СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДМИНЕРАЛЬНЫХ СОРБЕНТОВ Российский патент 1995 года по МПК B01J20/30 

Изобретение относится к области аналитической химии, экологии, медицины и найдет применение при контроле содержания органических загрязнителей воздуха, воды, включая очистку воздуха, воды от последних, в области медицины при создании новых материалов медицинского назначения, а также материалов для очистки вирусных суспензий от посторонних белков и материалов для гемосорбции.

Известны способы получения углеродминеральных адсорбентов, заключающийся в пиролизе непредельных углеводородов, на поверхности неорганических материалов-носителей [1-3]
Цель изобретения повышение однородности поверхности, сохранение структуры исходного носителя, регулирование наносимого пироуглерода, улучшение сорбционных характеристик адсорбента.

При получении адсорбентов используется операция нанесения пироуглерода путем многократной последовательной обработки поверхности парами галогенида какого-либо элемента, воды, например молекулярное наслаивание, и пиролизом органического соединения, например непредельного углеводорода, на продуктах молекулярного наслаивания. В лабораторных условиях использовались из этой группы для модифицирования поверхности тетрахлорид титана и вода. Для проведения пиролиза на модифицированной титанооксидными слоями поверхности в качестве пиролизуемого органического вещества использовался непредельный углеводород метилметакрилат.

При обработке поверхности носителя, в частности кремнезема, парами тетрахлорида титана с последующим гидролизом хлор-групп, на поверхности образуется титанооксидный слой, содержащий кислотные центры, которые обеспечивают процесс катализа при пиролитическом разложении метилметакрилата, приводящего к образованию пироуглерода. Равномерное распределение активных центров, которое обеспечивается с помощью метода молекулярного наслаивания, способствует равномерному распределению образующегося пироуглерода на поверхности носителя. В процессе катализа происходит блокирование пироуглеродом каталитических центров, вследствие чего образование пироуглерода прекращается.

Введение на поверхность титаноксидных слоев способствует снижению температуры пиролиза до 600^оС, при которой разложения метилметакрилата на поверхности исходного кремнезема практически не наблюдается. Для регулирования количества наносимого пироуглерода и соответственно изменения свойств полученных по предлагаемому способу адсорбентов модифицирование и пиролиз осуществляют последовательно и не менее двух раз, что позволяет получать адсорбенты, обладающие высокой сорбционной активностью к различным классам органических соединений.

Синтез минерально-углеродных материалов, в частности адсорбентов, проводят по общей схеме, приведенной ниже.

В схеме представлен применяемый в работе тетрахлорид титана. Для получения минерально-углеродных материалов для модифицирования поверхности используют элементы, образующие на поверхности кислотные центры, например B, Al, P, Ti, V, Cr, Fe, Ge, Zr, W и т.д. которые можно ввести на поверхность носителя, например, с помощью метода молекулярного наслаивания.

Ниже приводятся конкретные примеры предлагаемого способа для получения минерально-углеродных адсорбентов. Эксперименты проведены в лабораторных условиях химического факультета Санкт-Петербургского государственного университета.

П р и м е р 1. Синтез проводят на химически чистом макропористом кремнеземе аэросилогеле (АСГ). Сухой аэросилогель (фракция 0,25-0,5 мм, удельная поверхность 175 м²/г), помещенный в реактор, обрабатывают парами тетрахлорида титана при 200^оС в токе осушенного воздуха (стадия 1), уделяют избыток тетрахлорида титана, далее проводят стадию гидролиза парами воды при 200^оС в проточной системе (стадия 2). После предварительной сушки модифицированного таким образом аэросилогеля осуществляют пиролиз паров метилметакрилата в среде сухого инертного газа при температуре 600^оС в течение одного часа в кварцевом реакторе (стадия 3).Для получения паров метилметакрилата используют барботер, расход газа-носителя контролируют с помощью ротаметра. На этом заканчивают первый цикл обработки парами тетрахлорида титана с последующим гидролизом хлор-групп и пиролизом на модифицированной поверхности метилметакрилата. Получают углеродистый адсорбент АСГ-TiC (однократная обработка реагентами), содержание углерода 3,8 мас.

П р и м е р 2. Для синтеза используют адсорбент АСГ-TiC (см.пример 1). Для создания центров хемосорбции тетрахлорида титана адсорбент АСГ-TiC подвергают обработке влажным воздухом при температуре 200^оС (стадия 4). По описанной процедуре далее проводят второй цикл обработки: парами тетрахлорида титана (стадия 5), парами воды (стадия 6), пиролиз паров метилметакрилата (стадия 7).

В аналогичных условиях проводят четыре цикла обработки (через промежуточную стадию 4) получают таким образом адсорбент АСГ-4 (TiC) (четырехкратная обработка реагентами), содержание углерода 12,4 мас.

Результаты испытаний сорбционных свойств адсорбентов приведены в таблице.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа заключается в повышении однородности поверхности за счет модифицирования ее, например, методом молекулярного наслаивания, сохранении структуры исходного носителя за счет снижения температуры пиролиза, регулировании количества наносимого пироуглерода за счет заданного числа циклов модифицирования и пиролиза.

Предлагаемый способ позволяет получать адсорбенты, удерживание органических соединений которыми существенно превышает удерживание импортным карбопаком, отечественным карбохромом и адсорбентами, полученными в результате пиролиза ПАУ.

Использование: для получения углеродминеральных сорбентов. Способ заключается в пиролизе непредельных углеводородов на поверхности носителя, модифицированного титанооксидными слоями. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДМИНЕРАЛЬНЫХ СОРБЕНТОВ, включающий пиролиз непредельных углеводородов на поверхности оксидного носителя, отличающийся тем, что в качестве носителя используют кремнезем с нанесенным на поверхность методом молекулярного наслаивания титанооксидным слоем, в качестве непредельного углерода метилметакрилат и после пиролиза поверхность науглероженного носителя подвергают окислению влажным воздухом при повышенной температуре, затем последовательно обрабатывают парами тетрахлорида титана и воды и вновь проводят пиролиз метилметакрилата на поверхности носителя. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что цикл нанесения титаноксидного слоя на поверхность с последующим пиролизом на ней метилметакрилата проводят 2 4 раза.