Исследование способов подготовки бурого угля к проведению щелочной активации при получении сорбентов

Представлены данные по исследованию влияния способов подготовки харанорского бурого угля к проведению щелочной активации на адсорбционные свойства получаемых образцов. Описана методика проведения щелочной активации угля посредством импрегнирования гидроксидом калия и термолиза при 800 °С в режиме термоудара. В зависимости от природы воздействия выделены группы способов для подготовки сырья к процессу активации: химические, механические, термические, физические и комбинированные. Рассмотрено влияние на сорбцию полученных образцов предварительного воздействия на углещелочную смесь посредством термообработки, не приводящей к разложению сырья (термовыщелачивания) и механической обработки (механоактивации) как в отдельности, так и в комбинации друг с другом. Проведено сравнение качественных показателей сорбентов, полученных при щелочной активации харанорского бурого угля без предварительной подготовки и с применением термовыщелачивания и механоактивации. Применение термовыщелачивания на харанорском буром угле позволило увеличить адсорбционную активность по йоду на 15—20%, а в комбинации с последующим механическим активированием углещелочной смеси перед проведением термолиза — на 17—33% в сравнении с проведением щелочной активации без предварительной подготовки. Проведенные экспериментальные исследования позволили выделить термовыщелачивание (предварительный нагрев и выдержка при температуре 160
°С смеси угля со щелочью) как перспективный способ подготовки бурого угля к щелочной активации при получении сорбентов.

Ворсина Е. В., Москаленко Т. В., Михеев В. А. Исследование способов подготовки бурого угля к проведению щелочной активации при получении сорбентов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. № 12-1. — С. 59—68. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_121_0_59.

Ворсина Елена Владимировна¹ — доцент, канд. техн. наук, ст. науч. сотр. лаборатории комплексного использования углей;
Москаленко Татьяна Владимировна¹ — канд. техн. наук, ст. науч. сотр. лаборатории комплексного использования углей, labkiy@mail.ru;
Михеев Валерий Александрович¹ — канд. техн. наук, вед. науч. сотр., зав. лабораторией комплексного использования углей;
¹ Институт горного дела Севера им. Н. В. Черского Сибирского отделения Российской академии наук — обособленное подразделение Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра «Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук», 677980, г. Якутск, пр. Ленина, 43

Ворсина Е. В., е-mail: labkiy@mail.ru.

1. Чебан А. Ю., Секисов Г. В., Хрунина Н. П., Соболев А. А., Угай С. М. Перспективы развития Дальневосточного региона и экологические аспекты ведения горных работ // Системы. Методы. Технологии. — 2015. – № 3 (27). — С. 156—161.

2. Simate G. S., Maledi N., Ochieng A., Ndlovu S., Zhang J., Lubinda F. Walubita. Coal-based adsorbents for water and wastewater treatment // Journal of Environmental Chemical Engineering, 2016, Vol. 4, no 2, pp. 2291—2312. URL: https://doi.org/10.1016/j. jece.2016.03.051 (дата обращения: 30.05.2021).

3. Loginov D. A., Islamov S. R., Stepanov S. G., Kochetkov V. N. Sorbent production from low-ash brown coal // Solid Fuel Chemistry, 2016, Vol. 50, no 2, pp. 115—119. DOI 10.3103/S0361521916020051.

4. Skripkina Т., Bychkov А., Tikhova V., Smolyakov B., Lomovsky O. Mechanochemically oxidized brown coal and the effect of its application in polluted water // Environmental Technology & Innovation, 2018, Vol. 11, pp. 74—82. URL: https://doi.org/10.1016/j. eti.2018.04.010 (дата обращения: 20.06.2021).

5. Мухин В. М., Тарасов А. В., Клушин В. Н. Активные угли России. Под общей редакцией проф. д-ра техн. наук А. В.Тарасова. М.: Металлургия, 2000. — 352 с.

6. Jia J. B., Du H. H., Huang G. X., Liu Q. R., Xing B. L., Zhang C. X., Guo H. Y., Pan J. N. Research progress in non-energy utilization of lignite // Xiandai Huagong. Modern Chemical Industry, 2018, Vol. 38, No 6, pp. 24—27.

7. Buyantuev S. L., Kondratenko A. S., Shishulkin S. Y., Stebenkova Y. Y., Khmelev A. B. Research of a possibility of receiving sorbents for a sewage disposal from a wastage of coal preparation factory // Journal of Physics: Conference Series, 2017, Vol. 830, p. 012157. DOI 10.1088/1742—6596/830/1/012157.

8. Kah M., Sigmund G., Xiao F., Hofmann T. Sorption of ionizable and ionic organic compounds to biochar, activated carbon and other carbonaceous materials // Water Research, 2017, Vol. 124, pp. 673—692. URL: https://doi.org/10.1016/j.watres.2017.07.070 (дата обращения: 12.06.2021).

9. Bouchenafa-Sai N., Chennouf-Abdellatif Z., Cheknane B., Zermane F., Gaigneaux E., Mohammedi O. Equilibrium and kinetic studies of methyl orange and Rhodamine B adsorption onto prepared activated carbon based on synthetic and agricultural wastes // Desalination and water treatment, 2017, Vol. 64., No 3, pp. 284—291.

10. Lin J. Q., Yang S. E. , Duan J. M., Wu J. J., Jin L. Y., Lin J. M. and Deng Q. L. The Adsorption Mechanism of Modified Activated Carbon on Phenol // International Symposium on Materials Application and Engineering (SMAE 2016). MATEC Web Conf. 2016, Vol. 67 DOI: 10.1051/matecconf/20166703040

11. Tarasova A. I., Yegorov P. O., Netiaga O. B., Temchenko O. I. Technology of sorbents production from coal combustion products // Min. miner. Depos., 2014, Vol. 8(4) pp. 481— 486 DOI 10.15407/mining08.04.481

12. Курилкин А. А., Мухин В. М., Киреев С. Г., Каргальцева Л. А. Углеродные адсорбенты, модифицированные гидроксидом калия // Сорбционные и хроматографические процессы. — 2010. — Т. 10., Вып. 4. — С. 515—521.

13. Белецкая М. Г., Богданович Н. И. Формирование адсорбционных свойств нанопористых материалов методом термохимической активации // Химия растительного сырья. — 2013. — № 3. — С. 77—82.

14. Marsh H., Rodriguez-Reinoso F. Activated Carbon. Elsevier Ltd., 2006., 536 p.

15. Манина Т. С., Федорова Н. И., Семенова С. А., Исмагилов З. Р. Влияние условий щелочной обработки на свойства адсорбентов на основе природноокисленных углей Кузбасса // Кокс и химия. — 2013. — № 5. — С. 25—28.

16. Kucherenko V. A., Shendrik T. G., Tamarkina Yu. V., Mysyk R. D. // Carbon. — 2010. – V.48. — № 15.– pp. 45—56.

17. Кучеренко В. А., Шендрик Т. Г., Хабарова Т. В., Тамаркина Ю. В. Влияние температуры химической активации на формирование пористой структуры адсорбентов из бурого угля // Журн. Сиб. фед. ун-та. Химия. — 2009. — Т.2. — № 3. — С.223—231.

18. Lillo-Ródenas M. A., Cazorla-Amorós D., Linares-Solano A. Understanding chemical reactions between carbons and NaOH and KOH. An insight into the chemical activation mechanism // Carbon. — 2003. — V. 41. — pp. 267—275.

19. Чесноков Н. В., Микова Н. М., Иванов И. П., Кузнецов Б. Н. Получение углеродных сорбентов химической модификацией ископаемых углей и растительной биомассы // Журн. Сиб. фед. ун-та. Химия. — 2014. — Т.7. — № 1. — С. 42—53.

20. Ворсина Е. В., Москаленко Т. В., Михеев В. А. Получение углеродных сорбентов химической модификацией бурого угля Харанорского месторождения // Современные проблемы науки и образования. — 2015. — № 2—3.; URL: http://www.science-education. ru/ru/article/view?id=23990 (дата обращения: 30.04.2019).

21. Ворсина Е. В., Москаленко Т. В., Михеев В. А. Химическая модификация бурого угля Харанорского месторождения для получения активного угля // «Приоритеты мировой науки: эксперимент и научная дискуссия»: Материалы X международной научной конференции 17—18 февраля 2016 г. — Часть 1. Естественные и технические науки. — North Charleston, SC, USA: Create Space, 2016. — С. 13—17.

22. Ворсина Е. В., Москаленко Т. В., Михеев В. А. Получение сорбентов из бурых углей Харанорского месторождения // Геомеханические и геотехнологические проблемы освоения недр Севера: Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2017. — № 11 (специальный выпуск 24). — С. 146— 154.