Способ получения ферромагнитного углеродного адсорбента

Изобретение относится к способам получения ферромагнитных углеродных адсорбентов и может быть использовано в сорбционных процессах очистки промышленных сточных вод, при ликвидации нефтяных загрязнений и для селективного извлечения благородных металлов из растворов. Древесные опилки обрабатывают 10% водным раствором хлорида железа (III) и 10% водным раствором хлорида цинка при массовом соотношении древесина:хлорид железа:хлорид цинка, равном 1:0,5:0,5 соответственно, смесь перемешивают, сушат и карбонизуют в токе инертного газа в интервале температур 400-800°С при линейном подъеме температуры со скоростью 10°С/мин с выдержкой при конечной температуре 30 минут, далее продукт отмывают водой, отфильтровывают, вновь промывают водой до нейтральной среды и сушат до постоянного веса. Технический результат изобретения заключается в повышении адсорбционных характеристик при сохранении магнитных свойств сорбента и в упрощении способа. 3 пр.

 

Изобретение относится к способам получения ферромагнитных углеродных адсорбентов и может быть использовано в сорбционных процессах очистки промышленных сточных вод, при ликвидации нефтяных загрязнений и для селективного извлечения благородных металлов из растворов.

Большинство способов получения магнитных сорбентов основаны на пропитке солями металлов готовых активированных углей. Так, способ приготовления магнитного углеродного композиционного материала для очистки воды заключается в предварительной обработке активированного угля азотной кислотой в соотношении 1:0,63, отмывке, сушке и последующей пропитки его водным раствором перманганата калия и хлорида железа. Смесь далее обрабатывают ультразвуком и подвергают термообработке до 500-800°С. В результате получают магнитный углеродный композиционный материал, содержащий 23% MnFe₂O₄ с удельной поверхностью 720 м²/г (CN 101502789, опубл. 12.08.2009).

К недостаткам следует отнести сложность способа, включающего предварительную обработку дорогостоящего активированного угля азотной кислотой, ультразвуком и относительно невысокую удельную поверхность конечного продукта.

Известен способ получения сорбента, включающий пропитку гранул активного угля раствором хлорного железа при массовом соотношении металла и активного угля 1:4-12 и термообработку при 140°С в печи кипящего слоя. Полученный сорбент имеет сорбционную активность по золоту 25 мг/г и по серебру 18 мг/г (RU 2023660, опубл. 30.11.1994).

Данный способ предназначен только для извлечения золота и серебра из цианидных растворов с исходной концентрацией 10 мг/л. К недостаткам следует отнести трудность извлечения порошкообразного сорбента из золотосодержащих руд, что обусловлено отсутствием магнитных свойств сорбента. Кроме того, в качестве сырья использован промышленный активный уголь.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и назначению является способ получения ферромагнитного адсорбента на основе древесных опилок путем обработки их раствором соли железа при соотношении твердой и жидкой фазы 1:5-15 с последующим вакуумированием и пиролизом в инертной атмосфере при ступенчатом повышении температуры через каждые 50-100°С до 800°С с выдержкой на каждой ступени в течение 0,5-4 часа. Продукт, полученный при температуре пиролиза 500°С, имеет адсорбционную емкость по йоду 41 г/г, магнитную индукцию насыщения 500 Гс, остаточную магнитную индукцию 55 Гс и коэрцитивную силу 120 Э (SU 715458, опубл. 15.02.1980).

К недостаткам данного способа следует отнести сложность изготовления магнитного адсорбента (вакуумирование, ступенчатое повышение температуры), а также низкие адсорбционные характеристики целевого продукта.

Задачей изобретения является создание простого способа получения ферромагнитного углеродного адсорбента с высокими адсорбционными характеристиками.

Технический результат изобретения заключается в упрощении способа получения ферромагнитного углеродного адсорбента, а также в повышении его адсорбционных характеристик при сохранении магнитных свойств.

Технический результат достигается тем, что в способе получения ферромагнитного углеродного адсорбента из лигноцеллюлозного сырья, например древесных опилок, включающем обработку сырья раствором соли железа, сушку и карбонизацию в токе инертного газа в интервале температур 400-800°С с выдержкой при конечной температуре 30 минут, согласно изобретению, древесные опилки обрабатывают 10% водным раствором хлорида железа (III) и 10% водным раствором хлорида цинка при массовом соотношении древесина:хлорид железа:хлорид цинка, равном 1:0,5:0,5 соответственно, смесь перемешивают 15 мин, затем сушат при температуре 105°С до постоянного веса и карбонизуют при линейном подъеме температуры со скоростью 10°С/мин, далее продукт отмывают горячей водой при 60°С, отфильтровывают, после чего промывают водой до нейтральной среды и сушат до постоянного веса.

В отличие от прототипа в предлагаемом изобретении проводят двойное модифицирование углеродсодержащего сырья: хлоридом железа (III) и хлоридом цинка. Благодаря обработке древесного сырья 10% водными растворами хлорида железа (III) и хлорида цинка при массовом соотношении древесина:FeCl₃:ZnCl₂, равном 1:0,5:0,5, получен ферромагнитный углеродный адсорбент с высокой удельной поверхностью 1350 м²/г. Углеродный адсорбент, полученный пропиткой древесного сырья хлоридом железа в условиях идентичных прототипу, имеет удельную поверхность 469,5 м²/г. Ферромагнитная фаза в полученном сорбенте представляет собой комплексное соединение (Zn_0,35Fe_0,65)Fe₂O₄, близкое по структурным параметрам и свойствам к магнетиту.

Способ подтверждается конкретными примерами

Пример 1. 30 г воздушно-сухих опилок древесины березы фракции 0,5-1,0 мм смешивают с 10% раствором хлорида железа (III). Затем в смесь добавляют 10% водный раствор хлорида цинка. Массовое соотношение древесина:FeCl₃:ZnCl₂ составляет 1:0,5:0,5. Полученную смесь перемешивают 15 мин и высушивают при температуре 105°С до постоянного веса. Далее смесь карбонизуют в токе аргона (130 см³/мин) при линейном подъеме температуры 10°С/мин до температуры 400°С с выдержкой при конечной температуре 30 минут. После охлаждения в среде инертного газа образец выгружают и промывают горячей водой при температуре 60°С. Далее продукт отфильтровывают и снова промывают водой до нейтральной реакции промывных вод. Отфильтрованный остаток высушивают при 105°С до постоянного веса. Выход адсорбента составляет 28,7 масс.%. Полученный адсорбент имеет удельную поверхность - 1350 м²/г, сорбционную емкость по йоду - 171 г/г. Полученный магнитный сорбент обладает следующими магнитными свойствами: коэрцитивная сила - 70 Э, остаточная магнитная индукция - 0,8 Гс. Сорбционная емкость сорбента из хлоридных растворов составляет для золота - 84 мг/г, платины - 30 мг/г и палладия - 36 мг/г.

Пример 2. Способ проводят аналогично примеру 1, но температура карбонизации - 800°С. Выход сорбента - 22,5%. Полученный адсорбент имеет удельную поверхность - 1062 м²/г, сорбционную емкость по йоду - 160 г/г. Полученный магнитный сорбент обладает следующими магнитными свойствами: коэрцитивная сила - 105 Э, остаточная магнитная индукция - 5,0 Гс. Сорбционная емкость сорбента из хлоридных растворов составляет для золота - 56 мг/г, платины - 49 мг/г и палладия - 41 мг/г.

Пример 3 (в условиях, идентичных прототипу). 30 г воздушно-сухих опилок древесины березы фракции 0,5-1,0 мм смешивают с 10% водным раствором хлорида железа при массовом соотношении древесина:FeCl₃, равном 1:1. Температура карбонизации - 400°С. Полученный сорбент имеет удельную поверхность - 469,5 м²/г.

Предлагаемые примеры показывают, что модификация древесины только хлоридом железом дает малую удельную поверхность адсорбента, двойное же модифицирование древесных опилок хлоридом железа (III) и хлоридом цинка позволяет существенно увеличить адсорбционные характеристики целевого продукта.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить ферромагнитный адсорбент с высокими адсорбционными характеристиками, благодаря которым можно проводить эффективную сорбцию благородных металлов из растворов, очищать промышленные сточные воды, использовать при ликвидации нефтяных загрязнений. Преимуществами предлагаемого способа являются: доступность сырья, простота реализации, сочетающаяся с возможностью использования магнитной сепарации при отделении адсорбента из раствора.

Способ получения магнитного углеродного адсорбента, включающий обработку древесных опилок раствором соли железа, сушку и карбонизацию в токе инертного газа в интервале температур 400-800°С с выдержкой при конечной температуре 30 мин, отличающийся тем, что древесные опилки обрабатывают 10%-ным водным раствором хлорида железа (III) и 10%-ным водным раствором хлорида цинка при массовом соотношении древесина: хлорид железа: хлорид цинка, равном 1:0,5:0,5 соответственно, смесь перемешивают 15 мин, затем сушат при температуре 105°С до постоянного веса и карбонизуют при линейном подъеме температуры со скоростью 10°С/мин, далее целевой продукт отмывают горячей водой при 60°С, отфильтровывают, после чего промывают водой до нейтральной среды и сушат до постоянного веса.