V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013
КОМПЛЕКСНАЯ ХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ТОРФА
КомментарииПолная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
По условиям образования и свойствам подразделяют на верховой, переходный и низинный.
Торф имеет сложный химический состав, который определяется условиями генезиса, химическим составом растений-торфообразователей и степенью разложения. Элементный состав торфа: углерод 50…60%, водород 5…6,5%, кислород 30…40%, азот 1…3%, сера 0,1…1,5% (иногда до 2,5) на горючую массу. В компонентном составе органической массы содержание водорастворимых веществ составляет 1…5%, битумов 2…10%, легкогидролизуемых соединений 20…40%, целлюлозы 4…10%, гуминовых кислот 15… 50%, лигнина 5…20%.
Достаточно долгое время торф использовался исключительно в энергетических целях. Но, даже по сравнению с бурым углем, торф дает гораздо меньше тепловой энергии, т.к. содержит меньше горючих элементов.
Торф представляет большую ценность для химической и биохимической промышленности, сельского хозяйства, медицины, машиностроения, строительства и ряда других отраслей. Решить эту проблему может комплексная безотходная переработка, которая позволит по сравнению с чисто энергетическим использованием повысить эффективность отрасли в 15…20 раз. Так из 1 т сухого торфа можно получить (кг): гуминовых веществ — 450…800, красителей — 350…450, битумов — 50…100, воска — 40…50, «парафина» — 20…30, и ряд других химических веществ.
Нами выделен торфяной воск и гуминовые кислоты. Сырьем для получения сырого торфяного воска служил верховой битуминозный торф (степень разложения — не менее 35 %, зольность — не более 8 % и рабочая влажность — не более 50 %), добытый фрезерным способом.
Технологический процесс получения сырого торфяного воска состоит из подготовки торфа к экстракции, включающей дробление, отсев частиц диаметром более 10 и менее 0,5 мм, сушку торфяной крошки до влажности 20…25%, экстракцию бензином БР-2 при температуре около 80˚С, освобождение бензинового раствора воска (мицеллы) от растворителя.
Сырой торфяной воск по ТУ 6-01-973–75 должен соответствовать следующим требованиям: цвет — темно-коричневый; сплавляемость с парафином — полная; содержание смолистых веществ — не более 40 %; механических примесей — не более 1,0 %; влаги — не более 0,5 %; Кислотное число — 30…60 мг КОН/г; число омыления — 100…160 мг KОН/г; йодное число — 15…30 мг KОН/г. Химический состав торфяного воска зависит от применяемого растворителя. Состав и свойства воска зависят также от вида торфа
Из смолистой части «парафины» выделены вымораживанием бензинового раствора смолы при –20 ° С. «Парафины» содержат углеводороды, стерины, первичные, вторичные и третичные алифатические и, возможно, циклические спирты с сопряженными двойными связями, свободные и связанные в виде эфиров. Воск содержит более 20 % смол и 15 % «парафинов», в то время как смола и «парафины» в свою очередь содержат значительное количество восковых и других соединений. Количество неомыляемых веществ в воске в 4 раза меньше, чем в смолистой части.
Обессмоленный торфяной воск получают из сырого торфяного воска. Смолистые вещества извлекают из мелкораздробленных частиц (0,5–3 мм) сырого торфяного воска охлажденным до 0…5 °С бензином БР-2. Смолы, находящиеся в бензиновом растворе, отделяются от воска, а воск промывается чистым растворителем и продувается острым паром для удаления бензина и выдается в виде готовой продукции. Обессмоленный торфяной воск должен иметь следующие показатели: темно-коричневый цвет; содержание восковых веществ — не менее 90 %; содержание смолистых веществ (растворение в ацетоне при 0 °С) — не более 10 %; содержание воды — не более 0,5 %; кислотное число — 39…56 мг KОН/г; число омыления — 110…120 мг KОН/г; йодное число — 10…25 г/100г
Гуминовые вещества торфа представляют собой специфические органические соединения — продукты биохимического распада растительных остатков, имеющие сложную структуру. Основными составляющими их являются гуминовые кислоты и фульвокислоты.
К гуминовым кислотам (ГК) относят вещества, извлекаемые из торфа щелочными водными растворами и осаждаемые при подкислении раствора в виде аморфного темноокрашенного вещества. К фульвокислотам (ФК) относят остаток, в котором кроме собственно фульвокислот имеются полисахариды, пептиды, аминокислоты, фенолы. Содержание гуминовых кислот в торфе колеблется от 5 до 55 %. Минимальное количество их находится у слаборазложившегося торфа моховой группы верхового типа. В торфе низинного типа даже низкой степени разложения гуминовых кислот бывает не менее 20 %. Среднее содержание ГК составляет 24,5; 37,7 и 39,1 соответственно для верхового, переходного и низинного типов торфа. Содержание углерода в составе ГК изменяется от 46 до 61 % (среднестатистическое — 58,7 %), водорода — от 2,8 до 6,6 % (5,0 %), азота — от 2 до 6 % (3,4 %). Отличительная способность ГК торфа — высокое содержание углерода с одновременно высоким атомным отношением С : Н, что связано со специфическими условиями гумификации в торфогенном слое.
В отличие от угольного, торфяной воск почти не содержит канцерогенных многоядерных ароматических структур, в частности, бензпирена. В то же время он намного богаче стеринами - биологически активными веществами, применяемыми медицинской промышленностью для синтеза гормональных и некоторых других препаратов. Торфяной воск стал сырьем для получения лекарственных препаратов. Тонна сухого торфа может дать до 60 кг воска.
Гуминовые кислоты используются для регулирования структурообразования бедных гумусом почв, поскольку улучшают водный, воздушный, питательный режимы и повышают их плодородие, применяются для производства высокоэффективных биологически активных препаратов, красителей для древесины, ингибиторов коррозии различного назначения.
Торф, после извлечения воска и гуминовых кислот, можно использовать для производства активных углей, которые являются углеродными нанопористыми материалами и имеют широкое применение, в частности, в атомной энергетике.