Результат интеллектуальной деятельности: Композиционный сорбент для газовой среды (варианты)

Изобретение относится к области очистки газов от органических и неорганических химических веществ, в частности к получению сорбционных материалов, и может быть использовано для очистки воздушной среды.

Считается, что частицы, обладающие наноразмерными характеристиками, являются перспективными адсорбентами, позволяющими аккумулировать и хранить некоторые газы. Исследования осуществляются с использованием плоских, шарообразных и трубчатых наночастиц.

Известно, что в результате применения продукта «Форум», полученного из промышленных отходов производства блочного политетрафторэтилена термическим методом, в качестве добавки к машинным маслам снижается уровень оксида углерода и оксидов азота в выхлопных газах [Бузник В.М. Состояние отечественной химии фторполимеров и возможные перспективы развития. Российский химический журнал (Ж. Рос. хим. общ-ва им. Д.И. Менделеева), 2008, том LII, №3].

Известен сорбент, состоящий из минерального носителя (природные и синтетические силикаты и/или алюмосиликаты) и полимерного модификатора (полиэтилен, полипропилен или каучуки), пластифицированного олигомерами этилена, сложными алифатическими и ароматическими эфирами двух- и трехосновных кислот [RU 2462302 С2. Сорбент для очистки газовоздушных смесей, грунтовых и сточных вод от нефтяных и топливных углеводородов и способ его получения. Авторы: Бреус В.А., Неклюдов С.А., Бреус И.П., Савин А.В. Заявка 2010151615/05; заявл. 15.12.2010, опубл. 27.09.2012, бюллетень №27]. Соотношение компонентов в сорбенте в весовых единицах - минеральная основа : полимер : пластификатор =100:(5-30):(1-20). Данный сорбент получен при обработке природного или синтетического силиката, или алюмосиликата раствором или латексом, содержащим полимер и пластификатор при температуре 15-30°C, или вязкопластичной смесью полимера и пластификатора при температуре 100-180°C при перемешивании. Сорбент предназначен для сорбции нефтяных и топливных углеводородов из газовоздушных и водных сред.

К недостаткам можно отнести то, что сорбент предназначен для сорбции только углеводородов и сложный способ его получения.

Известен сорбент, состоящий из термообработанных цеолитов, модифицированных природными высокомолекулярными веществами, в качестве которых используют полисахариды - альгинаты или хитозан [RU 02184607. Способ получения органоминеральных сорбентов (варианты). Автор: Шапкин Н.П. Опубл. 10.07.2002]. Данный сорбент получен путем взаимодействия цеолитов и высокомолекулярных веществ в условиях механохимического синтеза в реакторе мельницы колебательного типа или в водной среде. Данный сорбент предназначен для извлечения различных примесей из водных растворов.

К недостаткам можно отнести то, что необходима специальная термическая обработка исходного цеолита и достаточно сложный процесс модификации цеолита природными высокомолекулярными веществами.

Известен сорбент, состоящий из силикагеля фракции 0,1-0,5 мм, полимера полигексаметиленгуанидина и гуминовых кислот [RU 2404850 С1. Способ получения сорбента для очистки воды от органических веществ. Авторы: Гавриленко М.А., Ветрова О.В. Заявка 2009113133/05; заявл. 07.04.2009, опубл. 27.11.2010, бюллетень №33].

Данный сорбент получают путем модификации силикагеля полимером полигексаметиленгуанидином с последующими промывкой и нанесением гуминовых кислот (водорастворимой фракцией торфа), повторной промывкой, высушиванием при температуре 70-100°C, при следующем соотношении компонентов, массовые %: силикагель - 76-80; полигексаметиленгуанилин - 10-12; гуминовые кислоты - 10-12.

Областью использования заявленного изобретения является очистка загрязненных вод от различных органических веществ.

К недостаткам можно отнести сложную процедуру подготовки сорбента.

Ближайшим аналогом заявленного композиционного сорбента является углеродный материал с упорядоченной наноструктурой [RU 2502668 С1. Способ получения углеродного наноматериала и углеродный наноматериал. Автор: Курявый В.Г. Опубл. 27.12.2013].

Твердый политетрафторэтилен подвергают пиролизу без доступа воздуха в плазме импульсного высоковольтного электрического разряда при атмосферном давлении с амплитудой импульсов не менее 9 кВ.

Полученный углеродный материал содержит структурные элементы в виде обесфторенных частично графитизированных надмолекулярных цепочечных структур ПТФЭ толщиной 30-100 нм, образованных волокнами диаметром 1-2 нм, переплетенными случайным образом в гомогенную пористую массу с размерами пор 1-2 нм.

Состав и строение полученного материала определяют его очень высокую удельную поверхность, высокую сорбционную емкость.

К недостаткам можно отнести сложную процедуру процесса пиролиза.

Для получения всех вышеперечисленных композиционных сорбентов требуются достаточно сложные предварительные операции по подготовке основы для сорбента, что усложняет и удорожает процесс получения композиционного сорбента.

Задачей изобретения является создание нового сорбента, обладающего высокими сорбционными свойствами, высокой эффективностью очистки воздуха от органических и неорганических химических веществ.

Технический результат состоит в повышении степени очистки воздуха от газов органического и неорганического происхождения.

Технический результат достигается тем, что предлагаемый сорбент для газообразной среды состоит из силикагеля (вариант 1) или гидролизного лигнина (вариант 2) в качестве основы и частиц ультрадисперсного политетрафторэтилена, образующихся при термодеструкции твердых отходов политетрафторэтилена методом исчерпывающего фторирования.

Раскрытие изобретения

Композиционный сорбент (вариант 1) состоит из силикагеля в качестве основы, при этом на поверхности частиц силикагеля, и частично в объеме, закреплены частицы ультрадисперсного политетрафторэтилена.

Частицы ультрадисперсного политетрафторэтилена образуются в результате термодеструкции твердых отходов ПТФЭ методом исчерпывающего фторирования в присутствии катализатора трифторида кобальта.

Процесс термодеструкции отходов политетрафторэтилена осуществляется по ранее определенным условиям в муфельной печи в интервале температур 430-500°C [RU 2528054 С2. Способ переработки фторопластов и материалов, их содержащих, с получением ультрадисперсного фторопласта и перфторпарафинов. Авторы: Хитрин С.В., Фукс С.Л., Казиенков С.А., Филатов В.Ю., Суханова Е.Н. Заявка 2011149496/04; заявл. 05.12.2011, опубл. 10.09.2014, бюллетень №25]. Образующиеся в результате частицы мелкодисперсного порошка - ультрадисперсного политетрафторэтилена выводятся из реактора и попадают в колбу-приемник, заполненную силикагелем. Полученные системы силикагель - частицы ультрадисперсного политетрафторэтилена используются для очистки потока воздуха от диоксида азота и бензола.

Композиционный сорбент (вариант 2) состоит из гидролизного лигнина в качестве основы, при этом на поверхности частиц гидролизного лигнина, и частично в объеме, закреплены частицы ультрадисперсного политетрафторэтилена.

Частицы ультрадисперсного политетрафторэтилена образуются в результате термодеструкции твердых отходов политетрафторэтилена методом исчерпывающего фторирования в присутствии катализатора трифторида кобальта.

Процесс термодеструкции отходов политетрафторэтилена осуществляется по ранее определенным условиям в муфельной печи в интервале температур 430-500°C [RU 2528054 С2. Способ переработки фторопластов и материалов, их содержащих, с получением ультрадисперсного фторопласта и перфторпарафинов. Авторы: Хитрин С.В., Фукс С.Л., Казиенков С.А., Филатов В.Ю., Суханова Е.Н. Заявка 2011149496/04; заявл. 05.12.2011, опубл. 10.09.2014, бюллетень №25]. Образующиеся в результате частицы мелкодисперсного порошка - ультрадисперсного политетрафторэтилена выводятся из реактора и попадают в колбу-приемник, заполненную гидролизным лигнином. Полученные системы гидролизный лигнин - частицы ультрадисперсного политетрафторэтилена используются для очистки потока воздуха от диоксида азота, бензола, смеси бензола и кислоты димера окиси гексафторпропилена.

Ниже приведены примеры получения изобретения.

Пример 1. В реактор для получения ультрадисперсного политетрафторэтилена помещают 10 г политетрафторэтилена и 50 г трифторида кобальта. Реактор помещают в муфельную печь. В процессе термодеструкции политетрафторэтилена образуется газовая фаза и ультрадисперсный политетрафторэтилен.

Колбу-приемник заполняют силикагелем (масса силикагеля 40-41 г). Через приемник пропускают образующиеся в процессе термодеструкции смесь газов и мелкодисперсного порошка - ультрадисперсного политетрафторэтилена. В результате масса приемника увеличивается на 2,0-2,5 г.

Через колбу-приемник проходит газовый поток со скоростью 2-2,5 л/мин, содержащий диоксид азота.

Концентрацию диоксида азота определяли на входе в приемник, заполненный силикагелем с частицами ультрадисперсного политетрафторэтилена, и на выходе из него.

Средняя степень очистки системой силикагель - частицы ультрадисперсного политетрафторэтилена составила 85% (для силикагеля - 79%).

Пример 2. В отличие от способа, описанного в примере 1, через колбу-приемник проходит газовый поток, содержащий бензол.

Концентрацию бензола определяли на входе в приемник, заполненный силикагелем с частицами ультрадисперсного политетрафторэтилена, и на выходе из него.

Средняя степень очистки системой силикагель - частицы ультрадисперсного политетрафторэтилена составила 74% (для силикагеля - 67%).

Пример 3. В реактор для получения ультрадисперсного политетрафторэтилена помещают 10 г политетрафторэтилена и 50 г трифторида кобальта. Реактор помещают в муфельную печь. В процессе термодеструкции политетрафторэтилена образуется газовая фаза и ультрадисперсный политетрафторэтилен.

Колбу-приемник заполняют гидролизным лигнином (масса лигнина 20-21 г). Через приемник пропускают образующиеся в процессе термодеструкции смесь газов и мелкодисперсного порошка - ультрадисперсного политетрафторэтилена. В результате масса приемника увеличивается на 0,5-1,0 г.

Через колбу-приемник проходит газовый поток со скоростью 2-2,5 л/мин, содержащий диоксид азота.

Концентрацию диоксида азота определяли на входе в приемник, заполненный гидролизным лигнином с частицами ультрадисперсного политетрафторэтилена, и на выходе из него.

Средняя степень очистки системой гидролизный лигнин - частицы ультрадисперсного политетрафторэтилена - 79% (для гидролизного лигнина - 60%).

Пример 4. В отличие от способа, описанного в примере 3, через колбу-приемник проходит газовый поток, содержащий бензол.

Концентрацию бензола определяли на входе в приемник, заполненный гидролизным лигнином с частицами ультрадисперсного политетрафторэтилена, и на выходе из него.

Средняя степень очистки системой гидролизный лигнин - частицы ультрадисперсного политетрафторэтилена - 77% (для гидролизного лигнина - 64%).

Пример 5. В отличие от способа, описанного в примере 4, последовательно установлены две колбы-приемника, каждая из которых заполнена гидролизным лигнином с нанесенными на него частицами ультрадисперсного политетрафторэтилена.

Концентрацию бензола определяли на входе в приемник I, заполненный системой гидролизный лигнин - частицы ультрадисперсного политетрафторэтилена, и на выходе из него. Средняя степень очистки составила 89%. При последовательном использовании приемника II на вход подавался газовый поток, содержащий бензол, с концентрацией в 9 раз ниже исходного значения.

Суммарная степень очистки системой гидролизный лигнин - частицы ультрадисперсного политетрафторэтилена составила 98%.

Пример 6. В отличие от способа, описанного в примере 4, через колбу-приемник проходит газовый поток, содержащий смесь бензола и кислоты димера окиси гексафторпропилена.

Концентрацию смеси газов определяли на входе в приемник, заполненный системой гидролизный лигнин - частицы ультрадисперсного политетрафторэтилена, и на выходе из него.

Средняя степень очистки системой гидролизный лигнин - частицы ультрадисперсного политетрафторэтилена составила 58% (для гидролизного лигнина - 37%).