Ўзбекистон республикаси олий ва ўрта махсус таълим вазирлиги фарғона политехника институти

3-rasm. Таркибида углерод тутган хомашёни фаоллаштирилган углеродгача қайта ишлаш схемаси
Адабиётларда фаоллаштирилган углеродли адсорбентнинг ғовакли структуранинг ривожланиш табиати ўрганилган. Сорбентнинг сифати нафақат фаоллаштирилган сиртнинг сорбция қобилиятини, балки ғоваклик хусусиятини ҳам белгилайди [25], [26]. Л.В.Радушкевич фаоллаштирилган углероднинг микроғовак тузилиши графит тузилишининг маълум ҳолатлари билан боғлиқ деб ҳисоблайди ва вақтинчалик макроғоваклик бошланғич материалнинг таркибига ва фаол углеродни олиш шартларига боғлиқ. Шаклланган ўтиш юзасига эга бўлган кўмирни олиш учун уни карбонлаштириш жараёнида ишлаб чиқиш керак. Дубинин М.M. [27] ўзининг дастлабки ишларида микроғовак структура углерод фаоллашуви жараёнида ривожланади, деб ҳисоблаган, чунки кўмир доналарининг реактив компонентларининг ёниб кетиши натижасида ғовак структура пайдо бўлиб, адсорбция ҳажмининг сезиларли даражада ошишига олиб келади. Агар куйиш қисман содир бўлса, микропорлар, тўлиқ бўлса, ўтиш тешиклари ҳосил бўлади.
Фаоллашган кўмирнинг ғовак структурасининг табиати сорбентни қўллаш соҳасини белгилайди. Углеродли материаллардан сорбентлар олиш ҳаммага маълум технологик жараёндир. Янги материал асосида сорбент олиш имкониятини ўрнатиш учун комплекс илмий тадқиқот ишларини бажариш керак. Сабаблари углерод материаллари ва улар асосидаги сорбентларнинг тузилишининг ўта мураккаблиги ва хоссаларининг хилма-хиллиги, шунингдек сорбентларни олиш жараёнлари ҳақида етарли маълумотга эга эмаслигидир. Хом ашё базасининг хилма-хиллиги туфайли фаоллаштирилган углерод ишлаб чиқаришнинг технологик жараёнлари бир-биридан сезиларли даражада фарқ қилади.
Фаоллаштирилган углерод ишлаб чиқаришда хом ашёни биринчи навбатда иссиқлик билан ишлов бериш, ҳаво киришига йўл қўймаслик ва шу билан ундан учувчи моддаларни (намлик ва қатроннинг бир қисмини) олиб ташлаш керак. Фаоллаштиришнинг иккита асосий усули мавжуд: газ ёки буғ билан оксидланиш ва кимёвий реагентлар билан ишлов бериш [28].
Фаоллаштирилган углерод ишлаб чиқариш учун таклиф этилаётган технологиялар иккита асосий босқични ўз ичига олади: карбонизация ва фаоллаштириш. Ушбу босқичлар сорбентнинг ғовакли фаол юзасини ишлаб чиқишга имкон беради, бу унинг сифати ва қўлланилиши соҳасини белгилайди. Карбонатланиш - бу юқори ҳарорат таъсирида хом ашёни карбонланган маҳсулотга айлантириш жараёни. Карбонизация жараёнида фаоллаштирилган углерод юзасининг олдинги тузилиши ҳосил бўлади, бу сорбент сифатининг асосий кўрсаткичидир. Карбонизация жараёнининг самарадорлиги якуний ҳарорат, иситиш тезлиги ва ушлаб туриш вақти каби параметрларга боғлиқ [29].
Фаоллаштириш - кислород, сув буғлари ёки карбонат ангидрид каби оксидловчи газлар атмосферасида кальцийлаш жараёнидир. Фаоллаштириш жараёнининг асосий кўрсаткичлари жараённинг ҳарорати ва активаторнинг хусусиятлари ҳисобланади. Фаоллаштириш вақтида тешикларнинг "очилиши" ёки сиртни тозалаш содир бўлади. Фаоллаштириш нафақат тешикларнинг ҳажмини ва сонини оширишга, балки уларнинг характерини ўзгартиришга ҳам имкон беради. Бир қатор ишлар [30] фаоллаштириш жараёнини ўрганишга бағишланган. Якуний карбонланиш ҳароратининг фаоллашган углероднинг сорбция сиртининг ошишига таъсири ўрганилди. Турли активаторларнинг ғовак тузилишга таъсири ўрганилди. Кенг диапазонда (190-1100°С) фаоллаштиришнинг ҳарорат режимлари батафсил ўрганилган. Углерод хом ашёсининг ёниш даражасининг ҳудудлари ҳарорат ўзгаришининг турли диапазонларида жойлашганлиги кўрсатилган.
Фаоллаштиришнинг оптимал ҳарорат режими аниқланади ва хом ашёдан қатъий назар, 850-950°С гача эканлиги аниқланган. Фаоллаштириш жараёнида углеродда микроғовакларнинг ҳосил бўлиши бошланғич материалнинг тузилишига боғлиқ. Юқори ҳарорат таъсирида парчаланиш ва конденсациянинг мураккаб кимёвий реакциялари содир бўлади, шу билан бирга бошланғич материалнинг деярли бутун бошланғич тузилиши (бўшлиқлар, каналлар, тешиклар) бузилмайди [31].
Ҳозирги вақтда фаоллаштирилган углерод ишлаб чиқаришнинг асосий усули бу қайта ишланган хом ашёни буғ билан фаоллаштиришдир [32]. Буғни фаоллаштириш орқали углерод адсорбентларини олиш учун табиий ёки махсус синтетик хом ашёлардан фойдаланишнинг мавжуд технологияси иккита кетма-кет босқични ўз ичига олади: пиролиз ва карбонизация. Пиролиз ва карбонизация натижасида ғовакли карбонизацияланган материаллар ҳосил бўлади, кейинчалик улар юқори ҳароратли оксидловчи, кўп ҳолларда сув буғлари билан фаоллашади.
Н.Ф. Федоров, Г.K. Ивахнюк ва А.O. Шевченко [33] қайта ишланган аралашмага кучсиз электр майдонини қўллаш орқали буғнинг фаоллашув жараёнини тезлаштириш имкониятини кўрсатди. Кейинчалик Н.F. Федоров кўриб чиқилаётган жараёнга реагентларнинг таъсир қилиш имкониятини баҳолаш учун туз билан ўзгартирилган сув буғидан фойдаланган.
Фаоллаштириш жараёнида газлаштириш (аморф углероднинг ёниши) содир бўлиб, тармоқдаги тешиклар ва каналларнинг яхши ривожланган ва ўзаро боғланган тармоғини яратади. Графит тадқиқотлари натижаларига кўра, сув буғининг реактивлиги карбонат ангидриддан 8 баравар юқори.
Карбонизация ҳароратини ўрганишга бағишланган тадқиқотлар сони кичик, бу жараённинг оптимал термал параметрини танлашни қийинлаштиради. Иситиш тезлиги қиймати: 3 дан 15гача град/мин . 1-30 град/мин оралиғида иситиш тезлигининг таъсирини ўрганиш шуни кўрсатдики, ҳароратнинг кўтарилиш тезлигининг ошиши маҳсулот ҳосилдорлигининг пасайишига олиб келади. Юқори иситиш тезлигида углерод моддасининг ҳосилдорлиги кескин камайиши туфайли карбонизация жараёни самарасиз бўлади. Карбонизатнинг таъсир қилиш муддати 1 соатдан 4 соатгача ўзгариб туради. Олинган сорбент сифатига бу кўрсаткичнинг таъсири ҳам етарлича ўрганилмаган [34].
"Фаоллаштирилган кўмир" ёки ФК атамаси юқори ғоваклик ва ички сирт майдонига эга бўлган аморф углеродли материаллар тоифасини белгилайди. Фаоллашган углерод ҳар қандай углеродли материалдан ишлаб чиқарилиши мумкин ва яқин вақтгача антрацит ва битумли кўмирлар асосий хом ашёлар бўлиб келган. Фаоллаштирилган кўмир оқава сувлар таркибидаги қўшимчалар ва чиқиндиларни тозалаш учун энг кўп ишлатиладиган адсорбентлардир.
Атроф-муҳитни муҳофаза қилиш, шунингдек, қишлок хўжалигининг қўшимча маҳсулотларидан ва эски шиналардан [35] оддий кундалик чиқинди материаллар фаоллашган кўмирнинг потенциал манбалари эканлиги ҳакидаги концепцияни жорий этиш орқали фаоллаштирилган кўмир ишлаб чиқаришни шакллантиради. Ҳозирги вақтда фаоллашган кўмир манбалари жуда кенг ва тобора кенгайиб ва такомиллашиб бормоқда. Юқори углеродли ва кам ноорганик таркиб манбаи бўлган ҳар қандай иқтисодий самарадор бўлган хом ашёлар фаоллаштирилган кўмир ишлаб чиқариш учун материал сифатда ишлатилишга асос бўлади [36], [37]. Адабиётларнинг аксарияти кўмир [40], бамбук [41], [42], [43] ва бошқа лигнинли материаллардан [44] фаол углеродларни ишлаб чиқаришга тавсия қилинади. Фаоллашган углерод иқтисодий жиҳатдан арзон маҳсулот бўлганлиги, жуда юқори ғоваклилиги, ғовак ўлчамлари ўзига хос тузилганлиги ва юқори адсорбцион сиғимлари туфайли энг кўп ишлатиладиган адсорбент ҳисобланади [45], [46]. Фаоллаштирилган кўмир ишлаб чикариш учун дастлаб кенг қўлланиладиган хом ашё кўмир, тош кўмири, торф, нефт кокси, қўнғир кўмир, ёғоч ва бошқа углеродли биомасса манбаларидан фойдаланилади.
Бироқ, бугунги кунда углерод хом ашёли материаллар ассортименти хилма-хил ва кенг тарқалган. Нисбатан юқори углерод таркибига эга бўлган деярли барча органик материаллар ёғоч, ҳиндистон ёнғоғи қобиғи ёки кўмир каби анъанавий материаллардан табиий ёки синтетик полимерларга қадар хом ашё сифатида хизмат қилиши мумкин. Импорт даражасидаги углеродлар учун сирт майдонларининг қийматлари одатда 500 дан 1500 м²/г гача ёки ҳатто 3000 м²/г гача ўзгаради. Қўлланилишига кўра уларни иккита кичик тоифага ажратиш мумкин, яъни газ фазаси ва суюқ фаза, бунда биринчиси одатда микроғовак (ғовак диаметри <2 нм) донадор шаклда (2,36-0,833 мм ёки 8/8) ва иккинчиси мезоғовак (ғовак диаметри 2 ва 50 нм орасида жойлашган)кукун шаклида (0,150-0,043 мм ёки 100/325) бўлади. Донадор ва кукун шаклидаги фаоллаштирилган углеродлар оқава сувларни тозалашда самарали эканлиги исботланган, бунда фаоллаштирилган углеродлар рангсизлантириш, ҳидни йўқотиш ва нодир металлар, шунингдек, органик моддаларни адсорбция қилишда муҳим рол ўйнайди.
Шу билан бир қаторда, арзонлиги ва топилиши осонлиги сабабли, адсорбция жараенини оқава сувларни тозалаш учун ишлатилиш мумкин, бу эса юқори операцион ва капитал харажатлар, самарадорлик ва иккиламчи тозалаш зарурати билан боғлиқ муаммоларни камайтиради [47,48,49]. Хозирги кунда таркибида углерод тутган адсорбент материаллар кенг миқёсда ишлаб чиқилмоқда. Ушбу адсорбентлар ранг берувчи моддалар, зичлиги юқори юулган металлар, фармацевтика махсулотлари, пестицидлар ва кераксиз чиқинигига бой бўлган оқава сувларни самарали тозалаш учун қўлланилган. Табиий адсорбентларни интенсив излаш тахминан 40 йил олдин торф [50], ёғоч [51] ўсимлик қолдиқлари, масалан, Jatropha curcas [52], минерал цеолитлар [53], кенг тарқалган арзон хом ашёларидан тайёрланган фаоллаштирилган кўмирга адсорбцияланганлиги бўйича маълумотлар берилган [54, 55].
Ёнғоқ ва бошқа қишлоқ хўжалиги маҳсулотларининг уруғ қобиғи ва пўстлари;
Мева данаклари пўслоғи чиқиндилари;
Автомобил балонларининг шиналари, таркибида углеродга бой пласмасса чиқиндилари ва денгиз хайвонлари қобиғи чиқиндилари ва бошқа бошқа углеродли чиқиндилардан адсорбентлар таёрланади.
Ушбу углеродга бой чиқиндиларини физик кимёвий тахлилар натижасида шуни аниқландики, ушбу маҳсулотлар ғовак ўлчамлари тақсимоти диапазони юқори, баъзилари юқори сирт ва ғовак ҳажмлари, тегишли қаттиқлик ва масса зичлигига эга бўлган фаол углеродларни ишлаб чиқариш учун мос хом ашё хиобланади.
хом ашёни танлашда фойдаланиш шароит ва ишлатилиш сохасига қараб: нархи, хом ашёнинг иш қобилияти хом ашёнинг ҳажми ва атроф-муҳитга минимал таъсири ҳамда сақлаш муддати киради. Ўсимлик уруғи ва қолдиқлари нархлари кам ва уларни тўплаш ажратиш осон бўлганли сабабли фаоллаштирилган кўмир олиш учун қулай хом ашёлардан бири ҳисобланади.
Ишлаб чиқариш кўлами бўйича зайтун уруғлари энг катта миқёсда ишлаб чиқарилади ва уруғсиз зайтун маҳсулотларини сотишни ўз ичига олади. У зайтун мевасининг оғирлиги бўйича тахминан 10% ни ташкил қилади ва зайтун уруғи таркибидаги қаттиқ ва элементар углерод миқдори мос равишда 16 ва 47 % ни ташкил қилади [56], бу турли хил мевалар уруғи орасида углероднинг энг юқори қийматларидан бири ҳисобланади. .
Бугунги кунга қадар зайтун меваси данакларидан фаоллаштирилган кўмир ишлаб чиқариш бўйича юздан ортиқ тадқиқот мақолалари нашр этилган. Бироқ, сўнгги 15 йил ичида зайтун мева данаклари майдонини ўз ичига олган бир нечта адабиётлар таҳлилида [57, 58, 59, 60,61,62], асосан 5-10 йил ичида нашр этилган ва уларда фаоллаштирилган кўмир ишлаб чиқариш бўйича батафсил ўрганишлар келтирилмаган. Шундай қилиб, ушбу маълумотлар таҳлили фаоллаштирилган кўмирларни ишлаб чиқариш учун зайтун мева данакларини қўллаш бўйича мавжуд тадқиқотларни ўз ичига олади.