СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАФИТОВОГО СОРБЕНТА Российский патент 1999 года по МПК B01J20/06 B01J20/20 B01J20/30 

Область техники
Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для сбора разлитой нефти и нефтепродуктов с поверхности водоемов, а также для локализации разливов нефти, в том числе и горящей нефти.

Предшествующий уровень техники
Известно использование термически расширенного графита (ТРГ) в качестве сорбента для поглощения и перевода в твердое состояние жидких отходов нефтепереработки и отработанных нефтепродуктов (патент GB 2149769, 1985г.). Его использование на открытых водоемах затруднено из-за сложности сбора насыщенного нефтью сорбента с поверхности воды, что приводит, как правило, к заметным потерям сорбента и недостаточной степени очистки водоемов.

Известен способ сбора нефтепродуктов с поверхности воды с помощью ТРГ в качестве сорбента, в котором сыпучий сорбент находится в пористой эластичной несгораемой оболочке (международная заявка WO 97/20110). Способ предусматривает возможность получения хлопьевидного ТРГ непосредственно перед началом сбора нефтепродуктов путем воздействия высокой температуры на порошок окисленного графита прямо в оболочке в виде бон, матов. Сорбент может использоваться неоднократно, причем отдельные циклы поглощения нефтепродуктов и регенерации сорбента проводят, не извлекая сорбент из оболочки. Недостатками такого способа являются трудоемкость регенерации сорбента в крупногабаритных оболочках, а также ограниченная поверхность адсорбции, определяемая геометрическими размерами оболочек. Кроме того, необходимость использования эластичных оболочек, жестких каркасов к ним и средств соединения отдельных оболочек между собой делает данный способ достаточно трудоемким и неэкономичным.

Сущность изобретения
Предлагаемый способ позволяет получать графитовый сорбент для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, который после насыщения нефтью можно достаточно легко и практически полностью собрать с поверхности воды для дальнейшей регенерации и повторного использования.

Способ получения графитового сорбента путем термического расширения порошка окисленного графита предусматривает предварительное перемешивание окисленного графита с порошком соединения железа, кобальта или никеля в органической жидкости для придания сорбенту магнитоактивных свойств. После равномерного распределения соединения металла в объеме смеси органическую жидкость отделяют, твердую фазу сушат до сыпучего состояния и далее проводят ее термическое расширение при температуре 900-1300^oC.

Полученный таким образом сорбент приобретает ферромагнитные свойства, сохраняя при этом гидрофобность, высокую сорбционную емкость и малую насыпную плотность. Это позволяет сорбенту оставаться на плаву даже при максимальном насыщении нефтепродуктами. Сбор насыщенного сорбента с поверхности воды производится с помощью конструктивно несложного оборудования, оснащенного электромагнитом или постоянным магнитом.

В качестве соединения железа в основном используют оксидные соединения, в частности магнетит (Fe₃O₄). Соединения кобальта и никеля, преимущественно в виде неорганических солей, можно использовать вместе с соединениями железа или по отдельности.

Исходным материалом для получения сорбента может служить графитовый порошок различных промышленных марок, в том числе и низкосортный высокозольный графит, который подвергают воздействию сильных окислителей. Окисленный графит можно смешивать с порошком магнетита до весового содержания железа от 1,5% до 35% в пересчете на металл. Такой же диапазон весовых соотношений сохраняется и в случае использования соединений кобальта и никеля. При содержании железа около 15% достигается оптимальное сочетание достаточно высоких магнитных и сорбционных характеристик сорбента. Насыпная плотность магнитоактивного сорбента (обозначаемого авторами маркой СТРГ-М) возрастает при этом в допустимых пределах и, как правило, не превышает 5,0 кг/м³.

Для осуществления предлагаемого способа подходящими органическими жидкостями являются широко доступные бензин, ацетон, дизельное топливо или газовый конденсат, но могут использоваться и другие жидкости, смачивающие окисленный графит.

Основными характеристиками сорбента СТРГ-М являются насыпная плотность и сорбционная емкость (так же как и для известных сорбентов), а также магнитные свойства: коэрцитивная сила, удельная намагниченность насыщения и удельная остаточная намагниченность.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
К сухому порошку окисленного графита добавляли различные количества порошка магнетита до содержания железа от 1,5% до 45% в пересчете на металл. Порошки окисленного графита и магнетита заливали органической жидкостью при объемном соотношении Т : Ж приблизительно 1 : 1,5 и подвергали смесь интенсивному перемешиванию. В качестве органической жидкости использовали ацетон и бензин, обозначаемые далее в таблицах буквами А и Б соответственно. После окончания перемешивания жидкость отделяли на фильтре или центрифуге, или путем выпаривания, а твердую фазу высушивали до сыпучего состояния и подвергали воздействию температуры температуре 900-1300^oC до полного расширения частиц окисленного графита. Полученный продукт представлял собой магнитоактивный сорбент.

Магнитные характеристики сорбента при различном содержании Fe₃O₄ в исходном окисленном графите измеряли по следующей методике.

Навеску образца смешивали со связующим (трижды перегнанный парафин) и гомогенизировали в растворе бензола путем ультразвуковой обработки смеси в течение 20 минут. После удаления бензола путем нагрева до 60^oC в условиях среднего вакуума (0,1 атм) смесь формовали в виде таблеток диаметром 3 мм и толщиной 0,5 мм. Массу образцов меняли от 4 до 23 мг. Измерения проводились на магнитометре PAR 155 при температуре 21^oC. Абсолютные значения намагниченности образцов контролировались с помощью эталонного образца (никелевая фольга толщиной 1,1 мкм и диаметром 3 мм). Магнитные характеристики образцов сорбента приведены в таблице 1, где σ_s - удельная намагниченность насыщения (на грамм вещества); σ_r - удельная остаточная намагниченность; J_r - отношение σ_s/σ_r; H_c - коэрцитивная сила.

Разброс значений σ_s и σ_r ставил ± 15% из-за неравномерности распределения порошка магнетита в образцах сорбента.

В таблице 2 приведены результаты испытаний по сорбции прямогонного бензина и сырой нефти разными образцами сорбента СТРГ-М с различным содержанием железа. Для сравнения дан пример с обычным сорбентом, не содержащим железа.

Как следует из данных в таблицах, оптимальным сочетанием свойств обладают образцы 15% (А) и 15% (Б), которые сохраняют достаточно высокие показатели по сорбции нефти и бензина и довольно высокие магнитные характеристики при незначительном увеличении насыпной плотности сорбента.

Промышленная применимость.

Помимо вышеописанного применения сорбента, полученного согласно изобретению, возможно также использовать сорбент и для очистки загрязненного нефтью грунта. В этом случае грунт можно перемешать с сорбентом и спустя некоторое время после насыщения сорбента нефтью, залить его водой. Сорбент вместе с поглощенными нефтепродуктами всплывает на поверхность воды, откуда он может быть собран с помощью магнитных устройств.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для сбора разлитой нефти и нефтепродуктов с поверхности водоемов, а также для локализации разливов нефти, в том числе и горящей нефти. Способ получения графитового сорбента путем термического расширения порошка окисленного графита предусматривает предварительное перемешивание окисленного графита с порошком соединения железа, кобальта или никеля в органической жидкости для придания сорбенту магнитоактивных свойств. После равномерного распределения соединения металла в объеме смеси органическую жидкость отделяют, твердую фазу сушат до сыпучего состояния и далее проводят ее термическое расширение при 900-1300^oC. В качестве соединения железа преимущественно используют оксидные соединения, в частности магнетит (Fe₃O₄). Соединения кобальта и никеля можно использовать вместе с соединениями железа или по отдельности. Окисленный графит можно смешивать с порошком магнетита до весового содержания железа от 1,5 до 35% в пересчете на металл. Подходящими органическими жидкостями являются бензин, ацетон, дизельное топливо или газовый конденсат, но могут использоваться и другие жидкости. Способ позволяет получить сорбент с магнитными свойствами. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ получения графитового сорбента, включающий термическое расширение порошка окисленного графита, отличающийся тем, что порошок окисленного графита предварительно смешивают с порошком соединения железа, кобальта или никеля и органической жидкостью, перемешивают смесь, отделяют органическую жидкость и сушат твердую фазу до сыпучего состояния, после чего проводят ее термическое расширение. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве соединения железа используют магнетит. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что окисленный графит смешивают с порошком магнетита до весового содержания железа 1,5 - 35% в пересчете на металл. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве органической жидкости используют бензин, ацетон, дизельное топливо или газовый конденсат.