Sorbentų pasirinkimas. Pramonės gaminamų sorbentų, skirtų pirminiam vandens valymui, asortimentas yra labai įvairus. Vandeniui valyti nuo organinių medžiagų naudojamos aktyvuotos anglies, gelio ir makroporinių anijonų keitikliai ir kt. Aktyvintos anglies turi lėtą sorbcijos kinetiką iš tirpalų, todėl reikia didelių filtravimo plotų, prasto regeneravimo naudojant reagentus (liekamosios talpos po pirmojo regeneravimo yra reikšmingos). mažiau nei pusė originalo), mechaninis trapumas, didelis pelenų kiekis.

Anijonų keitikliai, ypač makroporiniai, neturi daugelio išvardytų trūkumų. Pirminė geriausių iš jų atranka atliekama statinėmis sąlygomis, kai sorbentai valandą liečiasi su modelio tirpalais arba duotu vandeniu.

Atrinkus geriausius mėginius (šiuo atveju jie pasirodė esantys AB-171 polimerizacijos tipo ir IA-1 kondensacinio tipo buitiniai sorbentai), atliekami kinetikos tyrimai. Jų tikslas – nustatyti procesą ribojančios stadijos pobūdį, rasti difuzijos koeficientus ir laiką pusiausvyrai nustatyti. Procesą ribojanti stadija nustatoma pagal tokį kriterijų: jei tirpalo maišymas pagreitina sorbciją, tai rodo vyraujančią išorinės difuzijos įtaką; tiesioginius intradifuzijos mechanizmo įrodymus pateikia „pertraukimo“ eksperimentas. Jei po pertraukos sorbcijos procesas atnaujinamas ir kietosios fazės sorbcijos aktyvumas padidėja, galime drąsiai kalbėti apie intradifuzinį proceso pobūdį.

Huminių medžiagų sorbcija. Vidinės difuzijos kinetika, remiantis duomenimis, riboja huminių medžiagų sorbciją, ty sorbcinį išankstinį vandens valymą.

Šios lygties analizė rodo, kad apsauginio poveikio praradimas, išreikštas tiesiniais arba tūriniais sorbento vienetais, kuo didesnis (o kolonėlės darbo laikas trumpesnis), tuo didesnis srautas, sorbento grūdelių spindulys ir duota. valymo gylis.

Iš kinetinių eksperimentų nustatomi difuzijos koeficientai ir laikas, per kurį nusistovi pusiausvyra jonų keitiklio-tirpalo sistemose ir brėžiamos sorbcijos izotermos. Humusinių ir fulvo rūgščių sorbcijos izotermos anijonų keitikliais IA-1 ir AB-171 aprašomos Langmuiro lygtimi.

Darbuose lyginami sorbcijos gebos iki humusinių medžiagų proveržio eksperimentinio nustatymo rezultatai su sorbcijos geba, apskaičiuota naudojant lygtis; neatitikimai neviršija 10-15%. Keičiant srauto greitį, valymo gylį, sorbento grūdelių spindulį ir patį sorbentą, galima nustatyti kiekvienos parinkties kolonėlės apsauginio veikimo laiko nuostolius. Kartu reikia atsiminti, kad tai labai didelė atsakomybė užkrauna difuzijos ir pusiausvyros koeficientų nustatymo tikslumą sorbento-tirpalo sistemose, kurios suteikia pradinius duomenis sorbcijos dinamikai apskaičiuoti.

Taigi, geriausias sorbentas preliminariam vandens valymui pasirodė esąs makroporinis anijonitas IA-1, veikiantis chloro pavidalu, kai išgryninto tirpalo pH yra 3,0–3,5. Kalbant apie grūdelių dydį, jo pasirinkimą riboja drenažo sistemos pobūdis ir norimas vandens srautas.

Natūralūs vandenys turi humino ir fulvo rūgščių. Pirmieji yra blogiau sorbuojami, o jų „proveržis“ praktiškai riboja valymo procesą. Todėl vertė turėtų būti apskaičiuojama pagal huminių rūgščių kiekį išvalytame vandenyje. Jei po koaguliacijos gryninimo jų nėra, sorbcinės kolonėlės darbo laikas apskaičiuojamas pagal fulvo rūgščių kiekį vandenyje.

Tai, kad silpnai disocijuojančių huminių ir fulvo rūgščių sorbcija yra geresnė rūgščioje terpėje ir ant anijonų keitiklio druskos pavidalu, rodo šių medžiagų absorbcijos nejoninių mainų mechanizmą ir ekonomiškai bei technologiškai naudingą išankstinio vandens schemą. valymas. Sorbcijos kolonėlė su jonų keitikliu IA-1 turėtų būti įrengta po H formos katijono keitiklio ir tolesnio dekarbonizatoriaus. Tai pašalina poreikį rūgštinti vandenį, nes katijonizacijos metu jis rūgštėja savaime. Taigi sorbcijos kolonėlė tampa neatsiejama druskų šalinimo įrenginio dalimi. Derinant koaguliacijos valymą su sorbcija, vanduo 80-85% atlaisvinamas nuo organinių priemaišų. Be to, atliekamas gilesnis vandens valymas nuo organinių priemaišų, naudojant jonų keitiklius įrenginio nudruskinimo dalyje.

Kitų organinių medžiagų ekstrahavimas. Paviršiniuose ir arteziniuose vandenyse yra organinių medžiagų, priklausančių įvairioms junginių klasėms. Nustatyta, kad per jonų mainų kolonėlių sistemą patenka ir giliai demineralizuotą vandenį tokios medžiagos kaip cukrus, į baltymus panašios medžiagos, aminorūgštys. Be to, jų kiekis priklauso nuo šaltinio vandens sudėties ir gerokai viršija mineralinių priemaišų kiekį. Būtinas maksimalus šių medžiagų ekstrahavimas iš vandens jį preliminariai išvalant sorbcijos metodu.

Darbe lyginamas kai kurių aktyvuotų anglių ir makroporinių anijonų keitiklių gebėjimas sorbuoti įvairius analitiškai nustatytus organinius junginius, ištirpusius natūraliuose vandenyse. Tam po jų H-katijonizacijos per 60 cm aukščio sorbentinį sluoksnį buvo praleidžiama 100 tūrių upės vandens, sudarius palankiausias sąlygas sorbcijai 7 m/h greičiu.

Fulvo rūgštys geriau išgaunamos dervomis nei anglimis, o fulvo rūgščių jonų keitiklių pajėgumai yra beveik vienodi. Tačiau net ir šiuo atveju IA-1 jonų keitiklį naudoti tikslingiau, nes jis regeneruojamas lengviau ir sunaudojant mažiau reagento.

Antra labai reikšminga junginių grupė, kuri, patekusi į giliai demineralizuotą vandenį, gali paveikti jo elektrinę varžą, yra karboksirūgštys. Labiausiai tinka jų sorbcijai SKT-VTU-2 anglis ir AV-171 anijonų mainai. Žinoma, iš šių dviejų sorbentų pirmenybė turėtų būti teikiama jonų keitikliui, nes jo pajėgumą galima atkurti naudojant cheminius reagentus. Norint pašalinti paprastas ir sudėtingas aminorūgštis, taip pat reikia naudoti anijonų keitiklį AB-171.

Paprasti ir sudėtingi cukrūs, kurie neturi įtakos nudruskinto vandens elektrinei varžai, daugiausia sorbuojami tik BAU anglies. Todėl renkantis sorbentus vandens valymui reikia vadovautis ne tik jų talpos dydžiu ir galimybe jį atgauti, bet ir būtinybe iš vandens pašalinti tam tikrą junginį.

Norint apytiksliai įvertinti organinių medžiagų pasiskirstymą šių sorbentų sluoksniuose, buvo užfiksuotos atitinkamos išeigos kreivės. Chloro pavidalo jonų keitiklių įkrova buvo 1 litras 60 cm sluoksnio aukštyje; tirpalo srautas yra 10 m/h.

Filtratas analizei buvo nuolat renkamas frakcijomis po 10 l. Kolonėlės darbo laikotarpio trukmė parenkama lygi 200 sumažintų tūrių; Praleidžiamo vandens pH buvo sukurtas iš anksto katijonizuojant šaltinio vandenį. Naudojant įvairius sorbentus ir jų derinius, galima pašalinti nemažą dalį vandenyje ištirpusių organinių medžiagų. Tačiau naudojant išvardytų priemonių rinkinį vargu ar įmanoma gauti vandenį, visiškai išlaisvintą nuo organinių medžiagų.

Organinių neelektrolitų, tokių kaip cukrus, baltymai, esteriai ir kt., kiekis ir santykis skiriasi ne tik įvairiose geografinėse zonose, bet ir viename regione. Todėl negalima tikėtis, kad esant toms pačioms technologinėms schemoms ir demineralizacijos režimams, demineralizuoti vandenys bus vienodi pagal kiekybinį ir kokybinį organinių medžiagų kiekį. Šiuo atžvilgiu reikėtų saugotis bandymų standartizuoti sausą didelės varžos vandens likutį neatsižvelgiant į šaltinio sudėtį.

Geležies pašalinimas (atidėjimas). Juodieji vandenys yra vandenys, kuriuose geležies yra daugiau nei 1 mg/l. Katijonų keitiklis dvivalečius geležies jonus sorbuoja maždaug taip pat, kaip kalcio jonus, o geležies jonus dar efektyviau. Galima tikėtis, kad jonų mainų gėlinimo metu vanduo tuo pat metu bus „degeležintas“. Tačiau šį procesą stabdo tam tikros natūraliuose vandenyse esančių geležies junginių fizinės ir cheminės savybės.

Atviruose rezervuaruose, gerai aeruotuose, nemaža dalis geležies yra įvairaus hidrolizacijos laipsnio Fe junginių pavidalu.

Koaguliacijos ir vėlesnio sorbcinio valymo metu vanduo išlaisvinamas ne tik iš spalvotųjų (daugiausia humuso junginių), bet ir iš koloidinių bei kompleksinių geležies formų. Taigi valymas iš organinių medžiagų kartu yra ir vandens atidėjimo veiksmas.

Įmonėms, vartojančioms ypač gryną demineralizuotą vandenį, rekomenduojama, kur įmanoma, gauti iš požeminio vandens, kuriame paprastai nėra organinių teršalų. Yra žinoma, kad daugiau nei 25% visų vandentiekio sistemų gauna požeminį vandenį, kuriame geležies kiekis yra nuo 1 iki 5 mg/l.

Požeminiame vandenyje, kuriame trūksta deguonies, geležis dažniausiai randama iš dalies hidrolizuoto bikarbonato tirpalo pavidalu. Jei ši medžiaga būtų tiekiama į katijonų mainų dervą neoksiduota ir nehidrolizuota forma arba nebūtų oksiduojama pačiame katijonų mainų filtre, būtų galima tikėtis beveik visiško geležies jonų pasikeitimo vandenilio jonais. Tačiau kartu su jonų mainų reakcija, kurios greitį lemia difuzijos procesai, vyksta geležies druskų hidrolizės, oksidacijos ir perėjimo į silpnai disociuojančius ir praktiškai netirpius junginius, galinčius sudaryti koloidus, reakcijos. Tokių procesų derinys lemia tai, kad vandens, kuriame, pavyzdžiui, pusiausvyros būsenoje yra 0,16 mg/l joninės geležies, bendras geležies kiekis gali būti 2 mg/l. Katijonų keitiklis sugers tik joninę geležies formą ir sugerdamas ištirps kai kuriuos mažiausiai patvarius hidrolizės produktus.

Vandenilio jonų išsiskyrimas veikiant katijonitui gali sulaikyti reakciją ir netgi pasislinkti į kairę, juolab kad vandenilio jonų skaičių H katijonizuotame vandenyje lemia bendras druskos kiekis, kuris yra beveik dvi eilės. dydis didesnis už geležies jonų skaičių vandenyje.

Suaktyvinus viršutinius katijonų keitiklio sluoksnius, dvi aplinkybės prisidės prie reakcijos pasislinkimo į dešinę: Fe (II) jonų buvimas sluoksnyje, kataliziškai pagreitinantis jų virtimą Fe (III) jonais ir dalinė vandenilio jonų absorbcija katijono keitiklyje, pakeičiama natrio ir kalcio jonais, kurie užpildo panaudotą dervos sluoksnį. Fe(III) hidroksidas ir kiti tokiomis sąlygomis susidarę hidrolizės produktai nebedalyvaus jonų mainuose ir pereis į H katijonizuotą vandenį, kaip ir ta dalis panašių geležies junginių, buvusių pirminiame vandenyje.

Kiekybiškai apibūdinti šiuos procesus vis dar sunku. Tuo pačiu metu nejoninės formos geležies buvimas H-katijonizuotuose ir išsūdytuose vandenyse yra pakankamai paaiškintas pasiūlyta koncepcija ir rodo, kad geležį reikia pašalinti iš geležies turinčio požeminio vandens prieš tiekiant jį į druskingo jonų mainų įrenginį. Aukščiau pateikta lygtis siūlo pagrindinius būdus, kaip pašalinti geležį iš vandens. Tai aeracija (deguonies prisotinimas) ir šarminimas (vandenilio jonų surišimas). Bikarbonatiniuose vandenyse pastarasis atsiranda spontaniškai, išskiriant stechiometrinį anglies dioksido kiekį. Aeracija gali būti atliekama pučiant orą, purškiant vandenį į orą arba naudojant ozoną; Aktyvus chloras ir kalio permanganatas gali būti naudojami kaip kiti oksidatoriai. Veikiami oksiduojančių medžiagų, jonų keitikliai „sensta“, todėl patartina atlikti geležies šalinimą be reagento.

Geležies šalinimui iš požeminio vandens skirta monografija, kurioje apibendrinami tiek teoriniai, tiek technologiniai problemos aspektai. Atsižvelgiant į santykinai nedidelio kiekio labai gryno demineralizuoto vandens gavimo pramonės reikmėms specifiką ir pačių pramonės šakų, kurios vartoja tokį vandenį, specifiką, reikėtų sutelkti dėmesį į supaprastinto aeravimo metodą, po kurio seka filtravimas.

Virš atviro filtro pro tiekimo vamzdžių angas purškia vanduo. Smėlio sluoksnio storis filtre paprastai yra ne mažesnis kaip 1,2 m, o grūdelių dydis – nuo ​​0,8 iki 1,6 mm. Dviejų sluoksnių apkrovos filtrai, kurių bendras storis 1,2-1,5 m, o viršutinio sluoksnio storis 0,5 m, pasižymi didesne nešvarumų laikymo galia Apatiniam sluoksniui naudojamas kvarcinis smėlis, kurio grūdelių dydis yra 0,8-1,2 mm , o viršuje - 0,9-2,4 mm antracito drožles. Filtravimo greitis atviruose filtruose siekia 10 m/val. Paprastai, mažėjant vandens perdavimo greičiui, didėja filtrų nešvarumų sulaikymo geba, todėl atviri filtrai turi būti projektuojami ne didesniam kaip 5-7 m/h greičiui.

Priklausomai nuo pasirinkto filtravimo greičio, pradinio geležies kiekio vandenyje ir kitų veiksnių, filtrų veikimo trukmė natūraliai skiriasi. Kai filtravimo greitis 5-7 m/h ir pradinis geležies kiekis vandenyje 3-4 mg/l, įrenginio veikimo ciklas yra 60-100 val. Po to filtrai plaunami priešsrove 15-18 l/(s-m2) 10-15 min.

Filtrų plovimo vandens tūris vandens atidėjimo skyriuje siekia 4% išvalyto vandens tūrio. Gerai sureguliavus tokio tipo atidėjimo įrenginio veikimą, geležies kiekis filtrate yra 0,05-0,1 mg/l.

Skirtingai nuo distiliato, kuriame geležies yra iki 5 µg/l, techninis kondensatas gali būti praturtintas korozijos produktais. Iš tokio kondensato išgaunant ypač gryną demineralizuotą vandenį, būtinas išankstinis atidėjimas. Tam naudojami sulfoninės anglies filtrai, veikiantys 25-50% efektyvumu arba efektyvesni magnetito filtrai, aliuviniai celiuliozės filtrai, aliuviniai jonų mainų filtrai (užsienyje vadinami powdex). Buvo pasiūlyti anijonų keitiklio filtrai, kuriuose geležies šalinimas pagrįstas OH formos anijonito koaguliuojančiu poveikiu. Dėl beveik momentinės proceso kinetikos aliuviniai jonų mainų filtrai veikia su 100% efektyvumu. Čia, kartu su jonų sorbcija iš skystosios fazės, vyksta mechaninis kietosios fazės dalelių sulaikymas, koaguliacija ir kompleksų susidarymas su anijonų keitikliu, jei aliuviniam sluoksniui naudojamas katijonų ir anijonų keitiklių mišinys.

Eksperimentai parodė, kad aliuviniai jonų mainų filtrai yra tinkami humusinėms medžiagoms, kurios sumaišo geležį ir kitus metalus, išgauti iš vandens.

Geležies šalinimo, kaip pirminio vandens valymo etapo, problemos rimtumas ypač išryškėjo dėl būtinybės mikroelektronikos gamybai naudoti itin gryną vandenį. Galutiniam vandens valymui prieš tiekiant jį instrumentų dalims plauti naudojamas mikrofiltras su 0,2 mikrono poromis, kuris sulaiko mikrobų kūnus. Jei ankstesniuose etapuose iš demineralizuoto vandens nepakankamai pašalinama geležis, mikrofiltrai greitai užsikemša.

Vandens minkštinimas. Iš dalies nusūdant vandenį elektrodializės metodu arba taikant atvirkštinį osmosą, kai kuriais atvejais būtina iš pradžių vandenį suminkštinti, t.y. atlaisvinti nuo kalcio ir magnio katijonų, kurie, esant atitinkamai anijoninei vandens sudėčiai, gali susidaryti ant vandens nuosėdų. ant jonų mainų membranų arba ant membranų (pluoštų), naudojamų atvirkštinio osmoso įrenginiuose.

Patartina atlikti minkštinimą kaip preliminarų gryninimo etapą, kai nudruskinama santykinai mažos vandens masės naudojant jonų mainų metodą. Katijonito regeneravimas, ty pavertimas natrio forma, atliekamas per panaudotą sorbento sluoksnį leidžiant 6-10% natrio chlorido tirpalą ir po to plaunant vandeniu.

Dėl priežasčių, kurios bus aptartos toliau, valgomosios druskos suvartojimas regeneracijai 2,5–5 kartus viršija stechiometrinį kiekį. Dirbant su daug druskos turinčiu vandeniu, minkštinimui patartina naudoti KU-2 tipo stiprios rūgšties katijonų keitiklį. Tuo pačiu metu, palyginti su tokiais katijonų keitikliais kaip sulfonuota anglis arba KU-1, druskos suvartojimas regeneracijai yra gana reikšmingas.

Vandenilio mažinimas.

Elementų iš jų halogenidų (dažniausiai chloridų) redukcijos vandeniliu procesas plačiai naudojamas pramonėje, norint gauti epitaksinius silicio, germanio ir puslaidininkių junginių, polikristalinio silicio ir daugelio kitų didelio grynumo elementų sluoksnius. Palyginti su kitais reduktoriais (anglis, anglies monoksidu ir kt.), vandenilis turi nemažai privalumų. Tai apima didelį redukcinį gebėjimą dėl didelio įprasto vandenilio afiniteto halogenams; lengvas dozavimas ir tiekimas į reakcijos zoną; galimybė giliai išvalyti vandenilį ir su tuo susijusi mažesnė susidariusios medžiagos užteršimo tikimybė proceso metu.


Tačiau didelės didelio grynumo vandenilio kainos lemia didelį jo indėlį į visas puslaidininkinių medžiagų gamybos sąnaudas.

Didelio grynumo vandenilis gaunamas leidžiant jį per įkaitintas vamzdines paladžio ląsteles. Tokiu atveju vandenilis pasklinda per jų sieneles, o priemaišos (vandens garai, deguonis, azotas ir kt.) nepraeina pro filtrą ir kartu su dalimi vandenilio srauto patenka į atmosferą. Vandenilio grynumą kontroliuoja likutinis vandens garų kiekis, kuris nustatomas pagal rasos tašką. Vandenilis, kurio rasos taškas yra -70 ° C, laikomas pakankamai grynu, o tai atitinka 10_4% vandens garų.

Bilietas Nr.8

1. Žaliavų perdirbimo technologinių procesų charakteristikos.

1. 
   Tetra

Pirolizės (terminės disociacijos) metodas srauto sistemoje (atmosferos ir sumažinto slėgio).

Šiluminė disociacija naudojama medžiagoms, turinčioms mažą molekulinę surišimo energiją. Tai apima elementų junginius su vandeniliu – hidridus (monosilaną, arsiną ir kt.), organometalinius junginius. Šiluminė monosilano disociacija neseniai buvo plačiai naudojama ploniems epitaksiniams silicio sluoksniams gauti. Daugelis šių lengvai disocijuojamų medžiagų yra naudojamos puslaidininkinių junginių ir jų pagrindu pagamintų kietųjų tirpalų epitaksinėje technologijoje. Pagal reakciją vyksta monosilano pirolizė

ir vyksta esant santykinai žemai, maždaug 1000 °C temperatūrai, o tai užtikrina didelio grynumo sluoksnių susidarymą sumažinant priemaišų difuziją iš substrato į augantį sluoksnį. Taigi, sumažinus proceso temperatūrą nuo 1100 iki 1000 °C, boro ir fosforo difuzijos į silicį koeficientai sumažėja 10 kartų. Vykdant monosilano pirolizę reagentų sistemoje nesusidaro halogeniniai junginiai, galintys pernešti priemaišas iš įvairių reakcijos zonos sričių į augantį sluoksnį.
Bilietas Nr.9
1. Klasifikacijapagrindiniai plastikinių medžiagų ir jų junginių valymo procesai. Trumpas procesų aprašymas.

Valymo metodų bendrosios charakteristikos ir klasifikacija

Visi medžiagų valymo būdai yra pagrįsti atskirtų komponentų fizinių ir cheminių savybių skirtumais. Kuo didesnis komponentų savybių skirtumas, tuo lengviau juos atskirti. Šiuo metu nėra aiškios valymo būdų klasifikacijos, todėl kiekvienu konkrečiu atveju sunku parinkti optimalų procesą. Labiausiai paplitusi pagrindinių medžiagų atskyrimo ir valymo procesų klasifikacija:

Sorbcija pagrįsti procesai (įskaitant adsorbcijos procesus, jonų mainų procesus ir chromatografiją);

Su ekstrahavimu susiję procesai, daugiausia skysčių ekstrahavimas;

Kristalizacijos procesai;

Procesai, susiję su distiliavimu per dujinę fazę (apima sublimacijos, distiliavimo, rektifikavimo, taip pat cheminio transportavimo procesus);

Elektrolizės pagrindu naudojami procesai;

Procesai, pagrįsti difuzijos koeficientų skirtumais;

Atrankinio nusodinimo, oksidacijos ir redukcijos procesai.

Parenkamas efektyviausias būdas arba jų derinys, atsižvelgiant į specifines šios medžiagos ir jos junginių fizines ir chemines savybes. Pavyzdžiui, norint efektyviai išvalyti silicį distiliuojant, jis paverčiamas silicio tetrachloridu, o po distiliavimo silicio tetrachloridas redukuojamas iki pradinio silicio. Paprastai medžiagos valomos dviem etapais. Pirma, šios medžiagos paverčiamos tarpiniais cheminiais junginiais ir išvalomos. Antrame etape atkuriami cheminiai junginiai, o prireikus papildomas medžiagų valymas išvardintais metodais, kurių efektyvumas padidėja dirbant su grynesnėmis medžiagomis.
2. Puslaidininkinių junginių plėvelių auginimas iš dujinės fazės su

naudojant chemines transportavimo reakcijas.
Nemažai elementų (Al, Ga, In, Sn, Pb, Mo, W ir kt.) turi žemą sočiųjų garų slėgį esant technologiniams procesams pasiekiamoms temperatūroms (neatsižvelgiant į plazmos procesus), todėl kristalizacijos taikymas iš garų fazė jiems neįmanoma. Kai kurie elementai neturi cheminių junginių, iš kurių juos būtų galima lengvai atgauti. Dėl to buvo sukurtas metodas, pagal kurį elementas perkeliamas į nusodinimo zoną naudojant garų transportavimo reagentą. Tai yra nešiklio elementas arba cheminis nešiklio elemento junginys. Vienoje reaktoriaus temperatūroje šaltinio zonoje transportuojantis reagentas sąveikauja su transportuojamu elementu, esančiu kondensuotoje fazėje; tokiu atveju susidaro lakus perduoto (pernešamo) elemento junginys, patenkantis į kitą reaktoriaus zoną - nusodinimo zoną. Šioje zonoje vyksta reakcija, kai kietoje fazėje susidaro pernešamas elementas ir nešiklio elemento garai arba pradinis šio nešiklio elemento cheminis junginys arba kitas lakus junginys. Nusodinimo zonos garų (arba garų-dujų) fazės komponentai gali būti pašalinti iš srautinio tipo reaktoriaus arba pakartotinai naudojami cirkuliuojant uždarojo tipo reaktoriuje (sandarioje ampulėje).

(GaAs) naudojant chlorido technologiją. Srauto tipo reaktoriuje iš kvarcinio stiklo šaltinio zonoje esant temperatūrai T\ valtyje iš tos pačios medžiagos yra iš anksto paruoštas išlydyto arseno tirpalas galie. Šio šaltinio paruošimas atliekamas specialiame reaktoriuje, kuriame dedamas valtis su didelio grynumo galiu, o į reaktoriaus įvadą tiekiamas AsCU ir H2 garų-dujų mišinys. Arseno garai, gauti pagal reakciją (7.8)


ištirpsta skystoje fazėje (prisotinimo galiu-arsenu procesas). Šio proceso temperatūra keliais laipsniais aukštesnė už T, o tirpumas šiek tiek didesnis nei tirpumas, atitinkantis T\ (žr., pvz., 12.1 pav.; Ga-GaAs fazių diagrama iš esmės nesiskiria nuo pavaizduotos šioje figūra). Todėl epitaksiniame reaktoriuje esant T1 temperatūrai tirpalo lydalo persotinimas arsenu ir kristalizuojantis kietas galio arsenidas, kurio tankis mažesnis už lydalo tankį, sudaro ploną galio arsenido sluoksnį („plutą“). šaltinio paviršiuje. Galio arsenido substratas (arba keli substratai) dedamas į epitaksinio sluoksnio augimo zoną. Epitaksijos metu substratas pašildomas iki T2 temperatūros

Bilieto numeris 10

1. 
   SorbuojantisMET valymo metodai.

Apskritai sorbcija reiškia medžiagos paviršiaus (adsorbcijos) ir tūrinės (absorbcijos) absorbcijos procesus dviejų fazių sąsajoje: kietos ir skystos, kietos ir dujinės, skystos ir dujinės. Šiuolaikinėse puslaidininkių ir dielektrikų technologijose sorbcijos procesai atlieka svarbų vaidmenį, nes leidžia atskirti medžiagas, turinčias labai panašias fizikines ir chemines savybes (retųjų žemių elementus, metalus, tokius kaip cirkonis ir hafnis ir kt.).
Adsorbcijos sistema susideda iš adsorbentas- medžiaga, kurios paviršiuje vyksta absorbcija, ir adsorbuoti - medžiaga, kurios molekulės yra absorbuojamos. Pagal procesų pobūdį išskiriama fizinė ir cheminė adsorbcija. At fizinė adsorbcija adsorbato molekulės nesąveikauja chemiškai su adsorbentu ir tokiu būdu išlaiko savo individualumą absorberio paviršiuje; adsorbcija šiuo atveju atsiranda dėl van der Waals jėgų veikimo. At cheminė adsorbcija, arba chemisorbcija, adsorbuotos molekulės pradeda cheminę reakciją su adsorbentu ir susidaro cheminiai junginiai ant paviršiaus. Atvirkštinis procesas – vadinamas molekulių pašalinimo iš adsorbento paviršiaus procesas desorbcija. Fizinė adsorbcija, skirtingai nei chemisorbcija, yra grįžtama. Desorbcijos procesas taip pat gali būti naudojamas kaip gryninimo metodas. Adsorbcija yra selektyvus procesas, t.y. Adsorbento paviršiuje adsorbuojamos tik tos medžiagos, kurios sumažina paviršinio sluoksnio laisvąją energiją, arba, kitaip tariant, sumažina paviršiaus įtempimą aplinkos atžvilgiu. Taigi, naudojant skirtingas medžiagų, kurios yra, pavyzdžiui, tirpale, adsorbcijos gebėjimus, galima jas atskirti ir išvalyti, vieną iš jų sugeriant su adsorbentu, o kitą paliekant tirpale. Kiekybinė adsorbcijos sistemos charakteristika yra adsorbcijos izoterma. Jis išreiškia ryšį tarp medžiagos koncentracijos SU tirpale ir jo kiekis Cs, adsorbuojamas adsorbento paviršiaus vieneto pastovioje temperatūroje adsorbcijos pusiausvyros sąlygomis. 1. Adsorbento paviršius turi ribotą nepriklausomų adsorbcijos vietų skaičių ir kiekviena vieta gali adsorbuoti tik vieną molekulę.

2. . Puslaidininkių MOS hidrido epitaksija.
Dauguma puslaidininkinių junginių A 3 B 5, A 2 B 6 ir A 4 B 6 gali būti auginami naudojant MOC technologiją. Augant junginiams A 3 B 5, vietoj penktos grupės elementų organinių metalinių junginių gali būti naudojami atitinkamų elementų hidridai. Šiuo atveju įprasta vartoti terminą MOC-hidrido technologija. Kai kurie organiniai metaliniai junginiai: Ga(CH 3) 3 – trimetilgalis (TMG), Ga(C 2 H 5) 3 – trietilgalis (TEG), In(CH 3) 3 – trimetilindis (TMI), In(C 2 H 5) 3 – trietilindis (TEI), Al(CH 3) 3 – trimetilaliuminis (TMA) (bendrai – MR3, kur M yra metalas, R3 – (CH 3) arba (C 2 H 5) – alkilas). Hidridai: AsH 3 – arzinas, PH 3 – fosfinas.

Scheminis procesų aprašymas MOS hidrido epitaksijos metu parodytas Fig. 2. Reakcija vyksta dujų sraute esant atmosferiniam arba sumažintam slėgiui reaktoriuje su šaltomis sienelėmis. Nešančiosios dujos dažniausiai yra vandenilis. Atskiri pilnos reakcijos etapai jau vyksta dujinėje fazėje. Galutinės stadijos ir įtraukimas į gardelę vyksta puslaidininkio paviršiuje. Įprasti reaktoriai leidžia sujungti kelis organometalinius ir hidrido šaltinius, todėl kintamieji skirtingų medžiagų sluoksniai gali būti auginami nuosekliai per vieną augimo ciklą. Tai leidžia gauti daugiasluoksnes daugiakomponentes epitaksines struktūras.

Technologinis epitaksijos iš metalo ir organinių junginių procesas neapima ėsdinimo medžiagų, o augimo procesas nėra nusodinimo ir ėsdinimo konkurencijos rezultatas, kaip kai kuriuose kituose garų-dujų fazės epitaksijos metoduose. Dėl to užtikrinamos ryškios ribos tarp sluoksnių ir augančių sluoksnių storio bei sudėties vienodumas.

MOS hidrido epitaksija yra paprasčiausia iš visų technologijų, skirtų A III B V junginių epitaksiniams sluoksniams gaminti iš dujų fazės. Bendra junginių susidarymo reakcija yra tipo reakcija

Ga(CH3)3 +AsH3 →GaAs (kietas) +3CH4,

Bilietas№11

1. 
   Jonų mainų metodai MET valymui.

Jonų mainai yra grįžtamasis jonų mainai su tuo pačiu krūviu, vykstantys tarp skysto tirpalo ir netirpios kietosios medžiagos, besiliečiančios su šiuo tirpalu. Kietoji medžiaga, kuri keičiasi jonais, vadinama jonitas arba jonų keitiklis, Be to, jei mainai vyksta tik teigiamais jonais, tai jonų keitiklis yra katijonų keitiklis - katijonitas, jei mainus vykdo tik neigiami jonai, tai tai yra anijoninis jonų keitiklis, t.y. anijonų keitiklis Amfoterinis Jonų mainai gali vienu metu atlikti ir katijonų, ir anijonų mainus. Jonų mainai yra stechiometrinis pakaitalas: mainais už kiekvieną iš tirpalo absorbuoto jono ekvivalentą jonų keitiklis į tirpalą atiduoda po vieną ekvivalentą kito jono, kurio krūvis yra toks pat. Tai yra pagrindinis skirtumas tarp jonų mainų ir adsorbcijos proceso. Adsorbcijos metu, kaip parodyta, adsorbentas sugeria tik ištirpusią medžiagą, į tirpalą neišskirdamas jokios kitos medžiagos. Praktiškai jonų mainai, kaip taisyklė, visada vyksta kartu su adsorbcija (pavyzdžiui, aliuminio oksidas, aktyvuota anglis ir kt.) gali veikti kaip jonų mainai. Jonų keitiklis susideda iš matricos (2.3 pav.), kuri turi teigiamą arba neigiamą krūvį dėl joje esančių vadinamųjų fiksuotų jonų. Fiksuotų jonų krūvį kompensuoja priešingo ženklo judriųjų jonų krūvis, esantis matricos porų viduje ir vadinamas priešionai. Kadangi priešionai yra mobilūs karkaso porose, juos galima pakeisti kitais to paties ženklo jonais, patenkančiais į poras iš tirpalo, supančio jonų keitiklį.
2. Vakuuminis nusodinimas ir molekulinio pluošto epitaksija.
Apibrėžimas

Epitaksijos tipas kaip vienas iš nanotechnologinių puslaidininkinių heterostruktūrų gamybos metodų. Molekulinio pluošto epitaksinis puslaidininkinių medžiagų sluoksnių augimas ant pagrindo apima išgaruotų komponentų nusodinimą ant šildomo vienakristalinio pagrindo, tuo pačiu metu sąveikaujant tarp jų.
Aprašymas

Kiekviename MBE įrenginio šildytuve yra tiglis, kuris yra vieno iš plėvelės komponentų šaltinis. Šildytuvų temperatūra nustatoma pagal išgaruojančių medžiagų garų slėgį, kurio turi pakakti atitinkamiems molekuliniams pluoštams susidaryti. Išgaravusi medžiaga perkeliama į pagrindą didelio vakuumo sąlygomis. Šildytuvai išdėstyti taip, kad pluošto intensyvumo pasiskirstymo maksimumai susikirstų pagrindo plokštumoje. Pasirinkus šildytuvų ir pagrindo temperatūrą, galima gauti sudėtingos cheminės sudėties plėveles. Padidinus substrato temperatūrą iki tam tikros ribos, dažniausiai pagerėja epitaksinių sluoksnių kokybė. Papildoma sluoksnių auginimo proceso kontrolė atliekama naudojant langines, esančias tarp šildytuvo ir pagrindo ir leidžiančias nutraukti arba atnaujinti bet kurio molekulinio pluošto srautą ant substrato. MBE įrenginiuose yra įrengti vakuuminiai užraktai mėginiams keisti ir juose gali būti įranga, skirta plėvelių analizei in situ naudojant atspindėtą elektronų difrakciją, masės spektrometriją ir Augerio spektrometriją su galimybe tirti išpuršktų jonų Auger spektrus. MBE metodas naudojant kaukes leidžia ant paviršiaus išauginti įvairių reljefų vietines struktūras. Unikali MBE savybė yra galimybė auginti supergardeles – puslaidininkines heterostruktūras su aštriomis ribomis, kurios yra lygios atominiame lygmenyje. + paskaita

Bilietas Nr.12

1. 
   MET atskyrimo ir gryninimo chromatografiniai metodai.

Chromatografijos pavadinimas kilęs iš graikų kalbos žodžių „chroma“ (spalva) ir „grapho“ (rašyti), kurie pažodžiui reiškia „spalva tapyba“. Chromatografija šiuo metu plačiai naudojama giluminiam medžiagų atskyrimui ir gryninimui. Visi chromatografiniai metodai yra pagrįsti mišinio komponentų, kurie yra atskiriami ant sorbento, sorbingumo skirtumu. Tai lemia skirtingą atskirto mišinio komponentų judėjimo greitį, kai jis juda per porėtą sorbcijos terpę. Taigi, būtina atskyrimo sąlyga yra mišinio komponentų sorbcijos proceso selektyvumas ir grįžtamumas. Kiekvieno mišinio komponento judėjimo greitis yra atvirkščiai proporcingas sorbcijos laipsniui. Dėl skirtingo komponentų judėjimo greičio mišinys yra padalintas į daugybę juostelių ir zonų, sudarydamas chromatograma. Tada atskirti komponentai mechaniškai atskiriami vienas nuo kito. Chromatografinio atskyrimo procesai labai skiriasi formaįgyvendinimas. Pagrindiniai skysčių adsorbcijos chromatografijos metodai yra plėtra, poslinkis ir frontalinė. Panagrinėkime juos naudodami mišinio, sudaryto iš dviejų komponentų, atskyrimo pavyzdį A Ir IN, ir medžiaga IN yra adsorbuojamas stipriau nei medžiaga A.

Vystymo metodas(plovimo metodas) susideda iš atskiramo mišinio įterpimo į viršutinę kolonėlės dalį su adsorbentu A+B, kuris iš karto adsorbuojamas. Tada per kolonėlę leidžiamas skystis (ryškalas). E), kuris adsorbuojasi silpniau nei abu mišinio komponentai IN. Praeina per sluoksnį, kuriame yra adsorbuotų komponentų A ir B, kūrėjas palaipsniui iš jo išplaus abu komponentus, bet daugiausia komponentą A, nes yra mažiau adsorbuotas. Dėl to po kurio laiko bus pastebėtas komponentų atsiskyrimas. A Ir IN per skirtingas adsorbcijos zonas (2.4a pav.). Galų gale komponentai A ir B iš kolonėlės pašalinami plovimo skysčiu dalimis, atskirtomis viena nuo kitos švariu ryškikliu.

Poslinkio metodas(arba poslinkio pasireiškimas) skiriasi nuo ankstesnio tuo, kad skystis (displacer) naudojamas kaip plovimo skystis D), kuris adsorbuojamas stipriau nei komponentai A Ir IN. Dėl to atsiranda skysčio išstūmimas D abu komponentai A Ir IN nuo adsorbento ir komponento A yra išstumtas greičiau. Tai veda prie komponentų atskyrimo (2.4 pav., b) ir kartu su zonomis, kuriose yra komponentų A Ir IN atskirai taip pat bus tarpinė zona, kurioje jie abu yra. Toliau išstumiant, kai kurie komponentai prie išėjimo iš kolonėlės gali būti gauti gryna forma, tačiau kai kurie išliks mišinyje.

Frontalinis metodas susideda tik iš atskiramo mišinio pravedimo per kolonėlę. Dėl mažesnės komponento adsorbcijos A stulpelyje pasiekiamas pav. parodytas komponentų pasiskirstymas. 2.4, V.Šis metodas leidžia gryna forma gauti tam tikrą kiekį tik silpnai adsorbuoto komponento A. Chromatografinis atskyrimo metodas buvo plačiai pritaikytas atskiriant sudėtingus mišinius į komponentus, norint atskirti norimas medžiagas iš labai atskiestų tirpalų, atskirti panašių savybių jonus (pavyzdžiui, retųjų žemių, metalų) ir kt.

2005 m. vasario 3 d

Šiuo metu pramoninėms nuotekoms valyti naudojamos įvairios technologijos. Labiausiai paplitęs yra reagentinis metodas, kai sunkiųjų metalų (Cr 3+, Ni 2+, Cu 2+, Zn 2+, Cd 2+, Fe 3+ ir kt.) jonai paverčiami praktiškai netirpiais šių hidroksidais. metalai naudojant šarminį reagentą ir yra išskiriami iš vandens aplinkos nusėdimo ir filtravimo būdu. Sodos pelenai (arba kaustinė soda) arba gesintos kalkės Ca(OH) 2 (kalkių pienas) naudojami kaip šarminiai reagentai, įleidžiami į valomas nuotekas.

Reagentinis nuotekų valymo metodas turi nemažai trūkumų.

Pirma, sunkiųjų metalų jonų koncentracija ir pH vertė nuotekose nuolat kinta. PH reguliavimo technologija yra labai inertiška ir negali užtikrinti, kad laiku būtų pakeista reikiama šarminio reagento dozė. Dėl šios aplinkybės sunkiųjų metalų jonai nevisiškai virsta hidroksidais ir šie jonai patenka už valymo įrenginių kaip išvalytų nuotekų dalis. Be to, sunkiųjų metalų koncentracijos, kai jie išsiskiria jonų pavidalu, gali dešimtis kartų viršyti didžiausią leistiną koncentraciją. Antra, naudojant reagentus, išvalytose nuotekose padidėja ir taip didelis druskų kiekis, o tai gali tapti papildoma kliūtimi pakartotinai jas panaudoti technologinėse operacijose.

Pats sunkiųjų metalų jonų pavertimas hidroksidais yra geras technologinis metodas, tačiau jo įgyvendinimas pridedant šarminio reagento, po to nusodinant ir filtruojant per įprastus smėlio filtrus, žymiai sumažina efektyvumą ir patikimumą. Paprastai išvalytų nuotekų pakartotinai panaudoti negalima dėl prastos kokybės.

Kokybiško užterštų nuotekų valymo užtikrinimo problema turi būti sprendžiama supaprastinant vandens valymo įrenginių technologinę schemą, projektavimą ir eksploatavimą, kartu didinant technologinio proceso gryninimo laipsnį, universalumą, patikimumą, taip pat aplinkos saugumą, galimybė maksimaliai ir net visiškai jį automatizuoti.

Atsižvelgiant į išdėstytus reikalavimus, tarp žinomų galvaninių cechų nuotekų valymo pagal nustatytus standartus metodų (jonų mainai, membrana, sorbcija) perspektyviausia atrodo sorbcija, jei valymo procese naudojamas adsorbentas yra pajėgus. jis ilgą laiką (mėnesius ir net metus) veikia kaip vandens valytojas, t. y. išvalo per jį filtruotą vandenį nuo viso jame esančių kenksmingų priemaišų komplekso, atkuriant adsorbento sorbcinį aktyvumą regeneruojant tiesiogiai filtro struktūra.

Sorbcinis natūralių ir nuotekų valymo būdas, naudojant aktyvintąsias anglis ir ceolitus, žinomas jau seniai. Tačiau jis nebuvo plačiai naudojamas dėl to, kad šie adsorbentai yra vienkartinės filtravimo medžiagos. Aktyvintos anglies ir ceolitų regeneravimas yra brangi ir daug darbo reikalaujanti operacija ir praktiškai neįgyvendinama esamų vandens valymo įrenginių sąlygomis, nes reikia iškrauti medžiagą iš filtro, aktyvuoti ją už vandens gerinimo įrenginio ribų specialioje instaliacijoje, regeneruotos medžiagos pristatymas atgal į vandens valymo įrenginius ir pakrovimas į filtro konstrukciją . Jei pasirinksite vienkartinį adsorbentų naudojimą, be didelių išlaidų, susijusių su medžiagos pakeitimu, kyla pavojus aplinkai, nes patikimas dideliais kiekiais užteršto adsorbento atliekų šalinimas reikalauja didelių ekonominių išlaidų.

Nuotekų valymo sorbcinio metodo trūkumai

Gamtinių ir nuotekų valymo tradiciniais adsorbentais sorbcijos metodo eksploataciniai ir ekonominiai trūkumai pašalinami vandens valymo technologiniame procese naudojant adsorbentą, turintį didelį grūdų paviršinį aktyvumą, leidžiantį technologiškai nesudėtingai atkurti sorbcijos pajėgumą. , trumpalaikis regeneravimas atliekamas tiesiogiai filtro struktūroje. Veiksmingiausias pagrindas tikslingai reguliuojamų savybių adsorbentams gauti gali būti aliumosilikatiniai mineralai, nes į jų struktūrą galima įterpti beveik bet kokių organinės ir mineralinės kilmės priedų, kurie suteiks reikiamų savybių grūdelių paviršiui.

Išskirtinė ir teigiama šių mineralų savybė yra jų kristalinės gardelės „trūkumas“ ir galimybė pakeisti katijonus. Sluoksniuota tetraedooktaedrinė aliumosilikatų struktūra leidžia katijonus priimti ne tik į jų kristalinę gardelę, bet ir į tarpsluoksnes bei tarpplanines erdves, taip pat į bazines mineralinių dalelių plokštumas. Magnis ir kalcis, kurie turi silpnus ryšius su mineralinių dalelių paviršiumi ir vandeninėje aplinkoje gana lengvai tirpsta, gali būti tokie keičiami katijonai.

Magnio ir kalcio katijonai, kaip rodo daugelio metų tyrimai Sankt Peterburgo valstybinio transporto universiteto Vandens tiekimo ir sanitarijos katedroje, atlieka svarbų vaidmenį nuotekų teršalų išgavimo sorbciniame procese, dalyvaujant pirmiausia (cheminiu poveikiu). formuojantis naujiems junginiams, o po to kuriant šių junginių koloidines struktūras adsorbentų grūdelių paviršiuje ir tarpgranulinėje porų erdvėje. Todėl, gaminant aliumosilikato adsorbentą, magnio ir kalcio junginiai į žaliavą įvedami kaip aktyvuojantis priedas.

Svarbios aktyvinto aliumosilikato adsorbento technologinės savybės:

• šarminių žemių ir šarminių metalų (Mg 2+, Ca 2+, Na +) jonų mainų galimybė dėl katijono keitiklio, iš kurio pagamintas adsorbentas, kristalinės gardelės „trūkumo“;
• pH vertės padidinimas iki 9 vandenyje, filtruojamame per adsorbentą;
• pozityvumo atsiradimas ζ -potencialas sąsajoje „adsorbento grūdelis – skystis“ filtruojant vandenį per adsorbento sluoksnį;
• aktyvuoto aliumosilikato adsorbento sorbcijos aktyvumo atkūrimas sunkiųjų metalų jonų atžvilgiu regeneruojant tiesiogiai filtro struktūroje.

Gaminant aktyvuotą aliumosilikatinį adsorbentą, dėl natūralaus aliuminio silikato bazės gebėjimo keistis jonais, dalis trivalenčio aliuminio pakeičiama magnio ir kalcio katijonais, esančiais aktyvatoriuje, taip pat užpildant „laisvas vietas“ kristalinės gardelės vietose ir tarpsluoksninėje erdvėje su aukščiau nurodytais katijonais. Dėl tokio kryptingo aliuminio silikatinių žaliavų modifikavimo ir aktyvinimo gaunama granuliuota medžiaga, kuri filtruojant vandenį per granuliuotą sluoksnį sudaro silpnai šarminę aplinką ir teigiamą elektrokinetinį potencialą. Būtina sąlyga šarminei aplinkai sukurti yra magnio ir kalcio oksidai, susidarantys adsorbento struktūroje jo gamybos proceso metu. Magnio ir kalcio oksidai vandenyje sudaro hidroksidus, taip padidindami pH dėl OH – anijonų pertekliaus. Sunkiųjų metalų katijonai, patekę į šarminę aplinką, reaguoja ir sudaro mažai tirpius hidroksidus pagal šią schemą:

Me 2+ + 2OH – ® Me(OH) 2 ¯;

Me 3+ + 3OH – ® Me(OH) 3 ¯.

Sunkiųjų metalų hidroksidų tirpumo produktas yra žymiai mažesnis (dešimtis ir šimtus kartų) už magnio ir kalcio hidroksidų tirpumo produktą, todėl cheminės sąveikos pusiausvyra slenka link sunkiai tirpių sunkiųjų metalų hidroksidų susidarymo. Be to, iš adsorbento į vandenį difunduoja keičiami katijonai Mg 2+ ir Ca 2+, kurie taip pat prisideda prie aplinkos pH padidėjimo dėl perteklinio OH – anijonų, kurie vėliau susijungia į sunkiųjų metalų hidroksidus. Mg 2+ ir Ca 2+ katijonų difuzija galima dėl ryšių su katijono keitiklio kristaline gardele trapumo. Taigi sunkiųjų metalų hidroksidų micelės susidaro toliau didėjant į agregatus, formuojantis ir augant koloidinei struktūrai dėl elektrostatinės sąveikos jėgų tarp teigiamai įkrauto adsorbento grūdelių paviršiaus ir neigiamai įkrautų sunkiųjų metalų hidroksidų micelių.

Filtruojant sunkiųjų metalų jonų ekstrahavimą iš vandens, aktyvioji adsorbento dalis, susidedanti iš magnio ir kalcio katijonų, patenka į vandens aplinką ir palaipsniui pašalinama kartu su filtratu. Ateina laikas, kai adsorbento valymo (apsauginės) funkcijos tampa nepakankamos, o su filtratu atliekama sunkiųjų metalų jonų koncentracija viršija nustatytas didžiausias leistinas koncentracijas. Reikia suaktyvinti adsorbentą, ty papildyti keičiamus katijonus, prarastus kartu su vandeniu.

Renkantis aktyvatorių adsorbento sorbcijos savybėms atkurti, buvo atsižvelgta į tris svarbiausius veiksnius:

1. pirma, aktyvatorius turi būti ištirpintas vandenyje, kad būtų galima aktyvuoti tirpalu tiesiai į filtro struktūrą;
2. antra, jonų mainų katijonas katijonų aktyvumo serijoje turėtų būti aukščiau nei kalcio ir magnio;
3. trečia, šis katijonas turi turėti šarminių savybių ir būti lengvai prieinamas praktiniam naudojimui. Visas šias sąlygas geriausiai atitinka natrio katijonas Na +, esantis sodos pelenų sudėtyje.

Kaip parodė eksploatavimo praktika, aktyvintą aliumosilikatinį adsorbentą apdorojant 3-4% natrio karbonato tirpalu cirkuliaciniu režimu 30-35 minutes atkuriamos adsorbento apsauginės savybės, nepriklausomai nuo atliktų regeneracijos ciklų skaičiaus, t.y per ilgą laiką. tarnavimo laikas. Filtravimo terpės sorbcinis aktyvumas atstatomas apdorojant 3-4% sodos tirpalu cirkuliaciniu režimu, kurio intensyvumas 3 l × s/m 2. Regeneracinis tirpalas naudojamas pakartotinai. Prieš restauruojant filtravimo terpę būtina išskalauti vandeniu 14 l×s/m2 intensyvumu.

2004 m. buvo atlikti tyrimai Valstybinėje įstaigoje „Valstybinės sanitarinės ir epidemiologinės priežiūros miesto laboratorijos centras“ (Sankt Peterburgas) (prekės ženklas „Glint“). Tiriant Glint adsorbento efektyvumą, kaip pradinis mėginys buvo naudojamas distiliuotas vanduo, paruoštas pridedant reagentų, kuriuose yra metalų: nikelio, kadmio, mangano, cinko, vario ir chromo sulfatų, geležies trichlorido, švino nitrato. Kaip rodo tyrimų rezultatai, adsorbentas Glint turi galimybę ženkliai sumažinti sunkiųjų metalų jonų koncentracijas vandeniniuose tirpaluose (lentelė).

Įdiegta pramoninių nuotekų valymo naudojant aktyvintą aliuminio silikato adsorbentą technologija:

• galvaninei gamybai federalinėje valstybinėje vieningoje įmonėje „Riazanės instrumentų gamykla“,
• akumuliatorių gamyklai ZAO Elektrotyaga (Sankt Peterburgas),
• OJSC "Deimantinių įrankių gamykla" (Tomilinas, Maskvos sritis),
• UAB „Murom Radio Plant“ (Murom),
• OJSC "Stupino metalurgijos gamykla" (Stupino, Maskvos sritis),
• UAB "Izmeritel" (Smolenskas)
• ir daugelyje kitų įmonių.

Pavyzdžiui, UAB „Stupino Metallurgical Company“ (Stupino, Maskvos sritis) nuo 2000 metų eksploatuoja 3500 m 3 /parą talpos slėginius filtrus, pakrautus aktyvintu aliumosilikato adsorbentu (penki filtrai po 16 m 2). Į filtrus patenkančių teršalų sudėtis, mg/l: naftos produktai iki 20, Cr 3+ iki 10, Cu 2+ iki 5, Fe 3+ iki 10, Al 3+ iki 5, Ni 2+ iki 5 10, Zn 2+ iki 5, pH 6-7,5. Filtrato sudėtis atitinka didžiausias leistinas kenksmingų medžiagų koncentracijos vertes žuvininkystės vandens telkiniams. Adsorbento regeneravimas atliekamas po 5-7 dienų 3% sodos pelenų tirpalu. Adsorbento susidėvėjimas yra apie 5% per metus. 1 m 3 nuotekų valymo kaina (pagal įmonę) yra 4,5 rublio.

Šioje ir kitose įmonėse naudojamas aktyvintas aliumosilikatinis adsorbentas, turintis šias charakteristikas (pagal GOST 51641−2000 „Granuliuotos filtrų medžiagos. Bendrosios techninės instrukcijos“): grūdelių dydis 0,63–2 mm, tūrinė masė 0,95–1 g/cm 3, šlifavimo galimybė. iki 0,5, dilimas iki 5, savitasis darbinis paviršius 9-12 m 2 /g, minimali filtruoto vandens pH vertė6.

Išvados

Šių įrenginių pramoninio eksploatavimo patirtis rodo, kad sorbcinio nuotekų valymo technologinis procesas yra patikimas ir ekonomiškas bei kokybiškas. Paprastai išvalytos nuotekos pakartotinai panaudojamos technologinėms reikmėms. Įmonių perėjimas prie uždaro vandens tiekimo ciklo pagerins aplinkos būklę regione ir užtikrins racionalų vandens išteklių naudojimą.

E. G. PETROV, profesorius (Sankt Peterburgo valstybinis transporto universitetas);
D. S. KIRICHEVSKY, Kvant Mineral CJSC direktorius (Sankt Peterburgas)

Sorbciniai filtrai yra gana populiarūs produktai, skirti pašalinti įvairias mechanines ir organines chloro priemaišas, sugeriant teršalus ant vidinio kraunamo grūdo paviršiaus.

Šiame straipsnyje bus aptartas sorbcinių filtrų pasirinkimas ir montavimas.

Kas yra adsorbcija

Sąvoka „adsorbcija“ reiškia skysto užterštumo absorbcijos procesą kietos medžiagos paviršiniu sluoksniu. Jis pagrįstas teršalų molekulių difuzija per specialią skysčio plėvelę, kuri supa adsorbento daleles iki pastarosios paviršiaus, o tai įvyksta, kai sumaišomas valomas skystis.

Tada difuzija tęsiasi greičiu, kurį lemia naudojamo adsorbento struktūra ir surinktų medžiagų molekulių dydis.

Šis procesas efektyviausias tais atvejais, kai skystis turi mažą teršalų koncentraciją (gilaus valymo stadijoje). Tokiais atvejais proceso efektyvumas leidžia gauti praktiškai nulinę teršalų koncentraciją išėjime.

Adsorbcijos efektyvumas ir greitis tiesiogiai priklauso nuo:

• sorbentinės struktūros;
• teršalų koncentracijos ir jų cheminė prigimtis;
• aktyvi aplinkos reakcija;
• temperatūros.

Šiandien geriausi sorbentai, skirti vandens valymui, yra įvairių markių aktyvuotos anglies. Pastarųjų efektyvumą lemia mikroporų buvimas. Jų bendras tūris yra pagrindinė charakteristika ir nurodyta kiekvienam prekės ženklui.

Sorbcijos proceso metu vanduo, kuriame yra ištirpusios koloidinės ir suspenduotos medžiagos, turi būti apsaugotas nuo sąlyčio su anglimi, nes jie filtruoja aktyvintosios anglies poras. Akmens anglys, praradusios sorbcijos gebėjimą, pakeičiamos arba regeneruojamos.

Ozono arba chloro (oksidatoriaus) pridėjimas prieš vandeniui patenkant į filtrą padidina aktyvintosios anglies tarnavimo laiką prieš pakeitimą, pagerina išleidžiamo vandens kokybę ir išvalo jį nuo esamų azoto junginių.

Kombinuotas ozonavimo ir sorbcijos įgyvendinimas leidžia pasiekti sinergetinį efektą, kuris padidina aktyvintos anglies galimybes beveik 3 kartus.

Jei po išankstinio chlorinimo įvyksta sorbcija, amoniakinis azotas pašalinamas iš valomo skysčio.

Jei kaip sorbentai naudojami mineralai, turintys natūralios kilmės Mg ir Ca, arba aliuminio oksidai, fosforo junginiai labai efektyviai pašalinami iš vandens.

Tikslas ir apimtis

Įvairių markių sorbciniai filtrai naudojami giluminiam vandens valymui uždarose vandens tiekimo sistemose, taip pat organinių teršalų (taip pat ir biologiškai kietųjų) valymui iš nuotekų.

Valymas sorbcijos būdu yra laikomas vienu iš efektyviausių būdų smulkiam šių vandenų valymui nuo organinės kilmės teršalų.

Technologija efektyviausia valant nuotekas nuo dažiklių, hidrofobinių ir aromatinių alifatinės grupės junginių, silpnų elektrolitų ir kt.

Sorbcijos metodas netaikomas nuotekoms, užterštoms tik neorganinės kilmės arba mažos molekulinės masės organinėmis medžiagomis (aldehidais, alkoholiais), valyti.

Sorbcinio valymo technologijos naudojamos tiek savarankiškai, tiek bloke su biologiniu valymu gilaus preliminaraus valymo etape.

Sorbcinių valymo įrenginių klasifikacija

Pagal proceso tipą:

• periodinis;

• tęstinis.

Pagal hidrodinaminį režimą:

• poslinkio įrenginiai;

• maišymo įrenginiai;

• tarpinio tipo įrenginiai.

Pagal sorbento sluoksnių būklę:

• judėjimas;

• pataisyta.

Pagal filtravimo kryptį:

• priešpriešinis srautas;

• tiesioginis srautas;

• mišrus eismas.

Dėl sąveikaujančių fazių sąlyčio:

• laiptuotas;

• tęstinis.

Pagal filtro dizainą:

• stulpelis;

• talpinis

Sorbcinio filtro dizainas

Sorbcijos filtras susideda iš:

• korpusas, kuris yra reikiamų matmenų stiklo pluošto cilindras;
• fiksuotas aktyvintos anglies sluoksnis su žvyro pagrindu;
• įvairių tipų valdymo vožtuvas (pasirinktis - mechaninis vožtuvas);
• vamzdynas, kuriuo tiekiamos nuotekos;
• vamzdynas, per kurį išleidžiamas išgrynintas vanduo;
• vamzdynas, kuriuo tiekiamas purenamas vanduo;
• drenažo ir paskirstymo sistema.

Linijinis filtravimo greitis labai priklauso nuo tiekiamo apdoroti vandens užterštumo laipsnio. Jo vertė gali būti nuo 1 iki 10 m3/val. Sorbento grūdelių dydis svyruoja nuo 1 iki 5 mm.

Optimaliausias valymo variantas laikomas filtravimu, kurio metu skystis tiekiamas iš apačios į viršų. Tokiu atveju visas filtro skerspjūvio plotas yra tolygiai užpildytas, o oro burbuliukai, patekę į vandenį, gana lengvai išstumiami.

Filtrai su fiksuotu sorbentų sluoksniu naudojami regeneraciniam nuotekų valymui, kartu sprendžiant juose esančių vertingų komponentų perdirbimo problemas. Desorbcija atliekama naudojant cheminius tirpiklius arba vandens garus.

Veikimo principas

Panagrinėkime sorbcinio filtro veikimo principą naudodami FSB serijos modelį, naudojamą lietaus kanalizacijos technologinėse schemose. Tiesiai prie jo įleidimo įrengiamas smėlio gaudytuvas ir alyvos gaudytuvas, kuris leidžia sumažinti šių rūšių taršos rodiklius iki leistinų koncentracijų.

Vanduo, praėjęs per pirmiau aprašytą pirminį filtrą, per tiekimo vamzdį patenka į sorbcijos bloką. Iš čia paskirstymo ir išleidimo vamzdžiu vanduo juda į apatinę paskirstymo zoną.

Čia jis tolygiai paskirstomas visame įterpto sorbento plote, kurio markė ir kiekiai priklauso nuo pradinės ir galutinės teršalų koncentracijos bei reikiamo produktyvumo. P

Po to vanduo kylančiu srautu nukreipiamas į surenkamąjį apskritą padėklą, o iš ten išleidžiamas vamzdžiu.

Sorbcinio filtro montavimas

Diegimo procesas:

• iškasama reikiamų matmenų duobė;
• dugnas išpilamas smėliu, kurio sluoksnis siekia 300 mm, tada atsargiai sutankinamas;
• ant šios pagalvėlės užpilama gelžbetonio plokštė (300mm ir daugiau), kurios geometriniai matmenys nustatomi pagal reikšmę „filtro korpuso skersmuo + 1000mm“;
• sorbcijos įrenginio korpusas, skirtas tolesniam apdorojimui, montuojamas griežtai vertikaliai ant plokštės;
• siekiant stabilumo, vanduo iš anksto įpilamas į korpusą maždaug iki perforuoto dugno lygio;
• kad kėbulas nepasislinktų užpildant, jis iš anksto tvirtinamas inkarais;
• Duobė užpildoma 300 mm sluoksniais smėliu be akmenų, kiekvieną sluoksnį kruopščiai sutankinant. Užpildymas baigiamas pasiekus išleidimo ir įleidimo vamzdžių lygį;
• sujungti vamzdynai (perpildymas, išvadas, įvadas). Tada užpildymo procesas tęsiamas iki filtro korpuso viršaus. Būtina kontroliuoti vibratoriaus veikimą aukščiau paminėtuose vamzdynų sujungimo taškuose, kad jie nebūtų pažeisti;
• krovinys paduodamas į korpuso vidų maišais. Be to, kitas patiekiamas po to, kai ankstesnio turinys yra tolygiai paskirstytas visame perforuoto dugno paviršiuje;
• Prieš pradedant eksploatuoti, pakrautą krovinį reikia kruopščiai nuplauti.

Korpusas turi būti užpildytas pakrovimu ir švariu vandeniu.

Kad jūsų pasirinktas sorbcinis filtras pašalintų maksimalų įmanomą teršalų tipų skaičių, į anglies filtrą reikia pridėti įvairių jonų mainų medžiagų, kurių sąrašas nustatomas atsižvelgiant į prioritetinius teršalus jūsų įmonėje (objekte) .

Sorbcija (nuotekų valymas)

Sorbcija yra medžiagos absorbcijos iš aplinkos kietos arba skystos medžiagos procesas. Išskirti trijų tipų

-sorbcija: absorbcija

-– medžiagos tūrinė absorbcija per visą skysto ar dujinio sorbento masę; adsorbcija

-– medžiagos paviršiaus absorbcija kieto arba skysto sorbento paviršiniu sluoksniu; chemisorbcija

– sorbcija, lydima sorbento cheminės sąveikos su absorbuojama medžiaga. Sorbcija yra viena iš labiausiai efektyvus įvairių įmonių nuotekų giluminio valymo iš ištirpusių organinių medžiagų metodai pramonės šakoms

pramonės šakos: celiuliozės ir popieriaus, chemijos, naftos chemijos, tekstilės ir kt. Sorbcijos metodas taikoma vertingas ištirpusios medžiagos (fenolis, arsenas, vandenilio sulfidas) su jų vėlesniais perdirbimas ir išvalytų nuotekų naudojimas sistemose galima derėtis vandens tiekimas

Galima naudoti sorbcinį gryninimą savarankiškai ir kartu su biologinės valymas. Privalumai Metodas yra galimybė adsorbuoti medžiagas iš daugiakomponentių mišinių, taip pat didelis valymo efektyvumas, ypač silpnai koncentruotų nuotekų.

Adsorbcija– fizinio molekulių sukibimo su kietos medžiagos (adsorbento) paviršiumi procesas, nevykstant cheminei reakcijai. Adsorbcija naudotas giluminiam uždaro vandens vartojimo ir nuotekų valymui iš organinių medžiagų, įskaitant biologiškai kietas.

Adsorbcija metodus plačiai taikyti giluminiam nuotekų valymui iš ištirpusių organinių medžiagų po biocheminio valymo, taip pat vietiniuose įrenginiuose, jeigu šių medžiagų koncentracija vandenyje maža ir jos biologiškai neskyla arba yra labai toksiškos.

Adsorbcija naudoti nuotekoms neutralizuoti nuo fenolių, herbicidų, pesticidų, aromatinių nitro junginių, paviršinio aktyvumo dažiklių ir kt. Orumas Metodas yra labai efektyvus, galintis išvalyti kelių medžiagų turinčias nuotekas, taip pat šių medžiagų regeneravimas.

Adsorbcija atliekami taip būdais:

Įpilkite į nuotekų vandenį sorbentas susmulkintoje formoje gautas mišinys maišomas, tada nusodinamas ir filtruojamas;

Nuotekos nuolat praleidžiamos filtras, pakrautas sorbentu.

Adsorbentai, naudojami vandens valymui, yra susmulkinami miltelių pavidalo medžiagos arba granulės, kurių skersmuo 0,5–1 mm. Jie pridedami prie vandens, kuris yra skaidrintuve – šiuo atveju koaguliacija derinama su adsorbcija. Granuliuoti adsorbentai naudojami aparatuose, kurių įtaisas panašus į slėgį.

filtras Kaip sorbentai naudoti įvairius dirbtinius ir natūralius akytas : medžiagų

aktyvuotos anglies, ceolitai (aliumosilikatai), pelenai, šlakas, kokso brizas, durpės, pjuvenos. Veikla sorbentas apibūdinamas absorbuotos medžiagos kiekiu sorbento tūrio arba masės vienete (kg/m3, kg/kg adsorbcija). savybių aktyvuotos anglies priklauso

apie porų struktūrą, jų dydį, dydžio pasiskirstymą. Makroporos (0,1–0,2 µm) ir pereinamosios poros (0,004–0,1) dažniausiai atlieka transportavimo kanalų vaidmenį. sorbcija mikroporingas struktūra (mikroporų dydis yra mažesnis nei 0,004 mikrono).

Dauguma efektyvus sorbentai organinėms medžiagoms ekstrahuoti iš vandeninių tirpalų yra aktyviosios angliesįvairių markių anglies. Anglių poringumas 60–75%, savitasis paviršiaus plotas – 400–900 m2/g.

Aktyvuota anglis yra akytas medžiaga, susidedanti iš anglies su nedideliu kiekiu priemaišų, kurios atlieka labai svarbų vaidmenį adsorbcijoje. Anglis, susidaręs kaitinant įvairias organines medžiagas be oro prieigos, turi priemaišų dervos kurios užkemša jo poras. Norint pašalinti dervas ir padidinti poringumą, anglys yra apdorojamos, vadinamos aktyvinimas.

Priklausomai nuo sąlygasšio gydymo, aktyvuotos anglies gali adsorbuoti daugiausia rūgštys arba, atvirkščiai, bazės. Savybė adsorbuotis rūgštys turi 900 o C temperatūroje aktyvuotą anglį. Įkaitinta iki 450 - 500 o C anglis, priešingai, gerai adsorbuojasi pagrindu ir neabsorbuoja rūgščių. Tai paaiškino tai, kad anglies paviršiuje apdorojant susidaro paviršiniai oksidų junginiai, kurie savo prigimtimi yra baziniai arba rūgštūs.

Aktyvuota anglis turi skaičių naudos prieš kitus sorbentus:

Standžios porėtos struktūros;

Pakankamas mechaninis stiprumas;

Cheminis ir terminis atsparumas;

Hidrofobiškumas;

Galimybė adsorbuoti daug organinių medžiagų, kurios nepašalinamos biologinio apdorojimo metu. Tokių medžiagų randama, pavyzdžiui, naftos perdirbimo gamyklų nuotekose. Šiuo atveju aktyvintosios anglies adsorbcijos metodas yra patikimiausias ir pigiausias.

Tyrimas nuotekų valymas, atliktas naudojant adsorbcijos metodus, naudojant aktyviąją anglį, rodo aukštą efektyvumą nuotekų valymas. Dozė anglis priklauso nuo jos adsorbcijos pajėgumo, įtekančiose nuotekose esančių teršalų tipo ir reikiamo valymo efekto.

Nuotekų valymas naudojant aktyvuotą anglį turi savo ypatumus. Koncentracija ekologiškas medžiagų nuotekose gali būti labai daug. Tokioje sistemoje anglis adsorbuojasi nuo 0,2 iki 0,4 kg medžiagos 1 kg savo svorio. Pasibaigus adsorbcijos procesui, organinės medžiagos perdegti regeneracinėje krosnyje. Anglis atkurti ir vėl išsiųstas adsorbuoti. Tuo pačiu metu nuostoliai

anglies adsorbento yra apie 5%. Įjungta gamyklos sutvarkyti didelius instaliacijos , susidedantis iš nuotekų valymui ir įrangai atlikti regeneracija.

Pramoninių nuotekų valymui jos vis dažniau naudojamos. ne anglies natūralios ir dirbtinės kilmės sorbentai. Sorbentų naudojimas natūralus medžiagos (molio uolienos, ceolitai ir kitos medžiagos) dėl santykinai maža kaina, prieinamumas, didelis sorbcijos pajėgumas, taip pat kai kurių iš jų jonų mainų savybės.

Adsorbcijos technologijoje, be anglies, dar vadinama silikagelis– dehidratuotas silicio rūgšties gelis, jis daugiausia adsorbuojasi pagrindu.

Tarp natūralios kilmės mineralinių sorbentų yra labiausiai paplitę molingas uolienos, kuriose paprastai yra taisyklingos struktūros medžiagų. Pastaruoju metu daug dėmesio skiriama ceolitai.

Norint gauti patvarią ir vandeniui atsparią filtravimo medžiagą medžiagų iš natūralių ceolitai jų sušilti 1000 o C temperatūros krosnyse su natrio chloridu ir karbonatu. Greitai kaitinant, ceolitai putojantis, ko pasekoje jų tūris ir poringumas padidėja 5...20 kartų. Formoje naudojami natūralūs ceolitai milteliai ir filtravimo medžiagas valymas vanduo iš paviršinio aktyvumo medžiagų, aromatinių junginių, dažiklių, pesticidų, koloidinių ir bakterinių priemaišų.

Kainanatūralus sorbentai yra dešimtis kartų mažesni už dirbtinius, todėl dažniausiai jie yra neatsinaujinti. Išankstinis apdorojimas gali žymiai padidinti natūralių sorbentų kainą. Todėl jų panaudojimo galimybė nustatoma atsižvelgiant į technologinius, aplinkosaugos, ekonominius ir kitus veiksnius.

Šiuo metu yra pramoninė gamyba sintetinis porėtos medžiagos, kai kurios iš jų pagal fizikines ir chemines savybes priskiriamos adsorbentams. Porėta polimerų struktūra pasiekiama polimerizacijos metu į reagentų mišinį įvedant inertišką tirpiklį, kurį pašalinus susidaro sudėtinga porų sistema.

Adsorbcinis valymas gali būti regeneruojantis, t.y. su medžiagos ištraukimu iš adsorbento ir jos šalinimu, ir destruktyvus, kuriame kartu su adsorbentu sunaikinamos iš nuotekų išgautos medžiagos. Regeneracija sorbentai – granulėms dažniau naudojamas adsorbcijos gebos atstatymas aktyvus anglies dėl jų didelio kaina. Šiuo atveju dalis adsorbuotų medžiagų (iki 20%) yra negrįžtamai vyko aktyvuotos anglies, ceolitai (aliumosilikatai), pelenai, šlakas, kokso brizas, durpės, pjuvenos. jo porose. anglis palaipsniui nuo ciklo iki ciklo.

Tais atvejais, kai adsorbuotos medžiagos neatspindi utilitarinės vertės arba jų šalinimo išlaidos viršija jų vertę, naudokite destruktyvus sorbentų regeneravimo technologijos. Paprastai atliekama destruktyvi sorbento regeneracija terminis arba cheminis metodus. Renkantis sorbentų naudojimo technologiją, būtina atsižvelgti į tai, kad konstrukcijoje išlaidas Kaip sorbcinio valymo kaina

yra 30...35%. Paprasčiausias adsorberis filtras yra pylimas . Paprastai sorbcija įrengimas susideda iš kelių lygiagrečių darbo

skyriuose , susidedantis iš trijų iki penkių nuosekliai išdėstytų filtrų. Adsorberiai su nejudėdamas sorbento sluoksnis (sorbciniai filtrai) yra struktūriškai atviras (be slėgio) ir uždaras (slėgis). Paprastai įrengiami bent trys adsorbcijos aparatai, sujungti taip, kad du veiktų nuosekliai, o trečią būtų galima išjungti

paraudimas arba regeneracija. Prietaisai tęstinis veiksmai gali žymiai sumažinti aktyviosios anglies tūrį.

Principas Prietaisų veikimas yra toks, kad valomas skystis juda iš apačios į viršų, o tankus reagento sluoksnis, veikiamas gravitacijos ar įvairių mechaninių prietaisų, juda link jo. Ištirpusių organinių teršalų adsorbcijai pašalinti iš vandens didelio našumo valymo įrenginiuose, įrenginiuose su suspenduotu ( skystas) aktyviosios anglies sluoksnis. Tai leidžia santykinai naudoti adsorbuojančius grūdus mažas dydžiai (0,2 - 1 mm) su išvystytu išoriniu paviršiumi. Prietaisai turi

priešpriešinės srovės sąveikaujančių fazių judėjimas.