Загрязнение атмосферы промышленными выбросами — одна из ключевых экологических проблем современности. По данным Всемирной организации здравоохранения за последние годы, 99% мирового населения дышит воздухом, качество которого не соответствует санитарным нормам. Особую опасность представляют токсичные газы, такие как аммиак (NH3) и сероводород (H2S), которые в больших концентрациях выделяются на предприятиях агропромышленного комплекса, металлургии, нефтегазопереработки и коммунального хозяйства. Эти вещества опасны для здоровья человека, так как вызывают отравления и хронические заболевания, а также наносят вред окружающей среде. Эффективная и экономичная очистка воздуха на таких производствах — это острая необходимость. Ученые Пермского Политеха усовершенствовали технологию создания углеродного поглотителя, который одновременно улавливает из воздуха два этих токсичных газа. Они впервые применили ультразвук для его изготовления, что позволило повысить эффективность процесса получения и качество готового продукта.
Разработанная технология защищена патентом на изобретение № 2845030. Исследование проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».
На промышленных, пищевых производствах, животноводческих комплексах и городских станциях водоочистки в воздух выделяются токсичные вещества — аммиак и сероводород — чрезвычайно опасные для человека и окружающей среды производственные загрязнители. Например, аммиак вызывает ожоги дыхательных путей, отек легких, поражение глаз и кожи. Сероводород даже в низких концентрациях приводит к головной боли, тошноте, а при высоких концентрациях даже к потере сознания, параличу дыхания и летальному исходу. Систематическое воздействие этих газов нарушает работу нервной системы и органов дыхания.
Для решения проблемы очистки воздуха и отходящих промышленных газов от аммиака и сероводорода в последнее время широко используют химические поглотители на основе гранулированных активированных углей с нанесенной на поверхность активной химической добавкой — сульфатом меди (II). Технология получения такого поглотителя включает стадии приготовления горячего пропиточного раствора сульфата меди, пропитку гранулированного активированного угля полученным раствором, вылеживание пропитанного угля и его сушку во вращающейся печи при температуре 140-160°С. Для очистки загрязненного воздуха поглотитель помещают в фильтрующие установки (адсорберы) и подсоединяют к системе вентиляции или к системе выхода отходящих газов. Активная добавка на поверхности активированного угля связывает аммиак и сероводород за счет химической реакции. Загрязненный воздух, проходя через адсорбер, попадает в атмосферу уже в очищенном виде.
Ученые Пермского Политеха предложили усовершенствованную технологию, где традиционный способ получения пропиточного раствора заменяется более удобным и эффективным — с применение ультразвукового излучателя.
— По предлагаемому методу раствор сульфата меди готовится следующим образом: необходимая масса соли загружается в реактор и заливается расчетным объемом холодной воды. В реактор погружается ультразвуковой излучатель с частотой 22-24 кГц. Благодаря интенсивному диспергированию кристаллов с одновременным разогревом раствора повышается скорость растворения соли. Для пропитки гранул активированного угля полученным раствором мы использовали вибрационный смеситель. Предлагаемый способ приготовления пропиточного раствора в сочетании с применением вибрационного смесителя позволил получить поглотитель в одну стадию пропитки гранул активированного угля, что обеспечило равномерное распределение активной добавки на поверхности гранул. Благодаря равномерному распределению кристаллов соли на поверхности гранул возросла эффективность поглотителя по отношению к аммиаку и сероводороду, — комментирует Елена Фарберова, доцент кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ, кандидат химических наук.
Эффективность разработки подтверждена лабораторными испытаниями. Ученые определяли «время защитного действия» по аммиаку и сероводороду — время, от начала процесса поглощения до появления первых порций извлекаемого вещества из загрязненного воздуха за слоем поглотителя. Образцы, полученные по новой технологии, показали, что время защитного действия составило 57 минут для аммиака и 47 — для сероводорода. Эти показатели примерно в 1,5 раза превышают эффективность существующих аналогов.
Благодаря отказу от многоэтапной обработки, технология становится более экономичной и экологичной. В результате время производственного цикла значительно сокращается, себестоимость конечного продукта снижается примерно на 20%.
Внедрение этой разработки имеет большой положительный потенциал. Более эффективные системы очистки воздуха повысят безопасность на производствах и рабочих местах, а также снизят риски профессиональных заболеваний. Для жителей промышленных городов это означает потенциальное улучшение экологической обстановки. Для бизнеса же внедрение новой технологии обеспечит снижение эксплуатационных расходов за счет более дешевого производства поглотителя и возможность нарастить объемы производства за счет уменьшения производственного цикла. Результатами исследования уже заинтересовались промышленные предприятия России.