Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВНОГО УГЛЯ

Изобретение относится к области производства активных углей и может быть использовано для очистки газовых сред от плохосорбирующихся вредных примесей и решения широкого круга экологических задач.

Известен способ изготовления сорбента-катализатора, включающий пропитку металлосодержащей угольной основы, предварительно прокаленной при 800-850°C в атмосфере перегретого водяного пара, каталитическими добавками бихромата калия и триэтилендиамина (ТЭДА) в соотношении 1:(0,04-0,08):(0,004-0,008), вылеживание в течение 1,5-1,8 ч и термообработку при температуре 110-140°C (Патент РФ №2108149, кл. В01J 20/20, C01B 31/08, опубл. 10.04.98 г.).

Недостатком данного способа является низкая сорбционная активность по хлористому циану, являющемуся плохосорбирующимся токсичным газом, используемым в химической промышленности.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ изготовления сорбента-катализатора, включающий пропитку зерен угольной основы раствором каталитических добавок и триэтилендиамина, их вылеживание и термообработку, причем в качестве основы берут активный уголь с объемом микропор 0,30-0,35 см³/г, в качестве каталитических добавок используют соединения меди, хрома и серебра в соотношении, мас.%: (6,0-7,5):(2,0-2,5):(0,04-0,06), а термообработку проводят со скоростью подъема температуры 1-3°C/мин до 80-110°C (Патент РФ №2195365, кл. В01J 20/20, C01B 31/08, опубл. 27.12.2002 г.).

Недостатком прототипа является низкая адсорбционная активность сорбента-катализатора по хлористому циану в условиях высокой относительной влажности (90%).

Целью изобретения является повышение адсорбционной активности по хлористому циану в условиях высокой относительной влажности.

Поставленная цель достигается предлагаемым способом, включающим пропитку зерен угольной основы раствором каталитических добавок и ТЭДА, их вылеживание и термообработку, отличающимся тем, что в качестве угольной основы берут активный уголь, содержащий 1,0-1,5 мас.% калия, с объемом сорбирующих пор 0,5-0,6 см³/г, а пропитку активного угля ведут раствором, имеющим температуру 40-55°C.

Отличие предлагаемого способа от известного состоит в том, что в качестве угольной основы берут активный уголь, содержащий 1,0-1,5 мас.% калия, с объемом сорбирующих пор 0,5-0,6 см³/г, а пропитку активного угля ведут раствором, имеющим температуру 40-55°C.

Из научно-технической литературы авторам не известен способ изготовления сорбента-катализатора, в котором в качестве угольной основы берут активный уголь, содержащий 1,0-1,5 мас.% калия, с объемом сорбирующих пор 0,5-0,6 см³/г, а пропитку активного угля ведут раствором, имеющим температуру 40-55°C.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. При разработке активных углей, предназначенных для поглощения плохосорбирующихся веществ (тестовым веществом является хлористый циан) из воздуха с высокой относительной влажностью (90%), важно развить в пористой структуре необходимый объем сорбирующих (сумма микро- и мезопор) пор, так как микропоры отвечают за само поглощение хлористого циана, а мезопоры обеспечивают оптимальное распределение по зерну каталитических добавок, разлагающих хлористый циан. При этом более высокая температура пропиточного раствора позволяет избежать преждевременного осаждения каталитических добавок на внешней поверхности зерен, тогда как при высокой температуре пропиточного раствора практически все каталитические добавки проникают в объем сорбирующих пор, создавая там высокоразвитую структуру каталитических комплексов на внутренней поверхности угольной основы.

Способ осуществляется следующим образом.

Берут активный уголь, содержащий 1,0-1,5 мас.% калия (например, типа АГ-К3Д марки Б) с объемом сорбирующих пор 0,5-0,6 см³/г, суммарным объемом пор 0,75-0,90 см³/г и имеющий размер зерен 0,5-1,5 мм и проводят пропитку аммиачным раствором, имеющим температуру 40-55°C и содержащим каталитические добавки меди, хрома и серебра в соотношении (4,5-7,0):(1,2-2,5):(0,04-0,06) мас.% и (0,4-0,6) мас.% ТЭДА (в массовых долях от массы сухого активного угля). Пропитку ведут из объема впитывания, равного 0,75-0,90 от суммарного объема пор активного угля. После вылеживания зерен в течение 1-5 ч проводят термообработку в печи кипящего слоя в две стадии: при температуре 80-100°C в течение 30-40 мин и при температуре 130-150°C в течение 20-40 мин. Затем продукт выгружают, охлаждают на воздухе до комнатной температуры и проводят испытания на защитные свойства по хлористому циану.

Определение характеристик пористой структуры производили путем измерения изотерм равновесной адсорбции с последующим расчетом параметров микропор по уравнению Дубинина-Радушкевича (см. в кн. Кельцев Н.В. «Основы адсорбционной техники». - М.: Химия, 1984. - с.31, 32, 65-68).

Условия испытаний: концентрация паров тестового вещества 5 мг/дм³; относительная влажность паровоздушной смеси 90%; удельный объемный расход паровоздушной смеси 0,5 дм^-3·мин^-1·см^-2; высота слоя 3,0 см.

Сорбционная активность по хлористому циану активного угля, полученного по предлагаемому способу, составила в условиях высокой относительной влажности 35-42 мин; сорбционная активность по хлористому циану активного угля, полученного по известному способу (Патент РФ №2195365), составила в условиях высокой относительной влажности 30 мин.

Пример 1.

Берут 5 кг активного угля, содержащего 1,2 мас.% калия с объемом сорбирующих пор 0,55 см³/г, суммарным объемом пор 0,75 см³/г и имеющего размер зерен 0,5-1,5 мм и проводят пропитку аммиачным раствором, имеющим температуру 48°C и содержащим каталитические добавки меди, хрома и серебра в соотношении 4,5:1,2:0,04 мас.% с введением в раствор 0,4 мас.% ТЭДА (в массовых долях от массы сухого активного угля). Пропитку ведут из объема впитывания, равного 0,75 от суммарного объема пор активного угля. После вылеживания зерен в течение 1 ч при комнатной температуре проводят термообработку в печи кипящего слоя в две стадии: при температуре 90°C в течение 35 мин и при температуре 140°C в течение 30 мин. Затем продукт выгружают, охлаждают на воздухе до комнатной температуры и проводят испытания на защитные свойства по хлористому циану в условиях высокой относительной влажности.

Сорбционная активность полученного активного угля составила 42 мин.

Пример 2.

Ведение процесса как в примере 1, за исключением того, что берут активный уголь, содержащий 1,0 мас.% калия с объемом сорбирующих пор 0,50 см³/г, а пропитку ведут раствором, имеющим температуру 40°C.

Сорбционная активность полученного активного угля составила 35 мин.

Пример 3.

Ведение процесса как в примере 1, за исключением того, что берут активный уголь, содержащий 1,5 мас.% калия с объемом сорбирующих пор 0,60 см³/г, а пропитку ведут раствором, имеющим температуру 55°C.

Сорбционная активность полученного активного угля составила 38 мин.

Опытным путем было установлено, что совокупность заявленных параметров предложенного способа обеспечивает наиболее эффективную структуру каталитических комплексов, что и приводит к повышению адсорбционной активности по хлористому циану в условиях высокой относительной влажности.

Содержащийся в угольной основе калий, имеющий щелочную природу, дополнительно прочно связывает высокоактивные молекулы хлористого циана кислотного характера. При содержании калия менее 1 мас.% поверхностная концентрация калия недостаточна для такого механизма хемосорбции; а при содержании калия более 1,5 мас.% снижается объемное поглощение хлористого циана в сорбирующих порах.

При объеме сорбирующих пор менее 0,50 см³/г снижается равномерность распределения каталитических добавок, и таким образом, уменьшается активность каталитических комплексов. При повышении объема сорбирующих пор более 0,60 см³/г падает прочность зерен в связи с увеличением обгара при активации угольной основы, что делает невозможным эффективное использование активного угля в качестве шихтового элемента средств защиты.

Относительно температуры пропиточного раствора выявлено следующее обстоятельство: при температуре менее 40°C происходит преждевременная кристаллизация каталитических добавок и образование каталитических комплексов на внешней поверхности зерен активного угля. С другой стороны, повышение температуры более 55°C приводит к частичной деструкции гидрофобизующей добавки триэтилендиамина.

Таким образом, предложенный способ позволяет получить активный уголь, значительно превосходящий известные в сорбционной активности по плохосорбирующимся веществам (хлористому циану) в условиях высокой относительной влажности, что дает возможность создавать на его основе эффективные системы защиты органов дыхания, а также промышленные газоочистные установки.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или в меньшей степени влияет на решение поставленной задачи, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявляемого технического решения.