Экологически-безопасный способ получения углеродного сорбента


 


Владельцы патента RU 2601762:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук (ИНХ СО РАН) (RU)

Изобретение относится к углеродным сорбентам. Предложен способ получения углеродного сорбента, заключающийся в термическом разложении аминофторидов графита общего состава C2Fx(NH2)y, где x=0,22-0,02, y=0,15-0,41. Разложение проводят при 100°С. Изобретение позволяет снизить или устранить образование токсичных газообразных продуктов в процессе получения сорбента и повысить сорбционную емкость продукта на 20-50%. 1 з.п. ф-лы, 4 пр.

 

Изобретение относится к углеродным сорбентам, а именно к способу получения углеродных сорбентов, получаемых из интеркалированных соединений фторированного графита, для сорбции жидких органических токсикантов или их водных растворов в случае их проливов при техногенных авариях, а также жидких компонентов ракетных топлив (N2O4, HNO3, гидразин и т.д.).

Известен (RU 2202409 C1, B01J 20/20, опубл. 20.04.2003, БИ №11) способ получения углеродного сорбента для поглощения жидкостей термическим разложением при нагревании до 500°С интеркалированных соединений фторированного графита с галогенфторидами, получаемых при фторировании графита жидкими галогенфторидами (ClF3, ClF5, BrF3, BrF5) или их растворами в безводном фтористом водороде. В результате получают интеркалированное соединение фторированного графита (ИСФГ) с галогенфторидом общего состава C2F·xHalFn, где x=0,08-0,1, а HalFn=ClF3, ClF5, BrF3, BrF5. При нагревании C2F·xHalFn до 500°С получают углеродный сорбент, 1 г которого поглощает 80-81 г концентрированной серной кислоты, 65-70 г четыреххлористого углерода, 61-62 г керосина, 123-125 г нашатырного спирта, 201-202 г H2NC2H4OH.

Недостатком данного способа является выделение при термическом разложении C2F·xHalFn при нагревании до 500°С для получения углеродного сорбента высокотоксичных газообразных хлора (ПДК=1 мг/м3) или брома (ПДК=0,5 мг/м3), а также газообразных предельных и непредельных фторуглеродов и фреонов. Выделение указанных токсичных газообразных продуктов затрудняет применение известного способа для получения углеродного сорбента в оперативных условиях, т.е. непосредственно на месте техногенной аварии.

Известен также (RU 2317852 C1, B01J 20/20, B01J 20/30, опубл. 27.02.2008, БИ №6) способ получения углеродного сорбента для поглощения жидкостей. По достигаемому эффекту - снижению уровня токсичных газообразных продуктов, образующихся при нагревании ИСФГ, сорбционной емкости получаемого углеродного сорбента и использованию интеркалированных соединений фторированного графита (ИСФГ) в качестве исходных продуктов для получения углеродного сорбента для поглощения жидкостей этот способ наиболее близок заявляемому.

Графит обрабатывают жидкими галогенфторидами (трифторид хлора, пентафторид хлора, трифторид брома, пентафторид брома) или их растворами в безводном фтористом водороде. В результате получают ИСФГ общего состава C2F·xHalFn, где x=0,08-0,10, а HalFn = ClF3, ClF5, BrF3, BrF5. Полученные твердые C2F·xHalFn обрабатывают или ацетоном, или четыреххлористым углеродом, или перфторциклогексаном, в результате получают ИСФГ, содержащие или ацетон, или четыреххлористый углерод, или перфторциклогексан. Полученные ИСФГ нагревают до 500°С и получают углеродный сорбент, 1 г которого поглощает 80-85 г концентрированной серной кислоты, 80-85 г четыреххлористого углерода, 75-80 г керосина, 90-100 г безводной азотной кислоты, 80-90 г тетраоксида диазота и 250-300 г несимметричного диметилгидразина.

Недостатком известного способа является выделение при термическом разложении исходных ИСФГ с ацетоном, или четыреххлористым углеродом, или перфторциклогексаном при нагревании до 500°С для получения углеродного сорбента газообразного хлора или брома, а также предельных и непредельных фторуглеродов и фреонов. Это связано с тем, что фторграфитовая матрица ИСФГ содержит до 5,5 масс. % хлора (Макотченко В.Г., Назаров А.С. «Структурные характеристики полифториддиуглерода» Журнал структурной химии. 2009. Т. 50. №6. С. 1139-1146) или до 4,5 масс. % брома (Чехова Г.Н., Украинцева и др. "Влияние состава матрицы на свойства соединений включения фторированного графита с ацетонитрилом" Журнал неорганической химии. 2005, Т. 50, №7, С. 1143-1149). Выделение при термическом разложении ИСФГ с ацетоном, или четыреххлористым углеродом, или перфторциклогексаном газообразных токсичных продуктов затрудняет применение известного способа для получения углеродного сорбента на месте техногенной аварии.

Задачей изобретения является создание экологически безопасного способа получения углеродного сорбента при термическом разложении с техническим результатом - значительное снижение или устранение образования токсичных газообразных продуктов при его получении, по сравнению с прототипом, при сохранении высокой сорбционную емкость полученного сорбента на 20-50% выше, чем в прототипе, кроме того, способ позволяет снизить температуру получения сорбента с 500°С до 100°С.

Технический результат достигается тем, что в экологически безопасном способе получения углеродного сорбента термическому разложению подвергают аминофториды графита общего состава C2Fx(NH2)y, где x=0,22-0,02, а y=0,15-0,41, при 100°С, при этом аминофториды графита получают обработкой интеркалированных соединений фторированного графита, содержащих трифторид хлора или трифторид брома жидким аммиаком, взятым в 2-кратном избытке от стехиометрического количества при 50°С или 22°С.

Отличительными от прототипа признаками являются: получение углеродного сорбента из аминофторидов графита, условия получения аминофторидов.

Эти признаки являются новыми и существенными, т.к. использование аминофторидов графита позволяет значительно снизить или исключить выделение высокотоксичных газообразных продуктов при их термическом разложении при получении углеродного сорбента. Это обусловлено тем, что в аминофторидах графита хлор или бром, связанные химической связью с углеродом матрицы, полностью замещаются аминогруппой, также частично или практически полностью замещается аминогруппой фтор, связанный химической связью с углеродом матрицы. Это приводит к значительному снижению температуры разложения аминофторидов графита при получении углеродного сорбента, а также отсутствию в газообразных продуктах разложения высокотоксичных фреонов, хлора или брома и значительному снижению или практически полному отсутствию предельных и непредельных углеводородов.

При фторировании графита трифторидом хлора или трифторидом брома образуются ИСФГ состава C2F·xHalFn, где x=0,08-0,1, а HalFn=ClF3 или BrF3. При обработке ИСФГ жидким аммиаком образуются аминофториды графита общего состава C2Fx(NH2)y, где x=0,22-0,02, а y=0,15-0,41. Как видно, аминофториды графита не содержат хлора или брома, а содержание фтора в них в мольном отношении уменьшается от ~5 до 50 раз. При нагревании аминофторидов графита до 100°С происходит их деструктивное разложение с образованием углеродного сорбента и выделение газообразных тетрафторида углерода, азота, воды и водорода. Все газообразные продукты относятся к нетоксичным веществам, что делает способ получения углеродного сорбента экологически безопасным.

Изобретение осуществляется следующим образом. Сначала графит по известному методу обрабатывают трифторидом хлора или трифторидом брома. Затем ИСФГ с трифторидом хлора или трифторидом брома обрабатывают жидким аммиаком при 22°С или 50°С. Температура 22°С является комнатной температурой и поэтому не требуется специального подогревания реакционной смеси, а температура 50°С является оптимальной, так как дальнейшее повышение температуры практически не изменяет состав получаемого аминофторида графита. Полученные аминофториды графита термически разлагают при 100°С и получают углеродный сорбент для поглощения жидких техногенных токсикантов.

Пример 1. Во фторопластовый реактор заливают 30 г трифторида брома и охлаждают жидким азотом. К замороженному трифториду брома добавляют 5 г природного графита. Реактор герметично закрывают и медленно поднимают температуру до 22°С. Через 5 часов реактор вскрывают и отгоняют избыток трифторида брома в никелевый сосуд, охлаждаемый жидким азотом. В результате получают 12 г ИСФГ с трифторидом брома, который заливают 25-30 мл (двукратный избыток от необходимого по стехиометрии реакции) жидкого аммиака. Реактор закрывают и выдерживают при 22°С. Через 2 часа реактор вскрывают и отгоняют избыток аммиака в токе азота. После этого твердую массу переносят на стеклянный фильтр и промывают 100 мл дистиллированной воды для удаления фторида аммония и бромида аммония, образующихся при взаимодействии фторграфитовой матрицы с аммиаком, и высушивают полученный продукт до постоянной массы. В результате получают 6,2 г продукта, содержащего по данным элементного анализа, масс. %: 78,4 углерода, 13,7 фтора, 6,8 азота и 1,1 водорода, что отвечает эмпирической формуле C2F0,22(NH2)0,15. Полученный аминофторид графита термически разлагают нагреванием до 100°С и получают 5,6 г углеродного сорбента, 1 г которого поглощает 95-100 г концентрированной серной кислоты, 95-100 г четыреххлористого углерода, 90-95 г керосина, 100-105 безводной азотной кислоты и 95-100 г тераоксида диазота.

Пример 2. Во фторопластовый реактор заливают 30 г трифторида хлора и охлаждают жидким азотом. К замороженному трифториду хлора добавляют 5 г природного графита. Реактор герметично закрывают и медленно поднимают температуру до 22°С. Через 5 часов реактор вскрывают и отгоняют избыток трифторида хлора в никелевый сосуд, охлаждаемый жидким азотом. В результате получают 11 г ИСФГ с трифторидом хлора, который заливают 25-30 мл жидкого аммиака. Реактор закрывают и выдерживают при 22°С. Через 2 часа реактор вскрывают и отгоняют избыток аммиака в токе азота. После этого твердую массу переносят на стеклянный фильтр и промывают 100 мл дистиллированной воды для удаления фторида аммония и хлорида аммония, образующихся при взаимодействии фторграфитовой матрицы с аммиаком, и высушивают полученный продукт до постоянной массы. В результате получают 6,2 г продукта, содержащего по данным элементного анализа, масс. %: 77,8 углерода, 12,3 фтора, 8,6 азота и 1,3 водорода, что отвечает эмпирической формуле C2F0,20(NH2)0,19. Полученный аминофторид графита термически разлагают нагреванием до 100°С и получают 5,6 г углеродного сорбента, 1 г которого поглощает 100-105 г концентрированной серной кислоты, 100-105 г четыреххлористого углерода, 95-100 г керосина 105-110 безводной азотной кислоты и 100-105 г тераоксида диазота.

Пример 3. Во фторопластовый реактор заливают 30 г трифторида брома и охлаждают жидким азотом. К замороженному трифториду брома добавляют 5 г природного графита. Реактор герметично закрывают и медленно поднимают температуру до 22°С. Через 5 часов реактор вскрывают и отгоняют избыток трифторида брома в никелевый сосуд, охлаждаемый жидким азотом. В результате получают 12 г ИСФГ с трифторидом брома. После этого полученный ИСФГ с трифторидом брома переносят в стальной автоклав и добавляют 25-30 мл жидкого аммиака. Автоклав герметизируют и выдерживают при 50°С. Через 5 часов автоклав вскрывают и отгоняют избыток аммиака в токе азота. После этого твердую массу переносят на стеклянный фильтр и промывают 100 мл дистиллированной воды для удаления фторида аммония и бромида аммония, образующихся при взаимодействии фторграфитовой матрицы с аммиаком, и высушивают полученный продукт до постоянной массы. В результате получают 6,3 г продукта, содержащего по данным элементного анализа, масс. %: 77,5 углерода, 1,8 фтора, 18,1 азота и 2,6 водорода, что отвечает эмпирической формуле C2F0,22(NH2)0,15. Полученный аминофторид графита термически разлагают нагреванием до 100°С и получают 5,6 г углеродного сорбента, 1 г которого поглощает 115-120 г концентрированной серной кислоты, 115-120 г четыреххлористого углерода, 100-105 г керосина, 130-135 безводной азотной кислоты и 115-120 г тетраоксида диазота.

Пример 4. Во фторопластовый реактор заливают 30 г трифторида хлора и охлаждают жидким азотом. К замороженному трифториду хлора добавляют 5 г природного графита. Реактор герметично закрывают и медленно поднимают температуру до 22°С. Через 5 часов реактор вскрывают и отгоняют избыток трифторида хлора в никелевый сосуд, охлаждаемый жидким азотом. В результате получают 11 г ИСФГ с трифторидом хлора. После этого полученный ИСФГ с трифторидом хлора переносят в стальной автоклав и добавляют 25-30 мл жидкого аммиака. Автоклав герметизируют и выдерживают при 50°С. Через 5 часов автоклав вскрывают и отгоняют избыток аммиака в токе азота. После этого твердую массу переносят на стеклянный фильтр и промывают 100 мл дистиллированной воды для удаления фторида аммония и хлорида аммония, образующихся при взаимодействии фторграфитовой матрицы с аммиаком, и высушивают полученный продукт до постоянной массы. В результате получают 6,3 г продукта, содержащего по данным элементного анализа, масс. %: 77,6 углерода, 1,2 фтора, 18,6 азота и 3,6 водорода, что отвечает эмпирической формуле C2F0,02(NH2)0,41. Полученный аминофторид графита термически разлагают нагреванием до 100°С и получают 6 г углеродного сорбента, 1 г которого поглощает 120-125 г концентрированной серной кислоты, 120-125 г четыреххлористого углерода, 105-110 г керосина 135-140 безводной азотной кислоты и 120-125 г тераоксида диазота.

Таким образом, получение углеродного сорбента термическим разложением при 100°С аминофторидов графита позволяет сделать процесс получения углеродного сорбента экологически безопасным, снизить температуру его получения с 500°С до 100°С и повысить сорбционную емкость углеродного сорбента на 20-50%, по сравнению с прототипом. Такой высокоэффективный углеродный сорбент, может найти широкое применение для ликвидации проливов токсикантов в результате техногенных аварий. Способ позволяет получать углеродные сорбенты с высокой поглотительной способностью, достигающей 100-140 г жидкости, в том числе токсикантов и агрессивных жидких сред на 1 г сорбента.

1. Способ получения экологически безопасного углеродного сорбента, отличающийся тем, что углеродный сорбент получают термическим разложением при 100°С аминофторидов графита общего состава C2Fx(NH2)y, где x = 0,22-0,02, y = 0,15-0,41.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что аминофториды графита получены обработкой интеркалированных соединений фторированного графита, содержащих трифторид хлора или трифторид брома, жидким аммиаком, взятым в 2-кратном избытке от стехиометрического количества, при 50°С или 22°С.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к макропористым композитам, наполненным дисперсными частицами сорбента, включенного в полимерную фазу стенок макропор. Композиция для получения заявленного материала содержит полиэлектролит, дисперсный наполнитель, представляющий собой частицы сверхсшитого полистирола сорбента и воду.

Изобретение относится к способу получения селективно связывающих переходный металл частиц на основе фосфина, применению макропористых частиц в качестве реакционноспособного агента, к связывающему металл частицам на основе фосфина, применению связывающих металл частиц для связывания атомов переходного металла и к способу захвата атомов переходного металла с использованием частиц на основе фосфина.

Изобретение относится к способам получения поглотителей диоксида углерода. Осуществляют приготовление водной суспензии гидроксидов щелочных и/или щелочноземельных металлов, наносят суспензию на подложку из пористого материала, проводят формование и сушку.
Изобретение относится к области получения композиционных пористых углеродсодержащих сорбентов. В качестве исходных компонентов используют увлажнённую монтмориллонитсодержащую глину и растительную углеродсодержащую основу в виде продуктов шелушения зерновых и технических сельскохозяйственных культур.

Изобретение относится к очистке воды от сульфидов и углеродсодержащему сорбенту на основе растительного сырья. Углеродсодержащий сорбент для очистки вод от сульфидов имеет микропористую структуру со средним диаметром пор около 2 нм, рентгеноаморфное состояние и выполнен в виде пучков волокон с диаметром 50-100 мкм при диаметре отдельного волокна около 1,5 мкм.

Изобретение относится к способам получения сорбентов из растительного сырья. Способ получения сорбента включает обработку предварительно высушенного и измельченного листового опада низкотемпературной плазмой высокочастотного разряда при давлении в разрядной камере 26,6 МПа, при силе тока на аноде 0,5 A и напряжении 7,5 кВ в течение 60 секунд.

Изобретение относится к биотехнологии, пищевой и фармацевтической промышленности, а именно к производству продуктов функционального питания для нормализации состояния организма и биологически активных добавок (БАД) к пище и лекарственных препаратов, предназначенных для нормализации состояния желудочно-кишечного тракта (удаления из организма токсичных веществ).

Изобретение относится к сорбентам для очистки вод от нефтепродуктов. Сорбент получают растворением отходов полиэтилентерефталата в органическом растворителе.

Изобретение относится к получению сорбентов. Проводят химическую обработку размолотого сырья, выбранного из персиковой, и/или абрикосовой, и/или сливовой косточек, следующего гранулометрического состава (в %): до 0,35 мм 10 от 0,36 до 0,55 мм 55 от 0,56 до 0,75 мм 25 от 0,76 до 1, 25 мм 10 Вначале сырье обрабатывают смесью следующих растворов: 0,5% NH4OH, 0,5% NaOH, 0,5% ЭДТА - натрия, взятых в соотношении 1:1:1, обработку проводят в автоклаве при гидромодуле 1:8, температуре 140-150°C и времени обработки 4-5 часов.

Настоящее изобретение относится к способу синтеза адсорбционного материала, состоящего из однофазного четырехвалентного марганцевого фероксигита (δ-Fe(1-x)MnxOOH), в котором 0,05-25% железа изоморфно замещено атомами марганца.

Изобретение относится к смеси и способу с использованием такой смеси для сокращения выбросов ртути из потока горючего газа. Способ включает объединение компонентов, состоящих из соли бромида аммония или бромида кальция и активированного угля, полученного из древесины или кокосовой скорлупы, при температуре менее 150°С, и образование композиции, подходящей для сокращения выбросов ртути из потока горючего газа, которая имеет точку начального окисления (PIO), по меньшей мере приблизительно на 50 градусов Цельсия выше, чем точка начального окисления самого активированного угля.

Изобретение относится к очистке воды от сульфидов и углеродсодержащему сорбенту на основе растительного сырья. Углеродсодержащий сорбент для очистки вод от сульфидов имеет микропористую структуру со средним диаметром пор около 2 нм, рентгеноаморфное состояние и выполнен в виде пучков волокон с диаметром 50-100 мкм при диаметре отдельного волокна около 1,5 мкм.

Изобретение относится к биотехнологии, пищевой и фармацевтической промышленности, а именно к производству продуктов функционального питания для нормализации состояния организма и биологически активных добавок (БАД) к пище и лекарственных препаратов, предназначенных для нормализации состояния желудочно-кишечного тракта (удаления из организма токсичных веществ).

Изобретение относится к получению сорбентов. Проводят химическую обработку размолотого сырья, выбранного из персиковой, и/или абрикосовой, и/или сливовой косточек, следующего гранулометрического состава (в %): до 0,35 мм 10 от 0,36 до 0,55 мм 55 от 0,56 до 0,75 мм 25 от 0,76 до 1, 25 мм 10 Вначале сырье обрабатывают смесью следующих растворов: 0,5% NH4OH, 0,5% NaOH, 0,5% ЭДТА - натрия, взятых в соотношении 1:1:1, обработку проводят в автоклаве при гидромодуле 1:8, температуре 140-150°C и времени обработки 4-5 часов.

Изобретение относится к сорбентам на основе гранулированных активированных углей, модифицированных полипирролом, используемых в медицине. Предложено два электорохимических варианта способа изготовления сорбента.

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.

Изобретение относится к области получения углеродных сорбентов с молекулярно-ситовыми свойствами. Способ получения включает тонкое измельчение каменного угля марки ССОМ или ССПК.

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.

Изобретение относится к углеродным сорбентам. Предложено применение активированного угля, пропитанного оксидом цинка, для повышения селективности по отношению к цианиду водорода (HCN). Применяемый активированный уголь пропитывают оксидом цинка путем пропитки погружением в водный раствор соли металла, опрыскиванием с его помощью или замачиванием в нем. Пропитанный уголь термически обрабатывают с целью разложения соли металла до оксида цинка. Изобретение позволяет повысить селективность поглощения цианида водорода. 8 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл
Наверх