РАЗДЕЛ 2.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Подготовка объектов исследования
Растительный материал. Для экспериментальных исследований использовали листовой опад каштана конского, клена, тополя, дуба, который собирали на территории Донецкого региона в осенний период года. Сырье тщательно промывали дистиллированной водой для удаления грязи, высушивали до воздушно-сухого состояния, упаковывали и хранили в сухом прохладном месте.
Получение жидких экстрактов из растительного сырья. Экстракцию проводили при температуре кипения растворителя на аппарате Сокслета [114]. Для экстрагирования использовались высушенное и измельченное растительное сырье с размерами частиц D=1-2 мм. Плотность загрузки сырья в аппарате Сокслета ?=0.4 г/см3, соотношение сырье : растворитель - 1 : 30. В качестве растворителей использовали этанол, этилацетат, гексан, ацетон. Время проведения экстракции 5 часов при температуре кипения растворителя. Затем полученный экстракт концентрируется, и в таком виде используется для экспериментальных исследований.
Получение сухих растительных экстрактов. Для получения сухих экстрактов использовали метод выпаривания с применением испарителя ротационного типа [115]. Жидкий экстракт концентрировали до объема 10 мл, наносили на чашку Петри и сушивали сушильном шкафу при Т=308К. Полученный сухой экстракт переносили в бюкс с притертой крышкой и хранили в эксикаторе над хлористым кальцием.
Последовательная обработка растворителями. При необходимости смесь веществ, полученную упариванием экстракта, предварительно разделяли на фракции и очищали от примесей посредством обработки разными (как правило, несмешивающимися) растворителями. Данный прием позволяет осуществить только групповое разделение веществ.
Получение активированных углей. Карбонизацию листового опада проводили в обогреваемом металлическом реакторе длиной 200 мм и диаметром 18 мм. Скорость нагрева 9?C/мин. Масса сырья в каждом отдельном случае составляла (5,00±0,02)г. Активацию карбонизатов осуществляли путем подачи окисляющих газов (водяного пара, углекислого газа) с момента достижения заданной температуры активации или в отсутствии газов-окислителей.
Обработку сырья растворами щелочей проводили при комнатной температуре. Образцы измельченного листового опада пропитывали водными растворами гидроксида лития, натрия, калия, хлорида цезия различной концентрации (0,1М и 1М) при заданном соотношении сырье:раствор=1:1. Смесь тщательно перемешивали, выдерживали в течение 24 часов при комнатной температуре. Затем сушили при Т - 110±5?C, при необходимости дробили и подвергали термолизу при различных значениях температуры (600?C; 800?C) в течение 1 часа, в отсутствие окисляющих агентов, либо активировали водяным паром или углекислым газом с момента достижения заданной температуры активации.
2.2.Методы исследования
2.2.1. Термогравиметрические исследования
Закономерности термодеструкции образцов исходной палой листвы и твердого остатка после предварительной экстракционной обработки изучали на дериватографе Q-1500 производства ВНР в режиме линейного повышения температуры от 20 до 950?C со скоростью нагрева 5 ?C/мин. Тигель керамический с крышкой, образец засыпали кварцевым песком.
2.2.2. Определение величины удельной поверхности активированных углей
Для определения удельной поверхности твердых тел широко применяли динамический метод тепловой десорбции. По изменению теплопроводности газового потока (гелия и аргона), проходящего через трубку с измеряемым образцом, определяется количество аргона, адсорбированного поверхностью образца при охлаждении его жидким азотом и десорбированного при последующем разогревании образца до комнатной температуры [116].
На ленте самописца записываются два пика: адсорбционный и десорбционный. Площадь пиков пропорциональна общей удельной поверхности угля. Расчет производили по десорбционному пику, так как он симметричен, что повышает точность определения его площади. Объемная скорость гелия - 35 см3/мин, аргона - 3,5 см3/мин.
Расчет удельной поверхности (м2/г) производили в соответствии с выражением:
S =
где N - число Авогадро; Sa - площадь проекции молекулы аргона на поверхность образца, м2; ni и nk - показания интегратора, соответствующие отклику детектора на содержание аргона в газовой смеси при измерении и при калибровке соответственно; Vk - объем аргона, вводимого при помощи дозатора при калибровке, м3; m - масса исследуемого адсорбента, г. Точность измерений удельной поверхности методом БЭТ составляет 10%.
2.2.3. Рентгено-флюоресцентный анализ
Содержание микроэлементов в исходном листовом опаде и продуктах его пиролиза и активирования, определяли рентгенофлюоресцентным методом на приборе "Спектроскан" [117]. Определяемые элементы: от Са20 до I53 - по К-серии, и от Хе54 до U92 - по L-серии. Спектрометр состоит из двух блоков: рентгеновского датчика и электронного блока управления. Работа спектрометра осуществляется с помощью последовательного выделения линий характеристического рентгеновского флуоресцентного излучения исследуемого образца, облучаемого острофокусной маломощной рентгеновской трубкой; определение интенсивности этих линий и дальнейшего пересчета интенсивности в концентрацию элементов, им соответствующих.
Исследуемый материал высушивали до воздушно-сухого состояния в сушильном шкафу и измельчали. Количество элементов в образце (Х) в мг/кг сухой массы рассчитывали по формуле:
где а - количество импульсов в исследуемом образце, полученное для данного элемента;
b - количество этого элемента в стандартном образце;
с - количество импульсов в стандартном образце.
В качестве стандарта был использован образец злаковой травосмеси [118].
2.2.4. Рентгеноструктурные исследования углей.
Рентгеноструктурные исследования порошков АУ проводили на дифрактометре типа ДРОН с NiK?1+?2-излучением с длиной волны ? = 0,166 нм.
Дифрактограммы подвергали следующей обработке: провод