Производство поверхностно-активных веществ (ПАВ), моющих, смачивающих, пенообразующих средств, мыла, глицерина. Производство продуктов бытовой химии и гигиенических средств

Эффективным способом переработки отходов целлюлозно-бумажной промышленности, в частности шлам-лигнина, является пиролиз, посредством которого получают товарный продукт – углеродный адсорбент. Наиболее распространенный метод – метод термохимической активации с использованием гидроксидов натрия и калия, позволяющий производить углеродные наноструктурированные материалы с высокими адсорбционными свойствами, особенно при адсорбции из жидкой фазы. Исследовано влияние условий синтеза углеродных адсорбентов из шлам-лигнина на их адсорбционные свойства с использованием в качестве активирующего агента гидроксида натрия. Шлам-лигнин выделяли в лабораторных условиях путем обработки лигнинсодержащей сточной воды коагулянтом оксихлоридом алюминия. Применили метод планированного эксперимента – ротатабельный центральный композиционный план второго по- рядка. Изучено действие основных факторов, определяющих адсорбционные свойства углей: температуры, продолжительности пиролиза и дозировки гидроксида натрия, – на выходные параметры, характеризующие эффективность адсорбции из жидкой фазы, т. е. иодное число и осветляющую способность по метиленовому голубому. Получили экспериментальные данные, по которым построили поверхности отклика, иллюстрирующие влияние перечисленных факторов на выходные параметры. Установлено положительное влияние температуры пиролиза и дозировки щелочи на адсорбционные свой- ства синтезированных углей. Адсорбционная активность по иоду составила 300 %, по метиленовому голубому – 1000 мг/г, что свидетельствует о развитой микро- и мезопористой поверхности и возможности использования данных соединений для адсорбции как газов и паров, так и органических веществ из растворов. Образцы синтезированных из шлам-лигнина активных углей были испытаны в качестве адсорбентов лигнина из сточной воды. Полученные зависимости коррелируют с данными, характеризующими влияние параметров пиролиза на осветляющую способность углей по метиленовому голубому. Показана высокая эффективность адсорбентов из шлам-лигнина при удалении лигнина из растворов – значение удельной адсорбции составило около 1500 мг/г. Для цитирования: Воронцов К.Б., Богданович Н.И., Седова Е.Л., Соловьева П.В. Формирование адсорбционных свойств углеродных наноструктурированных материалов термохимической активации шлам-лигнина // Изв. вузов. Лесн. журн. 2021. № 4. С. 181–189. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-4-181-189.
Pyrolysis is an effective way to process waste of the pulp and paper industry, in particular, sludge-lignin, which makes it possible to obtain a commercial product – a carbon adsorbent. The method of thermochemical activation using sodium and potassium hydroxides is now widely used in pyrolysis of wood waste processing. This method enables the production of carbon nanostructured materials with high adsorption properties, especially when adsorbed from the liquid phase. The paper studies the influence of conditions for the synthesis of carbon adsorbents of sludge-lignin on their adsorption properties using sodium hydroxide as an activating agent. Sludge-lignin was obtained under laboratory conditions by treating lignin-containing wastewater with aluminum oxychloride coagulant. We applied the method of the planned experiment: a rotatable central composite design of the second order for three factors. We studied the influence of the main factors determining the adsorption properties of coals, namely, temperature, pyrolysis duration and sodium hydroxide dosage, on the values of output parameters characterizing the adsorption efficiency from the liquid phase, i.e. the iodine number and the adsorption capacity of methylene blue removal. We obtained experimental data, which were used to construct response surfaces illustrating the influence of the experimental factors on the output parameters. The positive effect of pyrolysis temperature and alkali dosage on the adsorption properties of the synthesized coals was found. The following results were obtained: the adsorption activity for iodine – 300 %, for methylene blue – 1000 mg/g; indicating a developed micro- and mesoporous surface and the possibility of using these compounds for adsorption of both gases and vapors, and organic substances from solutions. Therefore, samples of activated carbons synthesized from sludge-lignin were tested as lignin adsorbents of lignin-containing wastewater. The obtained dependences correlate well with the data describing the influence of pyrolysis adsorbents of sludge-lignin in the removal of lignin from solutions was shown. The value of the specific adsorption was about 1500 mg/g. For citation: Vorontsov K.B., Bogdanovich N.I., Sedova E.L., Solovyova P.V. Formation of Adsorption Properties of Carbon Nanostructured Materials by Thermochemical Activation of Sludge-Lignin. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2021, no. 4, pp. 181–189. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-4-181-189

Рассмотрены научные и технологические процессы производства сырья для получения ПАВ: парафинов, олефинов, аминов, ароматических углеводородов, синтетических жирных кислот, высших жирных спиртов, оксидов этилена и пропилена.

Проведено теоретическое обоснование принципиально нового подхода к изучению термодинамики и кинетики реальных межфазных процессов. Рассмотрены уравнения адсорбции и методы расчета дифференциальных теплот адсорбции в рамках теории полимолекулярной адсорбции в различных модельных представлениях для идеальных и реальных (c обобщенным фактором неидеальности) физико-химических процессов, протекающих на межфазной границе. Изучена кинетика и термодинамика межмолекулярных взаимодействий углеводородных, фторированных природных ПАВ в адсорбционном слое. Разработан адсорбционно-термодинамический метод исследования природы поверхностей и апробирован в приложении к гетерогенному твердофазному катализу и катализу в расплавах, к лигнинсодержащим полиэлектролитным системам. Рассмотрено новое направление в теории и практике флотационного обогащения полезных ископаемых.

Адсорбционные методы являются одними из наиболее распространенных при разделении химических веществ, однако внедрение адсорбционных технологий разделения сдерживается рядом факторов. Использование порошковых адсорбентов, обладающих магнитными свойствами, позволит интенсифицировать процессы адсорбции и отделения адсорбента от очищаемой фазы. Предлагаемые в настоящее время способы синтеза магнитовосприимчивых адсорбентов в большинстве своем многостадийны, сложны и дорогостоящи. Цель исследования – разработка простого и недорогого способа их синтеза путем пиролиза с использованием в качестве углеродсодержащего сырья гидролизного лигнина – крупнотоннажного отхода гидролизных производств, а в качестве активирующего агента и источника магнитных форм железа – оксида железа(III). Синтез адсорбентов проводился методом планированного эксперимента. Изучалось влияние условий синтеза (содержание оксида железа(III) в исходной смеси, температура, продолжительность пиролиза) на свойства получаемых продуктов, определялись адсорбционная активность адсорбентов по метиленовому голубому и по иоду, относительная магнитная восприимчивость, а также параметры пористой структуры адсорбентов (суммарный объем сорбирующих пор, объем микро- и мезопор). Пористую структуру исследовали методом низкотемпературной адсорбции азота. По адсорбционным показателям полученные магнитовосприимчивые адсорбенты превосходят ближайшие аналоги: максимальная адсорбционная активность по метиленовому голубому – 316 мг/г, что почти в 1,5 раза выше требований ГОСТ 4453–74 к осветляющему углю марки ОУ-Б; максимальная адсорбционная активность по иоду – 1290 мг/г, что в 2 раза выше требований ГОСТ 6217–74 к активному углю БАУ-А; относительная магнитная восприимчивость – в среднем в 2 раза выше, чем у магнетита; максимальный объем сорбирующих, микро- и мезопор – соответственно 0,200; 0,076 и 0,113 см3/г. Таким образом, адсорбенты, синтезированные по предложенному нами способу, показали хорошие адсорбционные и магнитные свойства и могут найти широкое применение в науке и технике. Кроме того, промышленное производство магнитовосприимчивых сорбентов на основе гидролизного лигнина позволит увеличить рентабельность гидролизных производств за счет выпуска ценного продукта и в некоторой мере решить проблему утилизации отвалов лигнина.

Активное развитие промышленности привело к крупнотоннажному накоплению твердых отходов, которое стало серьезным фактором загрязнения окружающей среды. В связи с этим перед человечеством встает очень важная проблема утилизации таких отходов и связанная с ней задача рационального расходования сырья. Управление процессами образования, накопления и переработки отходов – важнейшее звено в обеспечении экологической безопасности, влияющей на экономическое и социальное развитие всех регионов. Накопление отходов оказывает существенное влияние на состояние природных комплексов, здоровье населения. В ряде случаев оно является одним из основных признаков возможного отнесения территорий к зонам с чрезвычайной экологической ситуацией. Невысоким коэффициентом использования сырья отличаются отрасли химической переработки древесины (лесохимическая и целлюлозно-бумажная), поэтому их относят к наиболее агрессивным нарушителям экологического равновесия. Одним из наиболее распространенных промышленных древесных отходов является гидролизный лигнин. Несмотря на пригодность для переработки в полезные продукты, он практически полностью вывозится в отвалы. Имея высокую кислотность, гидролизный лигнин стоек к контаминации, что затрудняет его естественное разложение. При этом он закисляет почву, поверхностные и подземные воды, загрязняет воздушный бассейн. На свалках гидролизных предприятий находится свыше 2 млн т лигнина. Несмотря на множество предложенных решений по пере-работке гидролизного лигнина все они не нашли широкого промышленного применения. Наиболее распространенным на данный момент методом утилизации является его сжигание в топках котельных, что нельзя считать рациональным. С учетом актуальности утилизации вторичных ресурсов химической переработки древесины сформулирована цель данной работы – получение углеродных адсорбентов из гидролизного лигнина. В качестве метода активации был выбран термохимический с использованием гидроксида калия. В ходе эксперимента было изучено влияние технологических параметров на выход и свойства полученного активного угля.

Содержит краткий обзор истории применения поверхностно-активных веществ для подготовки и транспортировки нефти. Рассмотрены теоретические основы формирования и разрушения водонефтяных эмульсий с применением данных веществ и особенности применения индивидуальных поверхностно-активных веществ.

Рассматриваются основные проблемы развития кожевенно-меховой промышленности, а также используемые химические материалы. Приводятся результаты синтеза ПАВ, исследования структуры и свойств, применения в производстве меха и кожи, использования полимерных добавок в меховом производстве, а также совместного использования плазменной обработки и предлагаемых химических материалов.

Адсорбционные процессы широко используют в промышленности при извлечении различных веществ и очистке растворов. Наиболее распространенными промышленными адсорбентами являются активные угли. Однако современные углеродные адсорбенты обладают рядом недостатков, которых лишены органо-минеральные магнитовосприимчивые адсорбенты. В мире активно разрабатываются адсорбенты, обладающие магнитной восприимчивостью. При использовании в технологии они легко отделяются от обрабатываемой жидкой фазы приложением магнитного поля, что интенсифицирует технологический процесс. Магнитовосприимчивые адсорбенты были получены путем химической активации гидролизного лигнина с гидроксидом железа (III), который при этом восстанавливался до магнитных форм железа и приводил к выгоранию углерода в гидролизном лигнине, тем самым активируя углеродную матрицу. Синтез адсорбентов проводили методом планированного эксперимента. Был использован центральный композиционный ротатабельный униформ-план второго порядка для трех факторов. Исследовали влияние температуры пиролиза, дозировки Fe(OH)3 и рН конечной точки осаждения Fe(OH)3. Полученные адсорбенты были охарактеризованы по адсорбционным и магнитным свойствам, установлен характер зависимости свойств от условий синтеза адсорбентов. На основе экспериментальных данных рассчитаны уравнения регрессии со значимыми коэффициентами, являющиеся математическими моделями зависимости исследуемых свойств от варьируемых факторов. Модели позволяют без проведения эксперимента прогнозировать свойства адсорбентов в исследуемом интервале варьирования факторов. Показано, что полученные адсорбенты обладают высокими адсорбционными свойствами как по иоду, так и по метиленовому голубому. Некоторые образцы по магнитной восприимчивости приближаются к магнетиту, однако наилучшие условия для высоких адсорбционных и магнитных свойств лежат в разных областях. Нами подобраны области условного оптимума в исследованном интервале варьируемых параметров.

В работе рассмотрен вопрос взаимодействия технических лигносульфонатов с гидратированным оксидом алюминия и его формой, содержащей аминоэпихлоргидринную смолу Водамин-115. Сорбцию проводили в статических условиях при изменяющихся параметрах проведения реакции (время; рН; концентрация лигносульфонатов; масса сорбента; добавки, способные взаимодействовать с лигносульфонатами с образованием полиэлектролитных комплексов). Процесс сорбции контролировали по изменению значений рН, концентрации лигносульфонатов и ионов алюминия фотометрическим и комплексонометрическим методами. Показано, что лигносульфонаты взаимодействуют с оксидом алюминия и его модифицированными формами при широком варьировании условий сорбции с образованием моно- и полимолекулярных слоев лигносульфонатов на поверхности сорбента. На примере добавок катионного полиэлектролита, способного образовывать полиэлектролитные комплексы с лигносульфонатами, показано увеличение сорбционных свойств оксида алюминия, как и в случае добавки соли алюминия, что указывает на преимущество адсорбции лигносульфонатов в составе комплекса с ионами алюминия. Поверхностный слой осажденного лигносульфоната проницаем для ионов алюминия, образующихся при растворении матрицы сорбента, что обеспечивает условия образования комплекса с алюминием и его дальнейшего осаждения.

Сегодня практически вся планета, особенно районы массового проживания людей, подвержены серьезным экологическим угрозам. В силу своих физикохимических свойств активные угли являются уникальными и идеальными сорбционными материалами, которые позволяют решать большой круг вопросов обеспечения химической и биологической безопасности человека, окружающей среды и инфраструктуры. Огромный ассортимент адсорбентов можно получить на основе крупнотоннажных отходов химической и механической переработки древесины. Целью нашей работы было проведение экспериментальных исследований по разработке технологии пиролиза хвойных опилок в режиме химической активации гидроксидом натрия для получения углеродных адсорбентов. Необходимо было организовать процесс пиролиза таким образом, чтобы он органично вписывался в структуру существующих предприятий, и получить при этом адсорбенты с минимальными затратами и широким спектром применения. Были реализованы две серии опытов: первая проведена с использованием 2 %-й ортофосфорной кислоты на стадии подготовки к термохимической активации, вторая - без использования ортофосфорной кислоты. Полученный уголь отмывали до нейтральных значений рН, высушивали, измельчали и анализировали. Для оценки адсорбционных свойств адсорбентов использовали общепринятые адсорбтивы: иод, метиленовый голубой, гексан. Указанные вещества широко применяются при тестировании активных углей. В результате исследования осуществлен подбор оптимальных режимных параметров для получения адсорбентов с достаточно высокими показателями адсорбции по иоду и осветляющей способностью по метиленовому голубому, значения которых существенно превышают показатели промышленно выпускаемых активных углей. Экспериментально установлено, что активные угли с максимальной поглощающей способностью возможно получить, соблюдая следующие режимные параметры: температура предпиролиза - 350 °С, температура термохимической активации - 650 °С, дозировка щелочи - 150 %. Широкое применение активного угля продиктовано доступностью сырья для его производства, невысокой стоимостью, универсальностью, возможностью многократной регенерации.