Способ получения углеродного катионообменника


 


Владельцы патента RU 2533716:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) (RU)

Изобретение относится к области адсорбционной техники. Способ получения углеродного катионообменника включает обработку активированного угля смесью аммиака и гидразина, взятых в соотношении 1:(2-2,5). Процесс осуществляют при температуре 350-450°C. Технический результат заключается в получении углеродного катионообменника с улучшенными свойствами. 1 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к области адсорбционной техники и может быть использовано для получения модифицированных активных углей (МАУ), обладающих ионообменными свойствами, применяемых в водоочистке, химической, фармацевтической и пищевой промышленности.

Известен способ получения МАУ, согласно которому активные угли (АУ) подвергаются последовательно двухстадийной жидкофазной обработке пероксидом водорода с концентрацией 36% и 10% с последующей сушкой на воздухе (патент RU 2240863, МПК 7, B01J 20/20, C01B 31/08, опубл. 27.11.2004), время обработки составляет несколько часов.

Недостатком данного способа является необходимость обработки АУ в две стадии, наличие регулирования концентрации реагентов, длительность процесса модифицирования, узкий спектр сорбционной активности.

Известен способ газофазной модификации МАУ, при котором АУ продувают нагретым до 150-200°C воздухом в течение часа, охлаждают воздухом до комнатной температуры, а затем подвергают газофазному окислению озоно-воздушной смесью с содержанием озона 0,005-0,1% (об.) в течение 2-40 часов. В результате подобной обработки получаются углеродные катиониты с обменной емкостью по NaOH, сопоставимой с емкостью слабокислотных катионообменных смол (патент SU 1261903, МПК 7 C01B 31/16, B01J 20/20, опубл. 07.10.1986).

Недостатком данного способа является сложность технологии: длительность процесса модифицирования, необходимость проводить предварительную активацию АУ воздухом (прогрев и последующее охлаждение), большие расходы воздуха и озоно-воздушной смеси для создания кипящего слоя, потеря АУ в процессе модифицирования.

Известен также способ получения углеродного катионита (Патент RU №1836138, МПК 7 B01J 20/20, 1993 г.), включающий жидкофазную обработку углеродного материала (АУ) раствором азотсодержащего реагента - 20-35 мас. - азотной кислотой при 100°C с последующей многократной отмывкой продукта 1-5 мас.ч. раствором едкого натра, переводом в Н-форму 5-10 мас.ч. раствором соляной кислоты с последующей отмывкой водой и ионной балансировкой с частичной заменой ионов водорода на ионы калия, магния или других металлов.

Недостатком известного способа является его сложность, связанная с необходимостью очисти продукта от побочных продуктов реакции окисления путем многократных отмывок, длительность, а также экологическое несовершенство.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и по достигаемому результату является способ получения углеродного катионообменника (патент RU 2105715, МПК 7 C01B 31/16, B01J 20/20, 1995 г.) Сущность данного технического решения заключается в жидкофазном окислении углеродного материала (АУ) раствором азотсодержащего реагента - азотной кислоты в присутствии мочевины при повышенной температуре с последующей промывкой и переводом полученного продукта в Н+ или/и солевую форму. В качестве углеродного материала используют активированный уголь, который обрабатывают окисляющим раствором при соотношении азотной кислоты и мочевины в нем (мас.ч.) 1:(0,17-0,57), температура обработки составляет 20-100°C, время обработки - 1 час.

Недостатком данного способа является его сложность: многостадийность, длительность, необходимость очистки катионита от побочных продуктов реакции окисления путем отмывок, наличие вредных отходов.

Задачей настоящего изобретения является упрощение технологии, исключение экологически опасных жидких отходов, снижение времени обработки при производстве МАУ.

Техническим результатом является получение углеродного катионообменника с улучшенными катионообменными свойствами, путем технологичного способа модификации активированного угля.

Технический результат достигается в способе получения углеродного катионообменника, включающем обработку активированного угля, соединениями, содержащими аминогруппу, отличающемся тем, что в качестве соединений, содержащих аминогруппу, используют смесь аммиака и гидразина, взятых в соотношении 1:2-2,5, при этом обработку ведут в замкнутом цикле при температуре 350-450°C в течение 2-5 минут.

В результате такой модификации на поверхности угля образуются азотсодержащие группировки -NH2 и -NH-NH2 ионогенного характера, а также активируются дополнительные пористые структуры, способствующие улучшению адсорбционно-абсорбционных и катионных свойств АУ.

Сущность изобретения иллюстрируется примерами. Общая методика модификации состоит в том, что в обогреваемом проточном реакторе непрерывно подается гидразин-аммиачная газовая смесь в соотношении аммиак:гидразин 1:2-2,5 по объему при температуре 350-450°C. Процесс проводится в одну стадию и не сопровождается потерей углеродного материала. Время контакта угля и газовой смеси, достаточное для модификации угля, составляет 2-5 минут. Неизрасходованная газовая смесь возвращается в реактор. Время обработки менее двух минут приводит к снижению сорбционных свойств модифицированного угля, а повышение более 5 минут не приводит к их увеличению.

Соотношение аммиак:гидразин = 1:2-2,5 по объему, за пределами этого соотношения снижается пористость материала, что отражается на его сорбционных свойствах, температура обработки 350-450°C оптимальна, при этих условиях достигаются наилучшие результаты по структуре и свойствам сорбента. Результаты предлагаемого технического решения в сравнении с прототипом приведены в таблице.

Таблица
Пример Время обработки, мин Кратность отмывок Отходы Статическая обменная емкость (СОЕ), моль/г
1 5 нет нет 3,90
2 3 нет нет 3,70
3 2 нет нет 3,65
Прототип (патент 2105715) 60-300 (1-5 часов) 3-5 Есть азотсодержащие, щелочные 3,30

В приведенных ниже примерах использованы активные угли (кокосовый активированный уголь - КАУ) и (березовый активированный уголь - БАУ) из растительного сырья, полученные в промышленности путем карбонизации и активирования пористых материалов.

Пример 1

Активированный уголь КАУ обрабатывают в газовой фазе, пропуская смесь паров аммиака (NH3) и гидразина (NH2NH2), взятых в соотношении NH3:NH2NH2=1:2 по объему, при температуре 450°C в проточном обогреваемом реакторе. Время контакта реагентов составляет 5 минут. После прохождения через активированный уголь оставшиеся аммиак и гидразин возвращаются в реактор и используются для последующей модификации активированного угля.

Пример 2

Активацию угля проводят, как указано в примере 1, используя следующие параметры: NH3:NH2NH2=1:2,5 по объему, температура 400°C, время контакта 3 минуты.

Пример 3

Активацию угля проводили, как указано в примере 1, используя следующие параметры: NH3:NH2NH2=1:2,3 по объему, температура 350°C, время контакта 2 минуты.

Таким образом, разработанное техническое решение содержит признаки, достаточные для получения нового технического результата, оговоренного формулой изобретения.

Способ получения углеродного катионообменника, включающий обработку активированного угля, соединениями, содержащими аминогруппу, отличающийся тем, что в качестве соединений, содержащих аминогруппу, используют смесь аммиака и гидразина, взятых в соотношении 1:(2-2,5), при этом обработку ведут в замкнутом цикле при температуре 350-450°C в течение 2-5 минут.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области получения хемосорбентов, используемых для средств защиты органов дыхания и для очистки отходящих газов. Способ получения хемосорбента включает пропитку гранул активного угля модифицирующим раствором, вылеживание гранул и их термообработку.
Изобретение относится к способам получения углеродных сорбентов для селективного извлечения ионов ртути из технологических растворов. Проводят измельчение бурого угля до кусков размером -50+25 мм, после этого измельченный бурый уголь подвергают пиролизу с получением карбонизата.
Изобретение относится к области производства активных углей, используемых в системах защиты органов дыхания, а также в промышленных газоочистных установках. .

Изобретение относится к области сорбционных технологий. .

Изобретение относится к получению углеродных ионообменных материалов. .
Изобретение относится к углеродным адсорбентам. .

Изобретение относится к области сорбционной техники и может быть использовано при получении поглотителей для очистки вентвыбросов атомных электростанций от радиоактивных изотопов йода и летучих окислов рутения.
Изобретение относится к области сорбционной техники и может быть использовано для восстановления сорбционно-каталитических свойств катализаторов из расснаряженных средств защиты с истекшим сроком хранения.
Изобретение относится к сорбционной технике, в частности к способу получения сорбента для поглощения аммиака и сероводорода, и может быть использовано в процессе очистки промышленных газов или в средствах индивидуальной и коллективной защиты органов дыхания.

Изобретение относится к синтезу ионообменных материалов, а именно, к средствам получения катионитов и может быть использовано на химических, нефтехимических и гидролизных производствах.
Изобретение относится к способу получения древесноугольного сорбента, которое может быть использовано для получения активных углей и углеродных сорбентов, используемых в сельском хозяйстве (животноводстве, птицеводстве, очистке почв, а также в качестве кормовой добавки).
Изобретение относится к модифицированию промышленного активного угля. Процесс модифицирования включает промывание дистиллированной водой, прогрев при температуре 200°C в атмосфере воздуха в течение 2 часов и обработку раствором соляной кислоты с концентрацией 0,1 моль/дм3.

Изобретение направлено на получение функционализированных углеродных нанотрубок, обладающих хорошей совместимостью с полимерными матрицами. Углеродные нанотрубки подвергают обработке в парах перекиси водорода при температуре от 80°С до 160°С в течение 1-100 ч.
Изобретение относится к способам получения активных углей из сельскохозяйственных растительных отходов. Предложен способ получения активного угля, включающий измельчение соломы рапса на куски 1-10 см, карбонизацию соломы в инертной атмосфере при температуре 450-500°C со скоростью подъема температуры 1-20°C/мин и выдержкой при конечной температуре в течение 30-60 минут.

Изобретение относится к пористому углеродному композиционному материалу. Пористый углеродный композиционный материал образуется из (А) пористого углеродного материала, получаемого из материала растительного происхождения, имеющего содержание кремния (Si), составляющее 5 мас.% или выше, в качестве исходного материала, причем указанный пористый углеродный материал имеет содержание кремния, составляющее 1 мас.% или меньше, и (В) функционального материала, закрепленного на пористом углеродном материале, и имеет удельную площадь поверхности 10 м2/г или больше, которую определяют по адсорбции азота методом BET, и объем пор 0,1 см3/г или больше, который определяют методом BJH и методом МР.
Изобретение относится к области адсорбционной техники, в частности к способам получения активных углей на основе каменноугольного сырья. Предложен способ получения активного угля на основе антрацита.

Изобретение относится к области получения углеродных сорбентов на основе растительного сырья. Способ получения углеродного адсорбента включает карбонизацию измельченной древесины березы при 300-800°C в инертной среде.
Изобретение относится к магнитоуправляемому сорбенту для удаления эндо- и экзотоксинов из организма человека, приготовленному из наночастиц магнетита Fe3O4. Поверхность магнетита модифицирована соединением, образующим прочную связь с частицей-носителем за счет поверхностно-активных групп, придающих свойства селективности и выполненных в виде оболочки из нормальных углеводородных цепей C12H25, присоединенных к ядру посредством сульфидной связи Fe-S, причем в качестве упомянутого соединения, обеспечивающего связывание железа с углеродной цепочкой, выбран додецилмеркаптан.

Изобретение относится к обработке питьевой воды с использованием сорбционной очистки. Способ дообработки питьевой воды включает механическую фильтрацию воды через древесную активированную угольную сорбционную загрузку и введение в исходную фильтруемую воду гипохлорита натрия.
Изобретение относится к области получения хемосорбентов, используемых для средств защиты органов дыхания и для очистки отходящих газов. Способ получения хемосорбента включает пропитку гранул активного угля модифицирующим раствором, вылеживание гранул и их термообработку.

Изобретение относится к области получения гранулированных активных углей. Способ получения гранулированного активного угля включает измельчение каменноугольного сырья, смешение его со смоляным связующим и легирующей добавкой, гранулирование композиции, охлаждение гранул, карбонизацию и парогазовую активацию. В качестве легирующей добавки в угольно-смоляную композицию вводят тристриметилсилоксифенилсилан. Изобретение позволяет получить гранулированный активный уголь с высокой адсорбционной способностью, рекомендованный для извлечения из сточных и оборотных вод флотационных фабрик остатков флотационных агентов, таких как бутиловый ксантогенат калия. 3 пр.
Наверх