Способ получения плавающего углеродного сорбента для очистки гидросферы от нефтепродуктов


 


Владельцы патента RU 2527095:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр "Научно-исследовательский институт органических полупродуктов и красителей" (ФГУП "ГНЦ "НИОПИК") (RU)
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова" (МИТХТ им. М.В. Ломоносова) (RU)

Изобретение относится к области получения сорбентов из отходов сельского хозяйства. Предложен способ получения углеродного сорбента из шелухи подсолнечника. Шелуху подвергают сушке при температуре 115-125°С в течение 4÷6 часов, карбонизации при температуре 400-500°С в течение 35-45 минут и охлаждению до 55-65°С. Изобретение обеспечивает высокий выход сорбента и улучшение его качества. 1 табл., 13 пр.

 

Изобретение предназначено для решения экологических проблем и касается получения из отходов сельского хозяйства недорогих эффективных сорбентов - первичных углей (ПУ), с помощью которых очищают загрязненную нефтью или нефтепродуктами поверхность водоемов. ПУ могут быть использованы и для очистки технологических сточных вод от нефтепродуктов.

Известен способ получения углеродных сорбентов из лузги подсолнечника, включающий химическое удаление балластных веществ путем экстракции с последующим замораживанием и выдержкой при температуре (-4)÷(-0)°C, размораживания при 25-100°С, промывки водой и сушки при 100-120°С (патент РФ №2240864, B01J 20/24, 2004 г.). Недостатком данного способа является неэффективная очистка воды адсорбентом от жидких углеводородов вследствие невысокой адсорбционной емкости адсорбента из-за неразвитой пористой структуры; и невысокой плавучести адсорбента в силу его гидрофильности и высокого водопоглощения.

Способом, наиболее близким к заявляемому по технической сущности и количеству совпадающих признаков (прототипом), является способ получения углеродного сорбента из шелухи подсолнечника, которую после обработки модификаторами подвергали прессованию и карбонизации при Т=300-400°С и продолжительности 15-30 мин (патент РФ №2395336, B01J 20/20, 2010 г.).

В этом способе с целью подготовки структуры шелухи для протекания пиролиза и формирования пористого материала использовали суспензию, полученную смешиванием 5,3-7,5% карбамида, 6,2-8,5% Ca(ОН)2 с шелухой в воде. Смесь нагревали при 90-100°С в течение 0,5-1 ч. (первая стадия подготовки сырья - химическая модификация). На второй стадии - термической - проводили сушку при 100-120°С в течение 0,3-0,5 ч в токе азота для удаления органических загрязнений.

Недостатками данного способа являются:

- низкий выход первичного угля (не более 52%),

- небольшая прочность (прочность по истиранию составляет 45-47% масс.),

- невысокая адсорбционная емкость по отношению к нефти (5,8 г/г),

- низкая плавучесть насыщенного нефтью сорбента - 48 часов.

Задачей изобретения являлась: разработка способа получения ПУ из шелухи подсолнечника, обеспечивающего высокий выход ПУ, обладающих большой пористостью и адсорбционной емкостью по нефти, невысокой плотностью, высокой плавучестью и прочностью по истиранию; и, следовательно, требующего меньших затрат энергии и сырья.

Поставленная задача решается тем, что предварительную сушку шелухи подсолнечника проводят в токе азота при температуре 115-125°С в течение 4-6 часов; карбонизацию осуществляют в среде азота при температуре 400-450°С в течение 35-45 минут, а последующее охлаждение проводят до температуры 55-65°С.

Таким образом, отличие от прототипа заключается в том, что шелуху подсолнечника подвергают предварительной сушке при 115÷125°С в течение 4-6 часов без использования модификаторов. После этого карбонизацию ведут в среде инертного азота при температуре 400÷450°С и выдерживают при постоянной температуре карбонизации 35-45 мин, а затем охлаждают до 55-65°С и выгружают для хранения. Эта совокупность отличительных признаков способствует получению оптимальной структуры ПУ и позволяет получить ПУ (выход 65-70 масс.%) с высокой механической прочностью по истиранию (приблизительно 75% масс. по ГОСТу: 5072-67; 3584-53 и 214-57 и МИС-60-8), высокой адсорбционной способностью по углеводородам нефти (до ≈20 г нефти/г сорбента) и высокой плавучестью (до 30 суток).

Технический результат, полученный при осуществлении предлагаемого способа:

1. Увеличивается адсорбционная емкость по нефтепродуктам, в 3,5-4 раза по сравнению с прототипом.

2. Повышается плавучесть адсорбента, насыщенного нефтепродуктами, до 15 раз (30 суток вместо 48 часов).

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом:

исходный материал (шелуху подсолнечника) в количестве 1500 граммов загружают в реактор емкостью 2 л, вращающийся в электрической печи, и сушат при температуре 115-125°С в токе азота в течение 4-6 часов, после сушки сразу проводят карбонизацию в этом же реакторе при температуре 400-450°С в токе азота в течение 35-45 мин, затем ПУ постепенно охлаждают в закрытом реакторе до температуры 55-65°С и выгружают для использования; выход ПУ составляет 68-70% масс.

Нижеприведенные примеры иллюстрируют предлагаемое изобретение.

Пример №1: 1500 г шелухи подсолнечника загружают во вращающийся цилиндрический реактор, помещенный в электрическую печь с последующей сушкой горячим потоком азота при 115°С в течение 4 часов. Процесс карбонизации проводят при 400°С в среде азота в течение 35 мин в том же реакторе. Время проведения карбонизации считается с момента достижения температуры 400°С, затем уголь охлаждают в закрытом реакторе до 55°С и выгружают. Выход НУ - 68% масс. Полученный уголь имеет удельную поверхность 257 м2/г, плотность d=0,141 г/см3 и механическую прочность по истиранию 72% масс. Адсорбционная емкость по нефти составляет 13,2 г/г за время 21 мин, насыщенный нефтью сорбент не тонет в течение 16 суток,

Пример №2: Процесс карбонизации проводят по примеру №1 в течение 45 мин. Время проведения карбонизации считается с момента достижения температуры 400°С, затем уголь охлаждают в закрытом реакторе до 65°С и выгружают. Выход ПУ - 68,7% мacc. Полученный уголь имеет удельную поверхность 274 м2/г, плотность d=0,148 г/см3. Механическая прочность по истиранию равна 73,7% масс. Адсорбционная емкость по нефти составляет 14,5 г/г за время 23 мин, сорбент не тонет в течение 12 суток.

Пример №3: Способ осуществляют аналогично примеру №1, но при температуре сушки 125°С и карбонизации 450°С в течение 35 мин. Выход ПУ - 70% масс. Полученный уголь имеет удельную поверхность 325 м2/г, плотность d=0,082 г/см3 и механическая прочность по истиранию равна 74,9% масс. Адсорбционная емкость по нефти составляет 19,7 г/г за время 17 мин, сорбент не тонет в течение 30 суток.

Пример №4: Способ осуществляют аналогично примеру №2, но при температуре сушки 125°С и карбонизации 450°С. Выход ПУ - 68,2% масс. Полученный уголь имеет удельную поверхность 305 м2/г, плотность d=0,098 г/см3, механическую прочность по истиранию 74,3% масс, адсорбционную емкость по нефти - 17,8 г/г за время 19 мин, сорбент не тонет в течение 25 суток.

Пример №5: Способ осуществляют аналогично примеру №1, но карбонизацию проводят при 425°С в среде азота в течение 35 мин. Время проведения карбонизации считается с момента достижения температуры 425°C. Выход ПУ - 69,3% масс. Полученный уголь имеет удельную поверхность 315 м2/г, плотность d=0,087 г/см3 и механическую прочность по истиранию 74,5% масс., адсорбционную емкость по нефти 19,3 г/г за время 21 мин, сорбент не тонет в течение 28 суток.

Примеры №6-7: Способ осуществляют аналогично примерам №1 и №2 за исключением температуры карбонизации 475°С соответственно (табл.).

Примеры №8-9: Способ осуществляют аналогично примерам №3 и №4, за исключением температуры карбонизации 500°С соответственно (табл.).

Примеры №10-11: Способ осуществляют аналогично примерам №1 и №2, за исключением продолжительности карбонизации 20 минут и 50 минут (табл.).

Примеры №12-13: Способ осуществляют аналогично примерам №3 и №4, за исключением продолжительности карбонизации 20 минут и 50 минут (табл.).

Необходимо отметить, что углеродные сорбенты, полученные при температурах меньше 400°С и больше 450°С и времени карбонизации меньше 35 мин и больше 50 мин, имеют меньшую адсорбционную емкость по нефти на 50-52%.

Таблица
Характеристики ПУ, полученных на основе шелухи подсолнечника
№ обр. Т°С сушки T°C кар-ции τ° кар. мин Т°C охлажд. Выход,
% масс.
Sуд, м2·г-1 dплотность, см3·г-1 Мех. проч. % масс. τплавуч.,
сут
a ад. емк. по нефти, г/г
1 115 400 35 55 68 257 0,141 72,0 16 13,2
2 115 400 45 65 68,7 274 0,148 73,7 12 14,5
3 125 450 35 55 70 325 0,082 74,9 30 19,7
4 125 450 45 65 68,2 305 0,098 74,3 25 17,8
5 115 425 35 55 69,3 315 0,087 74,5 28 19,3
6 115 475 35 55 64,8 97 0,168 64,3 8 6,1
7 115 475 45 65 65,7 112 0,154 67,9 9 7,7
8 125 500 35 55 65,2 109 0,157 67,2 9 7,5
9 125 500 45 65 65,1 103 0,163 66,4 9 7,2
10 115 400 20 55 65,3 117 0,152 68,0 10 8,2
11 115 400 50 65 65,7 124 0,146 68,7 10 8,7
12 125 450 20 55 66,3 129 0,137 69,8 11 9,2
13 125 450 50 65 65 99 0,165 65,5 8 6,9

Таким образом предложенный способ обеспечивает значительное повышение выхода НУ, получаемых из шелухи подсолнечника, и получение ПУ, обладающих высокой адсорбционной емкостью по нефти (примерно в 3,5-4 раза выше, чем прототипа), а также высокой плавучестью при насыщении нефтепродуктами (до 15 раз выше, чем у прототипа).

Способ получения плавающего углеродного сорбента, включающий стадии сушки, карбонизации и охлаждения исходного материала из шелухи подсолнечника, осуществляемые в токе азота, отличающийся тем, что на сушку подают шелуху подсолнечника, необработанную модифицирующими веществами, сушку проводят при 115-125°C в течение 4-6 часов, непосредственно после сушки шелуху подвергают карбонизации при 400-500°C в течение 35-45 минут, а затем производят охлаждение в закрытом реакторе до температуры 55-65°C.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к адсорбенту для очистки газов от хлора и хлористого водорода. Адсорбент содержит в мас.%: оксид цинка - 26,0-75,0; оксид магния - 1,5-6,0; оксид алюминия - 21-70.

Изобретение относится к области получения сорбентов для извлечения соединений ртути из водных растворов. Предложен способ получения серосодержащего сорбента, включающий поликонденсацию полисульфида натрия с хлорорганическим соединением на поверхности частиц нефтекокса.
Изобретение относится к области водоподготовки питьевой воды. Способ получения фильтрующей загрузки производственно-технологических фильтров для очистки воды включает измельчение осадочной горной породы и обжиг в высокоскоростном режиме.

Изобретение относится к способам получения адсорбирующего элемента. Готовят исходную композицию из кристаллического адсорбента, выбранного из цеолита, силикагеля или их комбинации, смешивают с полимерным связующим, в качестве которого используются полимеры фторпроизводных этилена.

Изобретение относится к способу получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода. Способ заключается во взаимодействии основного карбоната циркония и оксида цинка.
Изобретение относится к области очистки промышленных сточных вод. Для очистки используют модифицированный природный цеолит.

Изобретение относится к области получения сорбционных материалов для очистки сточных и природных вод. Сорбент получают путем термообработки сапропеля с содержанием минеральной составляющей 54-85%.
Изобретение относится к получению сорбентов, которые могут быть использованы в процессах очистки вод, содержащих фтор и другие загрязнители. Сорбенты получают взаимодействием сернокислого железа и гидроксида кальция в водной среде, содержащей фибриллированные целлюлозные волокна.
Изобретение относится к получению сорбентов. Сорбент содержит сульфат кальция на носителе из фибриллированных целлюлозных волокон, содержащих не менее 95 мас.% волокон с длиной не более 1,20 мм и не менее 55 мас.% волокон с длиной не более 0,60 мм.

Изобретение относится к получению сорбентов. Предложенный способ получения предусматривает нейтрализацию резорцина раствором гидроксида щелочного металла, введение формальдегида и карбоната кальция в реакционную смесь.

Изобретение относится к области природоохранных технологий, передовых аграрных технологий и химии кремнийорганических соединений и может быть использовано для восстановления структуры нарушенных почв путем стабилизации водопрочных агрегатов.
Изобретение относится к области очистки промышленных сточных или оборотных вод со слабощелочной реакцией от ионов тяжелых металлов путем перевода их в труднорастворимые в воде соединения, подвижность которых в природных средах сильно ограничена, а именно к получению реагентов для очистки данных вод на основе торфа.
Изобретение может быть использовано для очистки стоков от фосфатов в химической, металлургической и нефтехимической промышленности. Для осуществления способа проводят обработку воды сульфатом алюминия с образованием нерастворимых частиц фосфата алюминия и выведение из обработанной воды твердых продуктов очистки.
Изобретение относится к сорбционной очистке воды. Предложен способ получения композиционного сорбента на основе карбоната и гидроксида магния.
Изобретение относится к химической промышленности и охране окружающей среды. Серебро из воды извлекают с использованием композиционного сорбента в количестве 50-200 мг/дм3 воды.

Изобретение может быть использовано на предприятиях черной и цветной металлургии, химической промышленности для очистки производственных сточных вод, например для извлечения тяжелых металлов из кислых и слабокислых сточных вод с высоким содержанием тяжелых металлов.
Изобретение может быть использовано для очистки фосфатсодержащих сточных вод. Для осуществления способа проводят обработку сточной воды гидроксидом кальция с образованием нерастворимых частиц трикальцийфосфата и выводят из обработанной воды твердые продукты очистки.
Изобретение может быть использовано для совершенствования мембранных и сорбционных технологий, в водоподготовке, при разработке технологий утилизации ионов тяжелых металлов из водных растворов и сточных вод.
Изобретение относится к способам получения углеродных сорбентов. Способ получения углеродного сорбента из растительного сырья включает нагрев со скоростью 10-15°C/мин химически обработанного растительного сырья до температуры 300-400°C.

Изобретение относится к технологиям очистки сточных вод от ионов металлов и может найти применение в различных отраслях промышленности. .

Изобретение относится к области природоохранных технологий и может быть использовано для получения стабильной во времени эмульсии нефти или нефтепродуктов в воде. Для получения гуминово-глинистого комплекса осуществляют сорбцию гуминового вещества на поверхности диспергированных частиц глинистых минералов при рН 3-8. Гуминово-глинистый комплекс содержит от 0,5 до 20% гуминовых веществ или их производных, что соответствует 0,3-10% в пересчете на органический углерод, и характеризуется углами смачивания от 30 до 90°. Применение гуминово-глинистого стабилизатора для очистки поверхности акваторий, загрязненной нефтью или нефтепродуктами, предполагает его нанесение на нефтяную пленку в виде суспензии или порошка с образованием эмульсии нефти в воде. Из-за отрицательной плавучести капельки нефти в составе эмульсии медленно погружаются на дно и интенсивно разлагаются за счет увеличения контактной поверхности с аборигенными микроорганизами-нефтедеструкторами. Изобретение обеспечивает осуществление процесса очистки без последующей откачки, сбора и утилизации загрязнителей. 6 н. и 13 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 пр.
Наверх