СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНИСТОГО АДСОРБЕНТА Российский патент 1995 года по МПК D01F9/22 

Изобретение относится к сорбционной технике, в частности к производству углеродных нетканых адсоpбентов, и может быть использовано для очистки различных сред от нежелательных компонентов методами адсорбции и фильтрации, а в медицине для создания противоожоговых повязок и энтеросорбентов.

Известен способ получения нетканого материала на основе углеродных волокон из пека, содержащего 40-90% мезофазы, уложенных в виде мата, при этом скрепление волокон в материале достигается в результате специального режима термообработки, включающего последовательное нагревание в окислительной атмосфере в течение времени, достаточного для отверждения поверхности волокон с сохранением неотвержденной сердцевины, и под давлением в бескислородной атмосфере при температуре перехода сердцевины в жидкую фазу для скрепления материалом сердцевины поверхностей волокон и последующую карбонизацию мата в бескислородной среде [1]
Недостатком этого способа получения нетканого адсорбента является то, что полученный материал имеет недостаточную прочность из-за повышенной реакционной способности пека в местах скрепления волокон.

Наиболее близким к предложенному является способ получения углеродного нетканого материала, состоящего из волокон активированного угля и металлической основы, пропиткой углеродсодержащих волокон огнестойким составом с последующей карбонизацией при температуре менее 400^оС, активацией при температуре более 500^оС и нанесением на металлическую основу [2]
Недостатком способа является необходимость нанесения активного углерода на металлическую основу, что повышает зольность адсорбента, снижает его эластичность и не позволяет применять его в медицинских целях.

Целью изобретения является получение углеродного нетканого адсорбента, обладающего повышенной эластичностью, высокими адсорбционными свойствами и низкой зольностью.

Способ осуществляют следующим образом.

Иглопробивное нетканое полотно (из волокон вискозы или волокон привитого сополимера ПАН и вискозы в соотношении 1:(1,5-2,3) в сополимере) пропитывают раствором соли, например, однозамещенный фосфат аммония, тетраборнокислый натрий, хлористый аммоний, хлористый цинк, пропускают через печь карбонизации (горизонтальную или вертикальную) с температурой в зоне нагрева 350-400^оС с линейной скоростью, обеспечивающей скорость нагрева полотна 6-50^оС/мин, периодически контролируя содержание летучих продуктов в нетканом полотне, которое должно составлять 15-35%
Затем частично карбонизованное полотно пропускают через печь с температурой в зоне карбонизации 670-850^оС с линейной скоростью, соответствующей скорости нагрева полотна 150-900^оС/мин, в среде двуокиси углерода или отходящих газов активации. Далее полотно подвергают парогазовой активации в этой же или другой печи при 850-900^оС до обгара 40-50%
При скорости подъема температуры на 1-й стадии карбонизации менее 6^оС/мин и менее 150^оC/мин на 2 стадии получается прочное нетканое полотно с высокой плотностью, что уменьшает адсорбционную способность активного продукта в 1,5 раза, затрудняет развитие адсорбционных пор, в 2 раза снижается относительное удлинение.

При скорости подъема температуры на 1 и 2 стадиях соответственно более 50^оС/мин и более 900^оС/мин образующиеся летучие продукты в большом количестве адсорбируются в межволоконном пространстве материала и коксуются там, что затрудняет доступ активатора к волокнам и приводит к развитию общей макропористой малоактивной структуры, снижает адсорбционные свойства в 1,5 раза. Кроме того страдают эластические свойства активного полотна (падает на 30% относительное удлинение и прочность), активный кокс выкрашивается и пылит.

При массовой доле летучих после 1-й стадии карбонизации более 35% и температуре нагрева на 2-й стадии менее 670^оС происходит интенсивное их вскипание на последующих стадиях термообработки, что приводит к развитию крупных пор, снижению адсорбции в 1,2-1,7 раза, снижению прочности волокон и, следовательно, материала в целом на 12-25%
При массовой доле летучих менее 15% после первой стадии карбонизации и температуре нагрева на 2-й стадии более 850^оС чересчур плотная упаковка карбонизата не позволяет развивать поры на стадии активации, что снижает адсорбционные свойства в 1,5 раза.

П р и м е р 1. Вискозное иглопробивное нетканое полотно пропитывают 2% -ным водным раствором однозамещенного фосфорнокислого аммония (с расходом 1 кг/кг полотна), высушивают при 120^оС в сушилке до остаточной влажности 15% затем пропускают через печь карбонизации длиной 2,5 м с температурой в зоне нагрева 350^оС с линейной скоростью 0,8 м/ч, что соответствует скорости подъема температуры 10^оС/мин. Массовая доля летучих составляет 30%
Полученное частично карбонизованное нетканое полотно пропускают через горизонтальную двухзонную печь длиной 2,5 м с температурой в зоне карбонизации 750^оС с линейной скоростью 8,6 м/ч, что соответствует скорости подъема температуры 500^оС/мин и времени карбонизации 1,4 мин.

Массовая доля летучих материала составляет 5,0% поверхностная плотность 172 г/м². Далее активируют в печи смесью двуокиси углерода и водяного пара в соотношении 1:1 до обгара 53% при 850^оС.

Полученный адсорбент имеет адсорбционную способность: по бензолу 342 мг/г, по метиленовой сини 340 мг/г; прочность на растяжение 6,5 МПа при относительном удлинении 25%
Полученный адсорбент применен в качестве противоожоговой медицинской повязки.

П р и м е р 2. Берут иглопробивное нетканое полотно из привитого сополимера ПАН и вискозы с соотношением 1,0:2,0 в сополимере, пропитывают 1,3% -ным водным раствором тетрабората натрия (с расходом 1 кг/кг полотна), высушивают при 120^оС до остаточной влажности 18% затем карбонизуют со скоростью подъема температуры 15^оС/мин до содержания летучих 31,2% Затем карбонизуют со скоростью подъема температуры 300^оС/мин до 670^о С в течении 2,2 мин. Далее ведут активацию нетканого материала водяным паром при 850^оС до обгара 50%
Полученный адсорбент имеет адсорбционную способность по бензолу 360 мг/г, степень очистки отработанных растворов гальванических производств от красителя ализаринового красного 85% прочность на растяжение 6,0 МПа при относительном удлинении 26%
П р и м е р 3. Берут иглопробивное нетканое полотно из привитого сополимера ПАН и вискозы с соотношением 1,0:1,5 в сополимере, пропитывают и высушивают как в примере 2, карбонизуют со скоростью подъема температуры 6^оС/мин до содержания летучих 35% затем карбонизуют со скоростью подъема температуры 150^оС/мин до 850^оС в течении 5,6 мин. Активация как в примере 1. Полученный адсорбент имеет адсорбционную способность по бензолу 350 мг/г, по метиленовой сини 310 мг/г, степень очистки отработанных растворов гальванических производств от красителя ализаринового красного 85% прочность на растяжение 5,8 МПа при относительном удлинении 28%
П р и м е р 4. Берут иглопробивное нетканое полотно из привитого сополимера ПАН и вискозы с соотношением 1,0:2,3, в сополимере, пропитывают и высушивают как в примере 2, карбонизуют со скоростью подъема температуры 50^оС/мин до содержания летучих 15% затем со скоростью подъема температуры с 900 до 850^оС в течение 0,95 мин. Активация как в примере 1. Полученный адсорбент имеет адсорбционную способность по бензолу 400 мг/г, по метиленовой сини 380 мг/г, степень очистки отработанных растворов гальванических производств от красителя ализаринового красного 85% прочность на растяжение 5,6 МПа при относительном удлинении 30%

Использование: для очистки различных сред от нежелательных компонентов методами адсорбции и фильтрации, в медицине для создания противоожоговых повязок и энтеросорбентов. Сущность изобретения: нетканое полотно из вискозных волокон или волокон на основе привитого сополимера акрилонитрила и вискозы при их соотношении 1 1,5 2,3 с длиной не менее 5 мм, скрепленных иглопробивным способом с частотой проколов 80-160 на 1 см², пропитывают раствором неорганического соединения и сушат. Затем проводят карбонизацию при температуре выше 600°С со скоростью подъема температуры 6 50°С/мин до содержания летучих продуктов 15 35% Продолжают карбонизацию со скоростью 150 900°С/мин. 1 з. п. ф-лы.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНИСТОГО АДСОРБЕНТА пропиткой исходного волокнистого материала раствором неорганического соединения, сушкой, карбонизацией при температуре выше 600^oС и активацией, отличающийся тем, что в качестве исходного волокнистого материала используют нетканое полотно, выполненное из вискозных волокон или волокон на основе привитого сополимера акрилонитрила и вискозы при их соотношении 1:1,5-2,3 соответственно, длиной не менее 5 мм, скрепленных иглопробивным способом с частотой проколов 80-160 на 1 см², а карбонизацию проводят сначала со скоростью подъема температуры 6-50 град. /мин до содержания летучих 15-35% а затем со скоростью 150-900 град./мин. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что карбонизацию проводят при 670-850^oС.