Электрокондиционирование жидких сред с применением наноструктурированных комплексных поглотителей

В современном мире множество экологических и техносферных проблем антропогенного характера связано с использованием некачественно очищенной воды. Актуальны вопросы очистки сточных вод предприятий различных отраслей промышленности (химических, энергетических, агропромышленных и т.д.), которые после использования содержат концентрации загрязняющих веществ, существенно превышающие санитарно-химические нормы. Некоторые из этих веществ чрезвычайно токсичны и опасны, их действие может быть губительно для окружающей среды конкретных регионов и здоровья проживающего населения. Так же требуют решения вопросы подготовки больших объемов специально очищенной воды для таких отраслей промышленности, как микроэлектроника, являющейся основной двигательной силой научно

Бабкин Александр Викторович, магистрант

Кашевич Злата Константиновна, магистрант Кучерова Анастасия Евгеньевна, аспирантка

технического прогресса, и фармацевтика (для инъекций, ингаляций и т.д.), где особо чистая вода представляет собой ключевой элемент, обеспечивающий безопасность изготовляемых лекарственных средств [1, 2]. Ещё одной немаловажной задачей остаётся повышение методов бытовой и технической водоподготовки.

Количество источников водоснабжения, пробы воды из которых не отвечают ключевым санитарно-химическим показателям, динамично растает, что влечет за собой ужесточение требований к качеству очистки потребляемых водных сред. Несмотря на это, данные государственной статистики о показателях износа определяющих элементов комплексов водоподготовки позволяют сделать однозначные выводы о бедственном состоянии существующих систем водоочистки.

Одними из наиболее эффективных методов тонкой очистки жидких сред являются сорбционные процессы, позволяющие удалять вредные примеси различной природы из растворов практически до нулевых концентраций. Именно поэтому поиск путей оптимизации и активации этих процессов является насущной задачей. Востребованным и перспективным способом оптимизации сорбционных процессов является воздействие электростатическим или электромагнитным полем.

Для реализации процесса электроуправ-ляемой жидкофазной сорбции [3] авторами была разработана экспериментальная лабораторная установка, представляющая собой циркуляционную систему жидкофазной сорбции, ключевым элементом которой является проточная сорбционная ячейка, в которой располагаются фильтрующий элемент с навеской материала-поглотителя и электроды, являющиеся генераторами электростатического поля (рис. 1).

Рис. 1. Экспериментальная установка кондиционирования воды

Методика проведения эксперимента. С помощью центробежного насоса исходный раствор (объем 4 л), имеющий начальную концентрацию 15 мг/л из ёмкости подавался в сорбционную колбу, содержащую фильтрующий элемент с навеской сорбента, а так же 2 электрода, на которые подавалось напряжение U=0-150 B. Из сорбционной колбы раствор по обратному контуру возвращался в исходную ёмкость. Расход раствора регулировали с помощью счётчика СВ-15Г. Измерение концентрации раствора производили, используя стандартную методику спектрофотометрического анализа. Исследования по определению сорбционной активности поглотителей осуществлялись в соответствии с ГОСТ 4453-74.

Для экспериментальных исследований в качестве образцов сорбирующих материалов использовали наиболее широко применяемый в промышленности сорбент – активированный уголь различных видов (каменный, древесный, кокосовый) и сходные по химической природе, но наноструктурированные материалы серии «Таунит» (ООО «НаноТехЦентр», г. Тамбов). Учитывая данные литературных источников о сорбционной емкости применяемых образцов, навески угля и наноматериала использовались в массовом соотношении 10:1 [4]. Полученные кинетические зависимости изменения оптической плотности раствора от времени для исследуемых материалов представлены на рис.2.

Дальнейшим этапом исследования было изучение эффекта влияния электростатического поля на процесс сорбции с применением двух наиболее сорбционно-активных поглотителей – активированного кокосового угля марки NWC и углеродного наноструктурированного материала Таунит-М при фиксированных значениях напряжения электростатического поля.

Время процесса, мин

Рис. 2. Экспериментальные кривые изменения оптической плотности модельного раствора

Полученные результаты позволяют сделать однозначные выводы не только о положительном влиянии электростатического поля на процесс жидкофазной сорбции в установке электрокондиционирования с применением наномо-дифицированных сорбентов, но и установить зависимость степени влияния электростатического поля от величины напряжения. Экспериментальные зависимости влияния напряжения на процесс адсорбции активированными углями показаны на рис. 3. Влияние электростатического поля на сорбционную активность углеродного наноструктурированного материала Таунит-М отражено на рис. 4.

Проведенные исследования позволили сделать вывод о сорбционной активности представленных образцов и об особенностях течения процесса сорбции на каждом из них. Так, изменение оптической плотности раствора более существенно для двух исследуемых видов сорбентов: активированный кокосовый уголь марки NWC и углеродный наноструктурированный материал Таунит-М. Дальнейшие исследования влияния электростатического поля позволяют сделать вывод о его положительном воздействии на сорбционную активность выбранных образцов в процессах извлечения органических загрязнителей из водных сред.

Рис. 3. Влияние напряжения на процесс адсорбции активированного кокосового угля марки NWC

Рис. 4. Влияние электростатического поля на процесс адсорбции углеродного наноструктури-рованного материала Таунит-М

Результаты проведенных экспериментов и их интерпретация способствуют перспективному использованию в промышленных масштабах функциональных систем очистки, в основе работы которых лежат методы электроуправляемой жидкофазной сорбции, а также, применению в качестве сорбирующих материалов комплексных наноструктурированных поглотителей на основе активированного угля, модифицированного углеродными нанотрубками.