Способ получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода

Изобретение относится к способу получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода и может быть для очистки атмосферы от диоксида углерода герметичных объектов, для создания контролируемой газовой среды, для очистки атмосферного воздуха в топливных элементах. Способ заключается во взаимодействии соли циркония и вещества, образующего гидроксид циркония с добавлением карбоната аммония и перекиси водорода. В качестве исходных веществ используют оксид цинка и основной карбонат циркония. В качестве связующего используют акриловый лак в количестве (5±0,5)% в расчете на сухие вещества. Полученные гранулы подвергают гидротермальной обработке. Изобретение позволяет увеличить динамическую активность поглотителя по диоксиду углерода и повысить прочность гранул поглотителя. 1 табл., 5 пр.

 

Изобретение относится к способу получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода на основе гидроксида циркония и может быть использовано в технологии получения регенерируемых поглотителей диоксида углерода для очистки атмосферы от диоксида углерода герметичных объектов, для создания контролируемой газовой среды в плодоовощехранилищах, для очистки атмосферного воздуха в топливных элементах и других областях техники, где необходимо получение газов, свободных от диоксида углерода.

Известен способ получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода на основе гидроксида циркония, основанный на взаимодействии растворов солей циркония с растворами щелочей (А.с. СССР №865381, МПК B01J 20/06, 1981 г.). Способ состоит в следующем.

Готовят растворы азотнокислого цирконила и растворы щелочи (КОН или NaOH). Крепкий 3-4 н. раствор азотнокислого цирконила вводят при перемешивании в 8-20 н. раствор щелочи. Образующийся осадок гидроксида циркония отделяют от маточного раствора, сушат при температуре 50-60°C, обрабатывают раствором щелочи, промывают водой до отрицательной реакции на анионы, сушат.

Для получения гранул порошок подвергают формованию известными способами.

Недостатком этого способа является трудоемкость изготовления, заключающаяся в большом количестве операций, и использование дорогостоящих солей циркония (например, азотнокислого цирконила).

Известен способ получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода на основе гидроксида циркония, основанный на взаимодействии соли циркония и вещества, образующего гидроксид циркония, в качестве соли циркония используют основной карбонат циркония, а в качестве вещества, образующего гидроксид циркония, используют оксиды и/или гидроксиды щелочных и щелочно-земельных металлов (Патент РФ №2316391, МПК B01J 20/06, 2008 г.).

Оксидами и/или гидроксидами щелочных и щелочно-земельных металлов могут быть оксид магния (MgO,), оксид кальция (СаО), гидроксид лития (LiOH), гидроксид магния (Mg(OH)2), гидроксид кальция (Са(ОН)2), гидроксид бария (Ва(ОН)2).

Способ заключается во взаимодействии в твердой фазе порошков основного карбоната циркония и одного из следующих веществ: оксида или гидроксида магния, оксида или гидроксида кальция, гидроксида бария, гидроксида лития при мольном соотношении металла к цирконию от 1:0,5 до 1:2,0. Смешение осуществляют в любом пригодном для смешения порошкообразных материалов устройстве, например, в двухлопастном смесителе, в течение 1,0-1,5 часов.

В процессе смешения компоненты взаимодействуют друг с другом с образованием твердой фазы гидроксида циркония.

Полученный продукт смешивают с обычным связующим, например, поливиниловым спиртом или поливинилацетатной эмульсией, в количестве 1-3% в расчете на сухие вещества.

Затем осуществляют формование гранул любым известным способом (шнекование, таблетирование, закатка), полученные гранулы рассеивают и подвергают сушке при температуре 20-110°C.

Недостатком этого способа является низкая динамическая активность получаемого регенерируемого поглотителя по диоксиду углерода.

Известен способ получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода на основе гидроксида циркония, основанный на взаимодействии соли циркония и вещества, образующего гидроксид циркония, в качестве соли циркония используют основной карбонат циркония, а в качестве вещества, образующего гидроксид циркония, используют оксид и/или гидроксид цинка (Патент РФ №2359751, МПК B01J 20/06, 2009 г.).

Способ состоит в следующем.

Смешивают порошок основного карбоната циркония и порошок оксида или гидроксида цинка при мольном соотношении элементов цинка к цирконию от 1:0,33 до 1:2,5, предпочтительно от 1:1,0 до 1:2,0. Смешение осуществляют в любом пригодном для смешения порошкообразных материалов устройстве, например, в двухлопастном смесителе, в течение 1,0-1,5 часов.

В процессе смешения компоненты взаимодействуют друг с другом с образованием твердой фазы гидроксида циркония.

Для получения гранул порошок подвергают формованию с поливиниловым спиртом или поливинилацетатной эмульсией известными способами. Полученные гранулы сушат при температуре 20-110°C.

Недостатком этого способа является низкая динамическая активность получаемого регенерируемого поглотителя по диоксиду углерода.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к описываемому изобретению является способ получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода на основе гидроксида циркония путем смешения и взаимодействия основного карбоната циркония и оксида цинка, добавления связующего с последующим формованием и сушкой (Решение о выдаче патента на изобретение Федеральной службой по интеллектуальной собственности (Роспатент) Заявка №2014137281 от 28.10.2015 г.).

Способ заключается во взаимодействии основного карбоната циркония и оксида цинка, причем перед взаимодействием основного карбоната циркония и оксида цинка в систему вводят карбонат аммония при мольном соотношение ионов циркония к карбонату аммония равном 1:(0,2-1,0), затем добавляют раствор перекиси водорода и ведут процесс в коллоидном состоянии, при этом мольное соотношение ионов циркония к перекиси водорода составляет 1:(0,2-0,8), а в качестве связующего используют смесь поливинилового спирта с акриловым лаком в массовом соотношении 1:1 в количестве 5±0,5% мас. в расчете на сухие вещества.

Недостатком этого способа является невысокая динамическая активность получаемого регенерируемого поглотителя по диоксиду углерода. При этом в процессе эксплуатации было выявлено частичное разрушение гранул с образованием пыли, которая оказывает негативное влияние на органы дыхания, что говорит о недостаточной прочности гранул поглотителя.

Задачей изобретения является получение поглотителя диоксида углерода, обеспечивающего улучшение эксплуатационных характеристик поглотителя.

Техническим результатом изобретения является повышение динамической активности поглотителя по диоксиду углерода и увеличение прочности гранул поглотителя.

Технический результат достигается способом получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода на основе гидроксида циркония, путем смешения и взаимодействия основного карбоната циркония и оксида цинка, добавления связующего с последующим формованием, сушкой и гидротермальной обработкой, причем перед взаимодействием основного карбоната циркония и оксида цинка в систему вводят карбонат аммония, при мольном соотношение ионов циркония к карбонату аммония равном 1:0,2, затем добавляют раствор перекиси водорода, при этом мольное соотношение ионов циркония к перекиси водорода составляет 1:0,65, в качестве связующего используют акриловый лак в количестве 5±0,5% мас. в расчете на сухие вещества, гидротермальную обработку проводят при 110 - 190°C в течение 20 часов.

Гидротермальная обработка при умеренных температурах нагрева гранулированного продукта приводит к обезвоживанию, упорядочиванию структуры и кристаллизации аморфных структур. Гранулы равномерно сжимаются с образованием высокой плотности упаковки практически без разрыва скелета геля из-за отсутствия сил капиллярного сжатия. Также во время гидротермальной обработки происходит окончательная полимеризация акрилового лака, что приводит к увеличению механической прочности гранул.

Нижний предел гидротермальной обработки 110°C обусловлен тем, что процессы химически связанной воды из глобул и упорядочивание их структуры начинаются при 90-100°C, а становятся заметными при указанной выше температуре.

При гидротермальной обработке свыше 190°C происходит деструкция ZrO(OH)2 и образование ZrO2, в результате чего снижается динамическая активность.

Время гидротермальной обработки не менее 20 часов необходимо для завершения процесса упорядочивания структуры.

Использование связующего в количестве 5±0,5% мас. в расчете на сухие вещества обеспечивает механическую прочность гранул поглотителя.

Использование в качестве связующего вещества акрилового лака позволяет повысить механическую прочность формованного продукта. Данный результат достигается за счет того, что акриловый лак обладает большей степенью полимеризации по сравнению с поливиниловым спиртом.

Способ осуществляется следующим образом.

Смешивают порошок основного карбоната циркония с карбонатом аммония, при постоянном перемешивании добавляют оксид цинка. Смешение осуществляется в любом пригодном аппарате для смешения сыпучих материалов с повышенной связностью частиц, в смесителе с z-образными лопастями, в течение 30-60 минут.

Затем, не прекращая перемешивания, приливают 50% перекись водорода. Смешение продолжают еще в течение 15±5 минут до образования пасты. Полученную пасту сушат при температуре 80±5°C.

В процессе смешения основной карбонат циркония и оксид цинка взаимодействуют друг с другом с образованием гидроксида циркония и карбоната цинка. Гидроксид циркония является целевым продуктом реакции и активным веществом по отношению к адсорбции диоксида углерода. Образующийся карбонат цинка является высокодисперсным, нерастворимым в воде веществом, который оказывает структурирующее действие и улучшает кинетические характеристики поглотителя и повышает стабильность работы поглотителя в циклических условиях. Побочные летучие продукты в виде карбоната аммония, перекиси водорода и образовавшихся перкарбонатов удаляются в процессе сушки при 80±5°C.

Полученный продукт смешивают со связующим. В качестве связующего используют акриловый лак марки «Акратам AS 04.1», или любой другой с аналогичными вяжущими свойствами в количестве 5±0,5% мас., в расчете на сухие вещества.

Затем осуществляют формование гранул любым известным способом (например, таблетированием), полученные гранулы рассеивают и подвергают сушке при температуре 20-60°C.

Затем просушенные гранулы загружают в автоклав и выдерживают над слоем дистиллированной воды в течении 20 часов при 110-190°C.

Дополнительные Примеры, представленные ниже, осуществлены с целью исследования оптимальных условий проведения гидротермальной обработки.

Пример 1

300 г основного карбоната циркония с влажностью 28 моль/кг, содержащего 1,07 моль циркония (Zr), смешивают с 21,1 г карбоната аммония, содержащего 0,22 моль (NH4)2CO3 (мольное соотношение Zr/(NH4)2CO3=1/0,2), тщательно перемешивают, добавляют 40 г оксида цинка, содержащего 0,49 моля ZnO (мольное соотношение Zr/Zn=1/0,46), перемешивают в течение 40 минут, добавляют 38 мл перекиси водорода (H2O2), содержащую 0,65 моль H2O2 (мольное соотношение Zr/H2O2=1/0,65), перемешивают 15 минут, сушат полученную гелеобразную смесь при температуре 80°C в течение 5 часов, затем в поглотитель добавляют 50 г связующего (5,0% в расчете на сухие вещества), в качестве которого используют акриловый лак марки «Акратам AS 04.1», перемешивают и формуют гранулы путем продавливания через фильеры диаметром 2 мм, гранулы сушат при температуре 25°C, рассеивают на ситах. Просушенные гранулы загружают в автоклав и выдерживают над слоем дистиллированной воды в количестве 150 мл при 110°C в течении 20 часов. Полученный продукт представляет собой гранулы фракцией 1,5-2,0 мм и насыпной плотностью 1,01 г/см3.

Пример 2

Все как по примеру 1, за исключением того, чту гидротермальную обработку гранулированного продукта ведут при 130°C. Полученный продукт представляет собой гранулы фракцией 1,5-2,0 мм и насыпной плотностью 1,02 г/см3.

Пример 3

Все как по примеру 1, за исключением того, чту гидротермальную обработку гранулированного продукта ведут при 150°C. Полученный продукт представляет собой гранулы фракцией 1,5-2,0 мм и насыпной плотностью 0,98 г/см3.

Пример 4

Все как по примеру 1, за исключением того, чту гидротермальную обработку гранулированного продукта ведут при 170°C. Полученный продукт представляет собой гранулы фракцией 1,5-2,0 мм и насыпной плотностью 0,93 г/см3.

Пример 5

Все как по примеру 1, за исключением того, чту гидротермальную обработку гранулированного продукта ведут при 190°C. Полученный продукт представляет собой гранулы фракцией 1,5-2,0 мм и насыпной плотностью 0,92 г/см3.

Испытания полученного заявляемым способом регенерируемого поглотителя диоксида углерода проводили на установке, имитирующей условия работы поглотителя для очистки воздуха герметичного объекта, регенерация поглотителя осуществлялась продувкой водяным паром.

Условия проведения испытаний:

- объем навески поглотителя 150 см3;

- расход воздуха через слой поглотителя (16±1) л/мин;

- объемная доля диоксида углерода в газовоздушной среде (0,35±0,05)%;

- температура газовоздушной среды (20-65)°C;

- относительная влажность воздуха (30-80)%.

Испытания проводились в циклах сорбция-десорбция.

Динамическая активность полученного поглотителя представлена средняя за 5 циклов и рассчитана по формуле:

,

где аср - средняя динамическая активность поглотителя по CO2, л/л;

a 1 - динамическая активность поглотителя по CO2 за первый цикл, л/л;

a 2 - динамическая активность поглотителя по CO2 за второй цикл, л/л;

a 3 - динамическая активность поглотителя по CO2 за третий цикл, л/л;

a 4 - динамическая активность поглотителя по СО2 за четвертый цикл, л/л;

a 5 - динамическая активность поглотителя по CO2 за пятый цикл, л/л.

Механическая прочность гранул поглотителя определялась обычным методом на раздавливание (г/гранулу).

Для проведения сравнительных испытаний, был изготовлен регенерируемый поглотитель диоксида углерода по способу, описанному в примере 1 заявки с решением о выдаче патента на изобретение Федеральной службой по интеллектуальной собственности (Роспатент) №2014137281 от 28.10.2015 г.

Результаты испытаний поглотителя представлены в таблице.

Как видно из представленных данных, изобретение позволяет увеличить динамическую активность поглотителя на основе гидроксида циркония по диоксиду углерода по сравнению с прототипом, а также, за счет смены связующего, повысить прочность гранул поглотителя.

Способ получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода на основе гидроксида циркония, заключающийся в смешении и взаимодействии основного карбоната циркония и оксида цинка, добавлении связующего с последующим формованием и сушкой, причем перед взаимодействием основного карбоната циркония и оксида цинка в систему вводят карбонат аммония, при мольном соотношение ионов циркония к карбонату аммония равном 1:0,2, затем добавляют раствор перекиси водорода, при этом мольное соотношение ионов циркония к перекиси водорода составляет 1:0,65, отличающийся тем, что после сушки гранулы подвергают гидротермальной обработке при 110-190°C в течение 20 часов, а в качестве связующего используют акриловый лак в количестве 5±0,5 % мас. в расчете на сухие вещества.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к способу получения гидрогелей, которые могут использоваться в качестве сорбентов для связывания катионов металлов, в частности в процессах утилизации жидких радиоактивных отходов.

Изобретение относится к сорбентам для поглощения нефти. Предложен сорбент-активатор, представляющий собой наноструктурированный углерод-кремнеземный композит, полученный из смеси шунгита с рисовой шелухой при их массовом соотношении в смеси на 6 частей шунгита 1-24 части рисовой шелухи.

Изобретение относится к области получения неорганических сорбентов для очистки вод от мышьяка. Гидроксид магния смешивают с гидратированным хлоридом железа в мольном отношении магния к железу от 1,5 до 6,0.

Группа изобретений относится к сорбентам для восстановления нефтезагрязненных земель, ликвидации аварийных разливов нефти, утилизации отходов бурения. Предложен сорбент-активатор аборигенных почвенных нефтеокисляющих микроорганизмов, представляющий собой наноструктурированный углерод-кремнеземный композит.
Изобретение относится к области очистки воды от катионов металлов. Предложены гуминовые вещества, выделенные из черноольхового низинного торфа, имеющие молекулярную массу 98 кДа, общую кислотность 3,2 ммоль/г, содержание карбоксильных групп 0,3 ммоль/г, содержание фенольных групп 2,9 ммоль/г.

Изобретение относится к способам получения химического поглотителя диоксида углерода, используемого в индивидуальных дыхательных аппаратах. Способ получения химического поглотителя диоксида углерода заключается в приготовлении суспензии гидроксидов щелочных и/или щелочноземельных металлов путем растворения в воде гидроксидов щелочных металлов с последующим добавлением гидроксидов щелочных и/или щелочноземельных металлов.
Изобретение относится к получению сорбентов для извлечения ионов металлов из водных сред. Предложен способ получения сорбента рутения, заключающийся в осуществлении процесса сорбции сульфид-ионов на гранулированном макропористом анионите с последующей конденсацией сорбированных сульфид-ионов с формальдегидом.

Изобретение относится к технологии получения полимерных сорбентов, используемых для локализации, ликвидации, сбора и очистки загрязненной среды от нефти и нефтепродуктов.

Изобретение относится к получению углеродных сорбентов. Способ получения углеродного сорбента включает измельчение угля до фракции 5-10 мм, обработку 20% раствором негашеной извести в уксусной кислоте, термообработку при температуре 380-420°C с выдержкой в течение 15-20 минут и охлаждение.
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.

Изобретение относится к очистке природных и сточных вод и может быть использовано на водозаборах, промышленных предприятиях и в индивидуальных системах очистки питьевой воды.

Изобретение относится к области получения неорганических сорбентов для очистки вод от мышьяка. Гидроксид магния смешивают с гидратированным хлоридом железа в мольном отношении магния к железу от 1,5 до 6,0.

Изобретение относится к области сорбционной очистки вод от мышьяка. Предложен сорбент, содержащий оксогидроксид железа на носителе, состоящем из смеси газобетона и гематита.

Изобретение относится к разработке состава сорбента, используемого для сорбции соединений хрома(VI). Сорбент для очистки сточных вод от соединений хрома(VI) представляет собой смесь оксидов церия(IV) и олова(IV).

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к сорбционным материалам для удаления соединений тяжелых металлов и мышьяка из вод. Способ получения сорбента включает пропитку пористого носителя водным раствором соединений железа при перемешивании, добавление раствора щелочи или концентрированного аммиака, промывку и сушку сорбента при 120-150°С.

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 получению сорбента, применяемого для тонкой очистки технологических и отходящих газов. Способ получения включает смешение в ультразвуковом устройстве гидроксида алюминия, негашеной извести и основного карбоната цинка в молярном соотношении Al2O3:CaO:ZnO=1:(0,5÷2):(0,5÷2), пластификацию смеси водой, формование гранул и сушку при температуре 110÷120°С.
Изобретение относится к материалам, предназначенным для осуществления адсорбционных процессов, в частности к адсорбентам для улавливания, концентрирования и хранения диоксида углерода Адсорбент изготовлен на основе мезопористой металлорганической каркасной структуры, выбранной из структур IRMOF-3, MOF-177, HKUST-1 (MOF-199), ZIF-8, MIL-100, MOF-200, MOF-210, MIL-101 или MIL-53.
Изобретение относится к материалам, предназначенным для осуществления адсорбционных процессов, в частности к адсорбентам для улавливания, концентрирования и хранения диоксида углерода (CO2) в составе отходящих газов теплоэнергетических установок, химических и металлургических производств, в биогазе.

Изобретение относится к способу получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода на основе гидроксида циркония и может быть использовано в технологии получения регенерируемых поглотителей диоксида углерода.

Изобретение относится к области получения сорбентов, обладающих магнитными свойствами. Способ получения магнитного композиционного сорбента включает осаждение на поверхность древесного волокна, являющегося отходом производства МДФ плит, частиц магнетита. Процесс осаждения осуществляют аммиачной водой из раствора, содержащего смесь хлоридов трехвалентного и двухвалентного железа, под воздействием ультразвуковых колебаний с частотой 35 кГц при температуре 25±5°С. Массовое соотношение отходов древесного волокна, FeCl3 и FeCl2 составляет 10:2,23:0,99. Полученный продукт промывают водой и сушат в вакууме при 110°С. Изобретение позволяет получить эффективный сорбент для совместного извлечения из сточных вод ионов тяжелых металлов и нефтепродуктов. 2 ил.

Изобретение относится к способу получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода и может быть для очистки атмосферы от диоксида углерода герметичных объектов, для создания контролируемой газовой среды, для очистки атмосферного воздуха в топливных элементах. Способ заключается во взаимодействии соли циркония и вещества, образующего гидроксид циркония с добавлением карбоната аммония и перекиси водорода. В качестве исходных веществ используют оксид цинка и основной карбонат циркония. В качестве связующего используют акриловый лак в количестве в расчете на сухие вещества. Полученные гранулы подвергают гидротермальной обработке. Изобретение позволяет увеличить динамическую активность поглотителя по диоксиду углерода и повысить прочность гранул поглотителя. 1 табл., 5 пр.

Наверх