Способ получения углеродного адсорбента

 

ОПИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ (и) 502842

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) 3 аявлено 29.01.74 (21) 1991793/23-5 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.02.76. Бюллетень № 6

Дата опубликования описания 27.08.76 (51) М. Кл. С 01В 31/08 Государственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 661.183(088.8) по делам изобретений.и открытий ((72) Авторы изобретения

Т. Г. Плаченов, Л. Б. Севрюгов, Г. К. Ивахнюк и В. Н. Голубев (71) Заявитель

Ленинградский ордена Трудового Красного Знамени технологический институт им. Ленсовета (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО АДСОРБЕНТА где со — степень абгара, %, 6 — кажущаяся плотность г/cMç.

62 — кажущаяся плотность ного угля, г/см . угля-сырца, активирован20

Изобретение относится к области получения высокоселективных углеродных адсорбентов, а именно к способу получения углеродного адсорбента из резольной фенолформальдегид ной смолы.

Известен способ получения углеродного адсорбента из фенолформальдегидной смолы, полученной при мольном соотношении фенола и формальдегида 1: 1 — 1: 1,2 с едким натром в качестве катализатора, путем ее совмещения с 15 — 20 вес. полностью термогазифицирующегося низкомолекулярного, поверхностноактивного пластификатора, например дибутилфталата, термоотверждения полимера в течение 32 ч при температурах до 180 С, его карбонизации при температурах продукта 300—

800 С в свободной от кислорода атмосфере и активирования при 800 С.

В качестве активирующего агента используют продукты горения газообразного топлива с теоретическим количеством кислорода, вводимого с воздухом в процессе горения. При этом значительной составной частью продуктов горения газообразного топлива является водяной пар. Степень обгара угля в указанном известном способе составляет около 40 .

Углеродный адсорбент, получаемый по известному способу, не обладает свойствами молекулярного сита, он активно адсорбирует адсорбаты с размерами молекул в широком интервале величин (в том числе с размером о молекул выше 6 А).

По предлагаемому способу для получения

6 углеродного адсорбента, обладающего свойствами молекулярного сита, то есть имеющего развитый сорб ционный объем, доступный

З лишь молекулам с размерами 2 — 6А, активирование осуществляют до степени обгара

3 — 7%.

Степень обгара определяют по величине кажущейся плотности угля, измеряемой в процессе активирования, согласно уравнению: ш= 100О, е1 ег от

П р имер. В качестве исходного сырья ис25 пользуют резольную фенолформальдегидную смолу, полученную при мольном соотношении фенола и формальдегида 1: 1,0 — 1: 1,2 с едким натром в качестве катализатора. Смолу совмещают при нагревании до 60 — 80 С с 20%

3() дибутилфталата, после чего пластифицирован502842 до 300 С 30 мин до 450 С 30 мин до 600 С 30 мин до 800 С 300 мин от комнатной от 300 С от 450 С от 600 С

Таблица 1

Характеристики пористой структуры углеродных адсорбентов

Предельный объем сорбциониого пространства, can/смз

Суммарный объем пор по Не, см /см

Истинная плотность по Не, г/см

Кажущаяся плотность, r/cM3

+or

=Г

С4

Ю

Степень обгара, и по изоC,Н„ и р=б,7А по С,Н, дыр =5,8А

ПО СНЗОН бакр =4 4А

По предлагаемому способу

0,04

0,04

0,06

0,07

0,09

0,17

0,18

0,14

0,16

0,18

0,20

0,21

0,23

0,24

0,17

0,18

0,20

0,21

0,23

0,24

0,25

0,49

0,52

0,53

0,55

0,56

0,58

0,60

1,87

1,89

1,92

1,93

1,96

1,99

2,08

0,91

0,90

0,89

0,87

0,86

0,85

0,82

1 2

2,2

3,2

5,5

6,5

7,6

10,9

По известному способу

0,34

0,40

0,48

0,65

2,10

0,73

40,0 ную смолу термически отверждают при повышении температуры до 180 С в течение 28 ч и выдержке при этой температуре в течение

4 ч. Термоотвержденную смолу дробят и рассеивают по фракциям. Фракцию с размером частиц менее 1 мм направляют для смешения с исходной смолой и пластификатором. Фракцию с размером частиц выше 3 мм подвергают повторному размельчению. Карбонизацию рабочей фракции (1,5 — 2 мм) смолы осуществляют в,несодержащей кислород атмосфере при постоянном повышении температуры:

Кар бонизованный уголь-сырец охлаждают без доступа воздуха до 50 С и рассевают; фракцию с размером частиц более 1 мм подвергают активации в атмосфере водяного пара при температуре 750 — 800 С до степени обгара 3 — 7 /о.

Ниже приводятся характеристики свойств углеродных адсорбентов, получаемых по предлагаемому и известному способам, в том числе их динамические характеристики:процесса адсорбции.

Условия испытании: фракция сорбента 1,0 —: —:1,5 мм; высота слоя 5 см, начальная концентрация Со бензола = 18,0+-0,5 мг/л, Со изо4 октана = 13,5+-0,5 мг/л, влажность 50%, объемная скорость паровоздушного потока

0,5 л/мин. см .

5 Приведенные данные свидетельствуют о том, что предлагаемый способ получения углеродного молекулярного сита обеспечивает получение углеродных адсорбентов с развитым сорбционным объемом, доступным лишь моле10 кулам с критическими размерами 2,0 — 6,0 А.

В стандартных условиях динамического опыта углеродные адсорбенты, полученные по предлагаемому способу (образцы № 3, 4, 5), обладают свойствами углеродного молекулярного сита — они не сорбируют пары изооктана о (критический диаметр молекулы 6, 7 А), в то время как их динамическая адсорбционная емкость по парам бензола (критический диаметр молекулы 5, 8А) составляет 56—

77 мг/см, а степень использования равновесной адсорбционной емкости при адсорбции паров бензола равняется 0,62 — 0,77.

25 Углеродный адсорбент, полученный по извеспному способу, в стандартных условиях динамического опыта не проявляет молекулярноситовых свойств, его динамическая адсорбционная емкость по парам бензола и изооктана

39 равняется, соответственно, 151 мг/см и

124 мг/см, а степень использования равновесной адсорбционной емкости по парам бензола и изооктана — 0,81 и 0,78.

502842

Таблица 2

Динамические характеристики процесса адсорбции бензола и нзоокгана на углеродных адсорбентах, полученных по предлагаемому н известному способам

Адсорбцнонная емкость, мг/см

Время защитного действия до С/С,=

=5 10, мнн

Степень использования равновесной адсорбциа, онной емкости, — ар динамическая, а., равновесная, а>

+or

Степень обгара, % по изоСв) в в 1в по изоСвн„ по изоСвН1в по С,Н„. по С,Н, по изОв в Cç1-),в

По предлагаемому способу

32,4

43,2

90,0

95,7

101,0

110,О

121,1

14

2)

48

54

58

6)

0,44

0,46

0,62

0,75

0,77

0,77

0,78

1,2

2,2

3,2

5,5

6,5

7,6

10,9

11,4

19,8

55,8

72,0

77,4

84,6

95,4

О

1

5

23

О

О

1,О

3,7

4,9

33,8

42,9

О

О

О

14,8

21,6

О

О

О

О

0,44

0,50

По известному способу

158

124

8 40,0

0,81

105

0,78

151

186

Формула изобретения

Составитель Т. Винникова

Редактор Л. Емельянова Техред Т, Курнлко

Корректоры: В. Яковлева и В. Дод

Заказ 1837/1 Изд. № 1561 Тираж 630 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, 5К-35, Раушская наб., д. 475

Типография, н р. С а нуно в з, 2

Приведенные в табл. 1 и 2 данные подтверждают максимальный и минимальный пределы степеней обгара, обеспечивающие получение в процессе активации углеродных молекулярных сит с развитым сорбционным объемом, доступным молекулам с критическими размео рами 2,0 — 6,0 А. Максимальный предел— обгар 7% (образец ¹ 5) обеспечивает получение углерод ного молекулярного сита, не сорбирующего пары изооктана (критический о диаметр молекулы 6,7 А) и сорбирующего пары бензола (критический диаметр молекулы о

5, 8 А) . Увеличение при активации сорбента степени обгара выше 7% (образцы № 6, 7) приводит к резкому увеличению доступности сорбционного объема молекулам адсорбатов о с критическими размерами более 6 А, то есть к потере молекулярно-ситового действия угля.

Минимальный предел — обгар 3% (образец № 3) обеспечивает получение углеродного молекулярного сита, обладающего возможно более высокими динамическими характеристиками по ста ндартному пару-бензолу и степенью использования равновесной адсорбционной емкости не менее 0,6. Снижение степени обгара в процессе активации ниже 3% приводит к резкому ухудшению динамических характеристик по бензолу углеродного молекулярного

5 спта, полученного по предлагаемому способу (образцы № 1, 2).

Способ получения углеродного адсорбента карбонизацией отвержденной резольной фенолформальдегидной смолы,,пластифицированной полностью термогазифицирующимся низкомолекулярным пластификатором, например дибутилфталатом, в несодержащей кислород атмосфере при ступенчатом подъеме температуры от 300 до 800 С с последующими охлаждением и активированием водяным паром при 750 — 800 С, отличающийся тем, что, с целью максимального развития в адсорбенте объема пор, доступных молекулам адо сорбатов с критическими размерами 2,0 — 6,0 А, процесс активирования осуществляют до степени обгара 3 — 7%.