Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО СОРБЕНТА АКТИВНОГО ПО ОТНОШЕНИЮ К ФЕНОЛУ

Изобретение относится к получению пористых углеродных материалов и углеродных сорбентов из бурых углей, которые могут найти применение в процессах очистки сточных вод от фенола.

В настоящее время сточные воды промышленных предприятий в значительной степени загрязнены различными химическими веществами. Хорошим способом очистки сточных вод от фенола является адсорбция с использованием наиболее эффективных углеродных сорбентов. Эффективность сорбентов зависит от преобладающего вида пор и структуры углеродной поверхности.

Известен способ получения пористого углеродного материала, включающий измельчение бурого угля до фракции 1-2 мм, смешивание угля с щелочью (гидроокисью калия или натрия), карбонизацию и активацию при температуре 500-600°C, отмывку от неорганических примесей и сушку (RU 2359904 С1, МПК C01B 31/08, опубл. 27.06,2009 г.).

Недостатком способа является недостаточная адсорбция углеродного материала при очистке сточных вод от фенола, так как смешивание с гидроокиси натрия или калия недостаточно эффективно влияет на повышение количества карбонильных групп.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату по предлагаемому изобретению является способ получения углеродного сорбента повышенной прочности и емкости, включающий обработку активированного угля полимером с аминогруппами в виде водного раствора с последующим добавлением щелочи при перемешивании с отделением раствора от угля, заливку смеси аммиачным раствором, фенолом-формальдегидом, кипячение в течение 1-5 часов, отделение от раствора, высушивание при температуре 150-160°C (RU 2464226, МПК C01B 31/08, опубл. 20.10.2012 г.).

Недостатком способа является недостаточная адсорбция углеродного материала при очистке сточных вод от фенола, так как добавление смеси аммиачного раствора, фенол-формальдегида недостаточно эффективно влияет на повышение количества карбонильных групп.

Технический результат настоящего изобретения заключается в улучшении качественных характеристик получающегося сорбента, повышении адсорбции углеродного материала к очистке сточных вод от фенола за счет повышения количества карбонильных групп.

Технический результат достигают тем, что способ получения углеродного сорбента, активного по отношению фенолу, включает измельчение угля до фракции 5-10 мм, обработку его раствором активного вещества, термообработку, охлаждение до комнатной температуры, при этом обработку проводят 20% раствором негашеной извести в уксусной кислоте, термообработку осуществляют при температуре 380-420°C с выдержкой в течение 15-20 минут.

Обработка измельченного угля 20% раствором негашеной извести в уксусной кислоте позволяет добиться повышения количества карбонильных групп.

Последующая термообработка необходима для повышения прочностных характеристик сорбента.

Для изменения содержания на поверхности карбонильных и кислотных групп использовался метод модификации: обработка 20% раствором негашеной извести в уксусной кислоте. Обработка проводилась в течении одного часа при комнатной температуре. Для увеличения на поверхности количества карбоксильных групп использовался метод на основе реакции Кольбе-Шмитта.

Способ осуществляют следующим образом.

Пример 1. Навеску углеродного материала (4 г) измельчают до фракции 5-10 мм, заливают 20 мл 20% раствора CaO в уксусной кислоте и выдерживают 1 ч. Затем нагревают до температуры 380-400°C, чтобы удалить жидкость. После этого выдерживают полученное вещество 15-20 минут в печке при 400°C. Вынимают, охлаждают, промывают водой, чтобы удалить кальциевые соли и высушивают при комнатной температуре.

Количество карбональных групп полученного сорбента из угля марки АГ-2 равно 1,896×10⁷ моль/см².

Эффективность сорбентов зависит от преобладающего вида пор и структуры углеродной поверхности.

При экспериментальных исследованиях использовались семь видов сорбентов, отличающихся природой, способом и степенью активации: природный бурый уголь (БУ), а также природные материалы, прошедшие термическую и химическую обработку: сульфоуголь (СУ), древесный уголь (ДрУ), угли различных марок: АУ, ОУ-А, АГ-2. Для проведения исследований образцы сорбентов виброизмельчались до крупности 5-10 мм. Изучение свойств поверхности материалов проводилось с использованием ряда стандартных методик. При этом структура поверхности оценивалась по следующим показателям: содержание кислотных и карбонильных групп, восстанавливающая способность, pH водной вытяжки, удельная поверхность.

Содержание кислотных групп оценивалось путем титрирования остаточной щелочи при обработке углеродного материал спиртовым раствором NaOH. Содержание карбонильных групп оценивалось по количеству соляной кислоты, выделившийся после взаимодействия раствора солянокислого гидроксилами с углеродным материалом.

Восстанавливающая способность углеродной поверхности оценивалась по изменению концентрации йода в спиртовом растворе после контакта с углеродным материалом.

Показатель pH водной вытяжки оценивался после выдерживания углеродного материала в дистиллированной воде в течение одного часа.

Удельная поверхность углеродных материалов определялась методом газопроницаемости на основе принципов Козени и Кармана на приборе дисперсионного анализа ПСХ-10а.

Для изучения влияния химической структуры углеродной поверхности на селективность сорбционного процесса по отношению к карбонильным соединениям было проведено исследование адсорбции альдегидов и кетонов на углеродных сорбентах различной природы и способа ее формирования. Адсорбция проводилась из изопропилового спирта в стационарных условиях при комнатной температуре. По истечении часа измерялось количество карбонильных соединений, которое адсорбировалось на поверхности соответствующего материала, по разности исходной и конечной концентрации адсорбирующего компонента. Концентрация определялась с использованием методов газовой и жидкостной хроматографии.

Для изменения содержания на поверхности карбонильных и кислотных групп в работе использовался метод модификации: 20% раствором негашеной извести в уксусной кислоте. Обработка проводилась в течение одного часа при комнатной температуре. Для увеличения на поверхности количества карбоксильных групп использовался метод на основе реакции Кольбе-Шмитта.

Химическая структура поверхности используемых углеродных сорбентов оценивалась по стандартным методикам.

Характеристики исходных и модифицированных углеродных материалов представлены в табл. 1.

Анализ данных, приведенных в табл. 1, показал, что наибольший эффект наблюдается при обработке раствором CaO в CH₃COOH.

Способность исходных и модифицированных материалов адсорбировать фенол представлено в табл. 2.

Из табл. 2 следует, что показал, что наибольший эффект наблюдается при обработке раствором CaO в CH₃COOH.

Как следует из приведенных данных, предлагаемый способ предпочтительнее осуществлять при температуре 380-420°C с выдержкой в течение 15-20 минут. Таким образом наибольший эффект очистки воды от фенола наблюдается при обработке углеродного материала раствором CaO в CH₃COOH.

Материал, полученный по предлагаемому способу, может найти применение в качестве сорбента для очистки воды от фенола.