Способ получения активного угля из растительного сырья - соломы крестоцветных масличных культур

Изобретение относится к области сорбционной техники и может быть использовано для получения активных углей (АУ), применяемых для детоксикации почв, детоксикации кормов и комбикормов в птицеводстве и животноводстве, водоподготовке и очистке сточных вод, а также для удаления вредных примесей из жидкостей. Способ получения активного угля из растительного сырья - соломы крестоцветных масличных культур (таких как рапс, редька, сурепица, горчица, рыжик и нигер) включает дробление исходной соломы, ее карбонизацию, активацию водяным паром и измельчение, причем перед карбонизацией дробленые куски опрессовывают в брикеты объемом 0,05-0,10 дм3 при давлении 500-1200 кг/см2, карбонизацию ведут со скоростью подъема температуры 1-4°C/мин до конечной температуры 700-750°C, а активацию осуществляют при температуре 820-840°C. Способ позволяет получать активный уголь с адсорбционной способностью по отношению к действующим веществам гербицида Галера клопиралиду и пиклораму, остающимся в почве после применения, на 78-163% выше, чем у известных активных углей. 1 з.п. ф-лы, 6 пр.

 

Изобретение относится к области сорбционной техники и может быть использовано для получения активных углей (АУ), применяемых для детоксикации почв, детоксикации кормов и комбикормов в птицеводстве и животноводстве, водоподготовке и очистке сточных вод, а также для удаления вредных примесей из жидкостей.

Известен способ получения АУ из растительного сырья путем его измельчения, просеивания, сушки и пропитки раствором хлорида цинка в массовом соотношении сырья к хлориду цинка 1:(1-4) с последующей сушкой и химической активацией в условиях вакуума со скоростью подъема температуры 5-15°C/мин до 400-450°C с выдержкой при конечной температуре 1 час, после чего проводят отмывку химического активатора (ZnCl2) последовательно кислотой и водой и осуществляют окончательную сушку продукта (см. патент Univ Central South №101497493, опуб. 05.08.2009 г., кл. С01В 31/00; С01В 31/12).

Недостатком известного способа является сложность проведения технологического процесса и образование большого объема сточных вод.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения АУ из растительного сырья - древесины, включающий карбонизацию древесины при 450-500°C со скоростью подъема температуры 10-15°C/мин, дробление угля-сырца до размера 1-5 мм и активацию водяным паром при температуре 850-900°C до развития суммарной пористости 1,6-2,0 см3/г, затем уголь выгружают из печи активации, охлаждают и подвергают измельчению до размера частиц менее 100 мкм (см. Патент РФ №2208581, опуб. 20.07.2003 г., кл. С01В 31/08).

Недостатком прототипа является низкая адсорбционная способность получаемого АУ при извлечении из водных растворов остатков гербицида Галера с действующими веществами клопиралид и пиклорам.

Целью изобретения является повышение адсорбционной способности полученного активного угля при извлечении из водных (почвенных) растворов остатков действующих веществ гербицида Галера, а именно клопиралида и пиклорама.

Поставленная цель достижения предлагаемым способом включает дробление исходной соломы, ее карбонизацию, активацию водяным паром и измельчение, причем перед карбонизацией дробленые куски опрессовывают в брикеты при давлении 900-1200 кг/см2, карбонизацию ведут со скоростью подъема температуры 1-4°C/мин до конечной температуры 700-750°C, а активацию осуществляют при температуре 820-840°C, при этом в качестве растительного сырья используют солому крестоцветных масличных культур с содержанием углерода в сухом веществе 38-40% масс.

Отличие предложенного способа от известного заключается в том, что перед карбонизацией дробленые куски опрессовывают в брикеты при давлении 900-1200 кг/см2, карбонизацию ведут со скоростью подъема температуры 1-4°C/мин до конечной температуры 700-750°C, а активацию осуществляют при температуре 820-840°C, при этом в качестве растительного сырья используют солому крестоцветных масличных культур с содержанием углерода в сухом веществе 38-40% масс.

Из научной и патентной литературы авторам не известен способ получения АУ, в котором перед карбонизацией дробленые куски опрессовывают в брикеты при давлении 900-1200 кг/см2, карбонизацию ведут со скоростью подъема температуры 1-4°C/мин до конечной температуры 700-750°C, а активацию осуществляют при температуре 820-840°C, при этом в качестве растительного сырья используют солому крестоцветных масличных культур с содержанием углерода в сухом веществе 38-40% масс.

Для понимания цели заявленного технического решения следует сказать, что при возделывании масличных с/х культур широко применяется гербицид Галера. Его остатки в почве (находящихся в почвенном растворе) угнетают высеваемые в севообороте другие с/х культуры, снижая их урожайность. В то же время внесение в почву АУ позволяет извлечь из почвенного раствора действующие вещества гербицида и восстановить плодородие почвы.

Солома крестоцветных масличных культур, к которым относятся рапс, редька, сурепица, горчица, рыжик и нигер, обладает высоким содержанием углерода в сухом веществе 38-40 % масс., что позволяет рассматривать ее как перспективное сырье для получения АУ.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. Действующие вещества гербицида Галера имеют большой молекулярный вес и разветвленную структуру молекул: пиклорам C6H3Cl3N2O2 с молекулярным весом 241,46 г/моль, а клопиралид C6H3Cl2NO2 с молекулярным весом 192,0 г/моль.

Для адсорбции из водных растворов таких молекул важно развить в АУ не только объем супермикропор размером х0=1,0-1,6 нм, но и достаточно большой объем мезопор с размером 1,6-10,0 нм. Это позволит обеспечить таким АУ высокую адсорбционную способность как по клопиралиду, так и по пиклораму. С другой стороны, должна быть обеспечена и хорошая кинетика (скорость) поглощения таких адсорбтивов за счет развития транспортных макропор с размером >100 нм.

Способ осуществляют следующим образом.

Берут солому крестоцветных масличных культур с содержанием углерода в сухом веществе 38-40% масс. и подвергают ее дроблению на куски длиной 1-3 см, после чего эти куски опрессовывают на гидравлическом или вальцевом прессе в брикеты объемом 0,05-0,10 дм3 при давлении 500-1200 кг/см2. Полученные брикеты загружают в ретортную или шахтную печь и карбонизуют в атмосфере СО2 со скоростью подъема температуры 1-4°С/мин до конечной температуры 700-750°С. Затем после выдержки в течение 10-30 мин начинают вести активацию при температуре 820-840°С, подавая в печь водяной пар при расходе 3-5 кг пара на 1 кг карбонизата. Активацию ведут до обгара 60-70%. По завершению процесса реторту охлаждают, выгружают из нее полученный АУ, проводят его измельчение до размера частиц <100 мкм и определяют его адсорбционную способность по клопиралиду и пиклораму.

Готовят два модельных раствора: один, содержащий клопиралид в концентрации 5,0 мг/л, а другой, содержащий пиклорам в концентрации 2,0 мг/л. Эти концентрации соответствуют остаточным концентрациям этих действующих веществ гербицида Галера в почвенном растворе после применения. Затем в раствор объемом 100 мл вводят дозу АУ, равную 2 г, и осуществляют контакт угля с раствором в течение 30 мин при периодическом перемешивании.

Адсорбционную активность АУ по этим веществам определяют по формуле:

где: а - адсорбционная способность АУ, мг/л

Сисх - исходная концентрация вещества, мг/л

Сост - остаточная концентрация вещества, мг/л

m - масса навески АУ, г.

Саму концентрацию клопиралида и пиклорама до и после контакта с АУ определяют на хроматографе Agilent 1260 Infinity с диодно-матричным детектором по методике ВНИИ фитопатологии (г. Голицино).

Пример 1. Берут солому рапса с содержанием углерода в сухом веществе 38,0% из семейства крестоцветных масличных культур и подвергают ее измельчению на куски длиной 1-3 см, после чего эти куски опрессовывают на гидравлическом прессе при давлении 500 кг/см2 в брикеты объемом 0,05-0,10 дм3. Полученные брикеты загружают в ретортную печь, которую герметично закрывают и карбонизуют солому в атмосфере СО2 со скоростью подъема температуры 1°C/мин до конечной температуры 700°C с выдержкой при конечной температуре в течение 20 мин. Затем в печь подают водяной пар с расходом 4 кг пара на 1 кг карбонизата и активируют полученный карбонизат при температуре 820°C до обгара 60-70% масс. По завершению процесса активации реторту печи охлаждают, выгружают из нее АУ, проводят его измельчение до размера частиц <100 мкм и определяют его адсорбционную способность по клопиралиду и пиклораму в водном растворе.

Адсорбционная способность полученного АУ составила по клопиралиду 20,2 мг/г, а по пиклораму 17,8 мг/г.

Соответственно этим адсорбционным показателям на практике определяют дозу АУ для почвенного применения на загрязненных остатками гербицида почвах.

Пример 2. Осуществление процесса, как в примере 1, за исключением того, что берут солому рыжика с содержанием углерода в сухом веществе 40% масс., которую опрессовывают в брикеты объемом 0,05-0,10 дм3, карбонизацию ведут со скоростью подъема температуры 4°C/мин до конечной температуры 750°C, а активацию осуществляют при температуре 840°C.

Адсорбционная способность полученного АУ составила по клопиралиду - 19,6 мг/г, а по пиклораму - 16,8 мг/г.

Пример 3. Осуществление процесса так же, как в примере 1, за исключением того, что берут солому нигера с содержанием углерода в сухом веществе 39.6% масс., которую опрессовывают в брикеты объемом 0,05-0,10 дм3, карбонизацию ведут со скоростью подъема температуры 2,5°C/мин до конечной температуры 725°C, а активацию осуществляют при температуре 830°C.

Адсорбционная способность полученного АУ составила по клопиралиду - 21.7 мг/г, а по пиклораму - 18,0 мг/г.

Пример 4. Осуществление процесса так же, как в примере 3, за исключением того, что берут солому редьки с содержанием углерода в сухом веществе 39,4% масс.

Адсорбционная способность полученного АУ составила по клопиралиду - 19,0 мг/г, а по пиклораму - 17,1 мг/г.

Пример 5. Осуществление процесса так же, как в примере 3, за исключением того, что берут солому горчицы с содержанием углерода в сухом веществе 38,7% масс.

Адсорбционная способность полученного АУ составила по клопиралиду - 18,9 мг/г, а по пиклораму - 16,9 мг/г.

Пример 6. Осуществление процесса так же, как в примере 3, за исключением того, что берут солому сурепицы с содержанием углерода в сухом веществе 39,3% масс.

Адсорбционная способность полученного АУ составила по клопиралиду - 17,8 мг/г, а по пиклораму - 16,6 мг/г.

Адсорбционная способность АУ, полученного по способу (Патент РФ №2208581), была значительно ниже и составила по клопиралиду 9,6 мг/г, а по пиклораму 7,2 мг/г. Таким образом, АУ, полученный по предлагаемому способу, имеет адсорбционную способность по клопиралиду на 85-126% выше, чем у прототипа, а его адсорбционная способность по пиклораму выше на 78-163%.

В результате многочисленных экспериментов было установлено влияние режимных параметров на достижение цели изобретения.

Так, если давление при брикетировании кусков соломы было меньше 500 кг/см2, усиливался обгар и снижался выход готового продукта, а при давлении выше 1200 кг/см2 существенно возрастали энергозатраты.

Скорость подъема температуры при карбонизации такого высокореакционного сырья, каким является солома крестоцветных масличных культур, весьма важна. Если скорость подъема температуры при карбонизации выше 4°C/мин, при активации идет развитие преимущественно макропор и адсорбционная способность снижается, а при скорости подъема температур ниже 1°C/мин происходит явление графитизации углерода, что не позволяет развиваться при активации объему микропор, ответственных за адсорбцию.

Если конечная температура карбонизации ниже 700°C, то в карбонизате остается большой процент летучих веществ (до 12% масс.), что приводит к спеканию отдельных кусков соломы и нарушению режима активации. С другой стороны, при повышении температуры карбонизации сверх 750°C при активации будут развиваться тонкие микропоры (0,6-0,8 нм), плохо доступные большим молекулам клопиралида и пиклорама.

Важный параметр - температура активации: при ее снижении ниже 820°C идет развитие тонких микропор и снижение доли мезопор (1,6-10,0 нм) наиболее важных для адсорбции избранных адсорбтивов, а увеличение этого параметра выше 840°C приводит к развитию объема более крупных мезопор (>100 нм), не являющихся сорбционно-активными по отношению к клопиралиду и пиклораму.

Эксперименты также показали, что при содержании углерода в сухом веществе менее 38% масс. снижается объем сорбционного пространства (объем микро- и мезопор) у полученных АУ, а при содержании углерода в сухом веществе свыше 40% масс. образуется опять же тонкая структура микропор с размером <0,6 нм, куда стерически не проходят молекулы адсорбтивов с массой более 190 моль/г.

Таким образом, из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а вся совокупность является достаточной для характеристик заявленного технического решения.

1. Способ получения активного угля из растительного сырья - соломы крестоцветных масличных культур, включающий дробление исходной соломы, ее карбонизацию, активацию водяным паром и измельчение, отличающийся тем, что перед карбонизацией измельченные куски опрессовывают в брикеты при давлении 500-1200 кг/см2, карбонизацию ведут со скоростью подъема температуры 1-4°C/мин до конечной температуры 700-750°C, а активацию осуществляют при температуре 820-840°C.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве растительного сырья используют солому крестоцветных масличных культур с содержанием углерода в сухом веществе 38-40 мас.%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к угольным фильтрам курительных изделий. Предложен способ получения фильтра для фильтрования табачного дыма, включающий получение мезопористого угля путем предварительной обработки исходного материала раствором щелочи, активацию и введение полученного мезопористого угля в фильтр для курительного изделия.

Изобретение относится к области получения пористых углеродных материалов. Способ включает совместное измельчение углеродсодержащего материала со щелочью или карбонатом щелочного металла и карбонизацию смеси.

Изобретение относится к области производства активных углей. Способ переработки ископаемого каменного угля марки ССОМ включает дробление, выделение фракции угля с размером 1-6 мм, термообработку при 250-350°C, карбонизацию при 550-650°C, активацию в среде водяного пара при 900-950°C.

Изобретение относится к аппаратам для получения активных углей, в частности, для парогазовой активации и регенерации. Аппарат для проведения активации и регенерации содержит вращающийся барабан с топкой, камеру смешения и выгрузки, парогенератор и пароперегреватель.

Изобретение относится к способу переработки отработанного поликарбоната с получением сорбента. Проводят пиролиз поликарбоната в среде каменноугольного пека при соотношении поликарбонат: каменноугольный пек, равном (1,5-4,0):10,0 в интервале температур 350-380°C.
Изобретение относится к области экологии в энергетике. Способ очистки дымовых газов пылеугольных котлов тепловых электростанций от ртути, включающий введение активированного угля в качестве сорбента, отличающийся тем, что сорбент получают из щелочного древесного угля путем его обработки водяным паром при температуре не менее 800°C с последующим дроблением и отсевом на сите с размером ячейки не более 100 мкм, при этом способ осуществляют в температурном интервале 110 - 120ºC с вводом сорбента в дымовые газы непосредственно перед золоулавливающими устройствами.

Изобретение может быть использовано при получении адсорбентов в средствах для курения и фильтрах для улавливания табачного дыма. Гранулы микропористого активированного угля растительного происхождения погружают в раствор соли щелочноземельного или щелочного металла, встряхивают, фильтруют и отфильтрованный уголь сушат.
Изобретение относится к синтезу углеродных материалов, используемых для выделения водорода. Углеродное молекулярное сито получают из антрацита или каменного угля.

Изобретение касается устойчивого к самовоспламенению термически активированного угля на целлюлозной основе и процесса его производства, а также применения такого угля для очистки дымовых газов от вредных веществ.
Изобретение относится к области получения порошковых активных углей. Предложен способ производства, включающий измельчение сырья, сушку, введение химического активирующего агента, активацию, отмывку и сушку готового продукта.

Изобретение относится к способам получения сорбентов из ореховой скорлупы. Способ получения углеродного сорбента, имеющего средний размер пор 2,2 нм, средний объем пор 0,14 см3/г и удельную поверхность 1336,96 м2/г, заключается в карбонизации измельченной скорлупы грецкого ореха в муфельной печи при доступе воздуха при температуре 700-800°C в течение двух часов. Изобретение обеспечивает высокие сорбционные свойства продукта. 4 ил.

Изобретение относится к области производства активных углей. Для изготовления активного угля используют смесь угля на каменноугольной основе и водно-битумной эмульсии с содержанием вяжущего 50-70%. Гранулирование производят через фильеры с диаметром отверстий 1,0-5,0 мм при давлении 70-250 кг/см2. Термообработку в диапазоне температур 250-350°С ведут в присутствии воздуха. Затем проводят карбонизацию и активируют в среде водяного пара. Изобретение обеспечивает получение гранулированного активного угля с высокими сорбционными и прочностными характеристиками, который можно использовать в процессах очистки газов, паров и жидкости. 1 з.п. ф-лы, 3 табл., 4 пр.

Изобретение относится к области сорбционной техники, в частности к способу получения сорбентов для очистки воздуха от неорганических одорантов и микроколичеств высокотоксичных органических веществ. Способ включает приготовление пропиточного раствора, пропитку им активного угля, вылеживание, термическую обработку. В качестве пропиточного раствора используют раствор солей хлорного железа и сернокислой меди. Пропитку ведут при температуре раствора 20-35°C, после вылеживания проводят обработку раствором гидроксида натрия, а после термической обработки осуществляют размол до размера частиц 3-10 мкм. Содержание меди в порошковом сорбенте составляет 2-3 мас.%, содержание железа - 16-20 мас.% Техническим результатом изобретения является повышение сорбционной способности сорбента при извлечении аммиака и сероводорода из воздушной среды закрытого помещения. 1 з.п. ф-лы, 3 пр.

Изобретение относится к области сорбционной техники и может использоваться для утилизации кислых регенератов водообессоливающих установок и очистки сточных вод от органических веществ. Способ утилизации кислых регенератов водообессоливающих ионообменных установок заключается в их использовании для обработки активных углей. Соотношение массы активного угля к объему кислых регенератов составляет 1:10. Обработку проводят в течение 10 часов, после чего активные угли отмывают 3-кратным объемом дистиллированной воды и сушат на воздухе при комнатной температуре. Изобретение позволяет снизить количество сточных вод ионообменных установок и повысить сорбционную емкость активных углей по органическим соединениям. 2 табл., 6 пр.

Изобретение относится к области производства активированных углей. Способ включает смешивание кофейного жмыха, образующегося в процессе производства растворимого кофе, с конденсированными пиролизными смолами, имеющими содержание углерода более 65%, и карбонизированным материалом, имеющим содержание углерода более 80%. Смесь гранулируют, сушат и подвергают пиролизу. Часть образующихся пиролизных смол возвращают на стадию смешивания. Осуществляют карбонизацию. Возвращают одну часть карбонизированного материала на стадию смешивания и направляют другую часть карбонизированного материала на активацию водяным паром с получением целевого продукта. Смешивание исходных компонентов осуществляют таким образом, чтобы суммарное содержание углерода в гранулированной смеси составляло не менее 55%. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 пр.

Изобретение относится к области получения углеродных сорбентов с молекулярно-ситовыми свойствами. Способ получения включает тонкое измельчение каменного угля марки ССОМ или ССПК. Полученную пыль смешивают с каменноугольной смолой, содержащей кокс в количестве не менее 15%, и поташем. Композицию формуют, производят сушку, карбонизацию, обезлетучивание и активацию. Карбонизацию ведут при температуре 450-500°C с темпом нагрева не более 5°C в минуту. Активацию проводят при 900°C до обгара в пределах 5-10%. Изобретение обеспечивает получение сорбента, пригодного для разделения молекул в газовых средах. 3 табл.

Изобретение относится к области химической переработки древесины, в частности к способу получения микропористых углеродных сорбентов. Способ получения активного угля включает смешивание измельченной исходной или предварительно термообработанной при 280-350°C бересты с гидроксидом калия, взятым либо в твердом виде либо в виде раствора, карбонизацию при 600-800°C в атмосфере аргона, отмывку полученного продукта до нейтрального pH и сушку. Техническим результатом изобретения является улучшение сорбционных характеристик углеродного сорбента из бересты березы за счет совершенствования микротекстуры. 8 пр., 1 табл.

Изобретение относится к лесоперерабатывающей промышленности. Установка содержит вертикальную реторту (1), имеющую зоны сушки (3), пиролиза (6), охлаждения (8), накопления (2), активирования древесного угля (7), изолированные между собой шиберными заслонками (35, 36, 37, 38, 39). Зоны сушки (3) и охлаждения (8) связаны между собой через конденсатор (14). Зоны пиролиза (6) и охлаждения (8) сообщены между собой тепловой трубой (16). Зона пиролиза (6) оснащена патрубком вывода пиролизных газов (17) через трубопровод в эжектор (18), который соединен с разделительным аппаратом (19), снабженным патрубком для вывода несконденсировавшейся парогазовой смеси (22). Между патрубком подачи топочных газов (15) в зону сушки (3) и патрубком вывода топочных газов (41) установлен парогенератор (44). Эжекционный насос (45) с барометрическим конденсатором (46) соединен с разделительным аппаратом (19) через патрубок вывода неконденсирующихся газов из зоны накопления жижки (20). Барометрический конденсатор (46) соединен с насадочным абсорбером (48) через насос рециркуляции (47). Изобретение позволяет повысить качество древесного угля за счет повышения сорбционной активности, а также надежность установки для его производства. 1 ил.
Наверх