного угля.

Оборудование: стеклянные емкости для воды, мерный цилиндр, ложечка, пипетка, фильтровальная бумага, стеклянные конические колбы, воронки, мельница СМБМ №053 (год выпуска 2008), весы электронные тензометрические для статического взвешивания настольные МТ 0,6 – 3 В1ДА «Витрина 4» (точность взвешивания до 0,2 г).

Реактивы: дизельное зимнее топливо, машинное масло Mobil 1, активированный уголь (медицинский), угольный наполнитель для фильтров «CarboMAX Plus».

Ход эксперимента: На базе ИжГТУ им. М.Т.Калашникова измельчили активированный уголь двух видов (аквариумный и аптечный) до среднедисперсного порошка 0,1-10 мкм (10-5 - 10-7) с помощью мельницы СМБМ №053 (в дальнейшем -микрочастицы угля). Повторили все операции, описанные в предыдущем эксперименте. Сравнили полученные данные с данными проведенных ранее экспериментов. Результаты представлены в таблицах 5,6 и на рисунках 5,6.



Результаты адсорбции среднедисперсным порошком машинного масла Таблица №5

Сорбент – активированный уголь

Количество сорбента

(в граммах)

Среднее значение массы поглощенного топлива за 24 часа (в граммах)

Среднее значение массы поглощенного топлива за 1 час

(в граммах)

микрочастицы аптечного угля

1 ± 0,2

4,2± 0,2


3,2± 0,2


микрочастицы аквариумного угля

1 ± 0,2

2,6± 0,2

2,1± 0,2


Результаты адсорбции среднедисперсным порошком дизельного топлива Таблица №6

Сорбент – активированный уголь

Количество сорбента

(в граммах)

Среднее значение массы поглощенного топлива за 24 часа (в граммах)

Среднее значение массы поглощенного топлива за 1 час

(в граммах)

микрочастицы аптечного угля

1 ± 0,2

3,6± 0,2

2,7± 0,2

микрочастицы аквариумного угля

1 ± 0,2

2,3± 0,2

1,8± 0,2



Обсуждение результатов и выводы: Проведя очистку воды от загрязнений нефтепродуктами углеродными сорбентами и сравнив полученные результаты двух экспериментов, можно сделать вывод, что адсорбционная способность микрочастиц примерно в три раза больше, чем у тонкоразмолотого порошка, который показал наилучший результат среди всех исследуемых фракций активированного угля. «CarboMAX», измельченный до среднедисперсного порошка, очищает воду хуже, чем аптечный активированный уголь. Это можно объяснить тем, что строение, пористость данных углей различна (рисунки 10, 11 в приложении). Стоит заметить, что с загрязнением дизельного топлива все выбранные сорбенты справились менее эффективно, чем с машинным маслом, т.к. растворимость первого равна примерно 60 мг/л, а второго 20-30 мг/л. [12]

    1. Биотестирование воды, очищенной от машинного масла и дизельного топлива

Исследование качества очистки воды проводили по методике, предложенной учителями химии штата Вашингтон «Исследование токсичности бытовых веществ» [3], но заменили рекомендуемых ими дафний на мотыля, как наиболее доступный объект (приложение: таблица 8).

Ход эксперимента: Во все конические колбы с водой, очищенной от машинного масла и от дизельного топлива, поместили по 10 особей мотыля на контрольное время (1 час). Три емкости оставили контрольными – в них мотыль помещен в чистую воду. Наблюдали за поведением подопытных, фиксируя видимые изменения в движениях мотыля. Каждые 20 минут фиксировали количество умерших мотылей. Полученные данные занесли в таблицы 7,8 и рисунки 7,8.


Результаты биотестирования воды после очистки от дизельного топлива Таблица № 7

Примененный активированный уголь для очистки

Количество погибших мотылей

Поведение мотыля в данных условиях

фракция №5

24 из 60

40%

Сначала быстро двигались, через 20 минут 6 мотыля из 1 сосуда не проявляли признаков жизни. К концу эксперимента обнаружили еще двух мертвых в этом сосуде, 6 во втором и 10 в четвертом, движения остальных заторможены.

фракция №4

24 из 60

40%

На 40 минуте 24 мотыля уже были мертвы.

фракция №3

18 из 60

30%

Во время всего тестирования особи быстро двигались. Четыре мотыля в разных сосудах изначально проявляли малую активность. 14 мотылей погибли на 60 минуте.

фракция №2

12 из 60

20%

Два мотыля погибли в течение первых 20 минут, остальные быстро перемещались в емкости с водой. К концу эксперимента 12 мотылей были мертвы.

фракция №1

6 из 60

10%

При погружении в воду быстро задвигались, через некоторое время движения стали менее интенсивными, но продолжались на протяжении всего опыта. В конце эксперимента заметили, что в сосудах мертвы 6 мотылей.

микрочастицы аптечного угля

0 из 60

Активно двигались в течение всего эксперимента.

микрочастицы «CarboMAX»

0 из 60

Активно двигались в течение всего эксперимента.

«CarboMAX» крупные частицы

21 из 60

35%

Мотыли активно вели себя в течение опыта. 6 биотестеров погибли на 20 минуте. Еще 10 на 40. К концу наблюдений обнаружили 21 погибшего мотыля.

Контроль

0 из 10

Быстро двигались на протяжении всего эксперимента.


Результаты биотестирования воды после очистки от машинного масла Таблица №8

Активированный уголь

Количество погибших мотылей

Поведение мотыля в данных условиях

фракция №5

24 из 60

40%

1 мотыль погиб в первые 10 минут после погружения в воду. Остальные проявляли активность, но к концу 20 минут уже 4 тестера были мертвы. Еще 7 особей умерли в конце опыта.

фракция №4

18 из 60

30%

Первые 6 мотылей погибли на 40 минуте, еще 3 умерли за 10 минут до окончания эксперимента.

фракция №3

6 из 60

10%

Активно проявляли себя на протяжении всего эксперимента, 3 мотыля погибли в самом конце.

фракция №2

6 из 60

10%

Один мотыль медленно двигался с самого начала, погиб в течение первых 20 минут. Остальные быстро двигались постоянно.

фракция №1

0 из 60

0%

Были активны на протяжении всего опыта.

микрочастицы аптечного угля

0 из 60

Активно двигались в течение всего эксперимента.

микрочастицы «CarboMAX»

0 из 60

Активно двигались в течение всего эксперимента.

«CarboMAX» крупные частицы

18 из 60

30%

Двигались медленно. 5 мотылей были мертвы к 10 минуте эксперимента. На 20 обнаружили 10 мертвых. В результате опыта погибло 18 мотылей.

Контроль

0

Быстро двигались на протяжении всего эксперимента.


Обсуждение результатов и выводы: в результате проведенного биотестирования, выяснили что вода, после очистки исследуемым активированным углем от машинного масла и дизельного топлива практически пригодна для жизни мотыля (минимальная выживаемость – 60%). После очистки микрочастицами сорбентов выжили все биотесторы, что ещё раз подтверждает, что уменьшая размер частиц угля, мы увеличиваем его сорбционные способности.

Заключение

Изучив 21 источник информации и проведя ряд экспериментов, можно сделать следующие выводы:

  1. Адсорбция — поглощение вещества из газообразной среды или раствора поверхностным слоем жидкости или твердого тела. Сорбенты – легкие вещества, которые, плавая на поверхности воды, впитывают в себя нефтепродукты – являются одними из самых эффективных физико-химических методов борьбы с загрязнителями, применяемыми при очистке сточных вод и аварийных разливах органических веществ. Сорбционные способности зависят от температуры среды, рH, времени очистки, структуры сорбента и др. Учитывая при выборе адсорбента все эти факторы, человек может повысить качество очистки водных поверхностей.

  2. Активированный уголь — пористое вещество, которое получают из различных углеродосодержащих материалов органического происхождения. Благодаря своей пористой структуре активированный уголь является одним из самых эффективных сорбентов. В активированных углях различают три категории пор: микро-, мезо- и макропоры. Кроме медицины, уголь активированный используется во многих отраслях промышленности для очистки жидкостей, для поглощения нефтепродуктов, а также в бытовых фильтрах для воды и в противогазах.

  3. Смоделировав методы извлечения нефтепродуктов (дизельного топлива, машинного масла) с поверхности воды с применением активированного угля разных фракций и видов, выяснили, что уменьшая размер частиц активированного угля, мы увеличиваем его сорбционную способность (коэффициент корреляции=-0,866), поэтому для очистки воды от нефтепродуктов рекомендуем среднедисперсный порошок медицинского угля. Сравнив результаты адсорбции аквариумный и медицинским углем (одного размера частиц), увидели, что «CarboMAX» поглотил нефтепродуктов больше на 40%. На качество сорбции большое влияние оказывает время процесса. Адсорбция, происходящая в течение суток, является более эффективной для очистки воды, хотя основная масса нефтепродуктов поглотилась уже за первый час (процент поглощения – 80). Выбранные сорбенты справились с загрязнением от машинного масла лучше, чем дизельного топлива, что доказывает, что сорбционные способности вещества зависят и от природы загрязнителя.

  4. Метод биотестирования показал, что активированный уголь любой фракции и вида достаточно эффективно справляется с очисткой воды от машинного масла и дизельного топлива (минимальная выживаемость мотыля – 60%). После очистки среднедисперными порошками, все биотесторы остались живы, что ещё раз подтверждает предыдущий вывод о том, что масса поглощенного вещества обратно пропорциональна размеру частиц активированного угля.

Наша гипотеза подтвердилась: сорбционные способности активированного угля зависят не только от размера его частиц и времени, за которое происходит процесс адсорбции, но и от природы загрязнителя.

В дальнейшем планируем познакомиться с углеродными наносорбентами нефтепродуктов.

Список источников информации

  1. Вылкован А.И., Венцюлис Л.С, Зайцев В.М., Филатов В.Д. Современные методы и средства борьбы с разливами нефти: Научно-практическое пособие. - СПб.: Центр-Техинформ, 2000.

  2. Гвоздиков В.К., Захаров В.М. Технические средства ликвидации разливов нефтепродуктов на морях, реках и водоемах: Справочное пособие. - Ростов-на-Дону, 1996.

  3. Головнер В.Н. Химия. Интересные уроки: Из зарубежного опыта преподавания.- М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2005. 136 с. – (Портфель учителя) (52-53)

  4. Дугов Ю.С., Родин А.А. Экологические анализы при разливах нефти и нефтепродуктов. [Электронный ресурс]. URL: http://analiz-vody.ipkecol.ru/mater.htm (дата обращения 07.01.2015).

  5. Забела К.А., Красков В.А., Москвич В.М., Сощенко А.Е. Безопасность пересечений трубопроводами водных преград. - М.: Недра-Бизнесцентр, 2001.

  6. Ланец А.И. Изучение адсорбционных свойств глины. [Электронный ресурс]. URL: http://www.uran.donetsk.ua/~masters/2014/feht/lanets/diss/index.htm (дата обращения 07.01.2015).

  7. Флорес Ариас Мария Мелисса. Разработка сорбента с магнитными свойствами на основе оксидов железа и отходов металлургического производства для ликвидации аварийных разливов нефтепродуктов. [Электронный ресурс]. URL: http://fizmathim.com/razrabotka-sorbenta-s-magnitnymi-svoystvami-na-osnove-oksidov-zheleza-i-othodov-metallurgicheskogo-proizvodstva-dlya-likv (дата обращения 07.01.2015).

  8. Проблемы совершенствования системы борьбы с разливами нефти на Дальнем Востоке: Материалы регионального научно-практического семинара. - Владивосток: ДВГМА, 1999.

  9. Response to Marine Oil Spills. International Tanker Owners Pollution Federation Ltd. London, 1987(русский перевод). [Электронный ресурс].

  10. Википедия. Свободная энциклопедия. [Электронный ресурс]. URL: http://ru.wikipedia.org (дата обращения 10.01.2014, 07.01.2015).

  11. Житель Гвардейска нашел в своем колодце вещество, похожее на нефть. [Электронный ресурс]. URL: http://www.klops.ru/news/Obschestvo/64288/Zitelj-Gvardejska-nasel-v-svoem-kolodce-vesestvo-poxozee-na-neftj.html (дата обращения 12.01.2014).

  12. Нефтяные сорбенты - материалы, применяемые для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности водоемов. [Электронный ресурс]. URL: http://sorboil.su/neftyanue-sorbentu (дата обращения 05.01.2015).

  13. Пятна на лице моря. [Электронный ресурс]. URL: http://www.vokrugsveta.ru/print/telegraph/theory/586/ (дата обращения 10.01.2014).

  14. Основные методы очистки поверхностных и сточных вод от нефтепродуктов. [Электронный ресурс]. URL: http://www.allbest.ru/ (дата обращения 15.03.2015).

  15. Очистка воды от нефти. [Электронный ресурс]. URL: http://www.o8ode.ru/article/answer/clean (дата обращения 10.01.2014).

  16. Растворение и осаждение. [Электронный ресурс]. URL: http://msd.com.ua/modelirovanie-migracii-podzemnyx-vod/rastvorenie-i-osazhdenie/ (дата обращения 07.01.2015).

  17. Сорбенты. [Электронный ресурс]. URL: http://www.chemsystem.ru/sorbents/ (дата обращения 15.03.2015).

  18. Сорбционная технология борьбы с нефтяными загрязнениями. [Электронный ресурс]. URL: http://www.neftyanik-school.ru/studentam/uchebnye-kursy/course/15/25?start=4 (дата обращения 05.01.2015).

  19. Уголь активированный и другие сорбенты. [Электронный ресурс]. URL: http://mirsovetov.ru/a/medicine/drug/activated-carbon-sorbents.html (дата обращения 15.03.2015).

  20. Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ. [Электронный ресурс]. URL: http://referatwork.ru/refs/source/ref-65449.html (дата обращения 06.01.2015).

  21. Экологические последствия разливов нефти. Справка. [Электронный ресурс]. URL: http://ria.ru/documents/20090605/173349317.html#ixzz2KV3ATjsh (дата обращения 10.01.2014).

Приложение

Глоссарий

Абсорбент – это тело, образующее с поглощённым веществом твёрдый или жидкий раствор. Наиболее распространенными являются абсорбенты, применяемые для ликвидации разливов нефти, нефтепродуктов и химических веществ: абсорбенты на основе стружки скорлупы кокосового ореха (Shelltic C), торфяного мха, вспученного перлита, окисленного терморасширяющегося графита, полипропилена (Polabic O) и др.

Адсорбент – это тело, поглощающее (сгущающее) вещество на своей сильно развитой поверхности. Наиболее распространены: активированный уголь (Carbonut WT), активированный оксид алюминия (Alumac A), силикагель, диоксид кремния (кремнезем) и др.

Биогеоценоз — система, включающая сообщество живых организмов и тесно связанную с ним совокупность абиотических факторов среды в пределах одной территории, связанные между собой круговоротом веществ и потоком энергии (природная экосистема).

Биомасса — совокупная масса растительных и животных организмов, присутствующих в биогеоценозе в момент наблюдения.

Биоиндикация — оценка качества природной среды по состоянию её биоты. Биоиндикация основана на наблюдении за составом и численностью видов-индикаторов.

Биотестированием  — процедура установления токсичности среды с помощью тест-объектов, сигнализирующих об опасности независимо от того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций у тест-объектов. 

Зоопланктон — часть планктона, представленная животными, которые не могут противостоять течениям и переносятся вместе с водными массами.

Корреляционный анализ — метод обработки статистических данных, с помощью которого измеряется теснота связи между двумя или более переменными.

Марикультура — выращивание полезных водорослей, моллюсков, рыб и других организмов в морях, лагунах, лиманах, эстуариях или в искусственных условиях.

Микрочастицы — частицы очень малой массы, для движения и взаимодействия которых существенна дискретность действия.

Нефть – это жидкое горючее ископаемое биологического происхождения, которое представляет собой «коктейль» из углеводородов с примесью соединений, содержащих серу, азот и кислород. Нефть из различных месторождений отличается по составу углеводородов и примесей.

Нефтепродукты – это продукты переработки нефти.

Полифепан – препарат, получаемый при переработке лигнина – продукта гидролиза углеводных компонентов древесины.

Полиароматические углеводороды — органические соединения, для которых характерно наличие в химической структуре трех и более конденсированных бензольных колец. 

Сорбция — поглощение твёрдым телом либо жидкостью различных веществ из окружающей среды. Поглощаемое вещество, находящееся в среде, называют сорбатом, поглощающее твёрдое тело или жидкость — сорбентом.

Углеводороды — это соединения углерода с водородом, не содержащие других элементов.

Экология — наука о взаимодействиях живых организмов и их сообществ между собой и с окружающей средой.

Экологические факторы — свойства среды обитания, оказывающие какое-либо воздействие на организм.

Экосистема — биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов, среды их обитания, системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними. Одно из основных понятий экологии.



Шкала загрязнений по индикаторным таксонам Таблица №9

Индикаторные таксоны

Эколого-биологическая полноценность, класс качества воды, использование

Личинки веснянок, плоские личинки поденок, ручейник - риакофилла

Очень чистая. Полноценная Питьевое, рекреационное, рыбохозяйственное.

Крупные двустворчатые моллюски (перловица), плавающие и ползающие ручейник-нейреклипсис, вилохвостки, водяной клоп

Чистая. Полноценная Питьевое, рекреационное, рыбохозяйственное, орошение, техническое.

Моллюски-затворки, горошинки, роющие личинки поденок, ручейники при отсутствии реакофиллы и нейреклипсис, личинки стрекоз плосконожки и красотки, мошки

Удовлетворительно чистая. Полноценная. Питьевое с очисткой, рекреационное рыбоводство, орошение техническое.

Шаровки, дрейсена, плоские пиявки, личинки стрекоз при отсутствии плосконожки и красотки, водяной ослик

Загрязненные. Неблагополучные. Ограниченное рыбоводство, ограниченное орошение

Масса трубочника, мотыля, червеобразные пиявки при отсутствии плоских, крыски, масса мокрецов

Грязные. Неблагополучные. Техническое.

Макробеспозвоночных нет

Очень грязные. Неблагополучные. Техническое с очисткой

Рисунок 9. Фракции активированного угля

Рисунок 10. Аптечный уголь под микроскопом

Рисунок 11. «CarboMAX» под микроскопом




Химический состав дизельного топлива выражается в 10-40% парафиновых углеводородов, от 20 до 60% могут быть нафтеновые и 14-30% ароматические углеводороды. Такой процентный разброс происходит из-за многообразия видов ДТ. У летнего одно содержание веществ, у зимнего другое, а арктическое имеет свою формулу. При этом зимнее и арктическое еще разделяются на свои подвиды.



2

-70%
Курсы повышения квалификации

Исследовательская деятельность учащихся

Продолжительность 72 часа
Документ: Удостоверение о повышении квалификации
4000 руб.
1200 руб.
Подробнее
Скачать разработку
Сохранить у себя:
Выявление зависимости адсорбции активированного угля от размера его частиц и времени сорбции (960 KB)

Комментарии 0

Чтобы добавить комментарий зарегистрируйтесь или на сайт