Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения активного угля из косточек плодовых деревьев

Изобретение относится к получению активных углей на основе косточек плодов фруктовых деревьев и скорлупы орехов и может быть использовано в процессах водоочистки, где доля потребления активного угля составляет 1/3 его мирового производства, а также в медицине в качестве энтеросорбента для выделения токсинов из организма.

Известен способ получения активного угля из косточек плодов и скорлупы орехов, включающий дробление до размера зерен 0,3-5,0 мм, карбонизацию при 400-750°С, рассев и парогазовую активацию, причем карбонизацию осуществляют в потоке углекислого газа_; при объемном соотношении косточек к СО₂, составляющем 1:(100-120), после чего зерна охлаждают до 20-50°С и подвергают повторной карбонизации при 750-900°С со скоростью нагрева 2-7°С/мин, а рассев осуществляют после активации (см. пат. РФ №2111923 кл. С01В 31/08, B01J 20/20 опубл. 27.05.1998 г.).

Недостатком известного способа является значительная сложность технологического процесса и его многостадийность.

Наиболее близким предлагаемому по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения дробленого активного угля из скорлупы орехов и плодовых косточек, включающий карбонизацию и парогазовую активацию, причем карбонизацию ведут вплоть до 750°С со скоростью подъема температуры 30-50°С/мин, активацию осуществляют смесью водяного пара и СО₂ при температуре 820-870°С, а дробление до размеров частиц 0,5-3,5 мм проводят после карбонизации (см. пат. РФ №2105714 кл. С01В 31/08, B01J 20/20 опубл. 27.02.1998 г.).

Недостатком прототипа является низкая адсорбционная активность полученного активного угля при извлечении из воды фенола.

Техническим результатом (целью) изобретения является повышение адсорбционной активности получаемого активного угля при извлечении из воды фенола.

Поставленная цель достигается предлагаемым способом получения активного угля из косточек сливы, включающим карбонизацию при 600-700°С, дробление, рассев и активацию частиц, причем карбонизацию проводят со скоростью подъема температуры 10-15°С/мин с выдержкой при конечной температуре 20-30 минут, а активацию осуществляют водяным паром при температуре 880-920°С до обгара 15-20% масс.

Отличие предлагаемого способа от прототипа состоит в том, что карбонизацию проводят со скоростью подъема температуры 10-15°С/мин с выдержкой при конечной температуре 20-30 минут, а активацию осуществляют водяным паром при температуре 880-920°С до обгара 15-20% масс.

Из научно-технической и патентной литературы авторам неизвестен способ получения активного угля из косточек сливы, в котором карбонизацию проводят со скоростью подъема температуры 10-15°С/мин с выдержкой при конечной температуре 20-30 минут, а активацию осуществляют водяным паром при температуре 880-920°С до обгара 15-20% масс.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, чтобы обеспечить оптимальную пористую структуру и адсорбционную активность активного угля на основе уплотненного сырья (косточек плодов фруктовых деревьев) по конкретному адсорбтиву (особенно в жидкой фазе): необходим тщательный подбор именно термического режима процесса, так как сама форма зерен уже сформирована природой.

Способ осуществляется следующим образом.

Берут фрагмены косточек сливы, помещают их в ретортную печь и осуществляют карбонизацию со скоростью подъема температуры 10-15°С/мин без доступа воздуха с выдержкой при конечной температуре 600-700°С в течение 20-30 мин. По завершении процесса карбонизации печь охлаждают, а полученный карбонизат (с содержанием летучих не более 12%) подвергают дроблению с последующим выделением фракции 1,0-3,0 мм. Выделенную фракцию зерен загружают в ретортную или вращающуюся печь для активации, которую осуществляют водяным паром при температуре 880-920°С до обгара 15-20% масс, который контролируют по насыпной плотности. После выгрузки из печи продукт охлаждают без доступа воздуха и проводят изучение его адсорбционной активности по извлечению из воды фенола - наиболее стойкого загрязняющего вещества питьевой воды.

Адсорбционную активность определяли по снижению исходной концентрации фенола в воде 0,01 мг/л. Определение концентрации осуществляли на жидкостном хроматографе «Милихром 5-6». Условия проведения опытов: дозирование 1 г угля на 1 л воды при времени контакта фаз 30 мин. Равновесная концентрация фенола в воде после разделения фаз составляла 0,0077-0,0083 мг/л.

Пример 1. Берут 1 кг фрагментов косточек сливы с влажностью 6,0%, содержанием золы 1,35% и выходом летучих 56% и загружают в ретортную печь для осуществления карбонизации, которую ведут со скоростью подъема температуры 10°С/мин до конечной температуры 600°С, и выдерживают при этой температуре 20 мин. По завершении процесса карбонизации печь охлаждают до комнатной температуры, выгружают карбонизат и подвергают его дроблению на валковой дробилке, продукт дробления рассеивают на стандартном вибросите, выделяя фракцию 1-3 мм. Выделенную фракцию направляют на активацию, которую ведут при температуре 800°С до обгара 15% масс, контролируемого по насыпной плотности.

Полученный активный уголь направляли на определение адсорбционной активности по указанному методу. При этом равновесная концентрация фенола в воде после обработки улем составила 0,0080 мг/л.

Пример 2. Осуществление процесса как в примере 1, за исключением того, что карбонизацию осуществляют со скоростью подъема температуры 15°С/мин до конечной температуры 650°С и выдержкой при этой температуре 30 мин, а активацию проводят водяным паром при температуре 920°С до обгара 20% масс.

Равновесная концентрация фенола в воде после обработки полученным улем составила 0,0083 мг/л.

Пример 3. Осуществление процесса как в примере 1, за исключением того, что карбонизацию проводят со скоростью подъема температуры 12,5°С/мин до конечной температуры 700°С и выдержкой при этой температуре 25 мин, а активацию осуществляют водяным паром при температуре 900°С до обгара 18% масс.

Равновесная концентрация фенола в воде после обработки полученным улем составила 0,0077 мг/л.

Равновесная концентрация фенола в воде после ее обработки активным углем, полученным согласно прототипу (пат. РФ №2105714), составила 0,018 мг/л.

Экспериментальными исследованиями было установлено, что при скорости подъема температуры на стадии карбонизации выше 15°С/мин в активном угле образуются преимущественно макропоры, а при скорости подъема температуры меньше 10°С/мин идет уплотнение межплоскостных расстояний в кристаллитах, способствующее образованию тонких ультрамикропор, что в обоих случаях снижает адсорбционную активность получаемого активного угля.

Если время выдержки при конечной температуре карбонизации меньше 20 мин, в карбонизате остается достаточно много аморфного углерода, что ведет к образованию большого количества макропор при активации. С другой стороны, если время выдержки увеличивается более 30 мин, идет графитизация структуры в карбонизате, что в обоих случаях снижает адсорбционную активность получаемого активного угля.

Активация только водяным паром, являющимся более сильным окислителем, чем его смеси с диоксидом углерода, сокращает время достижения необходимого обгара 16-20% масс. Однако, если температура активации превышает 920°С, идет сильный поверхностный обгар и озоление зерен целевого продукта, а при температуре активации ниже 880°С значительно увеличивается время активации, что в обоих случаях неблагоприятно для достижения цели изобретения.

Относительно обгара карбонизата было установлено, что если он менее 15% масс, то не обеспечивается достаточное развитие микропор, а если он более 20% масс, то начинается образование макропор, что в обоих случаях снижает адсорбционную активнось получаемого активного угля.

Таким образом, из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение технического результата, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного изобретения.