Промышленное применение. Осушка воздуха и газов.

Адсорбирующие свойства цеолита используются для очистки газовых выбросов. Особенно эффективно использование цеолита для очистки выбросов от двуокиси серы и аммиака на химических производствах (поглощение двуокиси серы составляет не менее 15%). Согласно исследованиям американской корпорации „Юнион Карбайд" применение природных цеолитов для этих целей выгодно с экономической точки зрения.

Благодаря своим хорошим свойствам по сорбции воды, цеолит успешно применяется в системах осушки воздуха от паров воды на промышленных предприятиях (установки осушки воздуха типа УОВ - 100).

Также объектом исследования стал природный цеолитосодержащий минерал холинского месторождения с пористой высокоразвитой внутренней структурой. Он перспективен к применению в качестве сорбента для очистки дымов, газов топливосжигающих устройств от

3

оксидов азота. Обоснованы основные параметры для экспериментального определения. Созданы две экспериментальные установки. Отчетные данные дают количественную характеристику кинетических и изотермических кривых сорбции при различной температуре и десорбции и является базовым для обоснования расчетных параметров и режимов работы опытно -промышленной установки.

Также широкое применение находят синтетические цеолиты. Они активно внедряются в разные процессы химической тезнологии (гидрокрекинг - каталитический крекинг, протекающий в присутствии водорода и при повышенном давлении, удаление примесей серо - и азотосодержащих примесей из нефтяных фракций, нефтехимический синтез и др.). На их основе создаются катализаторы нейтрализации врелных соединений в отходящих газах производств и автомобильных двигателей. Например, на медесодержащем цеолите Си ZSM - 5 при 500 °С N0 превращается в азот и кислород.

Промышленное применение. Почва.

Цеолит сохраняет влагу в почве, удерживая ее длительное время и снабжая ею растения медленно и постоянно.

В результате применения цеолита прекращается вымывание удобрений из почвы, восстанавливается и увеличивается способность земли к обмену питательных веществ для растений.

Наличие цеолитов в почвах снижает количество нитратов в плодах на 7 - 38 %, повышает содержание в плодах сахара и аскорбинки.

Цеолит является терморегулятором почв.

Промышленное применение. Экология.

Одно из ведуших направлений по применению цеолитов в экологии является связывание переносимых водой радионуклидов (цеолиты в условиях контакта с загрязненными растворами концентрируют и удерживают цезий и стронций). Это направление особенно актуально на территориях, зараженных в результате последствий аварии на Чернобыльской АЭС.

Для очистки газов с концентрацией ртути 10 мг/м³ до санитарной нормы 0,01 мг/м³, время контакта отработанных газов с цеолитизированными породами составляет 0,05 сек. Сточные воды, содержащие амины и таловое масло очищаются с помощью цеолита на 90 - 99%.

3.6.7. Использование глинистых минералов

для противодействия загрязнению окружающей среды

Большая емкость катионного обмена смектитов побудила к исследованиям возможности использования их как катализато­ров, т. е. веществ, которые изменяют скорость химической реак­ции, сами при этом не изменяясь. Глинистые катализаторы имеют возможное применение как адсорбенты для устранения загрязнения природных вод или почв.

Такое соединение, как 2,3,7,8-тетрахлородибензо-p-диоксин, является одним из наиболее токсичных важнейших загрязнителей в списке Американского Агентства по охране окружающей среды. Соединения диоксина действуют как нервные яды и крайне токсичны. Нижнего предела, при котором диоксины считаются безвредными для природной среды, не существует. Разрушение диоксинов биологическими, химическими или термическими способами — дорогостоящий процесс, и не в последнюю очередь потому, что они в низких (но очень существенных) концентра­циях диспергированы в больших объемах другого (безвредного) материала. Таким образом, для разрушения диоксина должны быть переработаны большие объемы материала .

Растворимые загрязнители типа диоксина перед разрушени­ем желательно концентрировать адсорбцией на твердом вещест­ве. Оптимальный твердый адсорбент должен быть дешевым, безвредным, регенерируемым, легким в обращении и иметь большое сродство — быть высокоселективным к загрязнителю.

В последнее время в качестве адсорбентов использовались тонко растертый активированный уголь и древесный уголь, но

А1,_аО₄(ОН)£

•подставки»,

или «подпорки»

Рис. 3.20. Схематичная диаграмма, на которой показаны «подставки», или «подпорки», в межслоевом пространстве смектитовой глины. Т— тетраэдрическия слой; О — октаэдрический слой.

они подвергались окислению в процессе термического разруше­ния загрязнителей. Это делало их непригодными к вторичному использованию, поэтому повышались как стоимость, так и вы­брос СО₂ в атмосферу. В качестве альтернативных адсорбентов были предложены смектитовые глинистые катализаторы, хотя необходимы некоторые модификации природного минерала.

ВСТАВКА 3.11. Сурфактанты

Сурфактант (поверхностно активный агент) представляет собой веще­ство, которое вводится в раствор, чтобы повлиять (обычно увеличить) на его способность к растеканию и смачиванию (т. е. те свойства, ко­торые контролируются поверхностным натяжением).

Примерами сурфактантов служат мыла и детергенты. Молекула мыла обладает двумя особенностями, обусловливающими его очи­щающее действие: длинной неполярной углеводородной цепочкой и полярной группой (карбоксилатной группой). Ниже приведен пример современного детергента, лорилсульфата натрия:

О

II CH₃(CH₂)_n-O-S-O-Na⁺

II О

Полярная карбоксилатная «голова» растворяется в воде, тогда как длинный «хвост» углеводородной цепочки хорошо смешивается с жир­ными веществами, эффективно перенося жир в раствор.

В общих словах все сурфактанты ведут себя как детергенты, имею­щие гидрофильную «голову» и «гидрофобный» хвост. В результате гидрофобные молекулы или соединения, например диоксин и другие хлорированные фенолы, будут иметь сродство к длинному хвосту углеводородной цепочки.

Природний сорбент це екологічно чиста сировина, яка не тільки не забруднює навколишнє середовище, а і здатна ефективно зв'язувати й нейтралізувати найбільш шкідливі для рослин, тварин і людини відходи промислового й сільськогосподарського виробництва. Таким чином, згідно з

властивостями бентонітових глин, відкриваються широкі можливості їх використання у природоохоронних заходах, а саме для очищення стічних вод від іонів важких металів, іонів амонію, радіонуклідів [4], для очищення питної води [9, 10, 11], для очищення природних вод [12], для очищення газопилових викидів [10, 13], для дезактивації забрудненої радіоактивними речовинами сільськогосподарської продукції [14], для очищення забруднених важкими металами ґрунтів [15], для створення буферних зон навколо сховищ токсичних відходів [16], для поліпшення якості ґрунтів, умов харчування рослин і ■ підвищення врожайності сільськогосподарських культур, для виготовлення бентонітових препаратів по боротьбі зі шкідниками виноградних, овочевих і плодових культур [17, 18] і т.д.

Механізм сорбції забруднювачів з води на глинистих мінералах достатньо складний і включає вандерваальсову взаємодію вуглеводневих ланцюгів з розвиненою поверхнею мікрокристалів силікатів і кулонівську взаємодію

заряджених і поляризованих молекул сорбату з позитивно зарядженими ділянками поверхні сорбенту, які містять іони H⁺ та А1⁺   [19].

Найбільше поширення глинисті матеріали отримали для знебарвлення води. За даними [4] розроблено метод освітлення стічних вод від дисперсних домішок, який включає послідовну обробку води монтморилонітом або іншими шаровими силікатами у натрієвій формі. Також перспективно використання бентонітів для очистки стічних вод нафтодобувної та нафтопереробної промисловості від лігносульфатів нафтенових кислот [20]. У даних випадках . бентоніт не тільки інтенсифікує процес осадження завислих речовин, але діє і як адсорбент розчинених органічних сполук. Монтморилоніт i вермикуліт є

ефективним сорбентом для поглинання зі стічних вод неіоногенних ПАР (поліетиленгликолеві ефіри жирних спиртів, кислот, алкіл фенолів та ін.), які адсорбуються на їх внутрішній поверхні [4]. Наявність у глинистих мінералів катіонообмінної і деякої аніонообмінної властивостей передбачає їх використання для вилучення зі стічних вод промислових підприємств катіоноактивних ПАР у процесах флотації руд чорних металів і сорбцію ацетат-, фосфат- та інших аніонів [6].

Глинисті мінерали також використовуються для вилучення неорганічних домішок. У наслідку аварії на ЧАЕС велика кількість радіоактивних речовин потрапило до водойм. Особливо небезпечним є забруднення радіоізотопами, такими як Cs-137 і Sr-90, які мають серйозну небезпеку щодо здоров'я людини. Використання традиційних методів коагуляції при очистці вод від радіоізотопів не дає бажаних результатів. Мінеральні сорбенти , такі як каолін, вермикуліт, бентоніт, цеоліт у наслідку особливості будови кристалічної решітки мають спорідненість до іонів цезію і стронцію [21,22]. Введення мінеральних добавок у воду забезпечує створення центрів коагуляції продуктів гідролізу коагулянтів з наступним їх осаджуванням [4, 23]. Поглинені таким чином радіоактивні ізотопи можливо жорстко фіксувати шляхом випалу мінералів при високих температурах.