Способ получения дробленого активного угля

Авторы патента:

Со Вин Мьинт (RU)

Мухин Виктор Михайлович (RU)

Клушин Виталий Николаевич (RU)

Си Тху Аунг (RU)

Нистратов Алексей Викторович (RU)

C01B31/08 - активированный уголь

Владельцы патента RU 2605967:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева (ФГБОУ ВО РХТУ им. Д.И. Менделеева) (RU)

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.

Известен способ получения активного угля из скорлупы кокосового ореха и плодов масличной пальмы путем карбонизации в вакууме при остаточном давлении менее 1,0 мм рт.ст., последующей активации и рассеивания (см. заявку Великобритании №20868667, опубликованную 19.05.1982, кл. C01B 31/08).

Недостатками известного способа являются значительная сложность аппаратуры и технологического процесса, низкий выход готового продукта и узкий спектр пористой структуры получаемых активных углей.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения дробленого активного угля из скорлупы кокосового ореха, включающий термообработку, активацию и рассев, причем на термообработку подают карбонизованную скорлупу кокосового ореха и осуществляют ее путем подъема температуры до 700-750°C со скоростью 16-30°C/мин, а активацию проводят смесью водяного пара и углекислого газа при их объемном соотношении, равном (2,2-3,0):1 (патент РФ №2222493, опубликованный 27.01.2004, кл. C01B 31/08).

Недостатком прототипа является низкая адсорбционная способность получаемого активного угля при очистке питьевой воды от хлороформа и хлорфенолов.

Техническим результатом (целью) изобретения является повышение адсорбционной способности получаемого активного угля по хлороформу и хлорфенолам.

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим карбонизацию, дробление карбонизата, рассев его зерен, их активацию водяным паром и охлаждение, причем карбонизацию осуществляют при скорости подъема температуры 3-8°C/мин до конечной температуры 450-550°C, а активацию проводят при температуре 820-850°C до обгара 30-45% масс.

Отличие предлагаемого способа от известного состоит в том, что карбонизацию осуществляют при скорости подъема температуры 3-8°C/мин до конечной температуры 450-550°C, а активацию проводят при температуре 820-850°C до обгара 30-45% масс.

Из патентной и научно-технической литературы авторам не известен способ получения активного угля из скорлупы кокоса, в котором карбонизацию осуществляют при скорости подъема температуры 3-8°C/мин до конечной температуры 450-550°C, а активацию проводят при температуре 820-850°C до обгара 30-45% масс.

Суть предлагаемого способа состоит в следующем.

При очистке питьевой воды по технологии озоносорбции на финишной стадии необходимо удалять остаточные микропримеси органических соединений, наиболее токсичными из которых являются хлороформ (CHCl₃) и хлорфенолы (НОС₆Н_5-nCl_n, n=1-5).

Сравнительно крупные молекулы хлорорганических соединений хорошо поглощаются микропорами с размером 0,8-1,2 нм. С другой стороны, для обеспечения высокой адсорбционной активности необходимо развить достаточный объем тонких пор с такими размерами за счет регулирования обгара на стадии активации. Подбор режимов для получения углей с такой структурой для эффективного поглощения хлороформа и хлорфенолов может быть произведен только экспериментально.

Способ осуществляют следующим образом.

Фрагменты скорлупы кокосового ореха различных размеров подсушивают при температуре 100-120°C и загружают в ретортную печь карбонизации. Карбонизацию проводят без доступа воздуха при скорости подъема температуры 3-8°C/мин до температуры 450-550°C с выдержкой при конечной температуре 20-25 мин. Затем реторту охлаждают, выгружают карбонизат, подвергают его дроблению в валковой дробилке и рассеву с выделением фракции 1-3 мм. Полученную фракцию загружают в ретортную печь активации, куда подают водяной пар с расходом, равным 6-8 кг на 1 кг выгружаемого активного угля, и поднимают температуру в ретортной печи до 820-850°C. Процесс ведут до достижения обгара 30-40% масс. По завершении процесса реторту охлаждают до комнатной температуры, выгружают готовый продукт и производят измерение его адсорбционной активности, которую фиксируют по эффективности удаления из воды названных загрязняющих веществ (хлороформа и хлорфенолов).

Методика определения была следующей.

В колбу заливали 1 л воды с содержанием 5 мг/л хлороформа (или хлорфенолов) и вносили в нее 5 г полученного активного угля. Время контакта фаз при периодическом взбалтывании водно-угольной суспензии составляло 30 мин. По завершении процесса фазы разделяли на стеклянном фильтре Шотта и определяли остаточную концентрацию в фильтратах хлороформа (или хлорфенолов) методом газовой хроматографии с использованием модернизированного прибора «Цвет 100M». Аналогично контролировали и содержания хлороформа и хлорфенолов в их приготовленных модельных растворах в воде.

Адсорбционную активность A полученных активных углей, выраженную в процентах через степень извлечения загрязняющих веществ (ЗВ) из их водных растворов, вычисляли по формуле

A=[(С_исх-С_ост):С_исх]⋅100,

где С_исх и С_ост - соответственно исходная и остаточная концентрации ЗВ.

Полученные по предлагаемому способу активные угли в названных выше условиях контакта фаз снижали содержание в воде хлороформа с 5 до 0,02-0,04 мг/л, а хлорфенолов - с 5 до 0,08-0,12 мг/л, то есть обеспечивали эффективность очистки 99,2-99,6% по хлороформу и 97,6-98,4% по хлорфенолам.

Следующие примеры поясняют суть изобретения.

Пример 1.

Берут 1 кг фрагментов скорлупы кокосового ореха и подсушивают их при температуре 100-120°C в течение двух часов. Подсушенную скорлупу загружают в ретортную печь карбонизации, которую осуществляют при скорости подъема температуры 3°C/мин до конечной температуры 450°C, при которой материал выдерживают 20-25 мин. После этого нагрев печи прекращают, остывший карбонизат выгружают, дробят в валковой дробилке и высевают фракцию зерен 1-3 мм. Выделенную фракцию загружают в ретортную печь активации, которую проводят водяным паром с расходом 6-8 кг на 1 кг получаемого активного угля, нагревая печь до 820°C, до обгара 30% масс.

Испытания полученного активного угля показали, что остаточная концентрация хлороформа в колбе с его водным раствором составила 0,04 мг/л, а хлорфенолов в другой колбе - 0,12 мг/л. Таким образом, эффективность очистки по хлороформу составила 99,2%, а по хлорфенолам - 97,6%.

Пример 2.

Осуществление процесса как в примере 1, за исключением того, что карбонизацию осуществляют при скорости подъема температуры 8°C/мин до конечной температуры 550°C, а активацию проводят, нагревая печь до 850°C, с обеспечением обгара 45% масс.

Испытания полученного активного угля показали, что остаточная концентрация хлороформа в колбе с его водным раствором составила 0,03 мг/л, а хлорфенолов в другой колбе - 0,10 мг/л. Таким образом, эффективность очистки по хлороформу составила 99,4%, а по хлорфенолам - 98,0%.

Пример 3.

Осуществление процесса как в примере 1, за исключением того, что карбонизацию осуществляют при скорости подъема температуры 5°C/мин до конечной температуры 500°C, а активацию проводят, нагревая печь до 835°C, до обгара 38% масс.

Испытания полученного активного угля показали, что остаточная концентрация хлороформа в колбе с его водным раствором составила 0,02 мг/л, а хлорфенолов в другой колбе - 0,08 мг/л. Таким образом, эффективность очистки по хлороформу составила 99,6%, а по хлорфенолам - 98,4%.

Исследования показали, что активный уголь из скорлупы кокосового ореха, полученный по прототипу (патент РФ №2222496), в аналогичных условиях контакта фаз обеспечивает остаточное содержание хлороформа 0,10 мг/л, а хлорфенолов - 0,22 мг/л, то есть его эффективность при очистке воды от этих загрязняющих веществ составляет 98,0 и 95,6% для хлороформа и хлорфенолов соответственно, что в среднем в 3,3 раза в случае хлороформа и в 2,2 раза в случае хлорфенолов хуже согласно величинам их остаточных концентраций, чем при использовании активного угля, полученного по предлагаемому способу.

Эксперименты показали, что, если скорость подъема температуры на стадии карбонизации меньше 3°C/мин, происходит сильное уплотнение карбонизата, что резко увеличивает время активации, а при скорости подъема температуры выше 8°C/мин возрастает доля макропор, которые являются балластными, что снижает эффективность очистки.

Если конечная температура карбонизации ниже 450°C, в карбонизате остается много (до 15% масс.) летучих веществ, что также приводит к преимущественному развитию транспортных пор при активации. Если же конечная температура карбонизации превосходит 550°C, имеет место графитизация кристаллитов, что не позволяет развиваться микропорам. В обоих случаях понижается адсорбционная способность получаемого активного угля.

Эксперименты показали, что при температуре активации ниже 820°C формируется структура тонких (менее 0,8 нм) микропор, неблагоприятная для адсорбции хлороформа и хлорфенолов, а при температуре активации выше 850°C происходит преимущественное развитие мезопор, имеющих низкий адсорбционный потенциал. Таким образом, в обоих случаях адсорбционная способность получаемого активного угля падает.

Обгар ниже 30% масс. приводит к формированию малого объема эффективных микропор (0,8-1,2 нм) в единице объема активного угля, что снижает массовую долю поглощаемых хлороформа и хлорфенолов, а при обгаре свыше 45% резко падает прочность получаемого активного угля.

Таким образом, из изложенного выше следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технологического решения.

Способ получения дробленого активного угля из скорлупы кокосового ореха, включающий карбонизацию, дробление карбонизата, рассев зерен, их активацию водяным паром и охлаждение, отличающийся тем, что карбонизацию осуществляют без доступа воздуха при скорости подъема температуры 3-8°С/мин до конечной температуры 450-550°С с выдержкой при конечной температуре 20-25 мин, а активизацию проводят при температуре 820-850°С до обгара 30-45% масс.

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.

Пористый уголь и способы его получения // 2602116

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

Способ получения активного угля из соломы зерновых культур // 2596252

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

Установка для производства древесного угля // 2582696

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).

Способ получения активного угля // 2582132

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.

Способ получения углеродного молекулярного сита // 2578147

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

Способ получения активированного угля // 2575654

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%.

Способ утилизации кислых регенератов водообессоливающих ионообменных установок // 2574465

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

Способ получения порошкового сорбента // 2572144

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

Способ получения активного угля // 2565202

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%.

Способ получения активного угля из растительного сырья // 2609802

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.

Способ получения углеродного сорбента // 2616679

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.

Способ регенерации отработанного активного угля // 2618014

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.

Способ получения мезопористого углерода // 2620404

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.

Способ получения активного угля из соломы // 2621785

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.

Способ получения активированного модифицированного угля // 2622660

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.

Способ реактивации отработанного активного угля // 2626361

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.

Способ получения активного углеродного материала // 2630814

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.

Способ получения активного углеродного материала // 2630816

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.

Система и способ очистки сточных вод с использованием порошкового активированного угля // 2636497

Изобретение относится к технологии защиты окружающей среды и может быть использовано для очистки сточных вод с использованием порошкового активированного угля. Система для очистки сточных вод с использованием порошкового активированного угля содержит устройство для добавления активированного угля, устройство для смешивания и обработки, устройство для разделения воды и активированного угля, устройство для обратной промывки, систему управления и модуль питания. Способ очистки сточных вод с использованием порошкового активированного угля включает равномерное смешивание порошкового активированного угля и сточной воды и их транспортирование с помощью питающего насоса (306) в устройство для разделения активированного угля и воды. С помощью датчика (404) давления определяют разность давлений между давлением впуска воды и давлением выпуска воды в устройстве для разделения активированного угля и воды. Приводят в действие устройство для обратной промывки для осуществления обратной промывки полой микропористой фильтровальной трубы (302) устройства для разделения активированного угля и воды. Устройство для обратной промывки отключают и включают электромагнитный клапан (304) для выпуска суспензии активированного угля, дегидратации, сушки и активирования суспензии активированного угля. Отделенный порошковый активированный уголь собирают и направляют на рециркуляцию. Изобретение позволяет обеспечить высокоэффективную очистку сточных вод с использованием порошкового активированного угля и упростить регенерацию порошкового активированного угля. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.