СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛСОДЕРЖАЩЕГО УГЛЕРОДНОГО СОРБЕНТА Российский патент 1999 года по МПК B01J20/20 C01B31/16 

Изобретение относится к области получения металлсодержащих углеродных сорбентов, используемых в процессах очистки газовоздушных сред от органических соединений.

В уровне техники известны способы получения металлсодержащих углеродных сорбентов путем обработки исходного углеродного материала растворами солей металлов железа, меди, кобальта, никеля, марганца, хрома, серебра /1/. При этом металл восстанавливается на поверхности углеродного материала до нулевой степени окисления или до оксидов. Основным недостатком описанных способов получения металлсодержащих сорбентов является использование растворов солей металлов с высокими концентрациями (7-25 мас.%). Кроме того, с увеличением содержания солей металла в обрабатывающем растворе, т.е. с увеличением концентрации раствора, степень насыщения металлов углеродным материалом падает и, как правило, не превышает 60-80%, что является неэкономичным из-за нерационального использования сырья, процессы закрепления металлов на углеродном материале протекают очень медленно.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ получения углеродного металлсодержащего сорбента из активированного углеродного материала на основании целлюлозы путем обработки исходного углеродного материала раствором содей серебра, золота, меди, никеля, хрома (VI) и некоторых металлов платиновой группы /2/. Сорбционная активность таких углеродных металлсодержащих сорбентов по отношению к бензолу составляет 0.42 см³/г для серебросодержащих волокон и 0.50 см³/г для хромсодержащего волокна. Основным недостатком способа получения углеродного сорбента по прототипу является его низкая сорбционная активность по отношению к органическому растворителю - бензолу.

Техническим результатом заявляемого изобретения является увеличение сорбционной активности по отношению к бензолу металлсодержащего углеродного сорбента, полученного по заявляемому способу.

Технический результат достигается за счет того, что активированный углеродный материал на основе целлюлозы обрабатывают раствором соли серебра или хрома (VI), при этом в него дополнительно вводят 0.5-1.0%-ный раствор метиленового голубого в количестве 0.05-0.1% при соотношении материал:обрабатывающий раствор 1:1000.

Экспериментально подтверждено, что в присутствии метиленового голубого изменяется заряд поверхности углеродного волокна. До обработки заряд равен 100 мВ и после обработки раствором, содержащим соль металла и метиленовый голубой, 500 мВ. (Определение заряда поверхности проводили по методике /3/). Только обработка материала раствором по заявляемому способу: подобранная концентрация метиленового голубого и его содержание в обрабатывающем растворе, а также определенное соотношение материал:обрабатывающий раствор позволяет реализовать механизм изменения поверхностного заряда волокна, что и приводит к повышению сорбционной активности получаемого углеродного сорбента по отношению к органическому растворителю - бензолу.

Способ получения металлсодержащего углеродного сорбента заключается в следующем:
1 кг активированного углеродного материала на основе целлюлозы (в виде ткани или нетканого волокна) с удельной поверхностью 1600 см² обрабатывают, например, методом пропитки раствором соли серебра (AgNO₃) или хрома (VI) (K₂Cr₂O₇) с концентрацией металла 0.2 мас.%, который содержит 0.5 - 1.0%-ный метиленовый голубой в количестве 0.05-0.1%. (Метиленовый голубой вводят в указанном количестве в раствор соли металла и затем перемешивают полученный раствор) при соотношении материал:обрабатывающий раствор, равном 1:1000. Обработку ведут в течение 15 мин при комнатной температуре. Затем материал выгружают из обрабатывающей ванны, отжимают и сушат. После этого проводят сорбцию органического растворителя - бензола. Определение сорбционной активности определяют по методике /4/.

Хотя в прототипе не указано время обработки активированного углеродного материала солями металлов, но способ получения по прототипу протекает по тому же механизму, что и известные в уровне техники аналоги, т.е. медленно течение 1 часа, в то время как по заявляемому способу обработка завершается за 15 мин. Поэтому можно сделать вывод, что в сравнении с прототипом и аналогами заявляемый способ обладает дополнительно вышеуказанным преимуществом.

Примеры проведения способа представлены в таблице.

Уменьшение концентрации метиленового голубого в обрабатывающем растворе менее 0.5 мас.% нецелесообразно, так как приводит к уменьшению сорбционной емкости по бензолу, а увеличение концентрации метиленового голубого более 1,0 мас. % в обрабатывающем растворе не приводит к увеличению сорбционной активности по метиленовому голубому.

Уменьшение содержания метиленового голубого в обрабатывающей ванне менее 0,05 мас. % приводит к снижению сорбционной емкости по бензолу. Увеличение содержания метиленового голубого более 0,1 мас.% в обрабатывающей ванне нецелесообразно, так как не приводит к улучшению технического результата и связано с увеличением расхода реагента.

Изменение соотношения материал:обрабатывающий раствор, т.е. отклонение от соотношения 1:1000, нецелесообразно, так как приводит к изменению содержания метиленового голубого в обрабатывающем растворе, выходящему за границы формулы изобретения, и, следовательно, либо к уменьшению сорбционной активности получаемого металлсодержащего материала по бензолу, либо не приводит к улучшению технического результата.

Литература
1. Ермоленко И.Н., Люблинер И.П., Гулько Н.В. Элементосодержащие угольные волокнистые материалы. - Мн.: Наука и техника, 1982. - 272 с.

2. Abstracts Book. Fundamentals of Adsorptio FOA, May 24-28, 1998, Presquile de Giens, France.

3. Исследование адсорбции водных растворов органических веществ, обусловленной принудительной поляризацией углеродных материалов / В.В. Хабалов, А.А.Першко, Н.К.Горчакова, В.Ю. Глушенко // Изв. АН. СССР, сер. Хим. - 1984, - N 2, с. 263-265.

4. ТУ 6-06-4160-87161.

Изобретение относится к области получения металлсодержащих углеродных материалов, используемых в процессах очистки газовоздушных сред от органических соединений. Активированный углеродный материал обрабатывают раствором соли серебра или хрома (VI), при этом в него дополнительно вводят 0,5 - 1,0 мас. %-ный раствор метиленового голубого в количестве 0,05 - 0,1 мас.% при соотношении материал : обрабатывающий раствор 1:1000. Техническим результатом изобретения является увеличение сорбционной активности по отношению к бензолу. 1 табл.

Способ получения металлсодержащего углеродного сорбента, заключающийся в обработке активированного углеродного материала на основе целлюлозы раствором соли серебра или соли хрома (VI), отличающийся тем, что при обработке углеродного материала дополнительно в раствор соли металла добавляют 0,5 - 1,0 мас. %-ный раствор метиленового голубого в количестве 0,05 - 0,1 мас.% при соотношении волокно : обрабатывающий раствор 1:1000.