СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГОЛЬНО-ЦЕОЛИТНОГО АДСОРБЕНТА Российский патент 1998 года по МПК B01J20/18 B01J20/20 

Изобретение относится к области сорбционной техники, в частности к получению адсорбента, обладающего повышенной прочностью и имеющего высокую сорбционную, ионообменную способность, и может быть использован для приготовления веществ, например тяжелых металлов, в частности никеля и др., из водных растворов и питьевой воды.

Известен способ получения цеолита, содержащего органический катион, путем пропитки цеолита органическими материалами и последующей термообработки при 150 - 600^oC без коксования (Пат. США N 4187283, кл. C 01 B 33/28, заявл. 15.01.79).

Недостатком известного способа является низкий выход готового продукта и большое количество вредных примесей, выделяемых в окружающую среду в процессе эксплуатации.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения углерод-цеолитного адсорбента, включающий графит-полимеризацию акрилонитрила или акрилонитрилвинилиденхлорида на цеолите и последующую термообработку при 200 - 350^oC на воздухе (заявка Японии N 56-17937, заявл. 26.08.77, N 52-102899, кл. B 01 J 20/20, C 08 F 8/00).

Недостатком прототипа является низкая прочность и слабая адсорбционная, ионообменная способность в водной среде.

Целью изобретения является получение адсорбента с высокими адсорбционными, ионообменными свойствами и прочностью в водной среде.

Поставленная цель достигается предложенным способом, в котором пропитку цеолита производят водной суспензией термореактивных мономерных или полимерных синтетических углеродных материалов при соотношении цеолита и материала 100:(5-25), а термообработку осуществляют при 650 - 750^oC в токе углекислого газа. Во всех приведенных примерах использовался цеолит 13Х.

Использование при получении угольно-цеолитного адсорбента способа, заключающегося в пропитке цеолита водной суспензией термореактивных мономерных или полимерных синтетических углеродных материалов при соотношении 100:(5-25) и термообработке при 650 - 750^oC в токе углекислого газа из научно-технической литературы авторам не известно.

Чрезвычайно важным при использовании сорбентов для очистки жидких сред, в том числе питьевой воды, является отсутствие пылевыделения, так как в этом случае в очищаемую жидкость не будут попадать частицы адсорбента с поглощенными вредными веществами (органическими примесями, катионами тяжелых металлов и т.д.).

В результате осуществления предлагаемого способа получился адсорбент, прочность и адсорбционные свойства которого значительно выше, чем у адсорбента, полученного по способу-прототипу. Проведенные многочисленные эксперименты позволяют объяснить это тем, что при пропитке цеолита суспензиями высокомолекулярных материалов их агрегаты (класторы) располагаются на внешней поверхности гранул, не блокируя (после их термообработки) входы в полости цеолита, содержащие ионообменные катионы. При этом важно выбрать такое соотношение, чтобы создать необходимый слой углеродсодержащего материала, обеспечивающего прочность гранул, с одной стороны, и ионообменную способность, с другой стороны. Последующее проведение термообработки приводит к образованию прочной пористой пленки углеродного остатка - активного угля.

Предлагаемый способ выполняют следующим образом.

Готовят водную суспензию углеродсодержащего материала, добавляя его в воду с последующей гомогенизацией путем перемешивания. Берут навеску предварительно высушенного цеолита и импрегнируют его приготовленной суспензией, выдерживая при этом соотношение цеолита и материала 100:(5-25), после чего выдерживают на воздухе в течение 2-4 ч при комнатной температуре, затем осуществляют термообработку при 650 - 750^oC в токе углекислого газа со скоростью подъема температуры 200 - 220^oC в час, используя при этом вращающуюся печь, печь кипящего слоя или другой аппарат. Время выдержки при достигнутой температуре 30 - 60 мин.

Прочность сорбентов в водной среде определялась косвенным методом путем обработок их кипячением в дистиллированной воде с последующим определением прозрачности воды на приборе "снелена" по ГОСТ 3551-74 до тех пор, пока прозрачность воды не будет соответствовать ГОСТ 2874-82 вода питьевая. Таким образом, количество отмывок косвенно характеризует прочность сорбента в водной среде. Количество отмывок для обеспечения прозрачности воды для сорбентов по предлагаемому способу составляло 3-6.

Ионообменная способность по никелю (наиболее канцерогенному металлу) составляла 25 - 32 мг/г.

Пример 1. Берут 50 мл воды, добавляют в нее 25 г порошка фенолформальдегидной (ф-ф) смолы марки СФ 432-А ГОСТ 18694-73 и готовят суспензию путем перемешивания. Затем берут 100 г предварительно высушенного цеолита и импрегнируют его приготовленной суспензией. Импрегнированный продукт вылеживается на воздухе в течение 3 ч до сыпучего состояния, а затем подвергается термообработке при 750^oC в токе углекислого газа с выдержкой при достигнутой температуре 1 ч.

Количество отмывок адсорбента составляло 4, ионообменная способность по никелю 25 мг/г.

Пример 2. Проведение процесса, как в примере 1, за исключением того, что пропитку проводят при соотношении (в граммах) цеолита и ф-ф смолы 100:5, а термообработку осуществляют при 650^oC. Полученный адсорбент имел количество отмывок 6, а ионообменную способность по никелю 28 мг/г.

Пример 3. Осуществление процесса, как в примере 1, за исключением того, что пропитку проводят при соотношении цеолита и ф-ф смолы 100:15, а термообработку осуществляют при 700^oC.

Полученный угольно-цеолитный адсорбент имел количество отмывок 3, а ионообменную способность по никелю 32 мг/г.

Пример 4. Осуществление процесса, как в примере 3, за исключением того, что пропитку ведут суспензией фурфурол-ацетонового мономера ФА-15(ТУ 6-051618-73).

Полученный угольно-цеолитный адсорбент имел количество отмывок 3, а ионообменную способность по никелю 32 мг/г.

Аналогичные результаты были получены при использовании для пропитывания цеолита и других термореактивных мономерных и полимерных синтетических углеродных металлов: резол 1-300 (ГОСТ 10759-64), аминопласты марок А и Б (ГОСТ 9359-69), мономер Дифа (ТУ П-730-71).

Наибольшая прочность и высокая ионообменная способность имеет место при соотношении цеолита и материала 100:15 и термообработке при 700^oC.

При соотношении цеолита и материала меньше 100:5 происходит снижение прочности из-за малой толщины углеродной пленки на цеолите. При соотношении больше 100:25 ионообменная способность снижается из-за блокирования входа в полости цеолита.

При температуре термообработки ниже 650^oC происходит снижение сорбционных пор в углеродной пленке.

При температуре выше 750^oC прочность падает за счет увеличения поверхностного обгара.

Таким образом, предложенный способ позволяет получить адсорбент, значительно превосходящий прототип (патент Японии N 56-17937) по прочности в водной среде и ионообменной способности по никелю, которые составляют у него соответственно 10 (количество отмывок) и 15 мг/г никеля.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а именно повышение прочности в водной среде и ионообменной способности, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.

Изобретение относится к области сорбционной техники. Используется для получения адсорбента, обладающего повышенной прочностью и имеющего высокую сорбционную, ионообменную способность, и может быть использовано для поглощения веществ, например тяжелых металлов, в частности никеля и др., из водных растворов и питьевой воды. Предложен способ получения угольно-цеолитного адсорбента, включающий пропитку цеолита водной суспензией термореактивных мономерных или полимерных синтетических углеродных материалов при соотношении цеолита и материала 100 : (5 - 25) и термообработку при 650 - 700^oC в токе углекислого газа. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ получения угольно-цеолитного адсорбента, включающий пропитку цеолита углеродными материалами и термообработку, отличающийся тем, что пропитку проводят водной суспензией термореактивных мономерных или полимерных синтетических углеродных материалов при соотношении цеолита и материала 100 : (5 - 25), а термообработку осуществляют в токе углекислого газа при температуре 650 - 700^oС с образованием на поверхности гранул пористой углеродной пленки. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение воды и твердых составляющих (смола и цеолит) берут в соотношении 50 : (105 - 125).