Изобретение относится к способам получения углеродных адсорбентов и может быть использовано для извлечения целевых компонентов, очистки веществ от микропримесей, поглощения криогенных и благородных газов, а также в качестве основы для получения формованных адсорбентов.

Известню способы получения углеродных адсорбентов, которые основаны на обуглероживании (карбонизации) и активации природных высокомолекулярных органических материалов нестабильного химического состава и нерегулярной структуры.

Поэтому полученнне углеродные адсорбенты характеризуются полидисперсной пористостью, низкой механической прочностью, нестабильностью сорбционных свойств; развитие их адсорбционной емкости происходит за счет удаления части углерода в процессе активации. Выход продукта

2 составляет около 104 от массы исход-., ного сырья или около 15-203 в пересчете на,массу углерода, процесс сопровождается потерей значительного количества летучих продуктов и загрязнением окружающей среды. Использование синтетических высокомолекулярных органических соединений ,позволяет получить более однородно пористые углеродные адсорбенты, однако не ликвидирует остальные недостатки.

Известен способ получения углеродных адсорбентов с использованием ,в качестве исходного сырья неорганических соединений углерода. Полу,чение минерального активного угля проводят в замкнутой непроточной сис:теме чередованием стадий хлорирова20 ния карбида металлоида при температуре 1073-1873 К и удаления газообразных продуктов реакции при температуре выше 523 К 11. (967549

Недо ст ат ками способа я вляются низкая адсорбционная емкость угля за счет неполноты хлорирования, многостадийность и длительность процесса, высокий расход. хлора, 5 необходимость проведения очистки продуктов (минерального угля и хлорида металлоида ) от примеси хлора.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является двухстадийный способ получения углеродного адсорбента путем пропускания избыточного количества хлора над зернами карбида металлоида при темпера- 15 туре 523-1400 К (2 $.

Однако углеродный адсдрбент, полученный по указанному спосоЬу, обладает низкой по сравнению с теоретически возможной адсорбционной емкост.ью, низкой механической прочностью за счет образования дефектов углеродной структуры и значительного содержания необуглероженной примеси карбида металлоида. Процесс проводят 25 в две стадии при значительном избытке хлора по сравнению со стехиометрически необходимым количеством, Проведение процесса обуглерожива-,: ния карбида металлоида в известных условиях, создающих местные перегревы и затрудняющих отвод парообразного продукта из зоны реакции, приводит к частичной перестройке углеродных звеньев с образованием графито35 вых непористых структур, и в результате к уменьшению адсорбционной емкости углеродного адсорбента и заметной усадке зерен продукта, сопровождающейся возникновением крупной пористости и уменьшающей их механическую прочность.

Целью изобретения является повышение адсорбционной емкости и механической прочности, а также монопористости углеродного адсорбента, упрощение и удешевление процесса его получения за счет сокращения числа стадий и уменьшения расхода хло а. р

Поставленная цель достигается согласно способу получения углеродного адсорбента путем хлорирования карбидов металлоидов в проточном реакторе, снабженном газопроницаемыми55 перегородками, пропуская хлор через фиксированный слой карбида металлоида с удельным расходом . 0,07

0,1 г/мин.см . При этом процесс ведут до появления хлора за фиксированным слоем.

Способ осуществляется следующим образом.

В проточный реактор, снабженный газопроницаемыми перегородками, загружают карбид металлоида в виде зерен таким образом, чтобы слой был жестко зафиксирован перегородками.

Реактор нагревают до 800 -1400 К и пропускают хлор, общий расход которого устанавливают в зависимости от диаметра реактора при соблюдении величины удельного расхода в интервале О, 0 7-0, 1 г/ми í ° см . Продолжительность подачи хлора зависит от установленного удельного расхода хлора, длины слоя зерен карбида металлоида и заданной степени обуглероживания. Завершение процесса обуглероживания. Завершение процесса обуглероживания определяют по проскоку газообразного хлора за слоем продукта.

По мере продвижения газообразного хлора по длине слоя зерен нагретого до указанной температуры карбида металлоида происходит снижение концентрации хлора за счет протекания реакции хлорирования карбида и нарастание концентрации парообразного продукта реакции (хлорида металлоида ), который свободно удаляется из зоны реакции и конденсируется за слоем в охлаждаемый сборник в чистом виде. Проведение процесса указанным образом обеспечивает стабильность теплового режима экзотермической реакции хлорирования, так как улучшает отвод тепла с парооЬразными продуктами из зоны реакции. Вследствие этого исключается образование местных перегревов, что позволяет значительно повысить регулярность структуры получаемого углеродного адсорбента.

Углеродный адсорбент, полученный по предлагаемому способу в отличие от извкстного йродукта, характеризуется отсутствием графитовых структур, регулярной микропористостью и неизменностью размеров и формы зерен в процессе обуглероживания.

Образование структуры адсорбента по предлагаемому способу в стабильных температурных и концентрационных условиях происходит путем удаления

Объем пор, см /см

Механи-.

Адсорбционная емкость, r/r

При

Мер ческая прочность, Бензол Ацетон Йод макромезомикро0,01 О,:41

0,44

0,00

91,5

1,23 °

1 0,46

2 0,46

0,44

92,0

0,01 0,40

1,10

0,00

5 967 металлоида из кристаллической струк туры исходного карбида без изменения ориентации yrëåðoäíûx звеньев в объеме частицы, т.е. с образованием единой сквознопористой структуры. 5

Пример 1. 200 г карбида. кремния с размером зерен 0,8 0,01 мм загружают в алундовую трубу диаметром 30 мм. Фиксацию слоя зерен карбида кремния обеспечивают газапроницаемыми перегородками из термостойкого, инертного к хлору материала.

Трубку с образцом помещают в электропечь и нагревают до 1200 К, затем пропускают хлор с удельной скоростью

0,08-0,09 г/мин.см в течение 20 ч.

Хлорирование и нагрев прекращают при . появлении хлора на выходе из трубки.

Получают 62 r углеродного адсорбента и 830 г тетрахлорида кремния. 20

Пример 2. 58 г карбида кремния с размером зерен 1-3 мм загружают в кварцевую трубу диаметром 28 мм. Слой зерен фиксируют газопроницаемыми перегородками. Тру- 2Ç бу помещают в электропечь и нагревают до 1000 К, затем пропускают хлор с удельной скоростью 0,07 г/мин см в течение 9 ч. Получают 19 г углеродного адсорбента и 240 г тетрахлори- 36 да кремния.

Пример 3. 80 г карбида кремния в виде зерен фракции 0,4-1 мм загружают в кварцевую трубу диаметром

28 мм. Слой зерен фиксируют газопро- з ницаемыми перегородками. Трубу нагре; вают в электропечи до 1400 K и-затем подают хлор с удельной скоростью

0,1 г/мин см в течение 6 ч. Получают 25 г углеродного адсорбента и 335 г тетрахлорида кремния. .Пример 4. 62 г карбида бора в виде зерен фракции 2-3 мм загружают в кварцевую трубу диаметром 28 мм.

Слой зерен фиксируют газопроницаемыми перегородками. Трубу нагревают в электропечи до 200 К, затем пропуска, ют хлор с удельной скоростью

549 6

0,08 гlмин:см в течение 5,5 ч. Получают 14 г углеродного адсорбента и 200 г хлорида бора.

Пористая структура и адсорбционные свойства полученных углеродных адсорбентов представлены в табл.1.

Характеристики адсорбентов, полуценных известным и предложенным способами, представлены в табл. 2.

Из представленных данных следует, цто по предлагаемому способу при значительном снижении расхода хлора ,(практически до стехиометрически необходимого количества} и проведе; нии процесса по одностадийной схеме удается получить углеродный ад-, сорбент, характеризующийся регулярной микропористой структурой и увеличенной по сравнению с известным адсорбционной емкостью (на 17-246) и механической прочностью.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать углеродный адсорбент, характеризующийся высокоразвитой монодисперсной микропористой структурой, и в качестве побочно. го продукта - хлорид металлоида, отвечающий аналитическим требованиям для химически чистого продукта, который может бйть использован без дополнительной очистки. Технико-экономический эффект от реализации предлагаемого способа обусловлен тем, :что полученный адсорбент превосходит по своим свойствам лучшие образцы отечественных и зарубежных промышленных углей, а стоимость его при условии использования побочного продукта - хлорида металлоида " ,значительно ниже стоимости промыш-, ленных углей, при этом исходные материалы полностью превращаются в целевые продукты, готовые к употреблению, т.е. отсутствуют неутилизированные отходы, что отвечает современным экономическим требованиям осуществления технологическим процессов по сбалансированной схеме. Таблица 1

967549

Продолжение табл.1.

Объем пор, см /см

МеханиАдсорбционная емкость, г/г

Пример ческая прочность, о

Бензол Ацетон

Йод микро.мезо- макро0,41

3 0,45

0,36

l,08

0,02 0,39

0,01 0,30

90,0

0,01

88,0

0,31

0,90

0,02

Таблица 2

Способ получения известный по. примеру.предлагаемый по примеру

Объем пор, см /см

3 Ь

046 0 35 038

0,00 0,05 0,03

0,46 микропоры

0,00 мезопоры

0,02 0,06 0,06

0,01 макропоры

Характеристическая энергия адсорбции, кДж/моль

22,0

23,0 20,0 20,5

3 4 2-3 2-3

Ранг уравнение ТОЗМ Механическая прочность (ГОСТ 16188-70), ь 91,5

92,0 81,0 84,0

Формула изобретения

Тираж филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Характеристика адсорбента

1 ° Способ получения углеродного, адсорбента путем хлорирования кар-бида металлоида при температуре

800-140бвК, отличающийся тем, что, с целью повышения адсорбционной емкости и механической прочности адсорбента, упрощения и удешевления процесса за счет сокращения числа стадий и уменьшения расхода хлора, процесс ведут в проточном реакторе, снабженном газопроницаемыми перегородками, про8НИИПИ Заказ 7951/14 пуская хлор через фиксированный слой карбида металлоида с удельным расходом 0,07-0,10 г/мин см

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что процесс ведут до появления хлора за Фиксированным слоем.

Источники информации, принятые во. внимание при экспертизе

1. Патент ФРГ У1 1185163, кл. 12 i 31/08, 1967.

2. Патент США И 3066099, кл. 252.445, 1959 (прототип).

583 Подписное

Похожие патенты: