КОМПОЗИЦИОННЫЙ КАРБОМИНЕРАЛЬНЫЙ СОРБЕНТ "КАРБОСИАЛЛИТ" Российский патент 1995 года по МПК B01J20/02 

Изобретение относится к композиционному алюмосиликатному сорбенту с углеродом, окклюдированным во вторичных порах алюмосиликата, и способу его получения и модифицирования.

Известен композиционный угольно-алюмосиликатный сорбент, представляющий собой механическую смесь природного цеолита и активированного угля (заявка Японии N 63-248, кл. А 242, 3/16, 1988).

Недостаток угольно-цеолитового сорбента -механическое смешивание ингредиентов, определяющее отсутствие взаимодействия между угольной и алюмосиликатной составляющей, а также приводящее к разделению и рассланцеванию ингредиентов при хранении и транспортировке.

Известны карбоминеральные сорбенты и способы их получения, включающие пиролиз органического материала на поверхности неорганических оксидов [1, 2]
Недостатки известных сорбентов невысокая удельная поверхность и малая пористость, ограниченная область применения.

Известны корбоминеральные сорбенты и способы их получения, основанные на смещении глинистых минералов с органическим веществом с последующей термообработкой смеси [3, 4, 5]
У таких сорбентов удельная поверхность и пористость выше, однако все же недостаточна для ряда сфер их использования.

Известен карбоминеральный сорбент, содержащий природный цеолит и углерод, а также способ его получения, включающий смешение цеолита с органическим веществом фурорураном, и последующую двухстадийную термообработку материала [6]
Недостаток известного материала ограниченная сфера его применения (для очистки газов от SO₂). Недостаток способа его сложность из-за двухстадийной термообработки: вначале ведут карбонизацию смеси, а затем активацию в токе диоксида углерода.

Цель изобретения создание композиционного карбоминерального сорбента широкого спектра использования, включая такие отрасли, как очистка газов, технологических вод, катализ, радиохимия и пр. обладающего высокой пористостью и механической прочностью.

Поставленная цель достигается композиционным карбоминеральным сорбентом, содержащим природную пористую цеолитовую и/ли опал кристаболитовую породу и углерод, окклюдированный в порах при следующем соотношении ингредиентов, мас. цеолитовая и/или опал кристаболитовая порода 50-90; углерод 50-10.

Сорбент характеризуется эффективным радиусом пор 10-100 и удельной поверхностью по Н-бутану 1000-3000 м²/г.

Поставленная цель достигается также предложенным способом получения карбоминерального сорбента, включающим смешивание цеолитовой и/или опал кристаболитовой породы, характеризующейся концентрацией пор 0,1-0,5 м³ при эквивалентном радиусе пор 500-2000 и удельной поверхностью по Н-бутану 500-1000 м²/г, с горючим материалом, выбранным из группы каменный уголь, тяжелые фракции нефти, торф, древесина, и последующую термообработку смеси при 550-1050^оС.

После термообработки сорбент можно дополнительно модифицировать путем его отработки водными растворами минеральных кислот, солей или щелочей или последовательной отработки указанными реагентами с концентрацией их в растворе 1-10 мас.

Особенностью предложенного способа является то, что при пиролизе органического материала смешанного с алюмосиликатом, обладающим вышеуказанными характеристиками, происходит разжижение углеродной составляющей и оклюзия во вторичных порах алюмосиликатного носителя органической составляющей твердого топлива с его последующим коксованием. Дальнейшее модифицирование путем кислотной, солевой или щелочной обработки позволяет очистить сорбент от вредных примесей и улучшить его пористую структуру.

П р и м е р 1. Композиционный сорбент состоит из цеолитовой породы и активированного угля при следующих соотношениях ингредиентов, мас. природный алюмосиликатный сорбент 56; активированный уголь 44.

Эффективный радиус пор 75 , удельная поверхность по бутану 2500 м².

Сорбент получен путем пиролиза при температуре 750^оС, гранулированной смеси цеолитовой породы с содержанием 60% клиноптилолита. Эффективный радиус пор 400 концентрация пор 0,3, S _уд.900 м² и верхового торфа с зольностью 3,2 мас. Обработан 3%-ным раствором соляной кислоты. Сорбционная емкость по хлорорганическим соединениям 1,6 мг ˙экв/г.

П р и м е р 2. Композиционный сорбент получен из опал-кристабалита, трепела (цеолит-клиноптилолит), 70 мас. 18 мас. 12 мас. монтмориллонита и коксующегося каменного угля. Сорбен содержит, мас. природный алюмосиликатный сорбент 62; активированный уголь 38. Эффективный радиус 80 , удельная поверхность 2300 м².

Сорбент получен путем пиролиза при температуре 850^оС вышеуказанного делочного трепела и коксующегося каменного угля с последующей обработкой 5%-ным раствором серной кислоты и 1%-ным раствором гидроксида натрия. Сорбционная емкость по сероуглероду 1,8 мг экв/г.

Остальные примеры сведены в таблицу.

В зависимости от особенностей состава исходного алюмосиликатного сорбента и твердого горючего материала, а также от условий проведения пиролиза, активирова- ния и модифицирования могут быть получены сорбенты с различными свойствами. Основными областями применения нового сорбента является очистка газовых выбросов и сточных вод от токсичных органических и хлорорганических веществ, а также водоподготовка технической воды. Особое значение новый композиционный сорбент может иметь при очистке сточных вод от радионуклидов и тяжелых металлов, присутствующих в виде катионных комплексов. За счет использования чистых видов исходного сырья и модифицирования промежуточного материала получают экологически чистый сорбент, пригодный для использования в процессах очистки питьевой воды.

Сущность изобретения: сорбент содержит активированный уголь в окклюдированном состоянии во вторичных порах природного алюмосиликатного сорбента при следующих соотношениях ингредиентов, мас. природный алюмосиликат 50-90; активированный уголь 10-50. Сорбент получают путем пиролиза горючего материала в присутствии пористого алюмосиликатного термостойкого носителя при температуре 550-1050°С. Модифицирование сорбента приводят обработкой водными растворами минеральных кислот, солей или щелочей с концентрацией 1-10 мас. Сорбент имеет эффективный радиус пор и удельную поверхность по н-бутану 1000-3000 м²/г. 2 с. и 2 з. п. ф-лы, 1 табл.

1. Композиционный карбоминеральный сорбент, содержащий природный алюмосиликат и углерод, отличающийся тем, что в качестве алюмосиликата он содержит пористую пеолитовую и/или опал-кристаболитовую породу, причем углерод окклюдирован в порах при следующем соотношении ингредиентов, мас.

Цеолитовая и/или опал-кристаболлитовая порода 50 90
Углерод 10 50
при этом сорбент характеризуется эффективными радиусами пор 10 100 и удельной поверхностью по Н-бутану 1000 3000 м²/г.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что используют цеолитовую и/или опал-кристабаллитовую породу, характеризующуюся концентрацией пор 0,1 0,5 м³/г при эквивалентном радиусе поры 500- 2000 и удельной поверхностью по Н-бутану 500 1000 м²/г.