Theoretical Foundations of Chemical EngineeringTheoretical Foundations of Chemical EngineeringТеоретические основы химической технологии0040-35713034-6053The Russian Academy of Sciences65281310.31857/S0040357124020063CUCCZBArticlesСтатьиResearch ArticleПолучение, пористая структура и сорбционные свойства углеродминерального мезопористого материала из техногенных отходовПолучение, пористая структура и сорбционные свойства углеродминерального мезопористого материала из техногенных отходовСпиридоноваЕ. А.
Russian Federation
Spiridonova_elena@live.ruСамонинВ. В.
Russian Federation
Spiridonova_elena@live.ruПодвязниковМ. Л.
Russian Federation
Spiridonova_elena@live.ruХрыловаЕ. Д.
Russian Federation
Spiridonova_elena@live.ruХохлачевС. П.
Russian Federation
Spiridonova_elena@live.ruСанкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)2304202458218319402022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://transsyst.ru/0040-3571/article/view/652813

Получение сорбентов из отходов является важной задачей современной промышленности, решение которой позволит устранить целый ряд насущных проблем. В данной работе исследуется влияние изменения параметров процесса получения композиционных сорбционно-активных материалов (КСАМ) состава “технический углерод – глинистый материал” из техногенных отходов на параметры пористой структуры. Показана зависимость изменения характеристик материала от количественного соотношения компонентов и вида глинистого материала. При изменении вида глинистого материала изменяется прочность КСАМ, при этом пористая структура материала практически не претерпевает изменения. Установлено, что при изменении температуры спекания изменяется удельная площадь поверхности при постоянстве предельного объема сорбционного пространства.

Получение сорбентов из отходов является важной задачей современной промышленности, решение которой позволит устранить целый ряд насущных проблем. В данной работе исследуется влияние изменения параметров процесса получения композиционных сорбционно-активных материалов (КСАМ) состава “технический углерод – глинистый материал” из техногенных отходов на параметры пористой структуры. Показана зависимость изменения характеристик материала от количественного соотношения компонентов и вида глинистого материала. При изменении вида глинистого материала изменяется прочность КСАМ, при этом пористая структура материала практически не претерпевает изменения. Установлено, что при изменении температуры спекания изменяется удельная площадь поверхности при постоянстве предельного объема сорбционного пространства.

глинистый отходтехнический углероднанодисперсный порошоккомпозиционный сорбционно-активный материалмезопорыдериватографияспеканиеРабота выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 21–79–30029).Романков П.Г., Фролов В.Ф., Флисюк О.М. Массообменные процессы химической технологии. СПб.: ХИМИЗДАТ, 2020.Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. М.: Химия, 1983.Самонин В.В., Подвязников М.Л., Никонова В.Ю., Спиридонова Е.А., Шевкина А.Ю. Сорбирующие материалы, изделия и процессы управляемой адсорбции. СПб.: Наука, 2009.Aristov Y.I., Gordeeva L.G. “Salt in porous matrix” adsorbents: Design of the phase composition and sorption properties // Kinetics and catalysis. 2009. V. 50. № 1. P. 65. [Аристов Ю.И., Гордеева Л.Г. Адсорбенты “соль в пористой матрице”: дизайн фазового состава и сорбционных свойств // Кинетика и катализ. 2009. Т. 50. № 1. С. 72.]Tella J.O., Adekoya J.A., Ajanaku K.O. Mesoporous silicananocarriers as drug deliverysystems for anti-tubercularagents: a review // Royal Society open science. 2022. V. 6. № 9.Bauer R.A., Qiu M., Schillo-Armstrong M.C., Snider M.T., Yang Z., Zhou Y., Verweij H. Ultra-Stable inorganic mesoporous Membranes for water purification // Membranes. 2024. V. 14. № 34.Costa J.A.S., de Jesus R.A., Santos D.O., Neris J.B., Figueiredo R.T., Paranhos C.M. Synthesis, functionalization, and environmental application of silica-based mesoporous materials of the M41S and SBA-n families: A review // J. Environ. Chem. Eng. 2021. V. 9. № 3.Gao W., Tang X., Yi H., Jiang S., Yu Q., Xie X., Zhuang R. Mesoporous molecular sieve-based materials for catalytic oxidation of VOC: A review // J. Environ. Sci. 2023. V. 125. P. 112.Beck J.S., Vartuli J.C., Roth W.J., Leonowicz M.E., Kresge C.T., Schmitt K.D. et al. A new family mesoporous molecular sieves prepared with liquid crystal templates // J. Am. Chem. Soc. 1992. V. 114. № 27. P. 10834.Zienkiewicz-Strzalka M., Pikus S., Skibinska M., Blachnio M., Derylo-Marczewska A. The structure of ordered mesoporous materials synthesized from aluminum phyllosilicate clay // Molecules. 2023. V. 28. № 6.Vinogradov V.V., Agafonov A.V., Vinogradov A.V. Sol-gel synthesis of nanostructured materials based on aluminum oxide with preset texture properties // Protection of metals and physical chemistry of surface. 2010. V. 46. № 5. P. 582.Иванова И.И., Князева Е.Е., Маерле А.А., Касьянов И.А. Дизайн микро-мезопористых катализаторов на основе цеолитов для процессов нефтехимического и органического синтеза // Кинетика и катализ. 2015. Т. 56. № 4. С. 556.Самонин В.В., Подвязников М.Л., Спиридонова Е.А., Хрылова Е.Д., Хохлачев С.П. Гарабаджиу А.В. Получение композиционных сорбционно-активных материалов состава “технический углерод – глинистый материал” из техногенных отходов // Российский химический журнал. 2022. Т. 66. № 3. С. 61.Koshelev M.M., Ulyanov V.V., Kharchuk S.E. Study of the fractional composition of liquid products of pyrolysis of solid organic waste in liquid lead // Theoretical foundation of chemical engineering. 2021. V. 55. № 4. P. 671. [Кошелев М.М., Ульянов В.В., Харчук С.Е. Исследования фракционного состава жидких продуктов пиролиза твердых органических отходов в жидком свинце. Теорет. основы хим. технологии. 2021. Т. 55. № 4. С. 489.]Alekseev N.I., Arapov O.V., Bodyagin B.O., et al. Activation of the carbon component of shungite-III and the sorption capacity of the material for hydrogen. Russian journal of applied chemistry // Russian journal of applied chemistry. 2006. V. 79. № 9. P. 1423. [Алексеев Н.И., Арапов О.В., Бодягин Б.О. и др. Активизация углеродной составляющей шунгита-III и сорбционная емкость материала по водороду // Журнал прикладной химии. 2006. Т. 79. № 9. С. 1439.]Мусина У.Ш., Самонин В.В. Углерод-минеральный состав шунгитовых пород Коксуского месторождения Казахстана // Известия Санкт- Петербургского государственного технологического института (технического университета). 2013. № 19. С. 39.Plaksin G.V., Baklanova A.V., Lavrenov A.V., Likholobov V.A. Carbon materials from the sibunit family and methods for controlling their properties // Solid fuel chemistry. 2014. V. 48. № 6. P. 349 [Плаксин Г.В., Бакланова О.Н., Лавренов А.В., Лихолобов В.А. Углеродные материалы семейства СИБУНИТ и некоторые методы регулирования их свойств // Химия твердого топлива. 2014. № 6. С. 26.]Плаксин Г.В. Пористые углеродные материалы типа сибунита // Химия в интересах устойчивого развития. 2001. Т. 9. С. 609.Rat’ko A.I., Ivanets A.I., Azarov S.M. Effect of additives on the pore structure of ceramics based on crystalline SIO2 // Inorganic materials. 2008. V. 44. № 7. P. 778. [Ратько А.И., Иванец А.И., Азаров С.М. Влияние добавок на пористую структуру керамики на основе кристаллического SIO2 // Неорганические материалы. 2008. Т. 44. № 7. С. 883.]Кугатов П.В. Использование пористых углеродных материалов в качестве носителей для катализаторов // Башкирский химический журнал. 2011. Т. 18. № 1. С. 98.Самонин В.В., Федоров Н.Ф. К вопросу обоснования подбора исходных компонентов для получения композиционных сорбирующих материалов по технологии наполненных полимеров // Журнал прикладной химии. 1997. Т. 70. № 1. С. 51.Kugatov P.V., Ivashkina E.A., Zhirnov B.S. Granular carbon adsorbent based on carbon black and synthetic pitch // Solid fuel chemictry. 2023. V. 57. № 6. P. 423. [Кугатов П.В., Ивашкина Е.А., Жирнов Б.С. Гранулированный углеродный адсорбент на основе сажи и синтетического пека // Химия твердого топлива. 2023. № 6. С. 61.]Карнаухов А.П. Адсорбция. Текстура дисперсных и пористых материалов. Новосибирск: Наука. Сиб. Предприятие РАН. 1999.Flisyuk O.M., Martsulevich N.A., Shininov T.N. Granulation of powder materials in a high-speed granulator // Russian journal of applied chemistry. 2016. V. 89. № 4. P. 603. [Флисюк О.М., Марцулевич Н.А., Шининов Т.Н. Гранулирование порошкообразных материалов в скоростном грануляторе // Журнал прикладной химии. 2016. Т. 89. № 4. С. 489.]Flisyuk O.M., Frolov V.F., Sidorenko Y.S. Theoretical analysis of the enlargement of particles in flow apparatuses with a fluidized bed // Theoretical foundations of chemical engineering. 2010. V. 44. № 1. P. 116. [Флисюк О.М., Фролов В.Ф., Сидоренко Ю.С. Теоретический анализ процессов укрупнения частиц в проточных аппаратах со взвешенным слоем // Теоретические основы химической технологии. 2010. Т. 44. № 1. С. 118.]Samonin V.V., Slutsker E.M. Adsorption properties of fullerene blacks // Russian journal of physical chemistry. 2003. [Самонин В.В., Слуцкер Е.М. Адсорбционные свойства фуллереновых саж // Журн. Физ. химии. 2003. Т. 77. № 7. С. 1287.]Электронный ресурс: https://rpn.gov.ru/activity/regulation/kadastr/fkko/Khaidapova D.D., Pestonova E.A. Strength of interparticle bonds in soil pastes and aggregates // Eurasian soil science. 2007. V. 40. № 11. P. 1187. [Хайдапова Д.Д., Пестонова Е.А. Прочность межчастичных связей в почвенных пастах и агрегатах // Почвоведение. 2007. № 11. С. 1330.]Дашко Р.Э., Александрова О.Ю., Котюков П.В., Шидловская А.В. Особенности инженерно-геологических условий Санкт-Петербурга // Развитие городов и геотехническое строительство. 2011. № 1. С. 1.Butman M.F., Ovchinnikov N.L., Karasev N.S., Kapinos A.N., Belozerov A.G., Kochkina N.E. Adsorption of anion and cation dyes onto pillared monmorillonite // Protection of materials and physical chemistry of surfaces. 2017. V. 53. № 4. P. 632. [Бутман М.Ф., Овчинников Н.Л., Карасев Н.С., Капинос А.П., Белозеров А.Г., Кочкина Н.Е. Адсорбция анионных и катионных красителей на пилларном монтмориллоните // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2017. Т. 53. № 4. С. 361–367.]Knyazheva O.A., Baklanova O.N., Lavrenov A.V., Muromtsev I.V., Trenikhin M.V., Mitryaeva N.S., Russkih G.S. Changes in the morphology and size of carbon black agglomerates upon mechanical activation // Russian fournal of applied chemistry. 2017. V. 90. № 12. P. 1953. [Княжева О.А., Бакланова О.Н., Лавренов А.В., Муромец И.В., Тренихин М.В., Митряева Н.С., Русских Г.С. Изменение морфологии и размеров агломератов технического углерода при механической активации // Журнал прикладной химии. 2017. Т. 90. № 12. С. 1623.