СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СФЕРИЧЕСКОГО УГЛЕРОДНОГО АДСОРБЕНТА Российский патент 1995 года по МПК C01B31/08 

Изобретение относится к производству активных углей (а.у.) и может быть использовано в электроугольной и графитовой промышленности, а также для получения лекарственных препаратов и особо чистых веществ.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является способ получения углеродного адсорбента (у.а.) из смеси фурфурола и серной кислоты путем их смешения при весовом соотношении 4-9:1, диспергирования смеси в инертной среде полиметилсилоксановых жидкостей или продуктов перегонки нефти с температурой кипения выше 160^оС, причем в процессе диспергирования происходит отверждение смеси с образованием сферических гранул, карбонизации гранул при температуре 820^оС и активации при температуре 850^оС (авт. св. СССР N 814857, 1981).

Недостатком прототипа является низкая скорость адсорбции, особенно веществ с размером молекул более 1,5 нм.

Целью изобретения является повышение скорости адсорбции примесей из газовой и жидкой фазы получаемым сферическим углеродным адсорбентом.

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим подачу на смешивание фурфурола и концентрированной серной кислоты, диспергирование смеси в нагретую среду, несмешивающуюся с ней, отверждение гранул, их карбонизацию и активацию, причем на смешивание дополнительно подают смолу пиролиза, термореактивную смолу или их смесь при следующем соотношении компонентов в мас.%:
Смола пиролиза, термо-
реактивная смола или их смесь 2-41
Концентрированная серная кислота 8-14 Фурфурол Остальное
Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Скорость адсорбции примесей из газовой или жидкой фазы определяется наличием в у.а. транспортных макропор, обеспечивающих подвод молекул сорбируемых веществ из объема газа или жидкости к микро- и мезопорам, где происходит их адсорбция.

Однако при использовании для получения у.а. только одного фурфурола преимущественное развитие получают микро- и мезопоры. Поэтому необходимо ввести в смесь совмещающиеся с фурфуролом смолы, которые при полимеризации дают более рыхлую сшивку. К таким смолам относятся синтетические термореактивные смолы, в частности эпоксидная и фенолформадегидная смолы, а также смолы пиролиза, получаемые путем пиролиза углеродсодержащегося сырья, в частности лесохимические, каменноугольные, нефтяные смолы.

Способ осуществляется следующим образом.

В смеситель дозируют в заданных соотношениях исходные компоненты смеси, поддерживая температуру не выше 30^оС. Затем смесь направляют в диспергатор, представляющий собой емкость с днищем, имеющим отверстие диаметром 2 мм и длиной 10 мм. Из диспергатора смесь в виде струй поступает в колонну с инертной средой (полиметилсилоксановая жидкость или продукт перегонки нефти с температурой кипения более 160^оС), где происходит образование капель и последующая полимеризация при температуре 90-120^оС. Затем суспензия гранул в инертной среде (масле) поступает в накопитель, где происходит отделение гранул и масла. Гранулы в накопителе отверждаются при температуре 100-150^оС и далее направляются на карбонизацию. Карбонизацию ведут во вращающейся электропечи при температуре 650-800^оС. Активацию проводят также во вращающейся электропечи при температуре 850^оС углекислым газом или смесью углекислого газа и водяного пара. Возможно использование для карбонизации и активации и других типов печей. После охлаждения активные гранулы подвергают рассеву с выделением нужной фракции, затаривают и направляют потребителю.

Оценку скорости адсорбции примесей из газовой и жидкой фазы производят по общепринятым методикам.

Так скорость адсорбции примесей из газовой фазы оценивают по времени полуотработки адсорбционной емкости ( τ_0,5) углеродного адсорбента, т.е. времени, необходимом для насыщения половины его равновесной адсорбционной активности (Ар). Измерение времени полуотработки адсорбционной емкости τ_0,5 проводили по методике, описанной в монографии Кельцева Н.В. "Основы адсорбционной техники", М.: Химия, 1976 г., с.179-183, при концентрации паров бензола 1 об.% и температуре 25^оС.

Скорость адсорбции примесей из жидкой фазы оценивали по времени установления равновесия в системе адсорбент - очищаемая жидкость. В качестве измеряемой системы определяли время установления равновесия (τ_р) при адсорбции золота из цианистого раствора при его концентрации 1 мг/л и температуре 20^оС.

П р и м е р 1. Берут, кг (мас.%): 90 кг (90 мас.%) фурфурола по ГОСТ 10437-80, 8 кг (8 мас.%) концентрированной серной кислоты по ГОСТ 4204-77 и 2 кг (2 мас.%) эпоксидной смолы по ТУ 6-05-1251-75 марки К-115, относящийся к классу термореактивных смол, и смешивают их при температуре 25^оС. Затем смесь диспергируют через фильеры с диаметром отверстия 2 мм и длиной канала 10 мм в колонну с инертной средой - маслом компрессорным по ГОСТ 9243-75 марки КС-19, имеющим температуру 100^оС. Из колонны сферические гранулы поступают в накопитель, где происходит их отделение от масла, и потом направляются на карбонизацию во вращающейся электропечи при температуре 750^оС. Карбонизированные гранулы активируют при температуре 850^оС углекислым газом, подаваемым с расходом 3 л/мин. Далее продукт подвергают рассеву с выделением фракции 1,0-2,0 мм. Полученный у.а. имел скорость адсорбции паров бензола из газовой фазы τ_0,5, равную 30 с, и скорость адсорбции золота из цианистого раствора τ_р, равную 64 мин.

П р и м е р 2. Аналогично примеру 1, за исключением того, что на смешивание подают, кг (мас. %): фурфурола 45; серной кислоты 14 и каменноугольной смолы 41 (по ТУ 14-6-171-80 (марка Б).

Полученный углеродный адсорбент имел скорость адсорбции паров бензола из газовой фазы τ_0,5 = 36 с и скорость адсорбции золота из цианистого раствора τ_р = 69 мин.

П р и м е р 3. Аналогично примеру 1, за исключением того, что на смешивание подают, кг (мас.%): фурфурола 70; серной кислоты 15; лесохимической смолы 15. (ТУ 13-4000177-160-84).

Полученный углеродный адсорбент имел скорость адсорбции паров бензола из газовой фазы τ_0,5 = 28 с и скорость адсорбции золота из цианистого раствора τ_р = 60 мин.

П р и м е р 4. Аналогично примеру 1, за исключением того, что на смешивание подают, кг (мас.%): фурфурола 70; серной кислоты 15; нефтяной смолы, полученной путем пиролиза мазута, 15.

Полученный углеродный адсорбент имел скорость адсорбции паров бензола τ_0,5 = 29 с и скорость адсорбции золота из цианистого раствора τ_р = 62 мин.

П р и м е р 5. Аналогично примеру 1, за исключением того, что на смешивание подают, кг (мас.%): фурфурола 70; серной кислоты 5; эпоксидной смолы 3; каменноугольной смолы 22.

Полученный углеродный адсорбент имел скорость адсорбции паров бензола τ_0,5 = 32 с и скорость адсорбции золота из цианистого раствора τ_р = 61 мин.

Сферический углеродный адсорбент, полученный по прототипу имел скорость адсорбции паров бензола τ_0,5 = 58 с и скорость адсорбента золота из цианистого раствора τ_р = 252 мин.

Получение сферического углеродного адсорбента включает подачу на смешивание фурфурола, концентрированной серной кислоты и смолы пиролиза, термореактивной смолы или их смеси при следующем соотношении компонентов, мас. % : смола пиролиза, термореактивная смола или их смесь 2 - 41, концентрированная серная кислота 8 - 14, фурфурол - остальное, последующее дисперсирование смеси в нагретую среду, несмешивающуюся с ней, отверждение гранул, их карбонизацию и активацию.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СФЕРИЧЕСКОГО УГЛЕРОДНОГО АДСОРБЕНТА, включающий подачу на смешивание фурфурола и концентрированной серной кислоты, дисперсирование смеси в нагретую среду, несмешивающуюся с ней, отверждение гранул, их карбонизацию и активацию, отличающийся тем, что на смешивание дополнительно подают смолу пиролиза, термореактивную смолу или их смесь при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Смола пиролиза и/или термореактивная смола - 2 - 41
Концентрированная серная кислота - 8 -14
Фурфурол - Остальное