Способ получения углеродминеральных адсорбентов
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6!) Доаолиителнное к авт. сеид-ву
Союз Советских
Социалистических
Реса ублик
РЦМ.К з (22) Заявлено 08.12.80 (2т) 3239057/23-26 с.присоединением заявки Йо1осуаарственный коинтет
СССР но делаю изобретений и открытий В 01 20/06
В 01 j 20/20 (23} Приоритет
t$3) УДф(661. 183. .12 (088. 8) Опубликовано 150133. Бюллетень HP 2
Дата опубликования описания 15. 01.83
Л.Н.Рачковская, З.A.Ëåâèöêèé, Т.Х.
Н.А.Соколовская,А.И.Ефремов и Э.И. (72} Авторы изобретения
Ордена Трудового красного Знамени
Сибирского отделения АН СССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДИИНЕРЛЛЬНЫХ ЛДСОРБЕНТОВ
Изобретение относится .к химичес-. кой технологии, в частности к способу получения углеродсодержащих адсорбентов для очистки,проьвашленных стоков и газовых выбросов различных отраслей прокншленности и может быть использовано для очистки сточных вод от различных органических примесей„ например фенолов..
Известен способ получения сферического углеродного адсорбента для очистки сточных вод от фенолов путем высокотемпературного пиролиэа пористых органических сополимеров и последукщего его активирования. Нолучаемае по данному способу адсорбенты характеризуются высокой механической прочностью и емкостью по отношению к фенолам 40-60 мг/г . сорбента f1).
Однако их производство отличает, ся большой сложностью, мноиостадийностью и малым выходом готового про- дукта.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ получения углеродминеральных agcoyбентов,.эключаниций высокотемпературный пнролиз органических соединений на поверхности гранулированных не» органических окислов, с образованием на последней слоя пиролитическо- го Углерода. По данному способУ на поверхности окиси алюминия или других. окислов проводят пиролнэ прн 600700оС, используя предельные углеводороды. Для улучшения процесса в смесь добавляют пары воды нлн кислород (23„.
Недостатком данного способа является то, что получившиеся по нему адсорбенты обладают малой емкостью .по отношению к органическим соединениям (3-5 мг фенола (г сорбента).
Цель изобретения — повышение сорбционной способности адсорбентов по органическим соединениям.
2п . Поставленная цель достигается тем, что пиролиз ведут до образования углерода в количестве 20-35 вес.Ф с последукхцим его высокотемпературным активированием до конечного содержания углерода 12-20 вес.В.
Отличительным признаком способа является проведение высокотемпературного пиролиза .до содержания углерода иа поверхности неорганических окислов в количестве 20-35 вес.% и последующего высокотемпературного
988324 активирования до конечного содержания углерода 12"20 вес.%..
Технология способа состоит в следующем. для получения углеродсодержащих сорбентов с заданной пористой струк- 5 турой с развитой поверхностью и избирательной сорбцией органических веществ из растворов и газов используют в качестве матриц различие модификации окиси алюминия г-, <- 10
- APSO, имеющие исходную удельную поверхность.200, 800, 8,6 м /г соответственно, а также алюмоликат с содержанием 20% АЕ О и Б д, равной 300 м /r. Образцы носителей 15
АЕ20 предварительно прокаливают при 550 С алюмосиликат при 400 С
Углерод наносят при 600-700 С (преимущественно при 650 C) путем пиролиза дивинила, пропан.-бутана и 2О других углеводородов до 21-35Ъ от веса носителя в реакторе с виброожиженным слоем для лучшего перемешивания и равномерного покрытия. Материалы после такой обработки имеют низкую 25 .поверхность порядка 5-50 м /г и малУю адсорбционную емкость в отношении органических соединений. Например, адсорбционная емкость образца 28% с/г - Ае20з составляет 1,5 мг ЗО фенола/г угля . (из водных растворов фенола). Затем данный материал обрабатывают водяным паром или углекислым газом при 780-850 С вследствие чего происходит абгар нанесенного углерода до 12-20% и развитие пористой структуры углерода (обработка как и при получении активных углей). Поверхность возрастает при этом да 260, 240 и 50 м 2/r для образцов на основе з - ct g - АЕ2О3 40 и, 350 м /г на основе алюмосиликатов.
Приведенный интервал содержания . углерода на поверхности минеральных матриц является ойтимальным, так 45 как нанесение углерода выше 35 вес.Ъ приводит к образованию плотного, углеродного покрытия с графитоподобной структурой, которое с трудом поддается антивированию водяным па- 5О ром или углекислым газом. При этом требуются более жесткие условия активации, а качество получаемого конечного продукта не улучшается.
Нанесение углерода ниже 20% также нецелесообразно, так мак.для получения активного сорбента е заданной пористой структурой требуется абгар до 50% и выше от первоначально нанесенного углерода. В .этом случае в конечном продукте пос- ле активации остается небольшое количество углерода (103 и ниже), такие сорбенты будут иметь более низкую адсорбционную емкость. Е тому же углерод иэ-эа малого его содер- .65 жания не будет покрывать всю поверхность минерального носителя, что приводит при активации к спеканию .самого носителя, резкому уменьшению его поверхности и фаэовым переходом.
Все эти факторы резко ухудшают характеристики конечных продуктов.
Механическая прочность углеродсодержащих сорбентов, полученных по предлагаемому способу, остается на уровне прочности исходных носителей, т.е ° на порядок и более превышает прочность угольных сорбентов.
Пример 1 . Сферические гранулы у- АЕ>ОЗ (d = 0,4 - 0,6 мм) в количестве 60 см помещают в реактор иэ кварцевого стекла (объем 100 cM ), создают внброожижение слоя, до вы,хода на заданный температурный режим
650 С падают в реактор инертный газ, затем пропускают дивинил со скоростью 30 л/ч в течение 1 ч. осле прекращения подачи дивинила при
650 С в течение 30 мин пропускают через реактор инертный газ для удаления непрореагировавших продуктов разложения..Получают углерадсодержащий продукт с содержанием углерода 28%, и небольшой удельной поверхностью Я = 50 м /r. Адсарбцианная активность по отношению к фенолу иэ водных растворов низка и составляет
1,5 м r фенола /г углерода. Затем образец в этом же реакторе подвергают обработке водяным паром при
780ОС в течение 5 ч. Поток водяного пара создают пропусканием инертного газа (аргона, азота) через кипящую воду. Скорость подачи водяного пара 90 л/ч при атмосферном давлении и температуре активации. При этих условиях происходит выжигание углерода с образца до 17% и увеличение поверхности до 255 м /г. Динамическая адсорбционная емкость (ДАЕ) по фенолу из водного раствора составляет 100 мг/г углерода. Статическая емкость (CAE) по парам авиационного бензина (за 5 ч) — 590 мг/г углерода.
Пример 2 . Сферические гранулы d = 0,8 - 1,2 мм)д АЕ О> закоксовывают дивинилом па методике
Примера 1, но продолжительность обработки дивинилом увеличивается до 2 ч.Содержание углерода 29%, Sy = 38 м /г, после активации водяным паром (90 л/ч) в:течение 8 ч при 800ОС получается активный сорбент с развитой поверхностью 240 м /г при содержании 20% углерода на Ф- АРТРОЗ, ДАЕ по фенолу из водных растворов составляет
140 мг/г угля, САЕ, по парам бензина — 263 мг/г угля.
П р и м .е .р 3 . Сферические гранулы (d = 0,4 - 0,6 мм)Ы=A020> эакоксовывают д винилом по методике примера 1 в течение 3 ч. Содержание
988324 формула изобретения
Составитель Р. Пенэин
Редактор И. Касарда ТехредY. Надь Корректор A. Дэятко
Заказ 10924/7
Тираж 535 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 углерода 21%, S = 8,6 м /г. После активации водяным паром (90 л/ч) в течение 4 ч при 850ОC получается активный сорбент с развитой поверхостью 50 м /г при 16% С наЫ=АФ ОЗ, Е по фенолу иэ водных растворов 67 мг/г угля и COE по парам изооктана (за 5 ч) - 73 мг/г угля.
П р и м.е р 4 . Гранулы алюмосиликата,содержащего 20% АЮ 03 (Й = = 0,8 — 1,2 мм ) эакоксовывают дивинилом по методике примера 1 в течение 1 ч. Содержание углерода после коксования ЗОЪ, S = 5 м /r. После
Я активации водяным паром (90 л/ч пара) при 800©С в течение 6 ч получается активный сорбент с 15% С, 320 м /г, ДАЕ по фенолу иэ водных . растворов - 123 мг/г угля и CAE по изооктану из газовой среды 570 мг/г угля.
Пример 5 . Гранулы окиси кремния (Й = 2 мк) закоксовывают дивинилом по методике примера 1 в течение 1,5 ч. Содержание углерода
353, S >* = 7 м /г. После активации водяным паром (90 л/ч)при 800 С в течение 8 ч получается активный сорбент с содержанием 12% углерода, Sg* = 350 м /г, ДАЕ по фенолу90,0 мг/г угля и CAE по парам изаоктана Г90 мг/г угля.
Как видно из приведенных примеров, полученные по предлагаемому способу сорбенты обладают высокой адсорбционной емкостью как при адсорбции из .водных растворов, так и из газов (в 2,-3 раза превышающих емкость известных сорбентов ).
Технико-экономический эффект предлагаемого способа обусловлен повышением адсорбционной способности конечного продукта по органическим примесям, простотой получения и относи- тельной дешевизной получаемых кар10 боминеральных адсорбентов, Способ получения углеродминеральных адсорбентов, включающий высокотемпературный пиролиэ органических соединений на поверхности гранулирован-. ных неорганических окислов,,с образованием на последней слоя пиролити20 ческого углерода, о т л и ч а ю щ я и " с я тем, что; с целью повышения сорбционной способности адсорбентов по органическим соединениям, пиролиэ ведут до образования углерода ч ко25 личестве 20-35 вес.% с последукицим его высокотемпературным активированием до конечного содержания углерода 12-20 вес.Ъ.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. С.Н. Chang. Env1t епй Technology, ч.15, Р 2, 1981, р. 201-206.
2. Патент Англии в 1118651, кл. С 1 Р, 1968 (прототип ).
