×
24.06.2020
220.018.29d1

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩЕГО АДСОРБЕНТА ДЛЯ УДАЛЕНИЯ АРОМАТИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ (ВАРИАНТЫ)

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Варианты изобретения относятся к способу получения углеродсодержащего адсорбента на основе углеродных остатков риформинга лигнина. Адсорбент предложен для адсорбции ароматических соединений из сточных вод. Углеродсодержащий адсорбент получают из остатка углекислотного риформинга лигнина в синтез-газ, получаемый при микроволновом излучении в присутствии железосодержащих катализаторов, путем дополнительной обработки микроволновым излучением с частотой 2,40-2,50 ГГц и плотностью тока 100-150 мА в течение 20-40 мин в среде СО при индуцируемой излучением температуре 950-1000°С. По другому варианту полученный пористый углеродный адсорбент дополнительно обрабатывают водным раствором гидроксида аммония и затем подвергают термоудару в муфельной печи при 400°С в среде Ar в течение 30 мин. Технический результат - повышение удельной поверхности адсборбента и его адсорбционной способности по отношению к ароматическим соединениям. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл., 6 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Настоящее изобретение относится к способу получения углеродсодержащего адсорбента на основе углеродных остатков риформинга лигнина и может быть использовано для адсорбции ароматических соединений из сточных вод.

В ранее проведенных работах были разработаны научные основы скоростного риформинга лигнина, на поверхности которого были сформированы наноразмерные никель- и железосодержащие каталитические частицы (M.V. Tsodikov, O.G. Ellert, S.A. Nikolaev, O.V. Arapova, G.I. Konstantinov, O.V. Bukhtenko, A.Yu.Vasilkov «The role of nanosized nickel particles in microwave-assisted dry reforming of lignin», Chemical Engineering Journal, 2017, 309, 628-637; и О.В. Арапова, М.В. Цодиков, А.В. Чистяков, С.С. Курдюмов, А.Е. Гехман, «Переработка лигнина в водородсодержащий газ под воздействием микроволнового излучения», ДАН, 2017, том 475, №4, с. 1-5). В этих работах были найдены подходы к созданию на поверхности бифункциональных активных компонентов, обладающих способностью к поглощению микроволнового излучения и каталитической активностью в углекислотном риформинге лигнина в синтез-газ (О.В. Арапова, М.В. Цодиков, А.В. Чистяков, С.С. Курдюмов, А.Е. Гехман, «Переработка лигнина в водородсодержащий газ под воздействием микроволнового излучения», ДАН, 2017, том 475, №4, с. 1-5). В результате углекислотный риформинг, стимулированный микроволновым излучением (МВИ), протекал в плазменно-каталитическом режиме при индуцированной температуре 750-800°С. Время протекания процесса составляло 10-15 мин. Конверсия органической массы лигнина составляла 63-65%, селективность в образовании синтез-газа состава Н2/СО ~ 1 - 92-94%, степень выделения водорода из лигнина - 95%. Углеродсодержащий остаток, содержание которого составляло 35-37%, был обогащен углеродом, содержание которого составляло 80-90% с удельной поверхностью остатка 2 м2/г (Таблица 1, обр. 1). Данные по исследованию состава и структуры остатка углекислотного риформинга лигнина показали, что на рентгенограмме остатка прослеживаются рефлексы кристаллического оксида кремния и в виде следов оксид железа. Данные электронной, ИК и КР - спектроскопии показали, что остаток представляет собой графитированную структуру, видны также графеноподобные плоскости. Данные мессбауэровской спектроскопии и электронной микроскопии показали, что в остатке наблюдаются два типа соединений оксидов железа: наноразмерные частицы нестехиометрического магнетита и частицы типа ядро-оболочка, в которых в качестве ядра с размером 6-8 нм представлены магнетитом, покрытым слоем 1-2 нм нестехиометрического карбида FeCx (M.V. Tsodikov, O.G. Ellert, S.A. Nikolaev, O.V. Arapova, O.V. Bukhtenko, Yu.V. Maksimov, D.I. Kirdyankin, and A.Yu. Vasil'kov, « Fe-containing nanoparticles used as effective catalysts of lignin reforming to syngas and hydrogen assisted by microwave irradiation», Journal of Nanoparticle Research, 2018, 20, №3, 86-101).

Задача предлагаемого изобретения заключается в разработке способа получения адсорбента из остатка углекислотного риформинга лигнина для удаления органических соединений с развитой удельной поверхностью и более высокой адсорбционной способностью по отношению к парам ароматических соединений: бензола, крезола и другим ароматическим соединениям.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения углеродсодержащего адсорбента для удаления ароматических соединений из сточных вод, адсорбент получают из остатка углекислотного риформинга лигнина в синтез-газ, получаемый при микроволновом излучении в присутствии железосодержащих катализаторов, путем дополнительной обработки микроволновым излучением с частотой 2.40-2.50 ГГц и плотностью тока 100-150 мА в течение 20-40 мин в среде СО2 при индуцируемой излучением температуре 950-1000°С.

По другому варианту осуществления изобретения адсорбент получают из остатка углекислотного риформинга лигнина в синтез-газ, получаемый при микроволновом излучении в присутствии железосодержащих катализаторов, путем дополнительной обработки микроволновым излучением с частотой 2.40-2.50 ГГц и плотностью тока 100-150 мА в течение 20-40 мин в среде CO2 при индуцируемой излучением температуре 950-1000°С, после чего пористый углеродный адсорбент обрабатывают водным раствором гидроксида аммония и затем подвергают термоудару в муфельной печи при 400°С в среде Ar в течение 30 мин.

Перед обработкой микроволновым излучением указанный остаток могут подвергать травлению разбавленной HCl.

Образец 2 готовят путем травления остатка разбавленной соляной кислотой. Этот подход был применен ранее в способе получения пористой структуры природного вермикулита и описан в работе (М.В. Цодиков, Я.Р. Кацобашвили, М.А. Передерий, Б.З. Чистяков, «Пористая структура вермикулита, активированного двухступенчатым кислотным травлением», Изв. РАЩсер. хим.), 1984, 6, с. 1237-124). Предварительное травление HCl проводят для зарождения на поверхности дефектов и удаления слабосвязанного железа, используемого ранее в качестве катализатора риформинга. После травления разбавленной HCl (10%-ый р-р) удельная поверхность возрастает до 16 м2/г (Табл. 1, обр. 2).

Образец 3 готовят путем углекислотной обработки остатка риформинга лигнина при микроволновом излучением и индуцированной температуре 950-1000С.

Образец 4 готовят путем дополнительной обработки микроволновым излучением образца 2, после травления остатка риформинга разбавленным раствором HCl, при индуцированной температуре 950-1000°С.

Образцы 5 и 6 готовят путем погружения образцов 3 и 4 в водный раствор NH4OH с последующим кратким термическим воздействием (термоударом) в муфельной печи, нагретой в среде Ar до 400°С, в течение 30 мин с последующим охлаждением в эксикаторе. Эта операция, так называемая термоударом, заключается в быстром разложении аммиака и испарением паров воды и NH3, адсорбированных в порах образца. В результате быстрого испарения происходит увеличение удельной поверхности до 519 м2/г для образца 5 и 578 м2/г для образца 6.

Предварительное травление HCl проводят для зарождения на поверхности дефектов и удаления слабосвязанного железа, используемого ранее в качестве катализатора риформинга. Обработку микроволновым облучением с частотой 2.40-2.50 ГГц и плотностью тока 100-150 мА проводят в течение 30 мин в среде CO2 при индуцируемой облучением температуре 900-1000°С. При этом инициируется реакция взаимодействия диоксида углерода с углеродом поверхности остатка:

CO2+С→2СО

В результате, как видно из табл 1, существенно возрастает величина удельной поверхности - до 366 м2/г.

Адсорбцию водного раствора гидроксида аммония с последующим термоударом проводят с целью механического воздействия продуктов разложения NH4OH и паров воды на возрастание удельной поверхности. В результате формируется высокопористое соединение, обладающее поверхностью - 578 м2/г, и обладающее высокой адсорбционной способностью - 0,82 г паров бензола на 1 г адсорбента.

Из табл. 1 видно, что без травления на 1-й ступени разбавленной HCl величина удельной поверхности, как после стадии микроволного облучения, так и после разложения предварительно адсорбированного водного раствора гидроксида аммония ниже, по сравнению с образцом, подвергнутым этим способам обработки, но предварительно обработанным разбавленной HCl.

На фиг. 1 приведена динамика изменения состава газа за 40 мин. обработки образца №2 микроволновым излучением, где кривые 1, 2, 3 соответствуют C1, СО, Н2. Как видно из Фиг. 1, к 30 минутам облучения наблюдается максимальное выделение СО и практически полное завершение выделения водорода и метана.

В таблице 2 представлен суммарный состав газа, полученный в процессе активации диоксидом углерода образца 3 за 30 мин микроволновым облучением. Как видно из таблицы, в составе газа доминирует монооксид углерода.

При подаче углекислотного газа с объемной скоростью 60 см3/мин за 30 минут воздействия расход CO2 составляет 1800 см3, из которых 900 см3 (50%) диоксида углерода расходуется на образование СО. При его выделении происходит образование пор в адсорбенте.

Из табл. 3 видно, что после обработке микроволновым излучением при повышенной температуре существенно возрастает адсорбционный объем микро- и мезопор и величина удельной поверхности для образцов 3 и 4, который составил 352 и 366 м2/г, соответственно (табл. 1, обр. №3 и 4).

Из полученных результатов следует, что графитообразный остаток углекислотного риформинга лигнина при дополнительной углекислотной обработке при воздействии МВИ и стимулированной температуре 950-1000°С приводит к образованию пористой структуры в результате взаимодействия диоксида углерода с углеродными атомами поверхности остатка.

В результате такой обработки существенным образом повышается удельная поверхность с образованием преимущественно супермикропор и мезопор с радиусом пор r - 20-25 (табл. 3).

W0, - объем микропор,

Е0, - характеристическая энергия адсорбции по бензолу;

Х0, - полуширина микропор;

а0, - предельная адсорбция;

Е - характеристическая энергия по азоту.

Расчет в области мезопор: Ws - объем сорбирующих пор;

объем мезопор Wme=WS - W0,

При этом, как видно из табл. 1 и 3, для образцов 3 и 4 существенно возрос суммарный объем и адсорбционная способность микро- и мезопор.

На фиг. 2 и 3 приведены изотермы адсорбции-десорбции азота для образцов 5 и 6 соответственно (по оси абсцисс - остаточное давление N2 (КПа); по оси ординат - адсорбционный и десорбционный объем пор (ммоль/г).

Полученные таким образом адсорбенты проявляют не только высокую адсорбционную способность, но и хемосорбционную активность. Изучение структуры адсорбированного альфа метилкрезола методом ИК-Фурье спектроскопии, показало, что в начальный период адсорбции наблюдается взаимодействие с кислородом поверхности адсорбента с последующим разрушением гидроксильной группы образованием ковалентной связи с активными центрами адсорбента.

Изотермы адсорбции-десорбции относится к "е"-типу [Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. - М.: Химия. 1976; Дубинин М.М. Адсорбция и пористость. - М.: Изд. ВАХЗ. 1972], что скорее всего, характеризует возрастание щелевидных пор после воздействия термоудара.

Близкое расположение кривых адсорбции-десорбции является свидетельством образования супер-микро пор и малых мезопор, с усредненным значением условного радиуса для микропор 0,55 нм и мезопор, определенных из зависимости 2V/S - 2,4 нм, Табл. 3, образец №6). Энергетический параметр адсорбции, показывает возрастание объема микропор как результат взаимодействия CO2 на поверхность углеродсодержащего остатка при МВИ.

Суммарная адсорбционная активность образцов 5 и 6 возросла до 0,59 и 0,82 г бензола/гр адс.

Из табл. 1 видно, что без травления на 1-й ступени разбавленной HCl величина удельной поверхности, как после стадии микроволного облучения, так и после разложения предварительно адсорбированного водного раствора гидроксида аммония ниже, по сравнению с образцом, подвергнутым этим способом обработки, но предварительно обработанным разбавленной НСl. Скорее всего, предварительное травление НСl приводит к зарождению дефектов на поверхности и удалению части слабосвязанного железа, используемого ранее в качестве катализатора риформинга. На последующей стадии микроволнового излучения при более высокой температуре инициируется реакция взаимодействия диоксида углерода с углеродом поверхности. В результате, как видно из табл. 1 существенно возрастает величина удельной поверхности до 366 м2/г. Адсорбция водного раствора гидроксида аммония с последующим термическим ударом проводится с целью механического воздействия продуктов разложения NH4OH и паров воды на возрастание удельной поверхности. В результате формируется высокопористое соединение, обладающее поверхностью 578 м2/г и обладающее высокой адсорбционной способностью 0, 82 г паров бензола на 1 г адсорбента.

Разработанный способ получения адсорбента обладает перспективой разработки научных основ в малоотходной технологии переработки лигнина в важные энергоносители и адсорбенты, обладающие высокой адсорбционной и хемосорбционной способностью к ароматическим техногенным загрязнителям.


СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩЕГО АДСОРБЕНТА ДЛЯ УДАЛЕНИЯ АРОМАТИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ (ВАРИАНТЫ)
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩЕГО АДСОРБЕНТА ДЛЯ УДАЛЕНИЯ АРОМАТИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ (ВАРИАНТЫ)
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩЕГО АДСОРБЕНТА ДЛЯ УДАЛЕНИЯ АРОМАТИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ (ВАРИАНТЫ)
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 141 items.
10.02.2013
№216.012.2309

Коллоидный раствор наночастиц серебра, металл-полимерный нанокомпозитный пленочный материал, способы их получения, бактерицидный состав на основе коллоидного раствора и бактерицидная пленка из металл-полимерного материала

Изобретение может найти применение в качестве стерилизующей среды или антибактериального компонента, в частности, при создании бактерицидных жидких пластырей, компонента при создании материалов для восстановления костных и других тканей организма в репаративной медицине, пленочный материал как...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474471
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.04.2013
№216.012.3256

Катализатор, способ его получения и способ трансалкилирования бензола диэтилбензолами с его использованием

Изобретение относится к катализаторам трансалкилирования. Описан катализатор трансалкилирования бензола диэтилбензолами в виде цилиндрических гранул правильной формы, включающий цеолит типа Y в кислотной Н-форме, который содержит 100 мас.% цеолита со степенью замещения ионов Na на H не менее...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478429
Дата охранного документа: 10.04.2013
27.05.2013
№216.012.43bc

Способ получения гетерогенного катализатора для получения ценных и энергетически насыщенных компонентов бензинов

Изобретение относится к способам получения катализаторов. Описан способ получения гетерогенного катализатора для получения ценных и энергетически насыщенных компонентов бензинов путем алкилирования изобутана олефинами на основе цеолита типа NaNHY при остаточном содержании оксида натрия не более...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482917
Дата охранного документа: 27.05.2013
10.06.2013
№216.012.49cf

Способ получения биоспецифического гидрогелевого сорбента для выделения протеиназ

Настоящее изобретение относится к области медицины и описывает способ получения биоспецифического гидрогелевого сорбента для выделения протеиназ путем радикальной полимеризации при комнатной температуре под действием окислительно-восстановительного катализатора полимеризации водного раствора,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484475
Дата охранного документа: 10.06.2013
20.06.2013
№216.012.4b74

Способ повышения времени стабильной работы катализатора в реакции гидроалкилирования бензола ацетоном с получением кумола и способ получения кумола гидроалкилированием бензола ацетоном

Изобретение относится к каталитическим процессам получения кумола. Описан способ повышения времени стабильной работы катализатора, содержащего гидрирующий и алкилирующий компоненты, в реакции получения кумола гидроалкилированием бензола ацетоном, включающим послойное размещение гидрирующего и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484898
Дата охранного документа: 20.06.2013
10.07.2013
№216.012.5369

Способ получения модифицированного титан-магниевого нанокатализатора

Изобретение относится к производству полимеров, а именно: к металлокомплексным катализаторам полимеризации, и может быть использовано для получения транс-1,4-полиизопрена. Описан способ получения модифицированного титан-магниевого нанокатализатора для полимеризации изопренат путем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486956
Дата охранного документа: 10.07.2013
20.07.2013
№216.012.56ea

Способ трансалкилирования бензола полиалкилбензолами

Изобретение относится к способу трансалкилирования бензола полиалкилбензолами на цеолитсодержащем катализаторе с получением этилбензола или изопропилбензола. Способ характеризуется тем, что в качестве полиалкилбензолов используют диэтилбензолы или диизопропилбензолы, процесс проводят в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487858
Дата охранного документа: 20.07.2013
10.08.2013
№216.012.5c22

Катализатор и способ получения алифатических углеводородов из оксида углерода и водорода в его присутствии

Изобретение относится к катализаторам получения алифатических углеводородов. Описан катализатор для получения алифатических углеводородов из оксида углерода и водорода, содержащий наноразмерные частицы железа и сформированный in situ непосредственно в зоне реакции в процессе термообработки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489207
Дата охранного документа: 10.08.2013
20.09.2013
№216.012.6b82

Способ получения полиакриламидного гидрогеля

Настоящее изобретение относится к способу получения полиакриламидного гидрогеля, который применяется в качестве разделяющей среды в жидкостной хроматографии, в качестве носителя иммобилизованных биологически активных веществ, а также для изготовления эндопротезов мягких тканей. Данный способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493173
Дата охранного документа: 20.09.2013
10.11.2013
№216.012.7caa

Способ получения мембранного катализатора и способ дегидрирования углеводородов с использованием полученного катализатора

Изобретение относится к области создания и использования катализаторов дегидрирования углеводородов, представляющего собой пористую подложку из нержавеющей стали, никеля или меди, на одну сторону которой нанесен слой пиролизованного инфракрасным излучением полиакрилонитрила (ИК-ПАН), а на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497587
Дата охранного документа: 10.11.2013
Showing 1-10 of 15 items.
10.06.2013
№216.012.472b

Способ получения катализатора паровой конверсии метансодержащих углеводородов

Изобретение относится к способу получения катализатора. Описан способ получения катализатора паровой конверсии метансодержащих углеводородов, содержащего оксидный носитель в виде сложной шпинели типа Mg[Al,Fe]O и активный компонент - никель, включающий прокаливание модифицированного носителя,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483799
Дата охранного документа: 10.06.2013
10.02.2014
№216.012.9ddb

Пористый керамический каталитический модуль и способ переработки отходящих продуктов процесса фишера-тропша с его использованием

Настоящее изобретение относится к получению водородсодержащего газа и может быть использовано в промышленности при переработке отходящих продуктов процесса Фишера-Тропша в присутствии пористой мембранно-каталитической системы. Пористая каталитическая мембрана представляет собой продукт...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506119
Дата охранного документа: 10.02.2014
10.12.2014
№216.013.0ed2

Способ скоростной деструкции остаточных нефтяных продуктов

Изобретение относится к способу скоростной деструкции остаточных нефтяных продуктов. Способ включает адсорбцию остаточных нефтяных продуктов в порах углеродного сорбента и обработку сверхвысокочастотным излучением при индуцированной температуре до 600°C в потоке аргона или диоксида углерода....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535211
Дата охранного документа: 10.12.2014
27.04.2015
№216.013.4693

Способ получения алкановых и ароматических углеводородов

Изобретение относится к каталитическому превращению возобновляемого сырья - продуктов ферментации биомассы (этанол, сивушные масла) и их смесей с растительным маслом в алкан-ароматическую фракцию C-C, которая может быть использована для получения компонентов топлив. Способ получения алкановых и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002549571
Дата охранного документа: 27.04.2015
10.08.2016
№216.015.52c4

Катализатор и способ алкилирования этанола изопропанолом

Изобретение относится к катализатору и способу алкилирования этанола изопропанолом с получением пентанола-2. Катализатор алкилирования этанола изопропанолом состоит из γ-AlO, Cu или Ni и второго металла - Au при следующем содержании компонентов, мас. %: Au - 0,2-0,5, Ni или Cu - 0,06-0,32,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002594162
Дата охранного документа: 10.08.2016
13.01.2017
№217.015.6b5e

Катализатор и способ получения алифатических углеводородов из рапсового масла

Изобретение относится к области химической технологии, а именно к способу получения алканов и олефинов из возобновляемого сырья - масел и жиров растительного происхождения и более конкретно относится к области гетерогенно-каталитических превращений рапсового масла в узкие фракции C -C, которые...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002592849
Дата охранного документа: 27.07.2016
13.01.2017
№217.015.8380

Катализатор и способ переработки этанола в линейные альфа-спирты

Настоящее изобретение относится к катализатору синтеза линейных альфа-спиртов, содержащих четное число атомов углерода, из этанола, состоящий из γ-AlO, Cu или Ni и второго металла, отличающийся тем, что в качестве второго металла он содержит Au при следующем содержании компонентов, % мас.:...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002601426
Дата охранного документа: 10.11.2016
13.01.2017
№217.015.905f

Способ селективного получения фракции алканов, пригодной для бензинового и дизельного топлива

Изобретение относится к способу селективного получения фракции алканов, пригодной для бензинового и дизельного топлива. Способ характеризуется тем, что включает стадию, на которой одновременно проводят реакции декарбонилирования/декарбоксилирования и прямой гидродеоксигенации сырьевого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603967
Дата охранного документа: 10.12.2016
29.12.2017
№217.015.fe80

Интегрированный мембранно-каталитический реактор и способ совместного получения синтез-газа и ультрачистого водорода

Изобретение относится к области получения перспективных энергоносителей, в частности к реактору и способу совместного получения синтез-газа и ультрачистого водорода путем конверсии различного органического сырья, и может быть использовано при получении топливных элементов, полупроводников, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002638350
Дата охранного документа: 13.12.2017
20.01.2018
№218.016.171b

Интегрированный мембранно-каталитический реактор и способ совместного получения синтез-газа и ультрачистого водорода

Изобретение относится к области получения синтез-газа и ультрачистого водорода путем конверсии различного органического сырья и интегрированному мембранно-каталитическому реактору для осуществления способа и может быть использовано в получении топливных элементов, полупроводников, химическом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002635609
Дата охранного документа: 14.11.2017
+ добавить свой РИД