Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Условия труда операторов комбикормовых предприятий 8
1.1 Гигиена труда и заболеваемость операторов комбикормового производства 8
1.2 Средства индивидуальной защиты органов дыхания операторов 30
Выводы 33
Глава 2. Характеристика способов регистрации пыли и очистки воздуха рабочей зоны при производстве комбикормов 35
2.1 Способы исследования пыли и коллоидных структур. Седиментация пыли 35
2.2 Способы регистрации вредных и опасных веществ в пыли комбикормового производства 46
2.2.1 Способы регистрации радиоактивности 47
2.2.2 Способы регистрации некоторых тяжёлых металлов и органических пестицидов 54
2.3 Химические способы очистки воздуха рабочей зоны операторов комбикормового производства 57
2.3.1 Сорбенты для очистки воздуха рабочей зоны от мелкодисперсной пыли и коллоидных пылевых структур 57
2.3.2 Жидкие поглотители и твёрдо - пенные сорбенты на основе силикатов 58
2.3.3 Экстрагенты на основе нефтяных сульфоксидов 62
Выводы 65
Глава 3. Объект и методика исследования 67
Глава 4. Результаты исследований 72
4.1 Характер и способы контроля систем пыли в рабочей зоне операторов комбикормового производства 72
4.2 Определение пылевой нагрузки на операторов с учётом дисперсного состава пыли 76
4.3 Особенности загрязнения комбикормовой пыли радионуклидами 78
4.4 Особенности загрязнения комбикормовой пыли тяжёлыми металлами и пестицидами 80
4.5 Применение сорбентов для очистки воздуха рабочей зоны от мелкодисперсной пыли, загрязнённой вредными и опасными веществами 88
4.5.1. Динамические сорбенты 88
4.5.2 Обновляющиеся сорбенты с регулируемой дисперсностью 97
4.5.3 Твёрдо - пенные сорбенты на основе алюмосиликатов : 101
4.6 Устройства очистки воздуха. 104
4.6.1 Характер конструкции устройств очистки воздуха 104
4.6.2 Эффективность устройств очистки воздуха 109
Выводы 128
Глава 5. Экономическая эффективность химических способов очистки воздуха рабочей зоны комбикормового производства 129
Общие выводы 134
Библиографический список 135
Приложения 148
- Средства индивидуальной защиты органов дыхания операторов
- Способы регистрации некоторых тяжёлых металлов и органических пестицидов
- Характер и способы контроля систем пыли в рабочей зоне операторов комбикормового производства
- Твёрдо - пенные сорбенты на основе алюмосиликатов
Введение к работе
Временная нетрудоспособность операторов, занятых приготовлением комбикормов, более чем на 70% формируется за счёт профессионально -обусловленных заболеваний, из которых около 40% связаны с вредным воздействием пыли.
Проблеме обеспыливания посвящен достаточно широкий круг работ B.C. Шкрабака, А.П. Лапина, Б.М. Тюрикова, А.И. Гавриченко, И.В. Галья-нова, В.В. Алешковского, Е.И. Богуславского и др., в которых заложены основы системного подхода к решению указанной проблемы. Системный подход позволяет провести моделирование процесса пылеобразования, прогнозирование концентрации и дисперсного состава пыли в рабочей зоне, результатом которых является наиболее оптимальный выбор технических и физико-химических средств снижения уровня запылённости.
Выявлено, что механические средства обеспыливания, применяемые в настоящее время на предприятиях комбикормового производства, мало эффективны, особенно по отношению к наиболее патогенной мелкодисперсной пыли, в том числе коллоидным пылевым структурам - частицам, линейные размеры которых составляют десятые доли микрона. Наличие коллоидных пылевых структур даже при достаточно большой их концентрации в воздухе рабочей зоны визуально практически не обнаруживается, поэтому проблеме очистке воздуха рабочей зоны от мелкодисперсной пыли и коллоидных частиц не уделяется должного внимания. Между тем, именно эта составляющая пылевой системы является основным носителем токсичных, вредных и опасных веществ, поскольку обладает наиболее развитой реакционной поверхностью.
Поскольку проблема снижение уровня запылённости рабочей зоны операторов комбикормового производства является одним из основных направлений улучшения условий труда, разработка средств и способов очистки воздуха от мелкодисперсной пыли является актуальной.
Целью исследования - улучшение условий труда операторов комбикормового производства путём снижения пылевой нагрузки.
Цель исследования достигается решением следующих задач исследования:
Исследовать пылевую нагрузку оператора, занятого приготовлением комбикормов.
Провести теоретические исследования и обосновать применение устройств на основе жидких поглотителей для очистки воздуха рабочей зоны оператора.
Обосновать способ контроля концентрации мелкодисперсной пыли.
Разработать технические средства для очистки воздуха от мелкодисперсной пыли.
Объект исследования - воздух рабочей зоны.
Предмет исследования - пылевая нагрузка на операторов, занятых приготовлением комбикормов.
Параметрами исследования являются: концентрация пыли в воздухе рабочей зоны оператора, дисперсность пыли в зоне дыхания оператора, концентрации вредных веществ, содержащихся в запылённом воздухе рабочей зоны оператора, радиоактивность пыли.
Научная новизна:
Уточнена математическая модель расчета пылевой нагрузки по отношению к мелкодисперсной пыли, обоснована возможность регистрации коллоидных форм вредных и опасных веществ в воздухе рабочей зоны, составлены композиции многофазных многокомпонентных поглотителей и разработан способ их изготовления.
Разработана новая, защищенная патентом № 41153 на полезную модель, установка для исследования дисперсного состава пыли.
Разработано устройство для фотохимической дезактивации пыли, защищенное патентом на полезную модель № 40913.
4. Усовершенствованы способы регистрации вредных и опасных веществ, содержащихся в пыли. Способы расширяют возможность регистрации указанных веществ до 10"12 моля.
Практическую значимость работы составляет комплекс теоретических и экспериментальных исследований, который позволяет снизить пылевую нагрузку на оператора на 87% по отношению к мелкодисперсной пыли при общей концентрации не более 100 мг/м . На защиту выносятся:
Результаты теоретических и экспериментальных исследований.
Технические решения в виде устройства для фотохимической дезактивации пыли; установки для определения дисперсного состава пыли; конструкции устройств очистки воздуха от мелкодисперсной пыли и содержащихся в ней вредных и опасных веществ.
Внедрение. Устройства для очистки воздуха рабочей зоны внедрены в ООО «Кромской комбикормовый завод» пос. Кромы и лаборатории очистки воздуха Орловского филиала «Центра лабораторного анализа и технических измерений по центральному федеральному округу». Индикаторы влажности и наличия в воздухе мелкодисперсной пыли внедрены для использования в учебном процессе ОрёлГИЭТ, по курсу «Основы безопасности труда».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ, одна из которых опубликована в издании, рекомендованном ВАК РФ. Публикации полностью отражают основное содержание диссертационной работы.
Апробация результатов исследования. Основные положения, материалы и результаты обсуждались:
на заседаниях учёного совета ФГНУ «ВНИИОТ»;
на международных и региональных научно - практических конференциях Орловского государственного института экономики и торговли.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и рекомендаций, списка литературных источников, вклю-
7 чающего наименований, приложений. Работа изложена на 155 страницах машинописного текста, содержит 147 страниц основного текста, 46 рисунков, 13 таблиц, 7 приложений. Библиографический список включает 115 наименований.
Средства индивидуальной защиты органов дыхания операторов
В настоящее время более пятидесяти научно - исследовательских организаций только нашей страны трудятся над разработкой и совершенствованием СИЗОД [67, 86]. На современном российском рынке достаточно широко представлена продукция ведущих отечественных и зарубежных производителей, среди которых наиболее известными являются ЗАО «Сорбент - Центр Внедрение» (г.Пермь), ЗАО «СЕВЗАППРОМЭНЕРГО» (г.Санкт - Петербург) и ЗМ Corp.(Maplewood, Минессота).
Маркетинговые исследования российского потребительского рынка СИЗОД, проведённые компанией ЗМ, показали, что главными критериями при выборе респиратора инженеры по охране труда считают: стоимость, защитные свойства и комфортность использования [31]. Перечисленные показатели не оценивались по принципу «что главнее», достаточно очевидно, что при современном уровне финансирования охраны труда в сельском хо 31 зяйстве, вопрос выбора между ценой и уровнем качества СИЗОД решается в пользу цены. Большинство российских потребителей не может позволить себе закупку даже самых высококачественных СИЗОД по высокой цене. А продукция компании ЗМ - высококачественная, комфортная, но дорогая.
Российские СИЗОД, изготовленные с соблюдением всех технических условий, не уступают по качеству и комфорту, импортным аналогам, при этом значительно выигрывая в цене. В производстве современных СИЗОД применяются новые материалы, новейшее оборудование и технологии. Однако, несмотря на постоянное совершенствование СИЗОД, остаётся ряд проблем, которые достаточно трудно разрешить практически.
К сожалению, в настоящее время респираторы производят не только предприятия, дорожащие своим именем, но и многочисленные непрофильные «ООО», которые часто используют материал низкого качества и не соблюдают технические условия, что позволяет существенно снизить себестоимость и оптовую цену респираторов. Например, в партии фальсифицированных респираторов У -2К [95], под наружным слоем поролона вместо фильтрующего материала типа ФП находился обычный нетканый материал, а клапан выдоха представлял собой резиновый кружок, прикреплённый к седловине металлическим шурупом или пластиковым шпеньком, изделии не было никакой маркировки, не указан ни производитель, ни товарный знак, отсутствовали дата выпуска и инструкция по применению. По оценкам специалистов [95, 107], фальсифицированные респираторы примерно в 1,5-2 раза дешевле, чем качественные изделия легальных производителей, при этом на первый взгляд они ничем не отличаются от подлинных. В результате, подделки часто продаются не только в небольших магазинах, но и в солидных оптовых фирмах. В ходе проверок, проведённых специалистами Ассоциации «СИЗ» в 2004г было установлено, что 75% из проверенных организаций не имели сертификата соответствия на приобретённые СИЗОД [107]. Естественно, фальсифицированные респираторы не выполняют своих защитных функций. Использование таких подделок наносит ущерб здоро 32 вью работающих, служит причиной роста профессиональной заболеваемости.
По данным Нижегородского НИИ гигиены и профпатологии [66] часто СИЗОД не применяются работниками, всвязи с их отягчающим воздействием на организм. Увеличенное сопротивление дыханию, повышенные температура и содержание углекислоты в подмасочном пространстве, давление маски на лицо, ограничение поля зрения - все это, в сочетании с физической нагрузкой, вызывает утомляемость и психологический дискомфорт рабочих, снижает производительность труда [4, 35, 108, 115]. Для снижения отягчающего воздействия на организм работающего и выполнения защитных функций СИЗОД должны быть подобраны в соответствии с характером и уровнем вредных факторов, эргономических и физиологических аспектов, с учетом особенностей выполняемых технологических операций, физических и тепловых нагрузок [48]. При выборе СИЗОД должны учитываться индивидуальные физиологические особенности работников. Так, согласно исследованиям [2], работники, имеющие излишний вес, а так же старше 50 лет, испытывают повышенную нагрузку на сердечно - сосудистую систему при работе в респираторе любого типа. Наличие у работника бороды или усов так же может повлиять на эффективность используемого СИЗОД. Термин «индивидуальное» в аббревиатуре СИЗОД означает не только «средство единоличного пользования», но и «средство, подобранное индивидуально для каждого работника».
Но даже применение высококачественных сертифицированных СИЗОД, подобранных с учетом всех требований и физиологических особенностей не даёт 100% гарантии эффективности защиты. Необходимо обучить работников правилам эксплуатации и ухода за СИЗОД, так как невыполнение данных правил в значительной мере снижает эффективность защиты СИЗОД. В Нижегородском НИИ гигиены и профпатологии были проведены массовые исследования контроля прилегания противопылевых респираторов. Метод исследования основан на использовании люминесцирующего аэрозоля. Следы проникновения флюорохрома в подмасочное пространство обнаруживались при освещении внутренней поверхности респиратора ультрафиолетовым светом [66]. В результате были выявлены наиболее типичные ошибки, такие как: неравномерно расправленный обтюратор, недостаточно плотное обжимание алюминиевой пластинки, либо наоборот её резкое сгибание, неаккуратное хранение респиратора, в результате чего алюминиевая пластинка начинала выступать из респиратора. Всё выше перечисленное приводило к подсосу воздуха в подмасочное пространство, минуя фильтрующие элементы.
В условиях реального сельскохозяйственного производства решение указанных выше проблем использования СИЗОД требует достаточного финансирования, а так же развития и усовершенствования местной системы охраны труда. В силу выше сказанного применение СИЗОД не является оптимальным решением проблемы снижения пылевой нагрузки на операторов комбикормового производства. Выводы 1. Анализ условий труда операторов комбикормового производства выявил, что повышенная концентрация пыли в воздухе рабочей зоны операторов является основной производственной вредностью. Более 40% производственно - обусловленных заболеваний связаны с вредным воздействием пыли. 2. Негативное действие пыли на организм работников комбикормового производства усугубляется содержанием в ней пестицидов, солей тяжёлых металлов, радионуклидов и других вредных и опасных веществ. Наиболее патогенной являются мелкодисперсная составляющая пылевой системы, обладающая большей реакционной поверхностью и проникающей способностью по сравнению с крупнодисперсной пылью. 3. Аспирационные системы, циклоны и другие механические средства, применяемые для очистки воздуха на предприятиях комбикормового производства, малоэффективны по отношению к мелкодисперсной пыли. Использование СИЗОД не является оптимальным решением проблемы защиты операторов от вредного воздействия пыли и содержащихся в ней веществ. Проведённый анализ состояния вопроса позволяет сформулировать цель исследования: улучшение условий труда операторов агропромышленного комплекса при приготовлении комбикормов путём очистки воздуха рабочей зоны от мелкодисперсной пыли.
Способы регистрации некоторых тяжёлых металлов и органических пестицидов
Как было показано в главе 1, пылевые частицы обязательно являются центрами локализации токсичных веществ, в том числе солей тяжёлых металлов, пестицидов и др. Вредные и опасные вещества содержатся в пыли в различной концентрации. Поэтому для определения степени загрязнения пыли указанными веществами необходимо использовать способы регистрации с широким концентрационным диапазоном. Указанному требованию удовлетворяют методы, основанные на использовании жидкостной хроматографии. Эти методы обычно применяют для анализа органических соединений, в том числе пестицидов [32, 79]. Детекторами при использовании хро-матографических способов в большинстве случаев служат спектрофотометры, масс - спектрометры, флуориметры и т.п. [6, 11, 51]. Кроме того, регистрация солей тяжёлых металлов посредством применения различных видов атомно - адсорбционного анализа, позволяет определять наличие даже следовых количеств ионов тяжёлых металлов. Иногда для этой цели используют полярографические методы. Кроме того, эти методы служат для идентификации и органических веществ. Однако, все перечисленные методы достаточно громоздки, требуют приборного оснащения и процедур пробопод-готовок, поэтому их невозможно использовать для экспресс - анализа. Для решения задач исследования наряду с атомно - адсорбционным, флуометрическим и спектрофотометрическим способами регистрации, использовались хемилюминесцентные способы. Хемилюминесцентные методы имеют в данном случае несомненное преимущество, поскольку позволяют использовать достаточно простую экспериментальную установку, описанную выше. Подобрав соответствующие индикаторные хемилюминесцентные и электрохемилюминесцентные системы, можно изучать кинетические зависимости индикаторных реакций от содержания анализируемых веществ в исследуемых образцах, используя туже аппаратуру, что и для регистрации радионуклидов. Только в данном случае кювету с жидким сцинтиллятором или твёрдотельным термолюминесцентным люминофором необходимо заменить обыкновенной стеклянной кюветой с индикаторной смесью. В ходе данной работы найдены различные усилители, например пористое стекло и пористые сорбенты на основе силикатов, при использовании которых можно добиться высокой регистрирующей активности по отношению к исследуемым ионам тяжёлых металлов и других токсичных веществ.
Как известно, хемилюминесценция - явление излучения света при протекании химической реакции, как в конденсированных, так и в газовых средах [3]. Интенсивность свечения 1хл определяется скоростью протекания реакции со: Скорость со определяется концентрацией вещества [с], участвующего в реакции: со [с]. Следовательно, изменению [с] соответствует изменение 1хл. Кинетика указанных процессов даёт возможность определить присутствие в среде соответствующего загрязнителя и оценить его концентрацию. В качестве индикаторных растворов предлагается использовать щелочные растворы люминола (диамино - фталь - гидразида), структурная формула которого имеет вид: Указанные хемилюминесцентные системы крайне выгодно использовать для регистрации токсичных и опасных веществ - загрязнителей пыли. Для обеспечения функциональных свойств регистрирующей системы требу о ется очень малая концентрация люминола (порядка 10 моль/литр). Даже при указанной концентрации люминола система, преобразуясь в стабильный продукт диоксетанного типа [32], становится крайне чувствительной к наличию токсичных веществ. Особенно высока чувствительность по отношению к тяжёлым металлам, поскольку они обладают крайне высокой каталитической активностью при распаде диоксетанов. Это даёт возможность ре-гистрировать вещества на уровне от 10" моль/литр вплоть до 10" моль/литр. Индикаторной системой, достаточно чувствительной по отношению к органическим пестицидам, особенно серосодержащим (карбофосам) и хло-рорганическим, является раствор озона или перекиси водорода в серной кислоте [77, 79]. Хемилюминесцентные реакции можно использовать в простейших видах хроматографии, близких к тонкослойным [79]. В качестве адсорбционного слоя в данном случае служит алюмосиликатный сорбент [102], либо обыкновенная фильтровальная бумага. При нанесении на адсорбционный слой капли индикаторной смеси щелочного раствора люминола и капли анализируемой смеси хемилюминесцентным датчиком определяется положение фронта для анализируемых хроматограмм исследуемых веществ. Преимуществом такого хроматографического способа является то, что по 57 ристая структура адсорбционного слоя, помимо обеспечения эффективного разделения вещества, многократно усиливает интенсивность хемилюминес-ценции.
Механические способы очистки воздуха рабочей зоны операторов по приготовлению комбикормов посредством стандартных аспирационных установок и циклонов мало эффективны по отношению к мелкодисперсной пыли и пылевым коллоидным структурам. В настоящее время осуществляются попытки дополнить механические способы очистки более тонкими, например, посредством использования сорбирующих материалов. При этом часто используются обыкновенные тканематериалы, реже - более эффективные сорбенты. Среди сорбентов наиболее распространёнными являются неорганические вещества, такие как активированные угли, силикагели, оксид алюминия, графитированная сажа и структуры молекулярных сит. Особого внимания заслуживают и молекулярные сита [13]. Они изготовляются из натрииалюмосиликатов, кальцииалюмосиликатов и др., и относятся к классу цеолитов, общая формула которых имеет вид: где М - катион щелочных или щелочноземельных металлов.
Структурными блоками алюмосиликатных матриц являются анионы [Si04]4 и [АЮ4]4 , связанные молекулами кислорода. Диаметр пор в молекулярных ситах определяется размерами атома катиона. Так же достаточно широко используются угольные молекулярные сита (карбосив), которые получаются пиролизом поливинилиденхлорида. Из других минеральных адсорбентов иногда применяют бентониты (глины); оксиды хрома, железа; сульфат бария и др. Для поглощения газов наиболее оптимальным является применение пористых полимерных адсорбентов, среди которых можно выделить порапаки (Р, Q, П, Р, S, Т, PS, QS), хромосорбы (101 - 107), полисор-бы (1, 2, 10), полисорбонитрил, нитрополисорб и др [13, 14]. Все перечисленные полимерные адсорбенты отличаются крайне малым радиусом пор (в пределах от 5 до 300 нм).
Характер и способы контроля систем пыли в рабочей зоне операторов комбикормового производства
На основании литературных данных и теоретических исследований способов и средств, обеспечивающих улучшения труда операторов по приготовлению комбикормов путём очистки воздуха от мелкодисперсной пыли, разработаны эксперименты, результаты которых изложены в данной главе.
Базовым материалом исследований служила комбикормовая пыль предприятий Орловской области - ООО «Кромской комбикормовый завод», ОАО «Орловская птицефабрика». Кроме того, нами проведён анализ предприятия, которое в настоящее время строится в п. Становой Колодец, Орловской области. Строительство данного комбикормового завода практически завершено. Его планируемая производительная мощность - 300 тонн/час, при этом будут изготовляться корма - концентраты и БВМД. Примечательно, что даже на этом строящемся предприятии предусмотрена только лишь механическая очистка воздуха рабочей зоны операторов по приготовлению комбикормов. Часто в литературе указывается, что высокая пылевая нагрузка (ПН) на операторов объясняется тем, что они работают на комбикормовых предприятиях, где оборудование достаточно изношено и морально устарело, а на новых предприятиях, оснащённых новейшим технологическим оборудованием, ПН на операторов должна быть минимальной. Однако анализ строящихся в настоящее время предприятий даёт возможность утверждать, что и в данном случае мелкодисперсная составляющая пылевой нагрузки на операторов будет значительной.
Всвязи с тем, что патогенность пыли в значительной мере определяется её дисперсностью (см. главы 1, 2), ПН на операторов необходимо рассчитывать с учётом дисперсности пыли, в том числе с учётом составляющей коллоидных пылевых структур. При определении коллоидной составляющей пылевой системы в столбе запылённого воздуха рабочей зоны (длина столба =Ы, площадь поперечного сечения 10"4 м2), величина мутности т изменялась в пределах от 10"3 до № 2м1, в зависимости от содержания коллоидных структур, то есть структур, обеспечивающих наличие конуса Тиндаля. В соответствии с указанными значениями мутности определяли величину коэффициента К, входящего в уравнение (2.5). Значение этого коэффициента лежит в пределах от 10" до 5-Ю" м/мг. Поэтому имелась возможность по величине мутности рассчитать значение Мс ([Мс]=мг/м ), то есть фактически, рассчитать концентрацию коллоидных пылевых структур в воздухе рабочей зоны операторов, занятых приготовлением комбикормов. Найдено, что в пробах пыли, сорбированных на «ловушках», размещённых в рабочей зоне оператора, коллоидные структуры составляли 0,04% от массы всей пробы.
Кроме этого способа, вклад коллоидных частиц в пылевую нагрузку определялся при ведении исследуемой пыли в жидкость с последующим фильтрованием (см. главу 3) жидкости. Коллоидная составляющая пылевой системы в данном случае определялась по мутности золя пыли в воде при использовании способа, разработанного для определения коллоидных частиц в воздухе. Подобные способы часто используются для определения молекулярной массы полимерной молекулы [89].
Приведенные данные получены в результате проведения ряда измерений по 25 «ловушкам», размещённым в рабочей зоне оператора по приготовлению комбикормов на расстоянии порядка 25 см друг от друга, на уровне 160 см от пола производственного помещения. Взвешивание ловушек до и после экспозиции осуществлялось на аналитических весах.
Кроме того, определялся дисперсный состав пыли непосредственно в рабочей зоне оператора, с помощью разработанного и запатентованного устройства [82]. Схема установки представлена в приложении 1.
Мелкодисперсная пыль наиболее опасна с точки зрения реакционной способности и продолжительности нахождения во взвешенном состоянии, поэтому необходимо иметь возможность осуществления оперативного контроля её наличия в воздухе рабочей зоны. С указанной целью предлагается использовать специально разработанный индикатор. Рабочая часть индикатора представляет собой стеклянную пробирку с жидким поглотителем, то есть солями щелочных и щелочноземельных металлов кремния. Через пробирку барбатируется воздух из рабочей зоны. Барбатирование осуществля 75 ется за счет помпового насоса. Луч света источника сначала проходит через диафрагму, а затем через рабочую часть. Интенсивность светолуча уменьшается при рассеивании на пылинках. Степень рассеяния зависит от наличия пылинок в сканируемой лучом зоне пробирки и детектируется перемещающимся в направлении X (рисунок 4.2) детектором. Фототок определяет свет рассеяния, то есть количество мелкодисперсной пыли в верхних слоях сосуда.
Индикатор разработан и изготовлен автором, совместно с инженером Д.П. Санниковым, для проведения данной работы. Габариты прибора: 100x60x30 мм, 250 г. Схема блока регистрации индикатора представлена на рисунке 4.3.
Чувствительность к световому потоку детектора (СД) такова, что существует возможность его использования при освещении рабочей части дневным светом даже в слабо затемнённом месте. Поэтому указанный индикатор может быть использован непосредственно для измерения запылённости и определения дисперсного состава пыли на рабочих местах операторов, занятых приготовлением комбикормов. Индикатор позволяет регистрировать наличие мелкодисперсной пыли размером 5 мкм и коллоидных структур размером до 0,5 мкм.
Твёрдо - пенные сорбенты на основе алюмосиликатов
На рисунке 4.11 представлен процесс получения алюмосиликагеля при добавлении в систему («ООО ПОЛИПАКО», ТУ 2385 - 001 - 54824507) 10% раствора 10" моль/литр водного раствора хлористого алюминия АІСІз, в соотношении 2:1. Полученная таким образом смесь имеет чёткую границу расслоения между алюмосиликатным слоем и водным раствором метакрем-ниевой кислоты.
Алюмосиликатная часть представляет собой студенистые образования, распределённые в гелеобразной среде солей щелочных и щелочноземельных металлов метакремниевой кислоты. Размеры студенистых образований могут варьироваться в пределах от 0,1 до 1мкм. Меняя соотношение между раствором солей алюминия и раствором силикатов, можно добиться оптимальной по отношению к сорбции структуры алюмосиликатного слоя.
Алюмосиликатные ДС на основе метакремниевой кислоты выгодно отличаются от твёрдых сорбентов. Сравнительный анализ сорбционных свойств активированного угля и ДС на основе жидкого стекла и хлористого алюминия выявил, что ДС обладает более высокой сорбционной способностью в отношении органических соединений, даже соединений, подобных нафталину, обладающему гидрофобными свойствами. Указанные соединения не несут в себе зарядов, и могут проникать в полярные структуры сорбента, лишь используя вакантные дефекты кристаллической решётки, то есть механизм сорбции обязан происхождению явлений без значительного участия механизма хемосорбционных процессов. Но даже в этом случае, при одинаковом массовом количестве активированного угля и ДС, последний показывает более высокие сорбционные свойства. Выявлено, что сорб-ционная ёмкость, а так же кинетические параметры процесса сорбции ДС, превосходят соответствующие параметры активированного угля. Алюмоси-ликагель является крайне эффективным по отношению к органическим веществам, к которым относятся и агрохимикаты, используемые в сельском хозяйстве. Сравнительный анализ сорбционных свойств тех же сорбентов по отношению к неорганическим соединениям, например, солям тяжёлых металлов: хлористого кобальта, свинца, соединений урана 238, так же выявил преимущества ДС. Неорганические соединения практически не хемисорби-руются активированным углём, тогда как ДС имеет достаточно высокие сорбционные характеристики.
Результаты исследований указанных свойств не являются неожиданными, так как известно, что твёрдые алюмосиликаты используются для разделения органических веществ в хроматографических колонках различных вариантов жидкостных и газовых хроматографии, при этом процесс полностью основан на сорбирующих свойствах мелкодисперсных алюмосиликатов. Дисперсность ДС регулируется в динамике его образования, что особенно важно для осуществления механизма хемосорбции тяжёлых элементов. Механизм хемосорбции, как оказалось в данном случае, является преобладающим, потому что в динамике самой реакции развивается игра процессов протекающих в растворе в гомогенных условиях, а так же в реакциях на поверхностях радела фаз внутри твёрдого агрегатного состояния сорбента, тогда как при применении только твёрдого сорбента используется одно агрегатное состояние. Преимущество многофазных и многокомпонентных сорбентов состоит в преобладании механизма хемосорбции, при этом высокая селективность обусловлена возможностью перехода хемосорбирован-ных веществ из жидкого агрегатного состояния в твёрдое. Указанный переход имеет различные специфичные стадии, соответствующие физическим условиям колебаний многофазной кристаллической решётки в твёрдом агрегатном состоянии. ДС образуется в динамике реакций, от скорости которой зависит фазовый состав, и, следовательно, сорбционная ёмкость и другие кинетические параметры, обеспечивающие эффективность поглощения коллоидных частиц веществ, в мицеллах которых содержатся ионы тяжёлых элементов. Сорбционная ёмкость гелестуднеобразной алюмосиликатной композиции зависит от многих факторов, из которых наиболее существенными являются концентрации реагентов (солей H2Si03 и А1С13) и скорость протекания процесса образования сорбента, определяющие его дисперсность и фазовый состав. Параметры свойств сорбции тяжёлых элементов, соответствующие селективности по отношению к тому или иному иону, определяются кинетикой адсорбции.
Для определения кинетики адсорбции, к растворам солей тяжёлых элементов методом приливання добавляли гелестуднеобразную алюмосили-катную композицию. К полученной таким образом расслоенной системе применяли метод встряхивания, который обычно используется при экстракции, добиваясь полной экстракции окрашенных солей тяжёлых элементов в исследуемый сорбент. Оптическая плотность слоя сорбента с экстрагируемой солью изменялась с течением времени - D=D(t), достигая определённого значения DHac- Повторяя измерения для различных концентраций солей, получили зависимость DHac=DHac(c). Полученная кривая, подобная кривой Лангмюра, позволяет определить значение величины, связанной с параметром функции, называемой адсорбцией [51].
