Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения дробленого активного угля

Изобретение относится к технологии получения активного угля (АУ) на основе уплотненного растительного сырья, который может быть использован в процессах очистки жидких сред, в т.ч. питьевой воды и сортировки в производстве водки.

Известен способ получения дробленного АУ из скорлупы орехов, включающий сушку, карбонизацию, активирование смесью водяного пара, диоксида углерода и кислорода, отмывку угля кислотой, сушку и повторную активацию (см. патент Японии 56-28846, кл. С01В, 31/10, В01J 20/20, 1981).

Недостатком известного способа является значительная сложность технологического процесса, многостадийность, образование кислотных отходов, низкий выход углеродного остатка, узкий спектр пористой структуры получаемых углей.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и количеству обладающих признаков является способ получения дробленного АУ из скорлупы орехов и косточек плодов фруктовых деревьев, включающий карбонизацию при температуре 20-750°С со скоростью подъема температуры 30-50°С/мин и активацию смесью водяного пара и диоксида углерода при температуре 820-870°С, причем карбонизованный продукт подвергают дроблению с выделением фракции частиц размером 0,5-3,5 мм, который передают на активацию, а после активации отмывают водой (см. патент РФ №2105714 Кл. С01В 31/10, В01J 20/20, опубл. 27.02.1998 г.).

Недостатком прототипа является низкая адсорбционная активность получаемого АУ по извлечению фенола из воды.

Техническим результатом (целью изобретения) является повышение адсорбционной активности получаемого активного угля по извлечению фенола из воды.

Поставленная цель достигается предлагаемым способом, включающим карбонизацию до конечной температуры 700°С, дробление, рассев карбонизата и парогазовую активацию, причем карбонизацию ведут со скоростью подъема температуры 5-10°С/мин, осуществляют изотермическую выдержку при конечной температуре в течение 10-15 мин, а активацию проводят при температуре 880-920°С.

Отличие предлагаемого способа от прототипа состоит в том, что карбонизацию ведут до конечной температуры 700°С, причем карбонизацию ведут со скоростью подъема температуры 5-10°С/мин, осуществляют изотермическую выдержку при конечной температуре в течение 10-15 мин, а активацию проводят при температуре 880-920°С.

Авторам из научно-технической и патентной литературы неизвестен способ получения дробленого АУ из косточек персика и абрикоса, в котором карбонизацию ведут до конечной температуры 700°С, причем карбонизацию ведут со скоростью подъема температуры 5-10°С/мин, осуществляют изотермическую выдержку при конечной температуре в течение 10-15 мин, а активацию проводят при температуре 880-920°С.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем. АУ, полученные из такого уплотненного растительного сырья, как косточки персика и абрикоса, имеют, как правило, развитую микропористую структуру, в то время как структура транспортных (мезо и макропор) недостаточно развита.

Это ухудшает кинетику поглощения адсорбтивов. Поэтому для выполнения этой задачи необходимо развить в плотной структуре карбонизата косточки персика и абрикоса достаточный объем мезо- и макропор. Этому обстоятельству должно благоприятствовать повышение температуры карбонизации, что обеспечивает дополнительное удаление летучих веществ и, следовательно, развитие более крупных пор, а также оптимизация скорости нагрева. Изотермическая выдержка на стадии карбонизации стабилизирует распределение кристаллитов в массе зерна карбонизата и сохраняет достаточное количество аморфного углерода - будущую базу развития макропор. Температура активации карбонизата косточки персика и абрикоса должна обеспечивать необходимый баланс микропор и транспортных мезо- и макропор.

Способ осуществляется следующим образом.

Берут косточку абрикоса или персика, которую помещают в стационарную или вращающуюся электропечь, куда подают азот с расходом 0,5-1 л/мин, и начинают поднимать температуру со скоростью 5-10°С/мин до конечной температуры 700°С.По достижении температуры 700°С осуществляют изотермическую выдержку при конечной температуре в течение 10-15 мин, затем полученный карбонизат дробят на валковой дробилке до фракции 0,5-1,5 мм. Полученную фракцию направляют на активацию также в стационарной или вращающейся электропечи, причем активацию проводят при температуре 880-920°С водяным паром и диоксидом углерода в соотношении 70:30. По завершении процесса активации в течение 160-240 мин печь охлаждают, выгружают полученный продукт и подвергают анализу на адсорбционную активность по фенолу. Полученный АУ из косточек абрикоса имел адсорбционную активность по фенолу... мг/г,

Методика оценки адсорбционной способности полученных активных углей по извлечению фенола из воды была следующая. Готовили раствор фенола в воде с исходной концентрацией 0,02 мг/л. Затем в колбу помещали 1 л раствора, дозировали 1 г угля и вели перемешивание в течение 30 минут. После осаждения угля на дно колбы отбирали пробу воды и анализировали в ней равновесную концентрацию фенола калометрически с использованием 4-аминоантипирена по МИ....

Повышение адсорбционной способности активного угля по фенолу оценивали по степени извлечения его из воды. Равновесная концентрация фенола после его адсорбции АУ составляла 0,001-0,003, т.е. степень извлечения равнялась 95-85%.

Пример 1.

Берут 1 кг косточек абрикоса с влажностью не более 3% и содержанием золы не более 3% и загружают в стационарную электропечь, куда подают азот с расходом 1 л/мин и начинают осуществлять процесс карбонизации со скоростью подъема температуры 5°С/мин до конечной температуры 700°С и осуществляют изотермическую выдержку при конечной температуре в течение 10 мин. Затем отключают нагрев, охлаждают печь до комнатной температуры, карбонизат выгружают, дробят на валковой дробилке и высевают фракцию размером 0,5-1,5 мм. Кондиционную фракцию направляют на активацию во вращающейся электропечи с диаметром реторты 52 мм, нагретую до температуры 880°С и ведут процесс активации водяным паром и диоксидом углерода в соотношении 70:30. Процесс ведут до обгара 50-58%, что обеспечивает выход готового продукта в количестве около 400 г. Полученный АУ снизил концентрацию фенола в воде до 0,002 мг/л, т.е. степень извлечения фенола составила 90%.

Пример 2.

Осуществление процесса, как в примере 1, за исключением того, что при карбонизации в качестве исходного сырья берут косточку персика. Карбонизацию ведут со скоростью подъема температуры 10°С/мин, изотермическую выдержку осуществляют в течение 15 мин, а активацию проводят при температуре 920°С. Полученный АУ снизил концентрацию фенола в воде до 0,001 мг/л, т.е. степень извлечения фенола составила 95%.

Пример 3.

Осуществление процесса, как в примере 1, за исключением того, что при карбонизации в качестве исходного сырья берут косточку персика. Карбонизацию ведут со скоростью подъема температуры 7°С/мин, изотермическую выдержку осуществляют в течение 12 мин, а активацию проводят при температуре 900°С. Полученный АУ снизил концентрацию фенола в воде до 0,003 мг/л, т.е. степень извлечения фенола составила 85%.

Активный уголь, полученный на основе прототипа Пат. РФ 2105714 снижал концентрацию фенола в воде до 0,006 мг/л, т.е. степень извлечения фенола составила 69,4%.

Экспериментально было установлено, что при повышении скорости подъема температуры выше 10°С/мин на стадии карбонизации, в карбонизате на стадии активации развивается сильная макропористая структура (более 60% от суммарного объема пор), что приводит к снижению адсорбционной активности по фенолу. С другой стороны, при снижении скорости подъема температуры менее 5°С/мин идет графитизация структуры карбонизата, что снижает объем микропор (менее 0,15 г/см³), что также приводит к снижению адсорбционной активности по фенолу.

Если время изотермической выдержки при конечной температуре превышает 15 мин, в полученном АУ увеличивается доля микропор и остается малая доля аморфного углерода, отвечающего за развитие транспортных пор при выгорании при проведении стадии активации. С другой стороны, уменьшение времени изотермической выдержки менее 10 мин, наоборот, возрастает доля аморфного углерода, что снижает объем микропор при активации.

Относительно температуры активации парогазовой смесью опыты показали, что на данных типов карбонизатов при температуре выше 920°С идет поверхностный обгар, а не развитие пористой структуры. В тоже время снижение температуры ниже 880°С существенно увеличивает время активации и ухудшает экономические показатели технологии.

Из вышеизложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.