СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОГЛОТИТЕЛЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА Российский патент 1995 года по МПК B01J20/02 

Изобретение относится к способам получения твердых сорбентов двуокиси углерода и может быть использовано в производстве регенерируемого сорбента для удаления двуокиси углерода из объема космического скафандра и других обитаемых замкнутых объектов.

Известен способ получения регенерируемого поглотителя двуокиси углерода на основе окиси серебра, предназначенного для использования в системе жизнеобеспечения космического скафандра. Поглотитель готовят из окиси серебра и осажденной окиси алюминия в пропорции от 80:20 до 20:80. Он имеет динамическую активность 10 мас. двуокиси углерода. Температура регенерации поглотителя составляет 150-220^оС [1]
Такой поглотитель в процессе эксплуатации его в циклах сорбция-регенерации не обеспечивает эффективное удаление двуокиси углерода из объема космического скафандра, так как окись алюминия, входящая в состав поглотителя в качестве связующего вещества, играет роль катализатора разложения окиси серебра до металлического серебра, что приводит к снижению активности поглотителя.

Известен способ получения поглотителя двуокиси углерода на основе окиси серебра, в котором используется инертное связующее силикат натрия. Готовят водную суспензию карбоната серебра, в которую добавляют катализатор и связующее. В качестве катализатора используют гидроокиси щелочных металлов, в частности, гидроокись калия, а в качестве связующего силикат натрия. Полученную массу формуют в гранулы, которые подвергают сушке горячим воздухом и термообработке при температуре 250^оС в течение 2 ч. В процессе приготовления поглотителя каpбонат серебра взаимодействует с гидроокисью калия с образованием окиси серебра и бикарбоната калия. Силикат натрия в щелочной среде коагулирует с образованием геля окиси кремния, который является связующим веществом. При термообработке поглотителя происходит разложение бикарбоната калия и непрореагировавшего с гидроокисью карбоната серебра. Конечный состав поглотителя содержит окись серебра, каpбонат калия, каpбонат натрия и окись кремния. Используемые в способе условия проведения операций обусловленны тем, что для приготовления поглотителя, обладающего высокой реакционной способностью по отношению к двуокиси углерода, необходимо использовать окись серебра, полученную из только что разложенного карбоната. Емкость полученного этим способом поглотителя при испытаниях в динамической трубке составляет 60-80 л/кг до проскока 80% двуокиси углерода от исходной концентрации и практически не изменяется в течение 28 циклов сорбция регенерации. Температура регенерации поглотителя составляет 174-250^оС [2]
Однако при испытаниях этого поглотителя в условиях, имитирующих условия системы жизнеобеспечения космического скафандра (концентрация двуокиси углерода 2,0% влажность воздуха 40% температура воздуха 30^оС) емкость поглотителя составила только 30-35 л/кг или 45-52 л/л. Исходя из этой величины емкости поглотителя, объем поглотительного патрона для работы в открытом космосе в течение 6 ч при выделении человеком 40 л СО₂ в час должен составлять 5 л, что не удовлетворяет основному требованию, предъявляемому к поглотительному патрону ввиду ограниченного объема скафандра.

При работе человека в космосе выделение двуокиси углерода не является равномерным, а носит прерывистый характер "работа-отдых", при этом колебания по выделению двуокиси углерода составляют 20-80 л/ч. Поэтому поглотитель должен обладать высокой скоростью поглощения двуокиси углерода. Скорость поглощения двуокиси углерода, полученного известным способом, составляет 15-20 л/л˙ч, что недостаточно для эффективного удаления двуокиси углерода из объема космического скафандра. В этом случае требуется увеличение объема поглотительного патрона в 1,5-2,0 раза.

Цель изобретения улучшение эксплуатационных характеристик поглотителя двуокиси углерода, к которым относятся динамическая активность и скорость поглощения двуокиси углерода. Увеличение этих показателей позволяет обеспечить эффективное удаление двуокиси углерода из объема космического скафандра без увеличения поглотительного патрона.

Для достижения этой цели в способе получения поглотителя двуокиси углерода на основе окиси серебра, заключающемся в смешивании водной суспензии карбоната серебра с катализатором и связующим, формировании смеси в гранулы с последующей их сушкой и термообработкой при температуре 174-250^оС, в качестве катализатора используют смесь гидроксида галогенида щелочного металла. Для получения оптимальных характеристик поглотителя количество вводимых в исходную смесь катализаторов должно составлять; гидроксида щелочного металла 6,6-10,5 мас. галогенида щелочного металла 0,4-4,4 мас. в расчете на сухие вещества.

Использование указанной смеси катализаторов вместе гидроокиси калия приводит к повышению кинетики твердофазной реакции взаимодействия окиси серебра с двуокисью углерода и изменению кристаллической структуры поглотителя, обусловленных тем, что ионы галогена и ионы щелочного металла внедряются в кристаллическую решетку окиси серебра. В результате этого ионы серебра приобретают повышенную подвижность и свободно перемещаются в кристаллической решетке. Скорость поглощения двуокиси углерода и динамическая активность поглотителя увеличивается в 1,5-2,0 раза.

Способ осуществляется следующим образом.

К водной суспензии карбоната серебра добавляют расчетное количество смеси гидроксида и галогенида щелочного металла. Массу тщательно перемешивают и добавляют связующее силикат натрия. Полученную шихту формуют известными способами. Полученные гранулы сушат на воздухе при температуре 20-80^оС, а затем термообрабатывают при температуре 174-250^оС. В результате термообработки конечный состав поглотителя содержит окись серебра, карбонат щелочного металла, галогенид щелочного металла и двуокись кремния.

Поглотитель испытан в динамических условиях при следующих условиях: объем поглотителя в динамической трубке 20 см³; температура газовоздушной смеси 29,5±0,05% расход газовоздушной смеси 1,0±0,1 л/мин; влажность газовоздушной смеси 50±5% объемная доля двуокиси углерода на входе в динамическую трубку 1,9±0,05%
Сорбцию заканчивали при достижении объемной доли двуокиси углерода за слоем поглотителя, равной 1,5 ±0,05% Регенерацию поглотителя после сорбции осуществляли нагреванием в сушильном шкафу при температуре 230 ±5^оС в течение 2 ч. Затем навеску поглотителя охлаждали до комнатной температуры и помещали в динамическую установку для проведения процесса сорбции при указанных выше условиях. За динамическую активность поглотителя принимали среднее значение из 5 циклов испытаний.

Результаты испытаний образцов поглотителя с различным количеством вводимого в исходную смесь катализатора гидроксида и галогенида щелочного металла представлены в таблице.

Введение таких ионов, как Cs⁺J^-, предпочтительнее, чем K⁺, Rb⁺, Br^-, так как приводит к более значительному увеличению динамической активности регенерируемого поглотителя.

Введение ионов K⁺, Rb⁺, Br^- в виде КОН, RbOH, K₂CO₃, Rb₂CO₃ KJ, KBr также приводит к увеличению динамической активности поглотителя по двуокиси углерода, так как динамическая активность чистой окиси серебра практически равна нулю.

Проведено использование в качестве связующего силиката натрия, гидроксида титана и различных фторопластов. Установлено, что силикат натрия предпочтительнее из-за большей прочности гранул.

Проведены испытания поглотителя, полученного по данному способу в патроне для выходного скафандра в условиях имитирующих условия системы жизнеобеспечения (концентрация двуокиси углерода 2,0% влажность воздуха 40% температура воздуха 30^оС) при условии выделения человеком 40 л двуокиси углерода в час. Объем патрона составлял 3 л, объем поглотителя в патроне 2,6 л, вес поглотителя 5,1 кг. При этих условиях время работы патрона составило 8 ч, патрон поглотил 320 л двуокиси углерода.

Использование: для получения поглотителя диоксида углерода. Сущность изобретения: поглотитель диоксида углерода получают путем смешивания водной суспензии карбоната серебра с катализатором и связующим, формования смеси в гранулы с последующей сушкой и термообработкой гранул при температуре 174-250°С. В качестве катализатора используют смесь гидроксида и галогенида щелочного металла, в качестве связующего - силикат натрия. 3 з. п. ф-лы, 1 табл.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОГЛОТИТЕЛЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА на основе окиси серебра, включающий смешение водной суспензии карбоната серебра с катализатором и связующим, формование полученной шихты, сушку и термообработку формованного продукта при 174-250^oС, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют смесь гидроксида и галогенида щелочного металла. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют щелочной металл выбранный из группы K, Cs, Rb. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют галогенид выбранный из группы Br, J. 4. Способ по пп. 1-3, отличающийся тем, что соотношение гидроксида и галогенида щелочного металла в смеси равном (6,6-10,5):(0,4-4,4)мас.