Способ утилизации и переработки вторсырья из целлюлозосодержащих отходов

Изобретение относится к области утилизации вторсырья, в частности к способу утилизации и переработки вторсырья из целлюлозосодержащих отходов. Предложен способ утилизации и переработки вторсырья из целлюлозосодержащих отходов, заключающийся в том, что целлюлозосодержащие отходы вымачивают в водном растворе неорганической кислоты с концентрацией кислоты 0,08÷10 мас.%, затем при интенсивном перемешивании сырье распушивают до образования однородной дисперсной фазы, после чего дисперсную фазу промывают водой до нейтральной среды, отфильтровывают и вымачивают в водном растворе карбоната с концентрацией соли 0,08÷25 мас.%, далее ее повторно промывают водой до нейтральной среды, отфильтровывают, полученный фильтрат дисперсной фазы помещают в автоклав, в котором осуществляют карбонизацию в водной среде при температуре 150÷400°C, в течении времени до 3 суток и при соотношении Т:Ж=1:4, получают предварительный продукт с содержанием углерода до 70 мас.%, предварительный продукт прогревают в муфельной печи при температуре вплоть до 600°C в течение 20÷60 минут, получают однородный продукт с содержанием аморфного углерода до 92 мас.%. Целлюлозосодержащие отходы вымачивают в водном растворе либо HCl, либо H2SO4. В качестве карбоната используют углекислые соли калия или натрия. Предложенное изобретение позволяет получать однородный продукт переработки вторсырья с содержанием углерода от 70 мас.% до 92 мас.%. и с содержанием загрязняющих веществ или с зольностью порядка 0,1÷1 мас.%. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к области утилизация вторсырья, в частности к способу утилизации и переработки вторсырья из целлюлозосодержащих отходов.

Продукт с содержанием углерода от 70 мас. % и выше применяют в качестве добавки в бедные водно-угольные суспензии [Ходаков Г.С. Водно-угольные суспензии в энергетике // Теплоэнергетика, 2007, №1, с. 35-45]. Продукт с содержанием аморфного углерода от 70 мас. % до 92 мас. % широко применяют в качестве добавки в шинной, резинотехнической и лакокрасочной промышленности. Добавка данного продукта в количестве 0,025-0,2 мас. % позволяет в 2-х и более кратно раз увеличить адгезию, микротвердость, снизить влагопоглощение, повысить долговечность, снизить вязкость лакокрасочных материалов [Пузырев С.С., Тюрин Е.Т., Волков В.А., Ковалева О.П. Переработка вторичного волокнистого сырья. СПб. Изд-во Политехнического университета. 2007 г. 467 с.]. Добавка данного продукта в количестве до 10 мас. % позволяет существенно улучшить показатели трения, износостойкости, силу сцепления резин для шинной промышленности [Пузырев С.С., Тюрин Е.Т., Волков В.А., Ковалева О.П. Переработка вторичного волокнистого сырья. СПб. Изд-во Политехнического университета. 2007 г. 467 с.]. Добавка в полимеры и резины увеличивает их прочность и износостойкость.

Известно, что для приготовления бумажной массы из макулатуры необходима ее предварительная очистка. В изобретении [RU 2536219, СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ БУМАГИ] для очистки бумажной массы предполагается использовать автоклавную обработку без предварительной очистки, что может привести к скорейшему выходу автоклава из строя и не позволяет добиться необходимой степени очистки для получения технического углерода с высоким массовым содержанием аморфного углерода и низким значением зольности.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу является способ приготовления бумажной массы из макулатуры для производства бумаги и картона [RU 2004106002] (прототип), включающий следующие шаги:

- роспуск макулатуры в воде до макулатурной массы, грубая очистка макулатурной массы от загрязняющих включений, дороспуск;

- размол волокнистого полуфабриката и гидрофобизирующая проклейка бумаги и картона в бумажной массе с использованием флокулянта-коагулянта полиоксихлорида алюминия.

В качестве продукта получают бумажную массу, которую используют для производства картона и бумаги.

Недостатком способа по прототипу является недостаточно высокое содержание углерода.

Вторым недостатком является то, что присутствует только грубая механическая очистка исходной макулатуры от загрязняющих веществ, что приводит к повышенному содержанию примесей в конечном продукте.

Также к недостаткам можно отнести использование в качестве флокулянта-коагулянта полиоксихлорида алюминия, что является затратным и не позволяет добиться необходимой чистоты продукта для использования его в качестве функциональных добавок в водно-угольные суспензии, шинную и лакокрасочную промышленность, а также для решения других задач.

Изобретение направлено на изыскание способа, позволяющего получать однородный продукт с содержанием углерода от 70 мас. % до 92 мас. %. и с содержанием минеральных загрязняющих веществ или с зольностью порядка 0,1÷1 мас. %.

Технический результат достигается тем, что предложен способ утилизации и переработки вторсырья из целлюлозосодержащих отходов, заключающийся в том, что целлюлозосодержащие отходы вымачивают в водном растворе неорганической кислоты с концентрацией кислоты 0,08÷10 мас. %, затем при интенсивном перемешивании сырье распушивают до образования однородной дисперсной фазы, после чего дисперсную фазу промывают водой до нейтральной среды, отфильтровывают и вымачивают в водном растворе карбоната с концентрацией соли 0,08÷25 мас. %, далее ее повторно промывают водой до нейтральной среды и отфильтровывают. Полученный фильтрат дисперсной фазы помещают в автоклав, в котором осуществляют карбонизацию в водной среде при температуре 150÷400°C, в течение времени до 3 суток и при соотношении Т:Ж=1:4, получают предварительный продукт с содержанием углерода до 70 мас. %, предварительный продукт прогревают в муфельной печи при температуре вплоть до 600°C в течение 20÷60 минут, получают однородный продукт с содержанием аморфного углерода до 92 мас. %.

Технический результат достигается также тем, что целлюлозосодержащие отходы вымачивают в водном растворе либо HCl, либо H2SO4.

Целесообразно, что в качестве карбоната используют углекислые соли калия или натрия.

Выбор диапазона концентрации кислоты обусловлен тем, что в среде с концентрацией кислоты менее 0,08 мас. %, очистка исходной макулатуры от загрязняющих веществ недостаточно высокая, а концентрация кислоты более 10 мас. %, не приводит к заметному изменению содержания загрязняющих веществ.

Выбор диапазона концентрации карбоната определен экспериментальным путем и является оптимальным для получения конечного продукта с заявленным содержанием углерода.

Заявленный температурный интервал карбонизации в водной среде в автоклаве обусловлен тем, что при обработке при температуре ниже 150°C скорость карбонизации очень низкая, что не позволяет достичь технического результата. При обработке при температуре выше 400°C осуществлять карбонизацию не рентабельно, так массовое содержание углерода в конечном продукте при дальнейшем увеличении температуры автоклавной обработки не изменяется.

Заявленный временной интервал до 3 суток определяется динамикой процесса карбонизации, который в целом начинается с 1 часа автоклавной обработки и завершается через 3 суток. Причем скорость процесса карбонизации находится в прямой зависимости от температуры автоклавной обработки.

Оптимальным является автоклавная обработка в течение 2 суток при 200°C с последующей термической обработкой в муфельной печи при 600°C в течение 60 мин, при которой в конечном продукте с содержанием углерода от 90 мас. %. однородность фракции 50÷65 нм достигает 90%, а содержание загрязняющих веществ или зольность составляет 0,16 мас. %.

Изобретение позволяет получать однородную фазу с высоким массовым содержанием аморфного углерода.

Сущность предлагаемого способа получения однородного продукта с содержанием углерода до 92 мас. % заключается в том, что к раннее известной целлюлозной технологии получения аморфного углерода добавляют дополнительные операции, а именно, распушевание целлюлозосодержащих отходов проводят с предварительным вымачиванием в растворе кислот с последующей промывкой до нейтральной среды и вымачиванием в растворе карбоната с последующей фильтрацией. Полученную однородную дисперсную фазу подвергают гидротермальной автоклавной обработке, последующий прогрев которой позволяет варьировать содержание углерода в зависимости от температуры прогрева от 70 до 92 мас. %.

Заявляемое изобретение поясняется следующими прилагаемыми иллюстрациями.

Фиг. 1. Зависимость содержания углерода от температуры карбонизации продукта в муфельной печи.

Фиг. 2. СЭМ - изображение, распушенной в воде макулатуры до карбонизации.

Фиг. 3. ПЭМ а), СЭМ б) - изображения и дифрактограмма в) конечного продукта, полученного из целлюлозосодержащих отходов, вымоченных в 1,5 мас. % растворе HCl, распушенных, промытых водой до нейтральной среды, отфильтрованных и вымоченных в 10 мас. % растворе Na2CO3, повторно промытых водой до нейтральной среды, отфильтрованных и обработанных в автоклаве в водной среде при t=200°C, в течение 3 сут, и прогретых при 600°C - 7 ч.

Изображения получены с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) на приборе САМ SCAN-S2 и с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) на приборе Jem-1001.

Ниже приведен пример реализации заявляемого способа. Пример иллюстрирует, но не ограничивает предложенный способ.

Пример 1. К 100 гр предварительно размельченных газет добавляли 400 мл водного раствора соляной кислоты с массовой концентрацией 0.25%, затем при интенсивном перемешивании сырье распушивали до образования однородной дисперсной фазы, после чего дисперсную фазу промывали водой до нейтральной среды, отфильтровывали и вымачивали в водном растворе карбоната с концентрацией соли 10 мас. %, далее ее повторно промывали водой до нейтральной среды, отфильтровывали, полученный фильтрат дисперсной фазы помещали в автоклав, в котором осуществляли карбонизацию в водной среде при температуре 200°C, в течение 2 суток и при соотношении Т:Ж=1:4. Получен однородный продукт с содержанием аморфного углерода 90 мас. % и зольностью 0,16%. Данный продукт характеризуется насыпной плотностью порошка 0,25-0,30 г/см3, удельной поверхностью до 332,5 м2/г, удельным объемом пор 0,16 см3/г, средним размером пор 1,94 нм, теплотой сгорания 5250 кал/г, близкой к значению теплоты сгорания аморфного углерода (4000-4700 ккал /кг), и однородность фракции в конечном продукте 50÷65 нм составляла 90%.

Предложенное изобретение позволяет получать однородный продукт переработки вторсырья с содержанием углерода от 70 мас. % до 92 мас. % и с содержанием загрязняющих веществ или с зольностью порядка 0,1÷1 мас. %.

1. Способ утилизации и переработки вторсырья из целлюлозосодержащих отходов, заключающийся в том, что целлюлозосодержащие отходы вымачивают в водном растворе неорганической кислоты с концентрацией кислоты 0,08÷10 мас.%, затем при интенсивном перемешивании сырье распушивают до образования однородной дисперсной фазы, после чего дисперсную фазу промывают водой до нейтральной среды, отфильтровывают и вымачивают в водном растворе карбоната с концентрацией соли 0,08÷25 мас.%, далее ее повторно промывают водой до нейтральной среды, отфильтровывают, полученный фильтрат дисперсной фазы помещают в автоклав, в котором осуществляют карбонизацию в водной среде при температуре 150÷400°C, в течение времени до 3 суток и при соотношении Т:Ж=1:4, получают предварительный продукт с содержанием углерода до 70 мас.%, предварительный продукт прогревают в муфельной печи при температуре вплоть до 600°C в течение 20÷60 минут, получают однородный продукт с содержанием аморфного углерода до 92 мас.%.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве неорганической кислоты используют либо HCl, либо H2SO4.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве карбоната используют углекислые соли калия или натрия.



 

Похожие патенты:
Предложенное изобретение представляет способ удаления печатной краски с макулатуры, включающий стадии: a) превращения макулатуры с печатной краской в водную волокнистую суспензию бумажной массы в пульпере, где печатная краска отделяется от бумажной массы, b) осуществления флотации волокнистой суспензии для удаления гидрофобных загрязнений, включающих печатную краску, из волокнистой суспензии.

Изобретение относится к способам для утилизации бумаги. .

Изобретение относится к способу и установке для утилизации бумаги. .

Изобретение относится к способу подготовки вторичного волокна и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности в производстве волокнистых материалов, в частности картона.
Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности, в частности к переработке печатной макулатуры, преимущественно газетной, и может быть использовано в подготовке макулатурной массы при производстве газетной, оберточной бумаги и картона.

Изобретение относится к установкам для утилизации бумаги. .

Изобретение относится к устройству для повторной переработки использованной бумаги и к устройству для изготовления бумажной массы, устройству подачи бумажной массы и устройству обезвоживания, в частности к устройству для повторной переработки использованной бумаги для обработки использованной бумаги в изготовленную из отходов бумагу в месте происхождения использованной бумаги без выбрасывания использованной бумаги.

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности. .

Изобретение относится к способу изготовления бумаги, картона или тонкого картона. Способ включает стадии: (а) превращения водного целлюлозного материала, содержащего крахмал, в бумажную массу, (б) предотвращения микробной деградации по крайней мере части крахмала при обработке водного целлюлозного материала, содержащего крахмал, одним или более биоцидов, и (з) добавления сухого и/или влажного упрочняющего полимера в целлюлозный материал. Способ предусматривает (А) определение свойства водной фазы целлюлозного материала, выбранного из электропроводности, окислительно-восстановительного потенциала, значения рН, концентрации АТФ и концентрации свободного крахмала, (Б) изготовление бумаги, картона или тонкого картона указанным выше способом, (В) определение того же свойства (А) через интервал времени Δt, сравнение значения, определенного на стадии (В), со значением, полученным на стадии (А), и (Г) регулировку дозировки биоцида на стадии (б) и/или упрочняющего полимера на стадии (з). Изобретение обеспечивает снижение электропроводности водного целлюлозного материала при повышении эффективности упрочняющих полимеров за счет снижения их потребления. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил., 7 табл., 4 пр.

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности и касается способа получения картона-основы и картона-основы для слоистого материала. Способ включает стадии: a) получения вторично переработанной смеси волокнистого материала, b) получения по меньшей мере одной суспензии волокнистого материала, которая содержит по меньшей мере часть полученной смеси волокнистого материала, c) подготовки по меньшей мере одной суспензии волокнистого материала, состоящей в том‚ что по меньшей мере осуществляют снижение зольности суспензии волокнистого материала до зольности сухой фракции суспензии волокнистого материала не более 15 масс. % и примешивают по меньшей мере одну добавку по меньшей мере к одной суспензии волокнистого материала, d) получения системы слоев по меньшей мере из одной суспензии волокнистого материала. Другой аспект изобретения относится к картону-основе для изготовления слоистого материала. Изобретение обеспечивает создание картона-основы для слоистого материала, состоящего из вторично переработанной смеси волокнистого материала, обладающего низкой абразивностью по отношению к режущему инструменту, хорошей воздухопроницаемостью и улучшенным балансом по затратам и воздействию на окружающую среду. 5 н. и 52 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области утилизации вторсырья, в частности к способу утилизации и переработки вторсырья из целлюлозосодержащих отходов. Предложен способ утилизации и переработки вторсырья из целлюлозосодержащих отходов, заключающийся в том, что целлюлозосодержащие отходы вымачивают в водном растворе неорганической кислоты с концентрацией кислоты 0,08÷10 мас., затем при интенсивном перемешивании сырье распушивают до образования однородной дисперсной фазы, после чего дисперсную фазу промывают водой до нейтральной среды, отфильтровывают и вымачивают в водном растворе карбоната с концентрацией соли 0,08÷25 мас., далее ее повторно промывают водой до нейтральной среды, отфильтровывают, полученный фильтрат дисперсной фазы помещают в автоклав, в котором осуществляют карбонизацию в водной среде при температуре 150÷400°C, в течении времени до 3 суток и при соотношении Т:Ж1:4, получают предварительный продукт с содержанием углерода до 70 мас., предварительный продукт прогревают в муфельной печи при температуре вплоть до 600°C в течение 20÷60 минут, получают однородный продукт с содержанием аморфного углерода до 92 мас.. Целлюлозосодержащие отходы вымачивают в водном растворе либо HCl, либо H2SO4. В качестве карбоната используют углекислые соли калия или натрия. Предложенное изобретение позволяет получать однородный продукт переработки вторсырья с содержанием углерода от 70 мас. до 92 мас.. и с содержанием загрязняющих веществ или с зольностью порядка 0,1÷1 мас.. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 пр.

Наверх