СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1996 года по МПК B01J20/20 C01B31/08 

Изобретение относится к технологии получения изделий на основе активированных углеродных волокнистых сорбентов (АУВС) и может преимущественно использоваться в медицине.

Известен способ получения углеродсодержащих изделий, включающий измельчение активированного гранулированного угля на древесной основе, его обработку связующим, формование изделий, их сушку и термообработку.

Цель изобретения разработка способа получения широкого ассортимента изделий из активированных углеродных волокон, обладающих значительно улучшенными по сравнению с прототипом сорбционными свойствами, повышенной химической чистотой, улучшенной дисперсностью, защищенностью от поглощения газов при изготовлении и хранении, улучшение технологии, в частности улучшение процессов предварительного увлажнения и экструзионного измельчения, повышение производительности, обеспечение непрерывности работы оборудования, снижение энергоемкости, улучшение условий труда, упрощение завершающего этапа формирования изделий.

Цель достигается тем, что измельчению АУВС предшествует термообработка их при 150 250^oC и последующее увлажнение при температуре не более 100^oC до остаточной влажности не более 30% а измельчение осуществляют экструзионным способом до получения частиц активированных углеродных волокон длиной 0,1 4000 мкм, которые обрабатывают связующим и формируют в изделия.

Последовательное выполнение вышеперечисленных технологических операций в указанных режимах приводит к возникновению нескольких неожиданных положительных эффектов, основанных, по-видимому, на комплексном проявлении ряда последовательных реакций и физико-химических процессов, происходящих при этих условиях в АУВС.

Так, предварительная термообработка в указанном режиме дегазирует и гидрофилизирует поверхность угля, повышая ее способность к смачиванию водой.

Увлажнение при температуре не более 100^oC приводит к полному заполнению (до остаточного содержания влаги до 30%) микро- и мезопор влагой, сопровождающемуся вытеснением из пор воздуха и газов, что препятствует в дальнейшем их проникновению в эти поры вновь.

Экструзионное измельчение такого сорбента происходит значительно лучше по сравнению со способом-прототипом и позволяет получить более широкий спектр частиц волокон по размерам.

Таким образом, предлагаемый способ приводит к следующим положительным эффектам в измельченном АУВС:
отсутствуют газообразные вещества в порах волокон;
поры волокон защищены от проникновения и накопления в них токсических веществ газообразного характера;
измельченные частицы волокон могут быть получены в широком диапазоне значений дисперсности 0,1 4000 мкм;
содержание минеральных примесей в измельченных волокнах равно таковому для исходного АУВС.

полученные после обработки связующим и формирования изделия на основе измельченных по данному способу АУВС обладают перечисленными выше преимуществами, а также характеризуются более высокой, чем у исходного АУВС, сорбционной активностью. Причина этого заключается как во вскрытии дополнительной части внутренних пор волокон и облегчении доступа к ним, так и в наличии в порах волокон транспортной среды влаги, исключающей наличие тупиковых воздушных пробок в порах волокон, ухудшающих сорбцию веществ из водных растворов, и обеспечивающей как транспортная среда высокую кинетику процесса движения сорбируемых молекул из раствора к поверхности пор угля.

Процессы обработки связующим измельченных АУВС, описанные в примерах изобретения, основаны на известных способах обработки измельченных углей водными растворами водорастворимых связующих, водными растворами целевых веществ или водой (возможно, в сочетании с добавлением сорбентов других типов к волокнам). В ходе этих процессов не происходит изменений в капиллярно-пористой структуре измельченных частиц их дисперсности, химическом составе. Находящаяся в микро- и мезопористости вплоть до макропор влага в ходе этих обработок не претерпевает изменений и выполняет свою функцию, тем самым сохраняя преимущества сорбента.

Процессы формирования обработанных связующим измельченных АУВС могут осуществляться, как показано в примерах, любым известным способом гранулирования, таблетирования, инкапсулирования, пакетирования, дозирования, прессования, разлива и т.д. и также, как и при обработке связующим, не влияют на капиллярно-пористую структуру, химический состав и дисперсность измельченных АУВС. Находящаяся в порах влага в ходе операций формирования остается в случае отсутствия операций по ее принудительному удалению неизменной и, выполняя свою функцию, сохраняет преимущества сорбента.

В силу перечисленных причин готовые конечные изделия из АУВС сохраняют преимущества измельченных активированных углеродных волокон, достигаемые в результате получения их по данному способу.

Полученные изделия не содержат газообразных примесей по сравнению с исходным АУВС и продуктом получения по прототипу, защищены от случайного попадания таких веществ в поры углеродных волокон при дальнейшем их хранении или использовании.

Разработанные для изобретения условия, режимы и последовательность операций обеспечивают достижение высоких показателей конечной продукции.

Полученные изделия имеют содержание минеральных примесей, равное исходному АУВС, а содержание железа ниже, чем для продукта по прототипу, обладают более высокими сорбционными свойствами по сравнению с исходным АУВС и известными аналогами, имеют значительно расширенный спектр частиц и могут быть получены с заданной степенью дисперсности в интервале размеров частиц, равном 0,1 4000 мкм, что превышает аналогичные характеристики прототипа и аналогов. Полученные изделия предназначены для более широкого применения и могут быть использованы для целей, выходящих за рамки целей аналогов и прототипа, т. е. не только как медицинские сорбенты, предназначенные для абсорбции из жидких сред, но и как адсорбенты широкого применения.

Использование изобретения обеспечивает следующие технологические преимущества по сравнению с аналогами и прототипом:
более высокая производительность 60 100 кг/ч по измельченному АУВС;
значительное улучшение условий труда из-за общего понижения температуры рабочих помещений, влагосодержания воздуха и степени запыленности углеродной пылью.

Пример 1. 10 кг активированной углеродной ткани марки АУТ-М термообрабатывают при 150^oC, увлажняют при 90^oC до содержания влаги 20% и измельчают экструзионным способом на двухчервячном экструдере до получения волокон с длиной 10 1000 мкм, после чего полученные волокна обрабатывают связующим раствором крахмала, состоящим из 4,2 л воды и 0,8 кг крахмала. Полученный продукт формируют в изделия путем гранулирования до получения сыпучих гранул и расфасовки их по 20 г в стеклянные баночки объемом 50 мг. Полученное изделие является лекарственной формой углеволокнистого энтеросорбента в виде гранул и предназначено для применения как средство сорбционной детоксикации.

Пример 2. 10 кг активированного углеродного волокнистого материала марки АУВМ "ДНЕПР"МН (ТУ 06-667-86) производства Броварского завода порошковой металлургии термообрабатывают при 200^oC, увлажняют при 80^oC до содержания влаги 10% и измельчают экструзионным способом до получения волокон длиной 1000 4000 мкм. Полученные волокна обрабатывают связующим водой и этанолом до получения пастообразного углеволокнистого изделия, сформированного таким образом, что расфасованное по 2 г волокна в стеклянные баночки емкостью 50 мл оно содержит 2 г углеродных волокон и 4 г 70 80% раствора этанола. Полученное изделие относится к аппликационным сорбентам и является средством лечения поверхностных трав кожных покровов.

Пример 3. 10 кг АУТ-М термообрабатывают при 220^oC, увлажняют при 95^oC до содержания влаги 30% измельчают экструзионным способом до получения волокон длиной 10 3000 мкм. Полученные волокна обрабатывают связующим водным раствором крахмала, состоящим из 9,5 л воды и 0,5 кг крахмала. Обработанные волокна формируют в изделия путем дозирования и прессования до получения таблеток массой 0,25 г, которые упаковывают в стеклянные баночки 50 мл по 30 штук. Полученное изделие является таблетированной лекарственной формой энтеросорбента и предназначено для применения как средство сорбционной терапии.

Пример 4. 10 кг АУТ-М термообрабатывают при 240^oC, увлажняют при 95^oC до содержания влаги 25% измельчают экструзионным способом до получения волокон длиной 0,1 200 мкм. Полученные волокна обрабатывают связующим водным раствором крахмала, состоящим из 4,2 л воды и 0,80 кг крахмала. Обработанные волокна гранулируют до получения высокодисперсных сыпучих гранул, которые расфасовывают в желатиновые капсулы.

Полученное изделие является капсулированной лекарственной формой углеволокнистого энтеросорбента и предназначено для применения как средство сорбционной терапии.

Пример 5. 10 кг АУТ-М термообрабатывают при 160^oC, увлажняют при 80^oС до содержания влаги 10% и измельчают экструзионным способом до получения волокон длиной 0,1 1000 мкм. Полученные волокна обрабатывают смесью связующих, состоящих из 5 кг сорбента полифепана, 5 кг воды и 0,8 кг крахмала. Полученный продукт формируют в готовые изделия путем дозирования, прессования и расфасовки.

Полученные изделие является прессованной лекарственной формой смесевого комбинированного энтеросорбента.

Описанные в примерах изделия могут быть использованы в более широких целях и иметь другие области применения.

Так, измельченный АУВС, полученный в примере 2, может быть использован в качестве сорбирующего компонента гемосорбционных колонок или фильтров для очистки жидкостей, в том числе питьевой воды.

Измельченный АУВС, полученный в примере 4, может быть использован для получения влажных дозированных форм энтеросорбентов в виде лепешек, в форме таблетки или будучи обработанным в качестве связующего той же водой, но в количестве, в несколько раз превосходящем массу углеродных волокон, использоваться в виде углеродных паст или водных дисперсий, предназначенных для сорбционной детоксикации, облегчающих и упрощающих дозирование и облегчающих удобство применения изделий, например, как энтеросорбентов для людей и животных.

Принудительное полное удаление в процессе формирования изделий из пор готовых измельченных сорбентов влаги, заполняющей поры, и создание тем самым открытой углеродной поверхности позволяет использовать их как эффективное средство для поглощения токсичных газов в конструкциях газовых адсорберов, сигаретных фильтрах, запахопоглотителях, приборах для озонирования и дезодорирования воздуха.

Большая внешняя геометрическая поверхность частиц, обусловленная малым диаметром волокон, предопределяет возможное использование измельченных по данному способу волокон в целях гетерогенного катализа как в жидкой, так и в газовой фазе, а также для иммобилизации биологически активных веществ и получения соответствующих изделий.

Свойства и характеристики конкретных изделий, полученных в соответствии с примерами, и особенности технологического процесса получения для них измельченных АУВС представлены в таблице.

Сущность изобретения: активированный углеродный волокнистый материал термообрабатывают при 150 - 250^oC, увлажняют до содержания влаги не более 30% при температуре не более 100^oC, измельчают экструзией до образования фракции частиц длиной 0,1 - 4000 мкм, обрабатывают связующим и формуют изделия. 1 табл.

Способ получения углеродсодержащих изделий, включающий измельчение активированного углеродсодержащего материала, его обработку связующим и формование изделий, отличающийся тем, что используют активированный углеродный волокнистый материал, перед измельчением сначала осуществляют термообработку при 150 250^oС, а затем увлажнение до содержания влаги не более 30% при температуре не более 100^oС, а измельчение ведут экструзией до образования фракции частиц длиной 0,1 4000,0 мкм.