Способ получения композиционного волокнистого адсорбента


 


Владельцы патента RU 2604620:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к области получения углеродных адсорбентов. Описан способ получения композитного волокнистого адсорбента, характеризующийся тем, что в качестве исходных компонентов берут гидролизный лигнин и полиакрилонитрил, готовят их смесь при соотношении 80:20 по массе, эту смесь помещают в пиролизер, осуществляют его продув током азота, после этого ведут прогрев смеси в пиролизере со скоростью подъема температуры 15 град·мин-1 до достижения температуры смеси 800°C, поддерживают эту температуру в течение 0,5 часа, прекращают прогрев и ведут охлаждение карбонизованных волокон до комнатной температуры в атмосфере азота со скоростью его тока 50 см3·мин-1. Технический результат: получение адсорбента на основе отходов деревоперерабатывающего производства в больших количествах, обладающих повышенной термостойкостью и прочностью.

 

Предложение относится к области получения углеродного адсорбента, синтезированного путем карбонизации волокнистого прекурсора на основе композита гидролизный лигнин-полиакрилонитрил в качестве исходного материала для поглощения антропогенных отходов производства химической, деревоперерабатывающей промышленности и сельского хозяйства.

В настоящее время известны методы получения углеродных адсорбентов на основе гидролизного лигнина и его смесей с некоторыми органическими соединениями. Наиболее близким по сущности является способ получения волокнистого сорбента на основе щелочного гидролизного лигнина и полиэтиленоксида (Т.Н. Шендрик, В.В. Симонова, В.А. Кучеренко, Л.В. Пащенко, Т.В. Хабарова // Хим. тв. топлива. 2007, №1, с. 44-50).

Существенными и очевидными недостатками указанного прототипа являются следующие: отсутствие процесса карбонизации волокнообразующих композитов, полученных из смеси гидролизного лигнина; способ основан на использовании механической смеси гидролизного лигнина с синтетическими полимерами, что нарушает гомогенность реакционной массы и приводит к расслоению различных полимерных фаз по мере увеличения содержания лигнина в формовочной массе исходной смеси. Применение токсичных растворителей (разбавителей) при приготовлении исходной смеси резко ограничивает экологическую и технологическую безопасность процесса получения смесевых волокон и недопустимы в производстве биогенной продукции. Этот способ получения композитных волокон не ориентирован на производство адсорбентов в виду повышенной токсичности летучих продуктов при проведении карбонизации композитных прекурсоров. При этом процесс карбонизации по прототипу усложнен ввиду использования нагрева композиции, требующего дополнительной вытяжки (вентиляции) и дезактивации парогазовых выделений в ходе нагревания исходных материалов. Недостатки, относящиеся к упомянутому выше прототипу, связаны со следующими важнейшими прикладными направлениями: содержание в композитном волокне лигнина ограничено пределом 45%. В прототипе технологическая схема использования лигнина опирается на органические токсичные растворители, недопустимые для работы с биогенной продукцией, нацеленной на биоочистку объемных и поверхностных вод. Предлагаемый в прототипе способ формования волокон основан на использовании экстрактов сточных вод, загрязненных множественными антропогенными отходами, при очистке которых требуется усложненная многоступенчатая технология.

Технической задачей и положительным результатом заявляемого способа является получение углеродных адсорбентов путем активационной карбонизации волокнистых прекурсоров на основе гидролизного лигнина и полиакрилонитрила с высоким содержанием гидролизного лигнина в виде сополимера с полиакрилонитрилом, полученного способом «мокрого» формования из раствора диметилсульфоксида. Это позволяет получать адсорбенты на основе отходов деревоперерабатывающего производства в относительно больших количествах (до 80%), которые благодаря наличию в композите полиакрилонитрила обеспечивают получение формостойких волокон, обладающих повышенной термостойкостью и прочностью. Отсутствие вредных растворителей обеспечивают экологическую безопасность сорбентов и позволяет обеспечить 80-процентное использование, что резко повышает количество утилизируемого отхода производства. Предложенный способ утилизации лигнина относится к техническому неочищенному продукту, содержащему вредные примеси, ликвидация которых приводит к положительному техногенному эффекту, так как способ основан на использовании воды и диметилсульфоксида, пригодных для фармацевтических производств. При этом очистка лигнина осуществляется многократно в одной промывке без использования специальных приспособлений и экстрагентов. А при карбонизации волокон в качестве активатора процесса используется водяной пар.

Указанная задача и технический результат достигается в способе получения композиционного волокнистого адсорбента путем проведения активационной карбонизации композитного волокна гидролизный лигнин-полиакрилонитрил при соотношении исходных компонентов от 80:20 до 50:50 по массе. Процесс карбонизации предусматривает нагрев волокон в инертной атмосфере (азот) с постоянной скоростью 15 град·мин-1 до температуры 800°С с последующим охлаждением карбонизованных волокон до комнатной температуры в атмосфере азота со скоростью тока газа 50 см3·мин-1.

Активация композитных волокон на стадии карбонизации предусматривает комплексное воздействие высоких температур и химических агентов для обеспечения требуемой полидисперсности адсорбентов и выбора необходимого размера пор и их количества, исчисляемого величинами удельной поверхности и удельного объема поглощаемого адсорбента. Требуемые показатели достигаются путем варьирования продолжительностью и температурой нагрева композитных волокнистых прекурсоров и их активацией регулируемым количеством водяного пара, подаваемого в пиролитический реактор в процессе карбонизации волокнистого композита.

Более полно способ излагается на следующем примере.

500 мг измельченного волокна композита гидролизный лигнин-полиакрилонитрил с массовым соотношением 80:20 помещали в пиролитический кварцевый стакан со шлифом, соединенным с коммуникацией подачи азота и отводной трубкой с поглотительной системой. После продува током азота 50 см3·мин-1 при комнатной температуре около 22°С включали обогрев пиролизера со скоростью подъема температуры 15 град·мин-1. После достижения температуры 800°С образец прогревали при этой температуре в течение 0,5 час, выключали обогрев и охлаждали пиролизер до комнатной температуры, поддерживая ток азота на постоянном уровне. После остывания образец извлекали из пиролизера, определяли количество карбонизованного остатка, для которого проводили измерения адсорбционных характеристик: удельная поверхность (м2·г-1) и сорбционная емкость (см3·г-1), общий объем и распределение пор по метиленовому голубому, БЭТ, подвергали электронной микроскопии, определяли индексы термостойкости по ТГА и ДСК, прочности на разрыв, подвергали элементному анализу и ИК-спектроскопии.

Таким образом, разработанный способ позволяет получать адсорбенты на основе отходов деревообрабатывающего производства в относительно больших количествах (до 80%), которые благодаря наличию в композите полиакрилонитрила обеспечивают образование формостойких волокон, обладающих повышенной термостойкостью и прочностью. Отсутствие вредных растворителей повышает экологическую безопасность сорбентов.

Способ получения композитного волокнистого адсорбента, характеризующийся тем, что в качестве исходных компонентов берут гидролизный лигнин и полиакрилонитрил, готовят их смесь при соотношении 80:20 по массе, эту смесь помещают в пиролизер, осуществляют его продув током азота, после этого ведут прогрев смеси в пиролизере со скоростью подъема температуры 15 град·мин-1 до достижения температуры смеси 800°C, поддерживают эту температуру в течение 0,5 часа, прекращают прогрев и ведут охлаждение карбонизованных волокон до комнатной температуры в атмосфере азота со скоростью его тока 50 см3·мин-1.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области получения композиционного волокна на основе гидролизного лигнина с полиакрилонитрилом и может быть использовано для формирования прекурсорных композитных волокон в качестве исходного материала для образования углеродных волокон повышенной прочности и термостойкости.
Изобретение относится к технологии производства хитозансодержащих нитей со структурой «ядро-оболочка», в частности нитей, ядром которых является вискозная или капроновая нить, а оболочкой - покрытие из хитозана.

Изобретение относится к бумажному производству, а именно к тканевым полотнищам, используемым при производстве бумаги. .

Изобретение относится к технологии получения формованных изделий из биологически распадающихся полимеров и может быть использовано при производстве упаковочного материала или волокнистых материалов - пряжи, нетканых или текстильных изделий.
Изобретение относится к области получения композиционного волокна на основе гидролизного лигнина с полиакрилонитрилом и может быть использовано для формирования прекурсорных композитных волокон в качестве исходного материала для образования углеродных волокон повышенной прочности и термостойкости.

Изобретение относится к технологии получения термоогнестойких текстильных материалов, в частности, полученных из смеси термостойкого синтетического волокна и окисленного полиакрилонитрильного волокна, которые могут быть использованы для изготовления защитной одежды спасателей, военнослужащих, пожарных, нефтяников и газовиков, фильтровальных тканей для очистки горячих газов от токсичной пыли в металлургической, цементной и др.

Изобретение относится к области полимерных композиций с органическими наполнителями и технологиям их получения и может быть использовано для производства изделий инженерно-технического назначения в строительной и мебельной промышленности, сельскохозяйственном и автомобильном машиностроении.
Изобретение относится к области получения композиционного волокна на основе гидролизного лигнина с полиакрилонитрилом и может быть использовано для формирования прекурсорных композитных волокон в качестве исходного материала для образования углеродных волокон повышенной прочности и термостойкости.
Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано при производстве древесностружечных плит. В составе композиции для внутреннего слоя используется 10-40% стружки из отходов гниющих заготовок и 20% стружки из отходов оцилиндровки круглых лесоматериалов, а также 40-70 мас.% стружки, полученной из технологической щепы марки ПС, с применением связующего на основе низкомольной карбамидоформальдегидной смолы и эмульсии.

Изобретение относится к получению лигнина из лигноцеллюлозной биомассы, а также к снижению засорения лигнином технологического оборудования при переработке лигноцеллюлозной биомассы.

Изобретение относится к смеси привитых сополимеров для использования в качестве добавки в химических материалах, а также при освоении, эксплуатации, комплектации подземных месторождений нефти и природного газа и в случае глубоких скважин.
Изобретение относится к ацетилированнию производных торфа и может быть использовано в производстве пластических масс. .
Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано в производстве буровых реагентов. .
Наверх