Способ получения хемосорбента для очистки инертных газов и газов-восстановителей от примесей

Изобретение относится к способу получения сорбентов для очистки газов. Инертную неорганическую подложку пропитывают раствором литий алюминий гидрида в диэтиловом эфире. Удаляют эфир вакуумированием и осуществляют пиролиз литий алюминий гидрида, нанесенного на подложку, при температуре 100-500°C в вакууме. Изобретение обеспечивает получение сорбента, эффективного для очистки инертных газов и газов-восстановителей от примесей кислот Льюиса, углеводородов, кислорода и/или летучих оксидов. 10 пр.

 

Изобретение относится к способу получения хемосорбента для очистки инертных газов и газов-восстановителей, таких как: гелий, аргон, водород, арсин, фосфин, силан, метилсилан, диборан, от примесей кислот Льюиса, углеводородов, и/или летучих оксидов (например, пары воды, кислорода, оксидов углерода, азота и т.п.), а именно к получению интерметаллических соединений лития и алюминия на формованной инертной неорганической подложке с развитой поверхностью.

Известен способ получения химических сорбентов методом растворения в органическом растворителе (чаще всего в гексане) металлоорганических соединений, содержащих литий, общей формулой RLi (где R - алкил, нафталин), с последующей пропиткой этим раствором неорганической подложки с развитой поверхностью (цеолиты, Al2O3). Растворитель удаляют, нагревая будущий сорбент в токе инертного газа. Дальнейшее нагревание приводит к пиролизу литийорганического соединения и образованию мелкодисперсного активного металла на поверхности подложки (Патенты US 5,015,419 МПК B01D 53/04; C10K 1/00; 1990; US 5,015,411 МПК B01D 53/04; B01J 20/04; C10K 1/00; 1991).

В международной заявке WO 9809712, МПК B01D 53/02, B01D 53/04, B01J 20/04, 1998 описано комплексное применение сорбентов на основе литийсодержащих соединений, таких как (C6H5)3CLi , нафталины лития, LiF, C6H5OLi, CH3OLi, [B(C6H5)]4Li, [t-C4H9B(CH2C6H5)3]Li и другие.

Существенными недостатками данного способа являются снижение восстановительных свойств сорбента за счет использования менее активных соединений лития (LiF, C6H5OLi), в которых атом лития находится в окисленном состоянии; возможность загрязнения очищаемого газа углеводородами - продуктами распада литийорганических соединений.

Наиболее близким к предлагаемому способу и принятым нами в качестве прототипа является способ получения хемосорбента, в котором оксид алюминия (Al2O3), высушенный при температуре 350°C в токе азота пропитывают раствором бутиллития в гексане с концентрацией 1,6 М, затем гексан удаляют при нагревании до 110°C в токе азота, далее проводят пиролиз при температуре 210°C в токе азота в течение 12 часов (Патент US 5,015,411 МПК B01J 20/32; C01B 21/04; C01B 23/00; C01B 25/06; C01B 6/06; 1991).

Известный способ получения хемосорбента обладает рядом недостатков:

- загрязнение очищаемого газа углеводородами - продуктами распада бутиллития;

- возможность самовозгорания раствора бутиллития на воздухе;

- высокие требования к применяемой аппаратуре;

- высокая квалификация работников;

- относительно небольшая емкость получаемого хемосорбента из-за малой доли лития в общей массе бутиллития;

- образование инертного карбида лития в процессе пиролиза бутиллития, который снижает активность и емкость хемосорбента;

- образование углеводородов, которые необходимо улавливать, и их утилизизация;

- образование инертного нитрида лития при пиролизе бутиллития в токе азота при 210°C, резко снижающего эффективность и емкость сорбента.

Задачей настоящего изобретения является разработка простого, дешевого, безопасного и экологически чистого способа приготовления высокоэффективного хемосорбента для очистки инертных газов и газов-восстановителей, таких как: гелий, аргон, водород, арсин, силан, метилсилан, диборан, от примесей кислот Льюиса, углеводородов, и/или летучих оксидов (паров воды, кислорода, оксидов углерода, азота и т.п.).

Поставленная задача решается тем, что предложен способ получения хемосорбента для очистки инертных газов и газов - восстановителей, таких как: гелий, аргон, водород, арсин, силан, метилсилан, диборан, от примесей кислот Льюиса, углеводородов, и/или летучих оксидов, отличающийся тем, что формованную инертную неорганическую подложку с развитой поверхностью, в качестве которой можно использовать инертный неорганический материал, не обладающий хемосорбционными свойствами по отношению к примесям, от которых очищают газы, выбранный из оксида алюминия, диоксида кремния, цеолита или смеси упомянутых веществ, пропитывают насыщенным раствором литий алюминий гидрида в диэтиловом эфире, после чего эфир удаляют вакуумированием, а затем проводят пиролиз литий алюминий гидрида, нанесенного на подложку, при подъеме температуры от 100°C до 500°C в вакууме до остаточного давления 2-4·10-3 мбар.

В качестве формованной инертной неорганической подложки с развитой поверхностью могут быть использованы любые неорганические материалы, такие как оксид алюминия, различные цеолиты, двуокись кремния и смеси из них, не обладающие хемосорбционными свойствами к примесям, от которых очищают газы.

Понятие «формованная» означает, что подложка выполнена в виде дискретных частиц с любыми формами и размерами, зависящими от технологических приемов очистки. Например, для псевдоожиженного слоя пригодны микросферы размером 20-300 мкм, а для способов с неподвижной плотнофазной загрузкой - сферы с размером 0,3-5 мм или цилиндры-экструдаты близких размеров. Возможно использование и более сложных фигурных образований в виде трубок, колец Рашига, спиралей, многолучевых звезд, экструдатов различных форм и т.п. Понятие «развитая поверхность» подразумевает, что подложка имеет развитую систему пор, которые (по классификации, официально принятой Международным союзом по теоретической и прикладной физике UPAC) делятся на виды по размерам: микропоры - менее 2 нм; мезопоры - 2-50 нм; макропоры - более 50 нм.

Выбор концентрации раствора литий алюминий гидрида обусловлен тем, что при концентрациях меньше насыщенной для нанесения необходимого количества гидрида потребуется больше раствора. Это повлечет увеличение количества эфира, времени на его удаление и снизит экономические параметры процесса приготовления хемосорбента. Использование суспензии литий алюминий гидрида в эфире (концентрация больше насыщенной) приведет к неравномерному нанесению гидрида на инертную подложку, а при пиролизе - к спеканию ее частиц, уменьшению удельной поверхности, снижению емкости и активности хемосорбента.

Диапазон температур пиролиза предшественника сорбента обусловлен тем, что при 100°C начинается разложение литий алюминий гидрида с выделением водорода. Полное разложение этого вещества с образованием интерметаллида Li/Al достигается при температуре 500°C.

Остаточное давление 2-4·10-3 мбар легко достигается с помощью обычных дешевых форвакуумных насосов и гарантирует менее 1 ppm летучих примесей в хемосорбенте, что не приводит к существенному загрязнению ими очищаемых газов. Более высокий вакуум потребует дорогостоящих турбомолекулярных или диффузионных насосов, значительно увеличит время приготовления хемосорбента, что приведет к его сильному удорожанию. Менее глубокий вакуум приведет к загрязнению очищаемых газов летучими микропримесями, адсорбированными на хемосорбенте.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является:

- уменьшение риска возгорания в процессе получения хемосорбента, снижение требований к оборудованию и квалификации персонала вследствие того, что эфирный раствор литий алюминий гидрида не самовозгорается на воздухе;

- уменьшение времени удаления растворителя из предшественника хемосорбента, снижение энергозатрат из-за более низкой температуры кипения и большей летучести диэтилового эфира по сравнению с гексаном;

- экологическая чистота процесса, поскольку при приготовлении хемосорбента в окружающую среду выбрасывается только безвредный чистый водород, а растворитель полностью улавливается и используется повторно;

- увеличение активности и эффективности хемосорбента из-за большего содержания активных металлов в единице объема инертной подложки и исключения образования инертных карбидов и нитридов лития и алюминия;

- гарантированное отсутствие в хемосорбенте примесей углеводородов и растворителя за счет высокого вакуума, достигаемого в конце процесса приготовления хемосорбента.

Приведенные ниже примеры иллюстрируют, но не исчерпывают сущность данного изобретения.

Пример 1 (по прототипу).

200 мл оксида алюминия высушивают в токе азота в течение 48 часов при 350°C, а затем охлаждают в токе азота до 20°C. К оксиду алюминия добавляют 200 мл 1,6 М раствора н-бутиллития в гексане. Гексан удаляют в токе азота при 110°C. Оставшийся предшественник хемосорбента нагревают при 210°C в течение 12 часов в токе азота. Получают твердый продукт бледно-желтого цвета, 80 мл готового сорбента помещают в стеклянную трубку внутренним диаметром 25 мм и используют для очистки аргона, содержащего 1200 ppm кислорода; 110 ppm диоксида углерода, 60 ppm монооксид углерода и 45 ppm азота. Расход аргона составляет 120 мл/мин. Очищенный газ содержит: O2-0,1 ppm, CO2-0,4 ррт, СО-0,4 ррт, N2-4 ppm. Емкость сорбента по кислороду составляет приблизительно 15 литров O2 на 1 литр сорбента.

Пример 2.

Готовят насыщенный раствор LiAlH4 в диэтиловом эфире, растворяя 53 г LiAlH4 в 1,4 л свежеперегнанного сухого диэтилового эфира. Оксид алюминия (Al2O3) марки «А» с удельной поверхностью более 50 м2/г с радиусами пор от 7 до 300 нм в количестве 370 г выдерживают в вакууме при температуре 350°C и остаточном давлении Рост.=2·10-3 мбар, в течение 6 часов. Остывший сорбент заполняют аргоном особой чистоты и пересыпают в инертной атмосфере в реактор для дальнейшей пропитки. В реактор добавляют раствор литий алюминий гидрида. Затем удаляют эфир в вакууме при 20-30°C, улавливая растворитель в ловушке, охлаждаемой жидким азотом. Далее предшественник хемосорбента нагревают в вакууме, постепенно увеличивая температуру от 100°C до 500°C до установления Рост.=2·10-3 мбар. Готовый хемосорбент черного цвета извлекают в перчаточном боксе в атмосфере аргона и засыпают в стеклянную трубку или специальный патрон для дальнейшего использования.

Пример 3.

Готовят насыщенный раствор LiAlH4 в диэтиловом эфире, растворяя 46 г LiAlH4 в 1,2 л свежеперегнанного сухого диэтилового эфира. Цеолиты типа 5А СаА в количестве 300 г выдерживают в вакууме при температуре 350°C и остаточном давлении Рост.=2·10-3 мбар, в течение 6 часов. Остывший сорбент заполняют аргоном особой чистоты и пересыпают в инертной атмосфере в реактор для дальнейшей пропитки. В реактор добавляют раствор литий алюминий гидрида. Затем удаляют эфир в вакууме при 20-30°C, улавливая растворитель в ловушке, охлаждаемой жидким азотом. Предшественник хемосорбента нагревают в вакууме, постепенно увеличивая температуру от 100°C до 500°C до установления Рост.=4·10-3 мбар. Готовый хемосорбент черного цвета извлекают в перчаточном боксе в атмосфере аргона и засыпают в стеклянную трубку или специальный патрон для дальнейшего использования.

Пример 4.

В стеклянную трубку внутренним диаметром 25 мм загружают 80 мл хемосорбента, полученного аналогично примеру 2.

Снизу вверх при комнатной температуре и атмосферном давлении пропускают аргон с расходом 120 мл/мин. Очищаемый аргон содержит следующие примеси: кислород - 1200 ppm; диоксид углерода - 110 ppm, монооксид углерода - 60 ppm, азот - 45 ppm.

Выходящий из трубки газ анализируют. Найдено, что после очистки содержание примесей составляет: О2 - 0,01 ppm; CO2 - 0,04 ppm; CO - 0,05 ppm, N2 - 0,5 ppm.

Пример 5.

В стеклянную трубку внутренним диаметром 25 мм загружают 80 мл хемосорбента, полученного аналогично примеру 3.

Снизу вверх при комнатной температуре и атмосферном давлении пропускают аргон с расходом 120 мл/мин. Очищаемый аргон содержит следующие примеси: кислород - 1200 ppm; диоксид углерода - 110 ppm, монооксид углерода - 60 ppm; азот - 45 ppm.

Выходящий из трубки газ анализируют. Найдено, что после очистки содержание примесей составило: О2 - 0,04 ppm; CO2 - менее 0,1 ppm; CO - менее 0,1 ppm; N2 - 0,4 ppm.

Пример 6.

В стеклянную трубку внутренним диаметром 25 мм загружают 80 мл хемосорбента, полученного аналогично примеру 2. Сверху вниз при комнатной температуре и атмосферном давлении пропускают моносилан с расходом 110 мл/мин. Очищаемый моносилан содержит следующие примеси: кислород - 400 ppm; СО - 60 ppm; пропан - 120 ppm.

Выходящий из трубки газ анализируют. После очистки содержание примесей составило: О2 - 0,01 ppm; CO - менее 0,01 ppm, углеводородов на выходе обнаружено не было при пропускании 100 объемов газа через 1 объем сорбента.

Емкость хемосорбента в расчете на кислород составила 80 л O2 на 1 л хемосорбента.

Пример 7.

В стеклянную трубку внутренним диаметром 25 мм загружают 80 мл хемосорбента, полученного аналогично примеру 3. Сверху вниз при комнатной температуре и атмосферном давлении пропускают гелий с расходом 120 мл/мин. Очищаемый гелий содержит следующие примеси: кислород - 400 ppm; азот - 100 ppm.

Выходящий из трубки газ анализируют. Найдено, что после очистки содержание примесей составило: О2 - 0,04 ppm; N2 - 0,1 ppm. Емкость хемосорбента в расчете на кислород составляет 70 л O2 на 1 л хемосорбента.

Пример 8.

В стеклянную трубку внутренним диаметром 25 мм загружают 80 мл хемосорбента, полученного аналогично примеру 2. Снизу вверх при комнатной температуре и атмосферном давлении пропускают арсин с расходом 110 мл/мин. Очищаемый арсин содержит следующие примеси: пары воды - 1200 ppm, кислород - 400 ppm; азот - 45 ppm.

Выходящий из трубки газ анализируют. Найдено, что после очистки содержание примесей составило: H2O - менее 0,01 ppm, О2 - менее 0,01 ppm; N2 - 0,1 ppm.

Пример 9.

В стеклянную трубку внутренним диаметром 25 мм загружают 80 мл хемосорбента, полученного аналогично примеру 2. Снизу вверх при комнатной температуре и атмосферном давлении пропускают метилсилан с расходом 100 мл/мин. Очищаемый метилсилан содержит следующие примеси: пары воды 200 ppm, кислород (О2) 400 ppm; азот N2 60 ppm, этиловый спирт 100 ppm, углеводороды 140 ppm.

Выходящий из трубки газ анализируют. Найдено, что после очистки содержание примесей составило: H2O менее 0,01 ppm, 02 менее 0,01 ppm; N2 0,2 ppm, спирта и углеводородов не обнаружено.

Пример 10.

В стеклянную трубку внутренним диаметром 25 мм загружают 80 мл хемосорбента, полученного аналогично примеру 2. Сверху вниз при комнатной температуре и атмосферном давлении пропускают диборан с расходом 100 мл/мин. Очищаемый диборан содержит следующие примеси: пары воды 400 ppm, кислород (О2) 360 ppm; азот N2 70 ppm.

Выходящий из трубки газ анализируют. Найдено, что после очистки содержание примесей составило: H2O менее 0,01 ppm, О2 менее 0,01 ppm; N2 0,2 ppm.

Способ получения хемосорбента для очистки инертных газов и газов-восстановителей, выбранных из гелия, аргона, водорода, арсина, силана, метилсилана, диборана, от примесей кислот Льюиса, углеводородов и/или летучих оксидов, отличающийся тем, что формованную инертную неорганическую подложку с развитой поверхностью, в качестве которой используют инертный неорганический материал, не обладающий хемосорбционными свойствами по отношению к примесям, от которых очищают газы, выбранный из оксида алюминия, диоксида кремния, цеолита или смеси упомянутых веществ, пропитывают насыщенным раствором литий алюминий гидрида в диэтиловом эфире, после чего эфир удаляют вакуумированием, а затем проводят пиролиз литий алюминий гидрида, нанесенного на подложку, при подъеме температуры от 100°C до 500°C в вакууме до остаточного давления 2-4·10-3 мбар.



 

Похожие патенты:

Настоящее изобретение относится к применению водородной формы легированного палладием цеолита ZSM-5 для поглощения летучих органических соединений (VOC), образующихся из органического вещества.

Изобретение относится к аналитической газовой хроматографии, в частности к способам создания сорбентов для анализа органических веществ, в том числе и загрязнителей окружающей среды.
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 технологии синтеза неорганических сорбентов, которые могут быть использованы в экологии, водоподготовке, радиохимии и переработке жидких радиоактивных отходов.
Изобретение относится к технологиям получения сорбентов для извлечения серебра из сточных вод и технологических растворов. .

Изобретение относится к способу и аппарату для получения сорбента, главным образом для удаления мышьяка из питьевой воды. .
Изобретение относится к области получения сорбционных и фильтрующих материалов для очистки воды, преимущественно, от марганца и железа. .

Изобретение относится к технологии получения углеродных сорбентов с антибактериальными свойствами на основе пористых углеродных адсорбентов и предназначено для применения в медицине и ветеринарии.
Изобретение относится к сорбционной очистке алкогольсодержащих напитков. Способ предусматривает прохождение напитка через картридж с размещенным в нем гранулированным фосфатом циркония со скоростью 10-60 дм3/ч из расчета на 1 дм3 гранулированного фосфата циркония до достижения pH 3,5-4,8.

Изобретение относится к области сорбционной очистки растворов. Способ очистки водных растворов от эндотоксинов осуществляют путем пропускания раствора через цеолит, модифицированный хитозаном, который дополнительно обработан последовательно растворами сульфата меди и железистосинеродистого калия.
Изобретение относится к получению сорбентов. Производят обработку раствора солей цинка, содержащего фибриллированные целлюлозные волокна, гидроксидом и/или сульфидом натрия.
Изобретение относится к области получения композитных сорбентов. Способ получения включает обработку пористой полимерной матрицы, способной поглощать органические растворители или набухать в упомянутых растворителях, концентрированным раствором соли металла в полярном растворителе.

Изобретение относится к вакуумной технике и представляет собой нанокомпозитную газопоглощающую структуру и способ ее получения, предназначенную для поддержания вакуума в различных приборах, в том числе микроэлектромеханических системах.
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 сорбентам для удаления метаболических отходов из диалитической жидкости. Сорбент включает первый слой, состоящий из смеси частиц иммобилизованного фермента, расщепляющего уремические токсины, и частиц катионообменника.

Изобретение относится к газопоглощающим материалам, в частности к спеченным неиспаряющимся геттерам, и может быть использовано в вакуумной технике и микроэлектронике, в частности в разрядных приборах.

Группа изобретений относится к способу получения плазмосорбента из гранулированного активированного угля, способу его получения и применения для удаления свободного гемоглобина.

Изобретение относится к сорбентам, полученным на основе микросфер зол-уноса тепловых электростанций, и может быть использовано для очистки жидких отходов от радионуклидов.
Изобретение относится к сорбентам для очистки поверхностей от углеводородных загрязнений. Сорбент для очистки и утилизации отходов и грунтов, загрязненных нефтепродуктами, содержит негашеную известь, технический жир и метилсиликонат натрия при следующем соотношении компонентов, масс.%: технический жир - 0,20-2,70; метилсиликонат натрия - 0,05-0,15; известь негашеная - остальное. Технический результат заключается в улучшении гидрофобных свойств сорбента и обеспечении возможности повышения степени очистки и обезвреживания отходов и грунтов, загрязненных нефтепродуктами. 1 табл.

Изобретение относится к способу получения сорбентов для очистки газов. Инертную неорганическую подложку пропитывают раствором литий алюминий гидрида в диэтиловом эфире. Удаляют эфир вакуумированием и осуществляют пиролиз литий алюминий гидрида, нанесенного на подложку, при температуре 100-500°C в вакууме. Изобретение обеспечивает получение сорбента, эффективного для очистки инертных газов и газов-восстановителей от примесей кислот Льюиса, углеводородов, кислорода иили летучих оксидов. 10 пр.

Наверх