СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИМПРЕГНИРОВАННОГО АДСОРБЕНТА Российский патент 1999 года по МПК C01B31/08 C01B31/16 B01J20/20 

Изобретение относится к области адсорбционной техники, в частности к технологии получения импрегнированного адсорбента на основе активного угля, и может быть использовано для повышения урожайности ряда ценных культур на почвах, загрязненных остатками пестицидов или бедных микроэлементами.

Известен способ получения импрегнированного адсорбента, включающий пропитку активного угля аммиачным раствором меди, хрома и серебра в количестве, равном 60-80% от его суммарного объема пор, вылеживание угля в течение 2-5 часов и термическую обработку при температуре 120-180^oC (см. патент РФ, N 2023503, кл. B 01 J 20/20, C 01 B, 31/08, опубл. 30.11.94).

Недостатком известного способа является значительная сложность технологического процесса получения импрегнированного угля, особенно на стадии термообработки, низкий выход готового продукта, образование вредных отходов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения импрегнированного адсорбента, включающий использование активного угля, пропитку его водным раствором неорганической соли никеля в количестве 50-100% от объема пор угля, вылеживание и сушку при 150-250^oC (см. патент РФ, N 2019288, кл. В 01 J 20/20, C 01 B 31/16, опубл. 15.09.94).

Недостатком этого способа, взятого нами за прототип, является низкая адсорбционная способность получаемых адсорбентов по пестицидам, оставшимся в почвах, а также низкая способность сорбента обогащать почву микроэлементами из-за практически полной необратимости связи катионов, внесенных солей с внутренней поверхностью угля.

Целью изобретения является повышение адсорбционной емкости угля по пестицидам и его способности обогащать почву микроэлементами.

Поставленная цель достигается предлагаемым способом, включающим пропитку активного угля водным раствором неорганических солей металлов, отнесенных к классу почвенных микроэлементов, таких как марганец, медь, магний, цинк, бор, молибден и др., взяты в количестве 20-48% от объема пор угля, вылеживание полученного продукта и сушку его при комнатной температуре в течение 50-70 мин.

Отличие предлагаемого способа от прототипа состоит в том, что пропитку ведут раствором, взятым в количестве 35-48% от объема пор угля, а сушку осуществляют при комнатной температуре в течение 50-70 мин, при этом в качестве неорганических солей используют водорастворимые соли марганца, магния, меди, цинка, бора, молибдена и др.

Из патентной и научно-технической литературы авторам неизвестны способы получения импрегнированных адсорбентов путем пропитки активных углей водными растворами, указанных выше солей, взятыми в количестве, равном 35-48% от его суммарного объема пор, с последующей сушкой пропитанного угля при комнатной температуре в течение 50-70 мин.

Сущность изобретения заключается в следующем.

В связи с тем, что в сельском хозяйстве обострились проблемы падения урожайности продукции растениеводства, связанные с угнетением почв остатками пестицидов и одновременным обеднением их микроэлементами, возникла острая необходимость разработки протектанта, устраняющего эти явления.

При производстве протектанта, который изготавливается на основе активированных углей, необходимо в максимальной степени сохранить в нем имеющийся объем сорбирующих (микро-и-мезо) пор для обеспечения высокой эффективности поглощения остатков почвенных пестицидов - сложных органических молекул, и, пропитав протектанты микроэлементами, создать в структуре пор наиболее благоприятные условия для миграции (десорбции) внесенных катионов микроэлементов в почвенный раствор.

Изучалось влияние температуры, химического состава и количества раствора, вносимого на адсорбирующую основу (активный уголь), а также параметров процессов вылеживания и сушки импрегнированного угля на степень поглощения пестицидов из почв, и выделение микроэлементов, т.е. катионов металлов в почвенный раствор.

В результате проведения многочисленных экспериментов было установлено, что на качество получаемого протектанта - импрегнированного адсорбента существенное влияние оказывают количество раствора, его состав и параметры сушки.

Определяющими являются нанесение раствора солей марганца, магния, меди, цинка, бора, молибдена и др. в количестве, не превышающем 35-48% от объема пор, т.е. 52-65% пор должны оставаться незанятыми, а также проведение сушки при комнатной (15-50^oC) температуре в течение 50-70 мин. Последнее обстоятельство в сочетании с недозаполнением пор водным раствором обусловливает легкую миграцию (десорбцию) катионов в почвенный раствор. Способ осуществляют следующим образом.

Берут взвешенное количество активного угля (порошкообразного, зерненного или гранулированного) с объемом микропор 0,80-1,20 см³/г и в бетономешалке, противне или другой таре импрегнируют (пропитывают) его водным раствором солей марганца, магния, меди, цинка, бора, молибдена и др. Объем раствора должен составлять 35-48% от объема пор взятой основы. Количество каждой соли берут из расчета 0,02-0,08 г на 1 г активного угля.

Импрегнирование ведут в течение 3-6 мин при непрерывном перемешивании. Без выгрузки из аппарата уголь вылеживается в течение 15-30 мин, а затем выгружается на противни и сушится при комнатной температуре в течение 50-70 мин при периодическом перемешивании продукта.

Тестирование пропитанного адсорбента (активного угля) осуществляют на модельном почвенном растворе, имеющем исходную концентрацию гербицидов, например, хлорсульфурона (ХСФ) 12 мк х моль/г на литр. Объем раствора 50 см³.

При введении навески импрегнированного (пропитанного) угля в объеме 1 см³ определяют остаточную концентрацию ХСФ методом жидкостной хроматографии высокого давления.

Степень очистки (эффективность) определяют по формуле

где C_исх - исходная концентрация ХСФ модельного раствора;
C_ост - остаточная концентрация этого раствора после адсорбции.

Миграцию (десорбцию) микроэлементов в этот же модельный почвенный раствор определяют после выдерживания импрегнированного адсорбента в этом растворе в течение 24 часов.

Степень миграции, эффективность пролонгирующего действия неорганических микроэлементов оценивают по количеству выделившихся веществ - мк х моль/ч по формуле

где M_у - концентрация на адсорбенте;
M_р - концентрация в растворе.

Следующие примеры поясняют сущность изобретения.

Берут 1,0 кг активного угля, полученного на каменноугольной основе марки АГ-3, ГОСТ 20464-75 с суммарным объемом пор V_Σ = 1,0 см³/г (опред. по ГОСТ 17-219-71) и помещают в противень.

В отдельную емкость наливают 350 г воды, что составляет 35% от объема пор угля, в которой растворяют 0,3 - 0,8 г MnSO₄, MgSO₄, CuSO₄, ZnSO₄, MoSO₄, (NH₄)₃BO₃.

Полученный раствор осторожно приливают в уголь, непрерывно перемешивая его фарфоровой лопаточкой в течение 6 мин. Пропитанный уголь вылеживается в емкости 15 мин для лучшего распределения добавок в объеме угля, затем выгружается в противень тонким (не более 10 см) слоем и высушивается при 15^oC в течение 50 мин. После чего продукт пересыпают в полиэтиленовую тару (мешки) и анализируют.

Полученный импрегнированный адсорбент характеризуется высокими показателями степени очистки почвы от гербицидов - 94% и степени миграции катионов микроэлементов в почвенный раствор - 46%, аналогичные показатели для прототипа составляют 60-64 и 12-14% соответственно.

Пример 2. Способ осуществляют как в примере 1 за исключением того, что пропитку водным раствором берут из расчета 48% от объема пор угля, т.е. 480 г на 1 кг угля, а сушку осуществляют в течение 70 мин при 30^oC.

Степень поглощения гербицидов составляет 96%, степень миграции катионов 45%.

Пример 3. Способ осуществляют как в примере 1 за исключением того, что пропитку водным раствором ведут из расчета 40% от объема пор угля, т.е. 400 г на 1 кг угля, а сушку осуществляют в течение 60 мин при 25^oC.

Полученный импрегнированный адсорбент имеет емкость поглощения гербицидов, равную 97%, а степень миграции катионов 48%.

В табл. 1 представлены результаты экспериментов по влиянию процентного соотношения угля и пропиточного раствора на качество получаемого импрегнированного адсорбента. Сушка импрегнированного угля осуществлялась при комнатной (25^oC) температуре в течение 60 мин.

Из табл. 1 следует, что максимальная степень поглощения гербицида ХСФ и максимальная степень миграции катионов микроэлементов в почвенный раствор обеспечивается только при импрегнировании угля количеством раствора, составляющим 35-48% к объему пор угля. Уменьшение количества раствора ниже 35%, равно как и увеличение его выше 48%, приводит к существенному ухудшению качества получаемых импрегнированных адсорбентов.

Опытами установлено также, что наряду с количеством раствора на эффективность поглощения гербицидов и одновременную миграцию в почву микроэлементов влияние оказывает температура раствора, которая должна составлять 50-80^oC.

В табл. 2 приведены данные, иллюстрирующие влияние продолжительности сушки при 25^oC импрегнированного адсорбента на качество почвенного протектанта. Количество пропиточного раствора в данной серии экспериментов составляло 40% от объема пор угля.

Как видно из представленных данных, только продолжительность сушки, равная 50-70 мин, дает возможность получать импрегнированный адсорбент с высокими показателями поглощения пестицидов и миграции катионов в почву (92 и 47% соответственно).

При этом исследованиями было определено, что качество получаемого продукта зависит также от температуры сушки, которая должна быть комнатной, т. е. составлять 15-30^oC. Повышение температуры выше 30^oC снижает показатель степени очистки почвы от пестицидов (до 14-18%) очевидно за счет перегруппировки катионов и забивания ими части микропор угля, а снижение температуры сушки при получении импрегнированного адсорбента до 10-14^oC ухудшает миграцию катионов из угля в почвенный раствор очевидно вследствие образования более прочных связей микроэлементов с углеродной поверхностью.

Из вышеизложенного следует, что каждый из признаков заявляемой совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а именно повышение адсорбционной емкости (степени и поглощения) пестицидов и обогащение катионов и микроэлементов почвенного раствора, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявляемого технического решения.

Способ является экологически чистым, не требует дефицитного и дорогостоящего оборудования, обеспечен надежной сырьевой базой - дешевыми отходами химических предприятий. Направлен на решение важной проблемы - повышение чистоты и урожайности продукции овощеводства и растениеводства на 30-60% на почвах, загрязненных пестицидами и обедненных микроэлементами (Mn, Mg, Cu, Zn, Mo, B и др.) в процессе длительной эксплуатации.

Изобретение относится к области адсорбционной техники. Предложен способ получения импрегнированного адсорбента, включающий пропитку активного угля водным раствором неорганических соединений металлов, отнесенных к классу почвенных микроэлементов: марганца, меди, магния, цинка, бора, молибдена и др. , взятых в количестве 35-48% от объема пор угля, вылеживание и сушку при комнатной температуре в течение 50-70 мин. Способ позволяет повысить емкость поглощения угля по почвенным остаткам пестицидов и степень миграции микроэлементов в почвенный раствор. 1 з.п.ф-лы, 2 табл.

1. Способ получения импрегнированного адсорбента, включающий пропитку активного угля водным раствором неорганических солей, вылеживание и сушку, отличающийся тем, что в качестве неорганических солей берут соли, содержащие почвенные микроэлементы, а пропитку ведут раствором, взятым в количестве 35 - 48% от объема пор угля при содержании неорганических солей 2 - 8 мас.%, и сушку осуществляют при комнатной температуре в течение 50 - 70 мин. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве неорганических солей берут водные растворы солей, отнесенных к классу почвенных микроэлементов, таких как марганец, медь, магний, цинк, бор, молибден и др.