Способ получения активного угля

Изобретение относится к получению активных углей. Предложен способ получения активного угля, включающий измельчение углеродсодержащего сырья, его пропитку серной кислотой, гранулирование, сушку, карбонизацию и активацию гранул водяным паром. В качестве углеродсодержащего сырья используют утильный пенополиуретан и древесно-стружечную плиту. Предварительно проводят обработку пенополиуретана концентрированной серной кислотой, затем к полученной пасте добавляют измельченную в порошок древесно-стружечную плиту. Карбонизацию ведут при 650-750°C со скоростью нагрева 6-10°C/мин и выдержкой при конечной температуре 10-30 минут. Активацию проводят при 800-850°C в течение 30-60 минут. Изобретение обеспечивает получение активного угля из отходов при повышении адсорбционной способности активного угля по симазину до 0,02-0,04 мг/г. 3 пр.

 

Изобретение относится к области сорбционной техники и может быть использовано для получения активных углей, применяемых в различных процессах защиты окружающей среды, таких как водоподготовка, водоочистка, газоочистка, рекуперация летучих растворителей, в противогазовой технике, а также в других отраслях народного хозяйства.

В настоящее время вопросы защиты почвы от пестицидов имеют глобальное значение, при этом применение активных углей для детоксикации является наиболее эффективной технологией. При проведении таких работ симазин, как правило, применяется в виде стандартного вещества, как очень токсичный и персистентный пестицид.

Известен способ получения активных углей из древесного угля-сырца, сырьем для которого служат твердые лиственные породы древесины (береза), перерабатываемого методом парогазовой активации при температуре 850-900°C. Получаемые дробленые активные угли марки БАУ представляют собой частицы неправильной формы размером 1,0-1,6 мм с прочностью на истирание ≥70%, насыпной плотностью 0,24 г/см3, суммарным объемом пор (по влагоемкости) 1,65-1,80 см3/г, объемом сорбирующих пор (микро- + мезопоры) - 0,30-0,35 см3/г (ГОСТ 6217-74).

Недостатком известного способа является сложность технологического процесса и аппаратуры, высокие энергозатраты, низкая прочность получаемого активного угля, а также использование в качестве сырья дефицитной сортовой древесины.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ получения активного угля из торфа, включающий измельчение торфа, приготовление связующего, представляющего собой смесь термопластичного полимера (полиметилакрилат, полисульфон, полиэтилентерефталат и др.) и серной кислоты (H2SO4) в соотношении 1:(1-3), приготовление пасты путем смешивания торфа со связующим в соотношении 1:(0,3-3), гранулирование пасты, сушку гранул при температуре 150-200°C, их карбонизацию при температуре 450-600°C со скоростью нагрева 2,5-5°C/мин и активацию водяным паром или смесью водяного пара и углекислого газа при температуре 880-950°C (см. Пат. РФ №2346889, опубл. 20.08.2007, кл. С01В 31/08, С01В 31/14).

Недостатком известного способа является низкая адсорбционная способность получаемого активного угля по поглощению из водного раствора симазина (гербицид).

Технической задачей изобретения является повышение адсорбционной способности активного угля по симазину.

Поставленная задача достигается предлагаемым способом, включающим измельчение углеродсодержащего сырья, его пропитку серной кислотой, гранулирование, сушку, карбонизацию и активацию гранул водяным паром, причем в качестве углеродсодержащего сырья используют утильный пенополиуретан и древесно-стружечную плиту, при этом сначала проводят обработку пенополиуретана концентрированной серной кислотой при соотношении массы пенополиуретана и кислоты 1:(1,4-1,6), затем к полученной пасте добавляют измельченную в порошок древесно-стружечную плиту в массовом соотношении 1:(1,7-1,9), карбонизацию ведут при температуре 650-750°C со скоростью нагрева 6-10°C/мин и выдержкой при конечной температуре 10-30 мин, при этом активацию проводят при температуре 800-850°C в течение 30-60 мин.

Отличие предложенного способа от известного заключается в том, что в качестве углеродсодержащего сырья используют утильный пенополиуретан и древесно-стружечную плиту, при этом сначала проводят обработку пенополиуретана концентрированной серной кислотой при соотношении массы пенополиуретана и кислоты 1:(1,4-1,6), затем к полученной пасте добавляют измельченную в порошок древесно-стружечную плиту в массовом соотношении 1:(1,7-1,9), карбонизацию ведут при температуре 650-750°C со скоростью нагрева 6-10°C/мин и выдержкой при конечной температуре 10-30 мин, при этом активацию проводят при температуре 800-850°C в течении 30-60 мин.

Из научно-технической и патентной литературы авторам неизвестен способ получения активного угля, в котором в качестве углеродсодержащего сырья используют утильный пенополиуретан и древесно-стружечную плиту, при этом сначала проводят обработку пенополиуретана концентрированной серной кислотой при соотношении массы пенополиуретана и кислоты 1:(1,4-1,6), затем к полученной пасте добавляют измельченную в порошок древесно-стружечную плиту в массовом соотношении 1:(1,7-1,9), карбонизацию ведут при температуре 650-750°C со скоростью нагрева 6-10°C/мин и выдержкой при конечной температуре 10-30 мин, при этом активацию проводят при температуре 800-850°C в течении 30-60 мин.

Суть предлагаемого изобретения заключается в следующем. Симазин является высокомолекулярным органическим веществом (молекулярная масса - 201.66 г/моль). Для его сорбции из почвенного раствора или модельных растворов необходимо формировать определенную пористую структуру с высокой величиной удельной поверхности, обеспечивающую высокие адсорбционные характеристики, так и хорошую кинетику поглощения. Использование шихтованного сырья из полимеров и древесины может позволить сформировать активные угли с требуемыми для поглощения симазина свойствами. Однако подбор нужных рецептур и термических операций (сушка, карбонизация и активация) может быть выполнен только экспериментально.

Способ осуществляется следующим образом:

Берут пенополиуретан и измельчают его на валковой дробилке до размеров кусков с диаметром 2-5 см. Измельченные куски переносят в фарфоровый тигель и заливают концентрированной серной кислотой в массовом соотношении пенополиуретана к серной кислоте 1:(1,4-1,6). При перемешивании в течении 25-40 минут осуществляется растворение пенополиуретана, после чего к полученной пасте добавляют в соотношении 1:(1,7-1,9) предварительно измельченную древесно-стружечную плиту в порошок до размеров ≤500 мкм. Полученную композицию перемешивают в течении 1-3 минут, после чего ее гранулируют на шнековом или гидравлическом прессе через фильеру с диаметром отверстия 3,5 мм. Гранулы подвергают сушке при комнатной температуре 20-25°C, после чего длинные гранулы на более мелкие фрагменты равные по длине 2-4 диаметра. Далее проводят карбонизацию в ретортной печи при температуре 650-750°C со скоростью нагрева 6-10°C/мин и выдержкой при конечной температуре 10-30 мин, затем реторту переводят в режим активации. Поднимают температуру до 800-850°C и подают в печь перегретый водяной пар, в количестве равном 3-5 кг на кг активного угля. Процесс ведут до достижения обгара 50-80%, что обеспечивает развитие высокого объема микропор и развитой удельной поверхности.

Полученный активный уголь из порошка ДСП и сернокислотного раствора ППУ оценивают на адсорбционную способность по поглощению из водного раствора симазина по методике Мухина В.М. по аналогии со стандартной методикой ОАО «НИИ КВОВ».

Готовят водный раствор симазина с концентрацией 12 мг/л. Затем берут 1 литр раствора, куда добавляют 5 г угля и ведут перемешивание механической мешалкой в течение 30 мин. После этого уголь отфильтровывают от раствора и определяют остаточную концентрацию симазина. Определение концентрации осуществляют на жидкостном хроматографе. Адсорбционную способность по симазину определяют по формуле

а=((Сисхост)×1)/m,

где

а - адсорбционная способность, мг/г

Сисх - исходная концентрация симазина, мг/л

Сост - остаточная концентрация симазина, мг/л

1 - один литр раствора, л

m - масса навески активного уголя, г

Полученный по данному способу активный уголь имеет адсорбционную способность по симазину 0,02-0,04 мг/г, в то время как таковая по известному способу (Пат. РФ №2346889), составляет 0,01 мг/г, то есть значительно уступала таковой активного угля, полученному по предлагаемому способу.

Изобретение иллюстрируют следующие примеры.

Пример 1. Берут 0,55 кг пенополиуретан и измельчают его на валковой дробилке до размеров кусков с диаметром 2-5 см. Измельченные куски переносят в фарфоровый тигель и заливают концентрированной серной кислотой в массовом соотношении пенополиуретана к серной кислоте 1:(1,4). При перемешивании осуществляется растворение пенополиуретана, после чего к полученной пасте добавляют 0,45 кг предварительно измельченной древесно-стружечной плиты в порошок до размеров ≤500 мкм в соотношении 1:(1,7). Полученную композицию перемешивают в течении 1-3 минут, после чего ее гранулируют на шнековом или гидравлическом прессе через фильеру с диаметром отверстия 3,5 мм. Гранулы подвергают сушке при комнатной температуре 20-25°C, после чего длинные гранулы измельчают на более мелкие фрагменты равные по длине 2-4 диаметра. Далее проводят карбонизацию в ретортной печи при температуре 650°C со скоростью нагрева 6°C/мин и выдержкой при конечной температуре 10 мин, затем реторту переводят в режим активации. Поднимают температуру до 800°C и подают в печь перегретый водяной пар, в количестве равном 3-5 кг на кг активного угля. Процесс ведут в течение 30 мин до обгара активного угля 50%.

Полученный активный уголь исследуют на адсорбционную способность по симазину, которая составила 0,02 мг/г.

Пример 2. Осуществление процесса как в примере 1, за исключением того, что обработку пенополиуретана серной кислотой ведут в массовом соотношении 1:(1,6), после чего к полученной пасте добавляют фракцию древесно-стружечной плиты соотношении 1:(1,9). Карбонизацию проводят при температуре 750°C со скоростью нагрева 10°C/мин и выдержкой при конечной температуре 30 мин, затем при активации поднимают температуру до 850°C. Процесс ведут в течение 60 мин до обгара активного угля 80%.

Полученный активный уголь исследуют на адсорбционную способность по симазину, которая составила 0,03 мл/г.

Пример 3. Осуществление процесса как в примере 1, за исключением того, что обработку пенополиуретана серной кислотой ведут в массовом соотношении 1:(1,5), после чего к полученной пасте добавляют фракцию древесно-стружечной плиты соотношении 1:(1,8). Карбонизацию проводят при температуре 700°C со скоростью нагрева 7°C/мин и выдержкой при конечной температуре 20 мин, затем при активации поднимают температуру до 835°C. Процесс ведут в течение 45 мин до обгара активного угля 65%.

Полученный активный уголь исследуют на адсорбционную способность по симазину, которая составила 0,04 мл/г.

Из изложенного выше следует, что каждый из примеров, в заявленной совокупности, способен достижению поставленной цели, а вся совокупность в целом достаточна для характеристики заявленного технического решения.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить адсорбционную способность по симазину по сравнению с активным углем, полученным по известному способу в 2-4 раза. Дополнительное его преимущество - предлагаемый способ обеспечивает вовлечение в материальный оборот отходов, не находящих полезного использования, и сопряженное с ним сокращения негативного воздействия отходов на биосферу.

Проведенные исследования показали, что если массовое соотношение пенополиуретана и концентрированной серной кислоты меньше, чем 1:1,4, то не происходит полного растворения пенополиуретана и, как следствие, гомогенизация пасты, что нарушает ее гранулирование. С другой стороны, если указанное соотношение больше, чем 1:1,6, то паста приближается к жидкости и не может быть подвергнута формованию. При соотношении массы пасты и ДСП меньше 1:1,7, в получаемом активном угле преобладают тонкие микропоры, сформированные на основе ППУ, недоступные молекулам симазина (так называемый стерический эффект). С другой стороны, при соотношении массы пасты и ДСП больше 1:1,9, преобладают крупные макропоры больше 100 мкм, которые также имеют низкую адсорбционную способность, что в обоих случаях уменьшает величину адсорбции по симазину. Исследуя карбонизацию полученных гранул, установлено, что при температуре процесса меньше 650°C, в продукте остается большое количество летучих веществ, что на стадии активации приводит к их выгоранию и образованию транспортных каналов, а не микропор. При температуре процесса больше 750°C, идет сильное уплотнение структуры, уменьшается реакционная способность гранул и требуется более значительное время их активации. Относительно скорости нагрева установлено, что если она ниже 6°C/мин, резко возрастает время процесса, что ухудшает экономику производства, а при скорости больше 10°C/мин преобладает процесс разрыхления структуры гранул, а не формирование кристаллитов - будущей основы микропор. При времени выдержки меньше 10 мин при конечной температуре процесса карбонизации, в грануле остается большое количество аморфного углерода, который при выгорании образует не сорбируемые транспортные поры. Если же время выдержки становится больше 30 минут, имеет место процесс графитизации, а графитизированная структура не образует микропор при активации.

При температуре активации меньше 800°C, реакция водяного пара с углеродом идет очень медленно и достижение требуемого обгара может доходить до нескольких суток. В то же время, при температуре активации больше 850°C, наряду с развитием микропор, имеет место сильный поверхностный обгар, что уменьшает выход готового продукта. Относительно глубины активации, то есть обгара, следует сказать следующее, что при обгаре меньше 50% доля микропор еще не велика (0,2-0,3 см3/г), то есть находится на уровне обычных рядовых углей, ну а при обгаре больше 80%, уменьшается выход готового продукта, который становится меньше 20%, что делает экономику процесса нерентабельной.

Способ получения активного угля, включающий измельчение углеродсодержащего сырья, его пропитку серной кислотой, гранулирование, сушку, карбонизацию и активацию гранул водяным паром, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащего сырья используют утильный пенополиуретан и древесно-стружечную плиту, причем сначала проводят обработку пенополиуретана концентрированной серной кислотой при соотношении массы пенополиуретана и кислоты 1:(1,4-1,6), затем к полученной пасте добавляют измельченную в порошок древесно-стружечную плиту в массовом соотношении 1:(1,7-1,9), карбонизацию ведут при температуре 650-750°С со скоростью нагрева 6-10°С/мин и выдержкой при конечной температуре 10-30 минут, при этом активацию проводят при температуре 800-850°С в течение 30-60 минут



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к углеродным сорбентам. Предложено применение активированного угля, пропитанного оксидом цинка, для повышения селективности по отношению к цианиду водорода (HCN).

Изобретение относится к получению активных углей. Способ получения угля включает измельчение соломы на куски размером 1-10 см, карбонизацию, активацию водяным паром и охлаждение.

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).

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.

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

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 технологии получения активных углей на основе скорлупы орехов и косточек плодов, которые могут быть использованы для очистки питьевой воды, а также различных жидкостей и растворов. Предложен способ получения дробленого активного угля, включающий карбонизацию, дробление карбонизата, рассев его зерен, их активацию водяным паром и охлаждение. Карбонизацию осуществляют при скорости подъема температуры 3-8°C/мин до конечной температуры 450-550°C. Активацию проводят при температуре 820-850°C до обгара 30-45% масс. Предложенный способ позволяет получить дробленый активный уголь с высокой адсорбционной способностью при извлечении хлороформа и хлорфенолов из воды. 3 пр.
Изобретение относится к получению активных углей из сельскохозяйственных растительных отходов. Способ получения активного угля включает карбонизацию рисовой шелухи, активацию водяным паром и охлаждение. Карбонизацию проводят без подачи инертного газа путём нагревания до температуры 500-750°C с выдержкой при конечной температуре 100-120 минут. Активацию осуществляют при 780-800°C при расходе водяного пара 2,0-2,5 кг на 1 кг карбонизованного продукта. Изобретение позволяет получить из рисовой шелухи мелкозернистый активный уголь с высокой адсорбционной способностью по йоду и красителю - метиленовому голубому. 3 пр.

Изобретение относится к получению активных углей. Способ получения углеродного сорбента включает карбонизацию и последующую активацию сырья в виде промышленного текстолита. Карбонизацию сырья проводят в атмосфере гидроксида углерода со скоростью нагрева 8-10°C/мин и выдержкой от 30 минут до 1 часа при температуре 600°C. Активацию карбонизированного сырья осуществляют гидроксидом калия при температуре 800-845°C. Технический результат заключается в разработке энергоэффективного способа получения углеродного однородно-микропористого сорбента с высоким выходом продукта. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к процессам регенерации адсорбентов. Предложен способ регенерации отработанного активного угля. Способ включает обработку отработанного угля в потоке перегретого водяного пара во вращающейся печи при температуре 800-900°С, охлаждение и рассев. Предложено рассчитывать объем отработанного АУ, постоянно находящегося на термообработке в печи, с учётом первичной и остаточной адсорбционной активности угля и насыпной плотности исходного и отработанного угля. Техническим результатом изобретения является возможность регулирования объемной загрузки печи при проведении процесса регенерации с учётом коэффициента остаточной адсорбционной активности и коэффициента отработки механических характеристик угля. 1 табл., 15 пр.

Изобретение направлено на получение углеродных материалов с развитой поверхностью и пористостью. Согласно изобретению исходное вещество, представляющее собой смесь водорастворимой фенолформальдегидной смолы, углевода и графеновых нанопластинок, подвергают термообработке при температуре до 300°C. В качестве углевода используют декстрин, или карбоксиметилцеллюлозу, или крахмал. Термообработанный продукт измельчают, смешивают с гидроксидом калия, активируют при температуре 750°С. Углеродный продукт промывают от щелочи, высушивают, измельчают, повторно промывают водой и высушивают. Изобретение обеспечивает получение мезопористого углеродного материала с удельной поверхностью 2479-3202 м2/г при среднем размере пор 4,15-4,61 нм. 5 ил., 1 табл., 6 пр.

Изобретение относится к области сорбционной техники и может быть использовано для получения активных углей, применяемых для очистки вод, а также для извлечения ценных компонентов из технологических растворов. Предложен способ получения активного угля из соломы льна. Способ включает дробление соломы льна, ее карбонизацию при 700-750°С, активацию при 860-890°С углекислым газом, подаваемым с расходом 2-4 кг на 1 кг карбонизованного продукта, и измельчение целевого продукта. Изобретение обеспечивает повышение адсорбционной активности угля при извлечении церия из водных растворов до 52-75 мг/г. 3 пр.
Изобретение относится к способам получения активированного угля. Способ получения активированного модифицированного угля из косточек плодов и скорлупы орехов заключается в том, что предварительно высушенное исходное сырье при температуре 200-250°С пропитывают насыщенным раствором мочевины или тиомочевины в количестве 5-10 мас.% по отношению к исходному сырью и подвергают карбонизации в интервале температур 600-750°С. Полученный материал дробят до фракции 0,8-1,6 мм. Отсев менее 0,8 мм измельчают до фракции с размером частиц порошка менее 0,05 мм с получением осветляющего активированного угля. Основную фракцию активируют водяным паром при температуре 800-850°С в течение 1,5-2 часов. Изобретение обеспечивает получение упрочненных гранул активного угля, обладающего повышенной сорбционной емкостью в отношении нефтепродуктов и органических соединений. 2 пр.
Изобретение относится к области реактивации (регенерации) активных углей, отработанных при очистке жидких сред, в том числе питьевой воды. Способ реактивации отработанного активного угля включает сушку при температуре 280-350°С и термическую отработку в присутствии водяного пара. Вначале термообработку ведут в присутствии водяного пара при 350-700°С со скоростью подъема температуры 3-7°С/мин. Затем термообработку проводят при 750-850°С при подаче водяного пара со скоростью 0,4-0,8 дм3/мин. Изобретение позволяет повысить адсорбционную способность отработанного угля и использовать реактивированный уголь для очистки воздуха от паров бензола. 3 пр.

Изобретение относится к получению формованных активных углей. Способ получения активного углеродного материала включает растворение измельченного полимера, выбранного из полиуретана, полиамида, полиэтилентерефталата, полиметилметакрилата, полисульфона или их смесей в концентрированной серной кислоте под действием ультразвука, формирование пасты путем смешения сернокислотного полимерного раствора с молотым торфом и водным раствором щелочи, созревание пасты при комнатной температуре в течение 5-15 суток, формование, сушку, термообработку без доступа воздуха до 850-1000°С с изотермической выдержкой при конечной температуре в течение 15-120 минут. После охлаждения материал обрабатывают разбавленной соляной кислотой под действием ультразвука и водой. Далее проводят сушку и термообработку продукта водяным паром при 800-880°С в течение 20-60 мин. Изобретение позволяет получить активные угли цилиндрической грануляции с диаметром гранул 0,15-2,5 мм, активные углеродные материалы толщиной более 1,2 см, повысить механическую прочность активного угля на торфяной основе и увеличить его адсорбционную активность. 2 табл., 11 пр.

Изобретение относится к получению формованных активных углей. Способ получения включает растворение измельченного полимера, выбранного из полиуретана, полиамида, полиэтилентерефталата, полиметилметакрилата, полисульфона или их смесей в концентрированной серной кислоте под действием ультразвука, нейтрализацию сернокислотного полимерного раствора оксидом или гидроксидом цинка, смешение полученного раствора с молотым торфом и водой, формование пасты в шнековом экструдере, созревание формованной пасты в течение 3-10 суток, термообработку при температуре 140-160°C до постоянного веса, нагревание продукта термообработки без доступа воздуха до 820-900°C с изотермической выдержкой в течение 30-240 минут. После охлаждения проводят обработку материала соляной кислотой под действием ультразвука при 60-80°C и водой. После сушки осуществляют термообработку водяным паром при 800-880°C в течение 20-60 минут. Изобретение обеспечивает возможность получения гранулированного активного угля на торфяной основе с высокой механической прочностью при сохранении объема сорбирующих пор по бензолу, позволяет снизить давление формования и общее время термообработки. 3 табл., 41 пр.

Изобретение относится к получению активных углей. Предложен способ получения активного угля, включающий измельчение углеродсодержащего сырья, его пропитку серной кислотой, гранулирование, сушку, карбонизацию и активацию гранул водяным паром. В качестве углеродсодержащего сырья используют утильный пенополиуретан и древесно-стружечную плиту. Предварительно проводят обработку пенополиуретана концентрированной серной кислотой, затем к полученной пасте добавляют измельченную в порошок древесно-стружечную плиту. Карбонизацию ведут при 650-750°C со скоростью нагрева 6-10°Cмин и выдержкой при конечной температуре 10-30 минут. Активацию проводят при 800-850°C в течение 30-60 минут. Изобретение обеспечивает получение активного угля из отходов при повышении адсорбционной способности активного угля по симазину до 0,02-0,04 мгг. 3 пр.

Наверх