УГЛЕРОДНО-МИНЕРАЛЬНЫЙ АДСОРБЕНТ-КАТАЛИЗАТОР Российский патент 1998 года по МПК B01J20/16 B01J20/18 B01J20/20 B01J23/32 

Изобретение относится к области сорбционной техники, в частности к адсорбентам-катализаторам, обладающим повышенной прочностью и имеющим высокую ионнообменную способность и каталитическую активность, и может быть использовано для поглощения вредных веществ из водных растворов и питьевой воды, а также для удаления оксида углерода из газовоздушных потоков.

Известен цеолит, содержащий органический катион, получаемый путем пропитки цеолита органическими материалами с последующей термической обработкой при 150 - 600^oC без коксования (Пат. США N 4187283 от 15.01.79 г., кл. C 01 B 33/28).

Недостатком известного цеолита, содержащего органический катион, являются низкий выход готового продукта и значительное количество вредных примесей, выделяемых в окружающую среду в процессе эксплуатации.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является углеродно-цеолитный адсорбент, включающий цеолит и продукты полимеризации акрилонитрила или акрилонитрилвинилиденхлорида и их последующей термообработки при 200 - 350^oC на воздухе (Заявка Японии N 56-17937, 1981 г., кл. B 01 J 20/20, C 08 F 8/00).

Недостатками указанного углеродно-цеолитного адсорбента являются низкая ионнообменная способность в водной среде и низкая каталитическая активность в окислении оксида углерода.

Заявляемое изобретение направлено на решение следующей задачи - повышение ионнообменной способности в водной среде и повышение каталитической активности в окислении оксида углерода, что достигается предложенным углеродно-минеральным адсорбентом-катализатором, включающим цеолит и продукты термодеструкции термореактивных синтетических углеродных материалов.

Отличие предложенного адсорбента-катализатора от известного заключается в том, что он дополнительно содержит активный уголь, бентонитовую глину и диоксид марганца при следующем соотношении компонентов (мас.%):
Цеолит - 20 - 35
Активный уголь - 20 - 30
Бентонитовая глина - 20 - 40
Диоксид марганца - 5 - 15
Продукты термодеструкции термореактивных синтетических углеродных материалов - Остальное
Из научно-технической литературы авторам неизвестен углеродно-минеральный адсорбент-катализатор подобного состава.

Предлагаемый углеродно-минеральный адсорбент-катализатор готовят следующим образом. В лопастной смеситель загружают 1,0 - 1,75 кг цеолита, 1,0 - 1,5 кг активного угля, 1 - 2 кг бентонитовой глины и 0,5 - 1,5 кг диоксида марганца и ведут перемешивание до образования сухой однородной массы. Затем добавляют 1,5 - 3,0 л воды и продолжают перемешивание до образования однородной пасты с влажностью 30 - 40%. Полученную пасту формуют на шнек-грануляторе через фильеры с диметром отверстий 1 - 3 мм, сформованные гранулы подсушивают, дробят, отсеивают фракцию 1 - 5 мм и прокаливают при температуре 600 - 750^oC. Готовят водную суспензию термореактивного синтетического углеродного материала и пропитывают ею высушенные гранулы при соотношении (цеолит, активный уголь, бентонитовая глина, диоксид марганца):материал 100: (10 - 20). Гранулы выдерживают на воздухе в течение 5 - 10 ч при комнатной температуре, затем проводят термообработку при температуре 600 - 750^oC в потоке диоксида углерода в течение 30 - 60 мин. Ионнообменная способность полученного углеродно-минерального адсорбента-катализатора по никелю (наиболее канцерогенному металлу) составила 26 - 33 мг/г, каталитическая активность в окислении оксида углерода составила 7,1 - 9,6 мкмоль/г.

Пример 1. В лопастной смеситель загружают 1 кг цеолита, 0,83 кг активного угля, 1 кг бентонитовой глины, 0,17 кг диоксида марганца и перемешивают до образования сухой однородной массы. Добавляют 1,5 л воды и продолжают перемешивание до образования однородной пасты с влажностью 30%. Полученную пасту формуют на шнек-грануляторе через фильеры с диаметром отверстий 1,5 мм, сформованные гранулы подсушивают, дробят, отсеивают фракцию 1,5 - 2,5 мм и прокаливают при температуре 750^oC. Готовят водную суспензию фенолформальдегидной смолы марки СФ 432-А (ГОСТ 18694-73) путем перемешивания порошка в воде и пропитывают ею высушенные гранулы при соотношении (цеолит, активный уголь, бентонитовая глина, диоксид марганца) : (фенолформальдегидная смола) 100 : 15. Гранулы выдерживают на воздухе в течение 8 часов при комнатной температуре, затем проводят термообработку при температуре 750^oC в потоке диоксида углерода в течение 60 минут. Соотношение компонентов составило, мас.%: цеолит 30; активный уголь 25; бентонитовая глина 30; диоксид марганца 5; продукты термодеструкции фенолформальдегидной смолы остальное. Ионнообменная способность по никелю составила 31 мг/г, каталитическая активность в окислении оксида углерода составила 6,1 мкмоль/г.

Пример 2. Приготовление углеродно-минерального адсорбента-катализатора как в примере 1, за исключением количества взятого цеолита, которое составило 0,67 кг, и количества взятой бентонитовой глины, которое составило 1,33 кг. Соотношение компонентов составило, мас.%: цеолит 20; активный уголь 25; бентонитовая глина 40; диоксид марганца 5; продукты термодеструкции фенолформальдегидной смолы остальное. Ионнообменная способность по никелю составила 31 мг/г, каталитическая активность в окислении оксида углерода составила 7,3 мкмоль/г.

Пример 3. Приготовление углеродно-минерального адсорбента-катализатора как в примере 1, за исключением количества взятого цеолита, которое составило 1,17 мг, количества взятой бентонитовой глины, которое составило 0,67 кг, и количества взятого диоксида марганца, которое составило 0,33 кг. Соотношение компонентов составило, мас.%: цеолит 35; активный уголь 25; бентонитовая глина 20; диоксид марганца 10; продукты термодеструкции фенолформальдегидной смолы остальное. Ионнообменная способность по никелю составила 33 мг/г, каталитическая активность в окислении оксида углерода составила 8,7 мкмоль/г.

Результаты исследования влияния соотношения компонентов углеродно-минерального адсорбента-катализатора на его ионнообменную способность по никелю и каталитическую активность в окислении оксида углерода приведены в таблице.

Аналогичные результаты были получены при использовании ряда других термореактивных синтетических углеродных материалов: фурфурол-ацетонового мономера ФА-15 (ТУ 6-05-1618-73), резола 1-300 (ГОСТ 10759-64), аминопластов марок А и Б (ГОСТ 9359-69), мономера Дифа (ТУ П-730-71).

Как следует из результатов, представленных в таблице, наибольшая ионнообменная способность углеродно-минерального адсорбента-катализатора наблюдается при соотношении компонентов, мас.%: цеолит : активный уголь : бентонитовая глина : диоксид марганца (20-35) : (20-30) : (20-40) : (5:15). Это, вероятно, обусловлено следующими причинами. Во-первых, активными компонентами, обеспечивающими высокую ионнообменную способность, являются цеолит и активный уголь и снижение их содержания менее 20 мас.% приводит к заметному уменьшению ионнообменной способности. С другой стороны, увеличение содержания цеолита и активного угля более 35 и 30 мас.% соответственно не приводит к значительному изменению ионнообменной способности. При этом изменение содержания диоксида марганца (менее 5 и более 15 мас.%) также существенно не влияет на ионнообменную способность. Во-вторых, бентонитовая глина в предлагаемой композиции играет роль связующего вещества, позволяющего получить пластичную массу, пригодную для формования через фильеры на шнек-грануляторе. Поэтому при содержании глины менее 20 мас.% процесс формования не реализуется из-за низкого содержания связующего вещества, а при содержании глины более 40 мас.% имеет место уменьшение количества активных компонентов, что и приводит к заметному снижению ионнообменной способности.

Каталитическая активность в окислении оксида углерода обеспечивается присутствием в составе адсорбента-катализатора диоксида марганца. Уменьшение его содержания менее 5 мас.% приводит к заметному снижению каталитической активности, однако при содержании диоксида марганца более 15 мас.% дальнейшего роста каталитической активности не наблюдается.

Таким образом, предложенный углеродно-минеральный адсорбент-катализатор значительно превосходит известный в ионнообменной способности по никелю и в каталитической активности в окислении оксида углерода.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на решение поставленной задачи, а именно на повышение ионнообменной способности в водной среде и на повышение каталитической активности в окислении оксида углерода, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.

Изобретение относится к области сорбционной техники, в частности к адсорбентам-катализаторам, обладающим повышенной прочностью и имеющим высокую ионнообменную способность и каталитическую активность, и может быть использовано для поглощения вредных веществ из водных растворов и питьевой воды, а также для удаления оксида углерода из газовоздушных потоков. Предложен углеродно-минеральный адсорбент-катализатор, включающий цеолит, активный уголь, бентонитовую глину, диоксид марганца, продукты термодеструкции синтетических углеродных материалов при следующем соотношении компонентов, мас. %: цеолит 20-35; активный уголь 20-30; бентонитовая глина 20-40; диоксид марганца 5-15; продукты термодеструкции термореактивных синтетических углеродных материалов остальное. Предложенный адсорбент-катализатор значительно превосходит известные и в ионнообменной способности по никелю и в каталитической активности в окислении оксида углерода. 1 табл.

Углеродно-минеральный адсорбент-катализатор, включающий цеолит и продукты термодеструкции термореактивных синтетических углеродных материалов, отличающийся тем, что он дополнительно содержит активный уголь, бетонитовую глину и диоксид марганца при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Цеолит - 20-35
Активный уголь - 20-30
Бетонитовая глина - 20-40
Диоксид марганца - 5-15
Продукты термодеструкции термореактивных синтетических углеродных материалов - Остальноею