СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА-КАТАЛИЗАТОРА

Изобретение относится к сорбционной технике и может быть использовано в процессах очистки отходящих промышленных газов или в средствах индивидуальной и коллективной защиты органов дыхания.

Известен способ получения сорбента-катализатора, включающий пропитку гранул активного угля раствором, содержащим каталитические добавки меди, хрома и серебра в соотношении 1:(0,20 - 0,40):(0,01 - 0,03), вылеживание пропитанного угля в течение 2-5 ч и термообработку его при 120-180^oС в газовой фазе (см. пат. РФ 2023503, кл. С 01 В 31/08, В 01 J 20/20, опубл. 30.11.94).

Недостатком известного способа является низкая стабильность катализатора при хранении.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения сорбента-катализатора, включающий термообработку зерен основы с добавками меди, хрома и серебра при 800-850^oC в атмосфере перегретого водяного пара, их пропитку хемоcорбционным раствором, содержащим триэтилендиамин (ТЭДА) и бихромат калия, при температуре 40-60^oC, вылеживание 1,5-1,8 ч и термообработку при 110-150^oC в газовой фазе, при этом суммарный объем пор основы составляет 0,80-0,85 см³/г, а объем пропиточного раствора 0,7-0,9 от суммарного объема пор основы, концентрация ТЭДА в пропиточном растворе 0,80%, содержание бихромата калия в нем 1,0% (см. пат. РФ 2108149, кл. С 01 В 31/08, В 01 J 20/20, опубл. 10.04.98).

Недостатком прототипа является низкая сорбционная активность сорбента-катализатора по хлорциану во влажных условиях.

Целью изобретения является повышение сорбционной активности сорбента-катализатора во влажных условиях при его эксплуатации. Так как любые медно-хромово-серебряные катализаторы всегда теряют свою активность в условиях повышенной влажности воздуха, а также увлажнении самого катализатора при хранении, необходимо разрабатывать технологии и способы, повышающие активность по нестойким веществам, характерным представителем которых является хлорциан.

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим пропитку зерен основы с добавками меди, хрома и серебра раствором, содержащим хемосорбционные добавки, вылеживание зерен и их термообработку, причем используют основу с суммарным объемом пор 0,5-0,7 см³/г, а пропитку ведут раствором ТЭДА с концентрацией 0,9-1,5 мас.%, при этом объем раствора составляет 0,95-1,05 объема пор основы, а термообработку проводят в атмосфере топочных газов при температуре в слое 120-140^oC. Дополнительно в раствор добавляют 1,5-2,2 мас.% бихромата калия.

Отличие предложенного способа от известного состоит в том, что используют основу с суммарным объемом пор 0,5-0,7 см³/г, а пропитку ведут раствором ТЭДА с концентрацией 0,9-1,5 мас.%, причем объем раствора составляет 0,95-1,05 объема пор основы, а термообработку проводят в атмосфере топочных газов при температуре в слое 120-140^oC. Дополнительно в раствор добавляют 1,5-2,2 мас.% бихромата калия.

Из научно-технической литературы авторам не известны использование основы с суммарным объемом пор 0,5-0,7 см³/г, пропитка ее раствором ТЭДА с концентрацией 0,9-1,5 мас.%, при этом раствора составляет 0,95-1,05 объема пор основы, термообработка в атмосфере топочных газов при температуре в слое 120-140^oС и дополнительное введение в раствор 1,5-2,2 мас.% бихромата калия.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

При эксплуатации сорбентов-катализаторов в изделиях при продувке их влажным воздухом происходит дезактивация хрома, который переходит из валентности 6+ в валентность 3+, в то же время медно-серебряные компоненты остаются стабильными. Если повторно обработать вышеописанный катализатор ТЭДА, то он, не изменяя медно-хромового комплекса, активирует соединения хрома на угольной основе. Таким образом, свойства катализатора становятся стабильными во влажных условиях. Если же добавить в раствор дополнительно бихромата калия, то защитные свойства повышаются и стабилизируются.

Способ осуществляется следующим образом.

Берут основу в виде зерен с добавками меди, хрома и серебра, имеющую суммарный объем пор 0,5-0,7 см³/г.

Готовят раствор путем добавления в воду с температурой 50-60^oС расчетного количества ТЭДА с получением концентрации 0,9-1,5% мас.%. Пропитывают основу полученным раствором, при этом объем раствора составляет 0,95-1,05 объема пор основы.

Пропитанные зерна основы вылеживают в течение 0,5-1,5 часа. Нагревают печь для термообработки (вращающуюся или "КС") до температуры внутри печи 120-140^oС и проводят термообработку зерен, контролируя температуру в слое зерен 120-140^oС. Затем сорбент-катализатор выгружают и охлаждают до комнатной температуры, после чего проводят оценку его сорбционной активности по хлорциану, выраженную через время защитного действия слоя сорбента-катализатора.

Для дополнительного повышения времени защитного действия в пропиточный раствор вводят бихромат калия (K₂Cr₂O₇) в количестве 1,5-2,2 мас.%.

Условия испытания сорбента-катализатора:
Концентрация паров хлорциана - 5 мг/л
Высота слоя - 3,5 см
Удельный объемный расход паровоздушной смеси - 0,5 л/(мин • см²)
Относительная влажность воздуха - 75%
Полученный по предложенному способу сорбент-катализатор имел время защитного действия 31-36 мин в случае пропиточного раствора, содержащего только ТЭДА, а при дополнительном введении бихромата калия оно составляло 36-41 мин.

Пример 1. Берут 1 кг активного угля с суммарным объемом пор 0,84 см³/г. Готовят аммиачный раствор меди, хрома и серебра следующим образом. В 800 см³ аммиачной воды растворяют 150 г углекислой основной меди, 45 г хромового ангидрида, 1,8 г азотнокислого серебра, 100 г углекислого аммония.

Раствор нагревают до температуры 65-70^oС. Загружают активный уголь в аппарат типа бетономешалки, добавляют туда 880 см³ раствора и перемешивают в течение 10 мин. Пропитанный уголь выгружают из аппарата и вылеживают в течение 2 ч при комнатной температуре, после чего ведут термообработку при 150-160^oС в течение 25 мин в печи "КС". Полученную основу выгружают и охлаждают до комнатной температуры.

Суммарный объем пор у нее составил 0,50 см³/г.

Готовят раствор ТЭДА с концентрацией 0,9 мас.% путем растворения в 1 л воды с температурой 50-60^oС 9 г ТЭДА. Проводят пропитку основы приготовленным раствором. Объем раствора составляет 0,95 объема пор основы.

Пропитанные зерна основы вылеживают при комнатной температуре в течение 0,5 ч. Нагревают печь "КС" до температуры 120^oС и проводят термообработку зерен в течение 8 минут, после чего выгружают и охлаждают до комнатной температуры.

Полученный сорбент-катализатор имел время защитного действия 31 мин.

Введение в раствор 1,5 мас.% бихромата калия с последующим проведением вышеизложенных операций позволяет повысить время защитного действия по хлорциану слоя сорбента-катализатора до 36 мин.

Пример 2. Осуществление процесса как в примере 1, за исключением того, что для пропитки раствором ТЭДА используют основу с суммарным объемом пор 0,7 см³/г. Раствор ТЭДА готовят с концентрацией 1,5 мас.% путем растворения в 1 л воды с температурой 60^oС 15 г ТЭДА.

Объем раствора для пропитки составляет 1,05 объема пор основы.

Пропитанные зерна основы вылеживают в течение 1,5 ч. Термообработку проводят при температуре 140^oС в течение 12 мин.

Полученный сорбент-катализатор имел время защитного действия по хлорциану 32 мин. Введение в раствор 2,2 мас.% бихромата калия повысило время защитного действия до 34 мин.

Пример 3. Осуществление процесса как в примере 1, за исключением того, что для пропитки раствором ТЭДА используют основу с суммарным объемом пор 0,6 см³/г. Раствор ТЭДА готовят с концентрацией 1,2 мас.% путем растворения в 1 л воды с температурой 55^oС 12 г ТЭДА. Объем раствора для пропитки составляет 1,0 объема пор основы. Пропитанные зерна основы вылеживают в течение 1,0 ч. Термообработку проводят при температуре 130^oС в течение 10 мин.

Полученный сорбент-катализатор имел время защитного действия по хлорциану 36 мин.

Введение в раствор 2,0 мас.% бихромата калия повысило время защитного действия сорбента-катализатора до 41 мин.

Сорбент-катализатор, полученный по способу, изложенному в прототипе (пат. РФ 2108149), имел время защитного действия при тех же условиях испытаний 20-25 мин.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить сорбционную активность по плохосорбируемым нестойким веществам типа хлорциана на 50-70 мас. %.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а именно повышение сорбционной активности по хлорциану во влажных условиях при его эксплуатации, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.