Способ получения гидрофобных материалов

Изобретение относится к способам получения материалов с гидрофобными свойствами и может быть использовано в производстве строительных материалов и для получения гидрофобных сорбентов на основе природных алюмосиликатов для очистки жидких сред. Способ предусматривает термообработку исходного материала с удалением влаги и гидрофобизацию в газовой фазе углеводородных соединений, проводимые последовательно в одном автоклаве. Термообработку производят при температуре 450-550°С в течение 2-4 ч. После снижения температуры до 150-200°С автоклав герметизируют и вакуумируют до 90-98 кПа. Гидрофобизацию осуществляют при отрицательном давлении и температуре 450-550°С в течение 20-30 мин, при этом в качестве углеводородного гидрофобизатора преимущественно используют мазут флотский марки М 100. Технический результат - повышение качества обработки материала за счет увеличения степени объемной гидрофобизации, упрощение способа и повышение его безопасности за счет проведения обезвоживания и гидрофобизации в одном автоклаве и без создания избыточного давления. 2 пр.

 

Изобретение относится к способам получения материалов с гидрофобными свойствами, преимущественно пористых алюмосиликатов, и может быть использовано для получения гидрофобных сорбентов, предназначенных для очистки жидких сред и водных объектов, а также в производстве строительных материалов.

Известен обширный ряд способов получения искусственно гидрофобизированных материалов, в том числе материалов природного происхождения. Тем не менее, с учетом возрастающей потребности в таких материалах, на текущий момент актуальной является разработка новых более совершенных технологий, лишенных прежних недостатков.

Известен способ получения сорбентов для жидких углеводородов (RU 2340393, опубл. 2008.10.02), включающий гранулирование и обработку исходного материала на основе алюмосиликатов в рабочей камере путем пропитки гидрофобизатором в виброкипящем слое, при этом материал активируют наложением электромагнитного и акустического полей, после чего сушат потоком газа. Недостатком известного способа является необходимость использования целого комплекса дорогостоящего оборудования, что удорожает осуществление способа и увеличивает цену производимой продукции.

Известен способ гидрофобизации поверхности полидисперсных материалов (RU 975671, опубл. 1982.23.11), предусматривающий термообработку материала в закрученном потоке теплоносителя в вихревой камере с последующим пропусканием нагретого материала через закрученный поток гидрофобизирующего газа. В закрученном газовом потоке эффективно обрабатываются только легкие и сыпучие материалы, при обработке более тяжелых материалов крупных фракций структура закрученного потока будет разрушаться и качество обработки ухудшится. Кроме того, для формирования закрученных потоков теплоносителя и гидрофобизирующего газа необходимо применение достаточно сложной и энергоемкой вихревой камеры циклонного типа, а также горелочных или форсуночных устройств.

Известен способ получения сорбентов для очистки воды от органических примесей (SU 1606182, опубл. 1990.15.11), включающий предварительную сушку материала в потоке теплоносителя, его обезгаживание и последующую гидрофобизацию при помощи подаваемого в камеру газифицированного углеводородного вещества, с последующим охлаждением обрабатываемого материала ниже температуры конденсации гидрофобизатора. Недостатком известного способа является необходимость применения дополнительного оборудования для генерации теплоносителя и получения гидрофобизирующего газа, что усложняет и удорожает осуществление способа.

Известен способ получения углеродсодержащих сорбентов на основе слоистых алюмосиликатов для очистки вод от многокомпонентных загрязнений (RU 2337751, опубл. 2006.07.08), который предусматривает обжиг вермикулита при температуре 500-700°С в струе раскаленных газов, образующихся при сгорании топлива в факеле форсунки, с одновременной обработкой углеводородами нефтяного происхождения, подаваемым с помощью сжатого воздуха в зону обжига. Недостатком известного способа является необходимость применения форсунки и использования компрессора для получения сжатого воздуха. Кроме того, способ позволяет обрабатывать только легкие сыпучие материалы типа вермикулита.

Известен также способ гидрофобизации пористых материалов (SU 1539191, опубл. 1990.30.01), предусматривающий обезвоживание обрабатываемых материалов нагревом при температуре 150-300°С, их последующую загрузку в автоклав и обработку углеводородными соединениями в газовой фазе. Основным недостатком известного способа является невысокая степень объемной гидрофобизации, поскольку обезвоживание при температуре 150-300°С является недостаточным для удаления влаги физико-химической связи (адсорбционной и осмотической), которая препятствует адсорбции гидрофобизатора. Сконденсировавшийся на поверхности обрабатываемого материала гидрофобизатор закупоривает мелкие поры и капилляры, что снижает качество обработки по всему объему материала и соответственно ухудшает его гидрофобные свойства. Кроме того, обезвоживание материала и операция его гидрофобизации, проводимые последовательно в двух различных устройствах, усложняют способ и его аппаратурное оформление. Использование избыточного давления требует соблюдения мер повышенной безопасности и контроля давления, что связано необходимостью установки подрывного клапана и соответственно с усложнением аппаратурного оформления способа.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения гидрофобно-модифицированных сорбентов, описанный в статье Юдакова А.А., Ксеник Т.В., Перфильева А.В., Молчанова В.П. Гидрофобно-модифицированные сорбенты для очистки нефтесодержащих вод. Вестник ДВО РАН. 2009 №2, с. 59-63. Известный способ предусматривает последовательное обезвоживание исходного алюмосиликатного сырья путем его термообработки в рабочей камере специально разработанного устройства при 450°С до полного удаления связанной влаги, вакуумирование герметизированного устройства и последующую гидрофобизацию обезвоженного алюмосиликатного сырья при температуре 450°С в той же рабочей камере углеводородами нефтяного происхождения в газовой фазе.

Известный способ не обеспечивает достаточно высокого качества гидрофобизации пористого материала по всему объему, что обусловлено следующими причинами.

Продолжительность термообработки (сушки) при 450°С в известном способе является недостаточной для удаления адсорбционной и осмотической влаги, препятствующей адсорбции гидрофобизатора на внутренней поверхности открытых пор обрабатываемого материала.

Подача гидрофобизатора в рабочий объем непосредственно после операции обезвоживания, без снижения температуры, приводит к тому, что перешедший в газовую фазу гидрофобизатор предпочтительно конденсируется на более холодных стенках рабочей камеры, а затем, по мере остывания рабочей камеры, на поверхности материала, при этом закупоривает мелкие поры и капилляры и не проникает в достаточной мере в капилляры и мезопоры обрабатываемого материала, что также снижает качество объемной гидрофобизации и ухудшает гидрофобные свойства обрабатываемого материала.

Подогрев с помощью теплоносителя приводит к тому, что поступающие в рабочий объем продукты его сгорания, которые содержат в большом количестве пары воды, препятствуют качественной сушке сырья и формированию качественной гидрофобной пленки. Формированию гидрофобной пленки вдобавок мешает сажа, образующаяся в случае неполного сгорания теплоносителя и оседающая на поверхности обрабатываемого материала, в то время как в предлагаемом способе использован электроподогрев, лишенный указанного недостатка.

В известном способе при подаче гидрофобизатора в рабочую камеру используемого устройства в ней возникает избыточное давление, для контроля которого необходимы повышенные меры безопасности, в частности, установка подрывного клапана, что связано с дополнительным усложнением известного способа и его аппаратурного оформления.

Задачей изобретения является разработка эффективного и одновременно простого и безопасного, способа получения гидрофобных алюмосиликатных материалов.

Технический результат изобретения заключается в повышении качества обработки материала за счет увеличения степени объемной гидрофобизации при одновременном упрощении способа и повышении его безопасности.

Указанный технический результат достигают способом получения гидрофобного материала, включающим обезвоживание пористого алюмосиликата путем прокаливания в рабочей камере автоклава до полного удаления связанной воды, герметизацию и вакуумирование рабочей камеры автоклава, гидрофобизацию обезвоженного материала в упомянутой камере углеводородами нефтяного происхождения в газовой фазе, в котором, в отличие от известного, прокаливание проводят при 450-500°С в течение 2-4 часов, после прокаливания автоклав с обезвоженным материалом охлаждают до 150-200°С, вакуумирование рабочей камеры ведут до разряжения 90-98 кПа, гидрофобизацию осуществляют при нагреве обезвоженного материала до 450-550°С с выдержкой в течение 20-30 минут с использованием углеводородов, выбранных из мазута, дизельного топлива или парафина, взятых в количестве 0,1-0,2% от массы алюмосиликата, нагрев прекращают после снижения разряжения до 70-90 кПа, а материал оставляют в герметизированной камере до полного охлаждения.

Способ осуществляют следующим образом.

Исходный сырьевой материал, преимущественно алюмосиликат природного происхождения, загружают на перфорированные или сетчатые поддоны (в зависимости от вида исходного сырья, а именно, его гранулометрического состава) и помещают в рабочую камеру автоклава.

Первую операцию, термообработку с обезвоживанием (прокаливание) исходного сырья, производят при температуре 450-550°С в течение 2-4 часов. В процессе прокаливания в указанном интервале температур из открытых пор и капилляров удаляется как влага, удерживаемая физико-механической связью, так и физико-химически связанная влага (адсорбционная и осмотическая). Таким образом, операция прокаливания обеспечивает возможность нанесения гидрофобного покрытия на внутреннюю поверхность открытых пор, мелких капилляров и мезопор исходного материала, подготавливает поверхность. После термообработки автоклав оставляют для охлаждения до температуры 150-200°С.

Вторую операцию, нанесение гидрофобного покрытия, производят в том же автоклаве после его остывания без выгрузки прокаленного сырья. В рабочую камеру автоклава помещают кюветы с необходимым количеством углеводородного гидрофобизатора (мазут, дизельное топливо, парафин и др.), используемого из расчета 0,1-0,2% от массы сырья. Преимущественно используют мазут топочный нефтяного происхождения. Автоклав герметизируют и вакуумируют до получения разряжения 90-98 кПа, при этом открытые поры, тонкие капилляры и мезопоры по всему объему сырьевого материала освобождаются от воздуха. Затем включают нагрев до температуры 450-550°С, которую поддерживают в течение 20-30 минут до полного испарения гидрофобизатора с образованием газовой фазы углеводородных соединений (рабочего газа), при этом разряжение в рабочей камере автоклава снижается до 70-90 кПа. В автоклаве отсутствует воздух, и при указанном разряжении гидрофобизирующий газ заполняет все пространство автоклава, что способствует лучшей адсорбции углеводородов на внутренней поверхности пор при охлаждении и увеличению степени объемной гидрофобизации.

После прекращения нагрева автоклав с обработанным материалом оставляют загерметизированным до полного охлаждения, в ходе которого происходит формирование гидрофобного покрытия в результате конденсации гидрофобизирующего вещества из газовой фазы.

Предлагаемый способ обеспечивает высокое качество гидрофобизации пористых и дисперсных материалов, в частности, алюмосиликатов природного происхождения.

Примеры конкретного осуществления способа

Качество гидрофобизирующей обработки материала оценивали по значениям краевого угла смачивания и водопоглощения, которые определяли по стандартным методикам.

Пример 1.

Для обработки 20 кг керамзитового гравия (фракций 10-20 мм) загружали на перфорированные поддоны. Поддоны помещали для прокаливания в автоклав при температуре 450°С в течение 4 часов. После прокаливания автоклав с материалом охлаждали до температуры 200°С. Затем в рабочую камеру автоклава помещали кювету с гидрофобизатором. В качестве гидрофобизатора использовали мазут марки М 100 (ГОСТ 10585-99) массой 20 г (из расчета 0,1 мас. % от массы сырья). Автоклав герметизировали и вакуумировали до разряжения 98 кПа. Производили нагрев до 550°С с выдержкой в течение 30 минут. Разряжение в автоклаве снизилось до 87 кПа. После прекращения нагрева автоклав с материалом оставили загерметизированным до полного охлаждения.

Обработанный материал выгрузили и проверили качество обработки. Статический угол смачивания на поверхности частицы керамзита крупностью 20 мм составил 125°. Статический угол смачивания на поверхности раскола частицы керамзита составил 120°. Водопоглощение составило 0,8% за 48 часов.

Пример 2.

Для обработки на сетчатые поддоны загружали 10 кг вспученного перлита (фракций 2-5 мм) и помещали в автоклав. Термообработку производили при температуре 550°С в течение 2 часов. После чего автоклав охлаждали до температуры 150°С. Затем в рабочую камеру помещали кювету с гидрофобизатором, в качестве которого использовали мазут марки M100 массой 10 г (из расчета 0,2 мас. % по отношению к обрабатываемому материалу). Автоклав герметизировали и вакуумировали до разряжения 90 кПа. Производили нагрев до 450°С с выдержкой в течение 20 минут. Разряжение в автоклаве снизилось до 75 кПа. Далее действовали аналогично примеру 1.

Статический угол смачивания на поверхности частицы вспученного перлита крупностью 5 мм составил 120°. Водопоглощение составило 0,5% за 48 часов.

Способ получения гидрофобного материала, включающий обезвоживание пористого алюмосиликатного материала путем прокаливания в рабочей камере автоклава до полного удаления связанной воды, герметизацию и вакуумирование рабочей камеры автоклава, гидрофобизацию обезвоженного материала в упомянутой камере углеводородами нефтяного происхождения в газовой фазе, отличающийся тем, что прокаливание проводят при 450-500°С в течение 2-4 ч, после прокаливания автоклав с обезвоженным материалом охлаждают до 150-200°С, вакуумирование рабочей камеры ведут до разряжения 90-98 кПа, гидрофобизацию осуществляют с использованием углеводородов, выбранных из мазута, дизельного топлива или парафина, взятых в количестве 0,1-0,2% от массы обрабатываемого материала, при нагреве материала до 450-550°С с выдержкой в течение 20-30 мин, после снижения разряжения до 70-90 кПа нагрев прекращают, а материал оставляют в герметизированной камере до полного охлаждения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии создания ультравысокотемпературо- и окислительностойких углерод-углеродных волокнистых композиционных материалов, применяемых в конструкциях при создании деталей летательных аппаратов, эксплуатируемых в экстремальных условиях.

Изобретение относится к строительству. Технический результат - прочная связь покрытия с вертикальной поверхностью, затвердевание покрытия в течение 3 суток, превышение прочности при сжатии 50 Н/мм2.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для деталей, работающих одновременно в условиях износа и воздействия коррозионно-активных сред, а именно для сопловых лопаток газотурбинных двигателей, испытывающих воздействие высокоскоростных газовых потоков, резкие смены температуры, эрозию и коррозию, и авиационных и космических аппаратов, испытывающих воздействие набегающего потока диссоциированного воздуха в атмосфере со скоростью выше 2000 м/с.

Изобретение относится к технологии ремонта футеровок тепловых агрегатов. Техническим результатом изобретения является повышение адгезионной прочности ремонтного покрытия из мелкозернистого жаростойкого бетона к огнеупорной футеровке, упрощение технологического процесса производства ремонтных работ, расширение функциональных возможностей мелкозернистой жаростойкой бетонной смеси, позволяющих производить ремонт футеровок из различных материалов.

Изобретение относится к строительству. Технический результат – уменьшение гидродинамического сопротивления армирующего клея, повышение скорости введения клея в процессе обработки каменного блока, сокращение времени обработки, повышение эффективности обработки каменного блока.
Способ получения глазурованного кирпича, включающий приготовление глазурной массы, нанесение ее в виде слоя на по меньшей мере фасадную часть кирпича-сырца и обжиг.

Изобретение относится к технологии нанесения металлических покрытий на керамические пластины и может быть использовано в электронной и радиоэлектронной промышленности при производстве металлизированных подложек для электронных и светоизлучающих модулей.

Изобретение относится к керамической промышленности, а именно к области получения керамических облицовочных материалов. Технический результат предлагаемого изобретения заключается в снижении энергоемкости процесса глазурования керамических облицовочных материалов и повышении их показателей качества.
Глазурь // 2642608
Изобретение относится к технологии силикатов, в частности к составам глазурей, которые могут быть использованы для нанесения на изделия из фаянса, майолики. Глазурь содержит, мас.

Изобретение относится к технологии силикатов, а именно к составам стекловидного покрытия на изделия из керамики, металлов. Покрытие содержит, мас.
Изобретение относится к области производства строительных материалов, получаемых окрашиванием фракционных эластичных материалов (резиновой или каучуковой крошки) и может быть использовано для получения цветных декоративных покрытий детских и спортивных площадок, в ландшафтном строительстве.

Изобретение относится к области дорожного строительства и может быть использовано для производства асфальтобетонной смеси, применяемой в качестве конструктивных слоев дорожной одежды.

Изобретение относится к области дорожного строительства и может быть использовано для производства асфальтобетонной смеси, применяемой в качестве конструктивных слоев дорожной одежды.

Изобретение относится к способам получения полимербетонной смеси с использованием фурановых связующих, которая может применяться в качестве органо-минерального, бесцементного бетона, высокопрочных антикоррозионных балок, шпал, панелей, колонн и других элементов конструкций.

Изобретение относится к области производства дорожно-строительных материалов и может быть использовано в дорожном строительстве для обустройства качественных покрытий автомобильных дорог.

Группа изобретений относится к производству строительных материалов и может быть использована для получения декоративных бетонных фасадных изделий, твердеющих при тепловлажностной обработке.

Изобретение относится к способу получения алкилгидроксиалкилцеллюлоз и применение таких алкилгидроксиалкилцеллюлоз для получения строительных растворов и других систем на основе цемента.

Изобретение относится к способу получения алкилгидроксиалкилцеллюлоз и применение таких алкилгидроксиалкилцеллюлоз для получения строительных растворов и других систем на основе цемента.

Изобретение относится к полиуретановому связующему для композиционного материала на основе природного щебня и гравия из плотных горных пород, который может быть использован при строительстве и ремонте откосов железных и автомобильных дорог, берегоукрепительных сооружений, конусов насыпей, подходов к искусственным сооружениям, а также в производстве облицовочных строительных изделий - плиток, блоков, панелей.

Техническое решение относится к производству строительных материалов, а именно к способам изготовления известняковых строительных материалов, и может быть использовано для изготовления стеновых материалов.
Изобретение может быть использовано в производстве фотокатализаторов и сорбентов для очистки воды и воздуха от токсичных веществ. Для получения титанокремниевого натрийсодержащего продукта осуществляют разложение сфенового концентрата соляной кислотой с концентрацией 30-35% при температуре 95-105°С с образованием раствора хлорида кальция и титанокремниевого остатка.

Изобретение относится к способам получения материалов с гидрофобными свойствами и может быть использовано в производстве строительных материалов и для получения гидрофобных сорбентов на основе природных алюмосиликатов для очистки жидких сред. Способ предусматривает термообработку исходного материала с удалением влаги и гидрофобизацию в газовой фазе углеводородных соединений, проводимые последовательно в одном автоклаве. Термообработку производят при температуре 450-550°С в течение 2-4 ч. После снижения температуры до 150-200°С автоклав герметизируют и вакуумируют до 90-98 кПа. Гидрофобизацию осуществляют при отрицательном давлении и температуре 450-550°С в течение 20-30 мин, при этом в качестве углеводородного гидрофобизатора преимущественно используют мазут флотский марки М 100. Технический результат - повышение качества обработки материала за счет увеличения степени объемной гидрофобизации, упрощение способа и повышение его безопасности за счет проведения обезвоживания и гидрофобизации в одном автоклаве и без создания избыточного давления. 2 пр.

Наверх