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

Изобретение относится к области сорбционной техники, в частности к адсорбентам, обладающим повышенной прочностью и имеющим высокую ионнообменную способность, и может быть использовано для поглощения вредных веществ из водных растворов и питьевой воды.

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, является 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 (Пат. Японии N 56-17937, кл. B 01 J 20/20, C 08 F 8/00).

Недостатком указанного углеродно-цеолитного адсорбента является низкая ионнообменная способность в водной среде.

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

Отличие предложенного адсорбента от известного заключается в том, что он дополнительно содержит активный уголь и бентонитовую глину при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Цеолит - 20-40
Активный угль - 25-35
Бентонитовая глина - 20-40
Продукты термодеструкции термореактивных синтетических углеродных материалов - Остальное
Из научно-технической литературы авторам не известен адсорбент предлагаемого состава.

Предлагаемый углеродно-минеральный адсорбент готовят следующим образом. В лопастной смеситель загружают 1-2 кг цеолита, 1,25-1,75 кг активного угля, 1-2 кг бентонитовой глины и ведут перемешивание до образования однородной сухой массы. Добавляют 1,5-3,0 л воды и ведут перемешивание до образования однородной пасты с влажностью 30-40%. Полученную пасту формуют на шнек-грануляторе через фильеры с диаметром отверстий 1,5-3,0 мм, сформованные гранулы подсушивают, дробят, отсеивают фракцию 1,5-5,0 мм и прокаливают при температуре 600-750^oC. Готовят водную суспензию термореактивного синтетического углеродного материала и пропитывают ей высушенные гранулы при соотношении (цеолит, активный уголь, бентонитовая глина): 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 по никелю (наиболее канцерогенному металлу) составила 30-36 мг/г.

Пример 1. В лопастной смеситель загружают 1 кг цеолита, 1 кг активированного угля, 1 кг бентонитовой глины и перемешивают до образования однородной сухой массы. Добавляют 1,5 л воды и перемешивают до образования однородной пасты с влажностью 35%. Полученную пасту формуют на шнек-грануляторе через фильеры с диаметром отверстий 2 мм, сформованные гранулы подсушивают, дробят, отсеивают фракцию 2-4 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) : (фенолформальдегидная смола) = 100:15. Гранулы выдерживают на воздухе в течение 8 ч при комнатной температуре, затем проводят термообработку при температуре 750^oC в потоке диоксида углерода в течение 60 мин. Соотношение компонентов составило, мас.%: цеолит 30, активный уголь 30, бентонитовая глина 30, продукты термодеструкции фенолформальдегидной смолы остальное. Ионнообменная способность по никелю составила 35 мг/г.

Пример 2. Приготовление углеродно-минерального адсорбента 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 30, бентонитовая глина 40, продукты термодеструкции фенолформальдегидной смолы остальное. Ионнообменная способность по никелю составила 32 мг/г.

Пример 3. Приготовление углеродно-минерального адсорбента как в примере 1, за исключением количества взятого цеолита, которое составило 1,33 кг, и количества взятой бентонитовой глины, которое составило 0,67 кг. Соотношение компонентов составило, мас.%: цеолит 40, активный угль 30, бентонитовая глина 20, продукты термодеструкции фенолформальдегидной смолы остальное. Ионнообменная способность по никелю составила 36 мг/г.

Результаты исследования влияния соотношения компонентов на ионнообменную способность углеродно-минерального адсорбента по никелю приведены в таблице.

Аналогичные результаты были получены при использовании ряда других термореактивных синтетических углеродных материалов: фурфуролацетонового 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 наблюдается при соотношении компонентов, мас.%: цеолит : активный уголь : бентонитовая глина = (20-40): (25-35): (20-40). Вероятно это обусловлено следующими причинами. Во-первых, активными компонентами, обеспечивающими высокую ионнообменную способность, являются цеолит и активный уголь и понижение содержания цеолита и активного угля менее 20 и 25 мас.% соответственно приводит к заметному снижению ионнообменной способности. С другой стороны, увеличение содержания цеолита и активного угля более 40 и 35 мас.% соответственно не приводит к значительному уменьшению ионнообменной способности. 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.

Таким образом, предложенный углеродно-минеральный адсорбент значительно превосходит известный в ионнообменной способности по никелю.

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, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.

Изобретение относится к области сорбционной техники, в частности к адсорбентам, обладающим повышенной прочностью и имеющим высокую ионнообменную способность, и может быть использовано для поглощения вредных веществ из водных растворов и питьевой воды. Предложен углеродно-минеральный адсорбент, включающий цеолит, активный уголь, бентонитовую глину и продукты термодеструкции синтетических углеродных материалов при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Цеолит - 20-40
Активный уголь - 5-35
Бентонитовая глина - 20-40
Продукты термодеструкции термореактивных синтетических углеродных материалов - Остальное.

Предложенный адсорбент значительно превосходит известные по ионнообменной способности по никелю. 1 табл.

Углеродно-минеральный адсорбент, включающий цеолит и продукты термодеструкции термореактивных синтетических углеродных материалов, отличающийся тем, что он дополнительно содержит активный уголь и бентонитовую глину при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Цеолит - 20-40
Активный уголь - 25-35
Бентонитовая глина - 20-40
Продукты термодеструкции термореактивных синтетических углеродных материалов - Остальноее