Способ получения углеродного молекулярного сита



Способ получения углеродного молекулярного сита
Способ получения углеродного молекулярного сита
Способ получения углеродного молекулярного сита

 


Владельцы патента RU 2578147:

Открытое Акционерное Общество "Сорбент" (RU)

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 получения углеродных сорбентов с молекулярно-ситовыми свойствами, которые могут быть использованы для тонкого разделения паровоздушных смесей.

Термин «молекулярное сито» предполагает наличие очень узких пор в нем. На основе молекулярных сит реализуются процессы сепарации молекул по критическим размерам, очистки и сушки газовых сред, получения веществ высокой степени чистоты, короткоцикличной безнагревной адсорбции. Широкое применение в качестве молекулярных сит нашли синтетические цеолиты, но они имеют ряд серьезных недостатков:

- отравляемость парами H2O, практически исключающая их использование во влажных условиях;

- высокая каталитическая активность по отношению к органическим соединениям.

Исключить указанные недостатки позволяют углеродные молекулярные сита.

Существует три основных способа переработки углеродного сырья в углеродные молекулярные сита (УМС).

Первый - использует в качестве сырья промышленные активные угли, которые подвергают механическому измельчению для подавления транспортной пористости (макропористости) с последующим вторичным формованием и термообработкой для создания на внешней поверхности гранулы полимерной оболочки с заданной проницаемостью.

Второй - использует однородное по составу, молекулярному и пространственному строению сырье - синтетические полимеры, термообработка и дальнейшее активирование мягкими окислителями которого обеспечивает формирование развитой однородной микропористой структуры с фиксированной доступностью для молекул с различным критическим размером.

Третий - использует древесный или ископаемые каменные угли, которые измельчают, смешивают со связующим, формуют, а далее подвергают карбонизации или обезлетучиванию.

Известен способ получения углеродного молекулярного сита по патенту РФ №2467793 (опубл. 27.11.2012), по которому измельченный исходный древесный уголь смешивают со среднетемпературным каменноугольным пеком. Охлажденную смесь дополнительно измельчают. В полученную смесь последовательно добавляют раствор лигносульфоната и олеиновую кислоту. Перемешивают. Полученную массу продавливают через фильеры. Гранулы высушивают и затем подвергают карбонизации.

Недостатком данного изобретения является то, что использование в качестве исходного сырья (основы) высокопористого древесного угля не позволяет получать в процессе карбонизации ультратонкие поры, на сорбционных процессах которых основан молекулярно-ситовой эффект. Кроме того, использование древесного угля в качестве основы не обеспечивает достаточной прочности УМС.

Известно, что ископаемые каменные угли обладают значительно более низкой исходной пористостью и размером пор по сравнению с древесным углем. Первоначальный размер внутренних пор каменного угля настолько мал, что их внутренняя поверхность практически недоступна адсорбируемым молекулам.

Известен способ получения активированного угля с молекулярно-ситовыми свойствами по United States patent №3955944 (опубл. 08.11.1974).

Способ по патенту №3955944 включает размол углеродистого материала до получения размера частиц, проходящих через сито 325 меш в количестве не менее 65%, смешение полученной пыли с 5-15% по весу молотого связующего, агломерацию или прессование в формы, которые, в свою очередь, дробят, а полученный продукт рассевают. Такая предварительная обработка обеспечивает образование более рациональной основы по сравнению с неагломерированным углем.

Затем формованный продукт обрабатывают воздухом (расход 5-8 л/г) при t=300-400°C в течение 120-130 мин. Далее окисленный продукт выдерживают при t=850-960°C в течение 5-20 мин для полного удаления летучих.

Активный уголь должен обладать йодным числом (характеризует площадь удельной поверхности) по меньшей мере 450 и четыреххлористым углеродом (характеризует размер пор) не более чем 2.

Недостатком данного метода являются относительно низкие молекулярно-ситовые свойства из-за нерационального соотношения показателей йодного числа к адсорбционному показателю CCl4.

Наиболее близким по технической сущности и достигнутому результату является способ получения активированного угля «Способ изготовления формованного активированного угля» (по заявке US 20010829917 от 2001.04.11, патентообладателя Westvaco Corporation [US]), включающий этапы: смешивание и перемешивание в перемешивающем устройстве порошкообразного активированного угля (каменного угля), полимерного связующего (смолы полистирола), растворителя, вещества-модификатора и вещества, образующего поперечные связи для получения смешанного материала, смешанный материал включает 2-30% полимерного связующего, до 5% вещества, образующего поперечные связи, для изготовления смешанного материала, в качестве катализатора используется карбонат калия (поташ). Способ включает смешивание материала и сушку формованного смешанного материала при температуре до 270°C.

Недостатком данного метода являются относительно низкие молекулярно-ситовые свойства из-за нерационального соотношения показателей йодного числа к адсорбционному показателю CCl4.

Предлагаемый способ позволяет устранить указанные недостатки путем переработки во вращающихся печах неспекающегося каменного угля высокой степени метаморфизма, каменноугольной смолы с содержанием кокса не менее 15% с добавлением поташа (K2CO3). В данном изобретении в качестве основы УМС используется ископаемый каменный уголь высокой степени метаморфизма, который тонко измельчается (для увеличения доступности общей поверхности), смешивается с каменноугольной смолой и поташом K2CO3 для образования угольно-смоляной композиции. Последнюю продавливают через фильеры на экструзионном прессе. Полученные гранулы сушат, далее карбонизуют, обезлетучивают и активируют с небольшим избытком перегретого пара до малых обгаров.

В качестве ископаемого каменного угля высокой степени метаморфизма берут неспекающийся каменный уголь марок ССОМ, ССПК, который тонко измельчают до размера частиц менее 0,1 мм, смешивают с 29-33% масс. каменноугольной смолой, добавляют поташ (K2CO3) в количестве 1,5-2% к исходному замесу, продавливают через фильеры на экструзионном прессе. Полученные гранулы сушат при температуре 150-180°C, далее карбонизуют при температуре 450-500°C с темпом нагрева не более 5°C в минуту, обезлетучивают при 800°C и активируют в небольшом избытке пара по отношению к активируемому продукту, равном 1,1:1, при 900°C до обгара в пределах 5-10% масс.

Использование в качестве связующего каменноугольной смолы с высоким коксовым остатком позволяет получать однородную фазу в процессе приготовления угольно-смоляной композиции и формования. Гомогенезированная смесь - пыль угля и каменноугольная смола, кроме того, в процессе формования развивает значительную механическую прочность.

Выбранная угольно-смоляная композиция позволяет получить однородную твердую фазу с ультратонкими порами с достаточно высоким показателем йодного числа при относительно низких значениях адсорбционного показателя CCl4 за счет того, что в процессе термической обработки каменноугольная смола, являясь продуктом переработки каменных углей, способна формировать пористую структуру с размерами пор, соизмеримых с порами каменного угля. Проведение карбонизации при медленном темпе нагрева не позволяет формировать нежелательную балластную пористость.

В процессе активации при небольшом избытке пара до достижения обгара в пределах 5-10% обеспечивается доступность активирующим агентом внутренней поверхности пор предварительно термически обработанных гранул без увеличения их размеров. Формируется активированный уголь с молекулярно-ситовыми свойствами для тонкого разделения газовых смесей, в состав которых входят соединения с относительно близким размером молекул.

Проведение парогазовой активации при указанных условиях позволяет направленно регулировать развитие удельной поверхности (Sуд) за счет увеличения объема тонких пор, при этом размер пор, оцениваемых по адсорбции CCl4, практически не изменяется.

Примеры реализации изобретения

Неспекающийся каменный уголь марок ССОМ или ССПК тонко размалывается до размера частиц менее 0,1 мм, смешивается с 29-33% масс. подогретой до температуры 40-50°C каменноугольной смолой с содержанием кокса не менее 15%, продавливается через фильеры диаметром 2-4 мм на экструзионном прессе. Полученные гранулы сушатся при температуре 150-180°C, далее карбонизуются при температуре 450-500°C с темпом нагрева не более 5°C в минуту, обезлетучиваются при 800°C и активируются при небольшом избытке пара при 900°С до обгара в пределах 5-10% масс.

Процессы сушки, карбонизации, обезлетучивания и активации проводятся во вращающихся печах со средним временем обработки в них 40-120 мин.

Характеристики полупродуктов и продуктов на различных стадиях термической обработки представлены в таблице 1.

Влияние темпа нагрева при карбонизации на молекулярные ситовые свойства АУ представлено в таблице 2.

Влияние соотношения «пар:активируемый продукт» на качество УМС представлено в таблице 3.

Как видно из таблиц 1-3, выбранный способ позволяет получить активные угли с молекулярно-ситовыми свойствами - УМС, оцениваемые по разнице показателей йодное число (косвенный показатель Sуд) и адсорбции по CCl4 (косвенный показатель размера пор). Т.е., данный способ обеспечивает развитие удельной поверхности очень тонких пор для проведения разделения составляющих молекул газообразных сред по их критическим размерам.

Способ получения углеродного молекулярного сита, включающий тонкое измельчение каменного угля, смешение полученной пыли с каменноугольной смолой с поташем до получения однородной композиции, формование композиции методом экструзии через фильеры, сушку, карбонизацию, обезлетучивание и активацию, отличающийся тем, что измельчению подвергают ископаемый каменный уголь марки ССОМ или ССПК, смешение производят с каменноугольной смолой с содержанием кокса не менее 15%, в угольно-смоляную композицию добавляют 1,5-2% масс. поташа, карбонизацию ведут при температуре 450-500°C с темпом нагрева не более 5°C в минуту, а активацию проводят при 900°C при избытке пара по отношению к обрабатываемым гранулам, равном 1,1:1, до обгара в пределах 5-10% масс.



 

Похожие патенты:

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%.

Изобретение относится к области сорбционной техники и может использоваться для утилизации кислых регенератов водообессоливающих установок и очистки сточных вод от органических веществ.

Изобретение относится к области сорбционной техники, в частности к способу получения сорбентов для очистки воздуха от неорганических одорантов и микроколичеств высокотоксичных органических веществ.

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%.

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 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.

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.

Группа изобретений относится к получению углеродных сорбентов. Способ получения гранулированного сорбционно-активного углеродного материала, используемого для сорбции органических и неорганических веществ из воды и водных растворов, включает смешение водного раствора фуллеренов с тонкодисперсным каменным углем и связующим в виде лесохимической или фенолформальдегидной смолы в присутствии раствора стабилизатора.

Изобретение относится к фильтрам для очистки воды, содержащим активированный уголь с полимерным покрытием, и способам их изготовления. Способ получения активированного угля с покрытием включает получение частиц активированного угля со средним размером примерно до 100 мкм и нанесение покрытия на частицы активированного угля путем распыления капель раствора катионного полимера на поверхность частиц активированного угля, причем раствор катионного полимера включает от примерно 2 до примерно 4 мас.% катионного полимера, размер капель составляет от примерно 15 до примерно 55 мкм, при этом катионный полимер содержит полидиаллилдиметиламмоний хлорид (pDADMAC), имеющий среднемассовую молекулярную массу (Mw) до примерно 200000 г/моль и среднечисленную молекулярную массу (Мn) до примерно 100000 г/моль.

Изобретение относится к области сорбционной техники, в частности к способу получения сорбентов для очистки воздуха от неорганических одорантов и микроколичеств высокотоксичных органических веществ.

Группа изобретений относится к сорбентам на основе наноалмазов, которые могут быть использованы для иммобилизации или удаления вирусов, специфических антител, иммуносорбции, в диагностических целях, для дезактивации и удаления вирусов из внешней среды.

Изобретение относится к способу получения сорбентов. Сорбент получают карбонизацией измельченных стеблей Тростника Южного, которые нагревают при 450-500°С в течение 10-15 минут, до потери ~ 70% массы, обрабатывают раствором 5% азотной кислоты, промывают в воде, высушивают при 100°С.

Изобретение относится к области неорганической химии, в частности к получению сорбентов на основе терморасширенного графита. Способ получения сорбента на основе термически расширенного графита, модифицированного железосодержащими фазами с ферримагнитными свойствами, включает следующие стадии: (A) получение смеси интеркалированного графита с раствором соли 2 и/или 3 валентного железа в органической жидкости, разлагающейся при нагреве с выделением метана, где концентрация соли железа в растворе составляет от 10 до 50 масс.

Изобретение относится к химии и водородной энергетике и может быть использовано в транспортном машиностроении. Водород получают в генераторе 1, направляют в приёмник 2, разделяют на два потока 3 и воздействуют на них импульсным магнитным полем с амплитудой магнитной индукции В более 100 гаусс.

Изобретения могут быть использованы при бактерицидной обработке флюидов, таких как вода и промышленные жидкости. Продукт для очистки флюидов содержит, с одной стороны, пористое тело, имеющее наружную и внутреннюю удельную поверхность, и, с другой стороны, металлизированный слой нанометровой толщины, покрывающий, по меньшей мере, часть наружной и внутренней поверхности пористого тела.

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 мезопористому композитному материалу "углерод на оксиде алюминия" C/Al2O3 для использования в качестве сорбента или носителя для катализатора.

Изобретение может быть использовано в производстве адсорбентов газов, катализаторов и носителей катализаторов, электродов в высокоёмких источниках тока и в топливных элементах, фильтров, материалов для хранения водорода и метана, теплоизолирующих покрытий, покрытий для защиты от электромагнитного излучения. Интеркалированное соединение фторированного графита массой не менее 10 г нагревают до 60÷250 °С и термически разлагают в полости технологического объема при отношении V/M=0,025÷0,25, где V - размер полости технологического объема, дм3, М - масса интеркалированного соединения фторированного графита, г. Способ производства брикетированного пористого углеродного материала на основе высокорасщепленного графита экологически безопасен, отсутствуют выбросы вредных и токсичных веществ. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 пр.
Наверх