АДСОРБЕНТ ДЛЯ СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ Российский патент 2003 года по МПК B01J20/20 

Изобретение относится к производству адсорбентов на угольной основе, в частности к производству адсорбента для поглощения аварийно-химически опасных веществ ингаляционного действия (АХОВИД) органического (бензол, толуол, ацетон и т.п.), кислого (диоксид серы, хлористый водород, фтористый водород и т.п.), щелочного (аммиак, амины и т.п.) и нейтрального (хлор, фтор, гидрид серы и т.п.) характеров, отравляющих веществ (циан водорода, хлорциан, фосген и т.п.) в средствах защиты.

Для снаряжения средств защиты органов дыхания используются адсорбенты-катализаторы на основе активных углей. Используемые обычно импрегнирующие добавки содержат в основном соли хрома и меди, а также малые количества солей серебра. После пропитки раствором соли уголь осушается, а затем пропитывающая добавка изменяется при высокой температуре. При этом выделяется аммиак и образуются каталитически активные компоненты [Кинле X., Бадер Э. Активные угли и их промышленное применение. Перевод с немецкого. Ленинград "Химия" Ленинградское отделение, 1984, с 116, 117].

Известен адсорбент с добавками меди, хрома, серебра и триэтилендиамина в количестве более 0,3 маc.% в. качестве гидрофобной добавки [RU 2108149 С1, кл. В 01 J 20/20, С 01 В 31/08, 20.02.1997]. Такого типа адсорбент-катализатор на основе активного угля АГ-5 [ГОСТ 20777-75 Уголь активный АГ-5] используется для снаряжения противогазовых коробок ГП-7К [ТУ Г-10-1104-82 Коробка фильтрующе-поглощающая ГП-7К, комплект чертежей 3077.000. г. Электросталь] , предназначенных для защиты населения от отравляющих веществ. Содержание соединений меди, хрома и серебра в пересчете на медь, хром и серебро в адсорбенте-катализаторе: медь - 4,5-6,5 маc.%, хром - 1,2-2,2 маc.%, серебро - 0,02-0,10 маc.%, триэтилендиамин - 0,3-0,6 маc.%.

Недостатком этого адсорбента является отсутствие возможности поглощения АХОВИД щелочного характера и невысокое время защитного действия по АХОВИД органического характера.

Отечественной промышленностью выпускается химический поглотитель аммиака ХПА-Н [ТУ 6-16-3125-91 Химический поглотитель аммиака ХПА-Н. г. Электросталь] на основе активного угля АГ-5, импрегнированного хлоридом никеля от 18 до 25 мас. %. Изготовление поглотителя ХПА-Н включает последовательность стадий: пропитку угля АГ-5 раствором хлорида никеля, вылеживание пропитанного угля и термообработку угля. Поглотитель ХПА-Н обеспечивает высокую степень защиты от АХОВИД щелочного характера, но обладает невысоким временем защитного действия по АХОВИД органического характера и не защищает от АХОВИД кислого и нейтрального характеров.

Известно, что для снаряжения патронов респираторов серии 6000 производства "ЗМ" (США) для защиты от паров органических веществ используется узкопористый (6 ангстрем) активированный уголь [Средства защиты: Безопасность труда гарантирует компания ЗМ. Журнал "Охрана труда и социальное страхование". 3 1998 г., с.34. Москва, изд. Редакция журнала].

При получении углей для противогазов и других углей специального назначения, которые должны обладать высокими прочностными свойствами и большим объемом тонких пор, используется скорлупа кокосового ореха. Получаемые зерненые активные угли отличаются высокой прочностью и очень тонкими порами [Кинле X. , Бадер Э. Активные угли и их промышленное применение. Перевод с немецкого. Ленинград "Химия" Ленинградское отделение, 1984, с.36, 38].

При этом скорлупа кокоса может изначально содержать небольшое количество карбоната калия [Громова С.Л. Компания ЗМ: средства индивидуальной защиты органов дыхания от газов и паров. Журнал "Безопасность труда в промышленности". 5 1998 г., с.27. Москва, изд. ЦПО Госгортехнадзора России]. Такое содержание карбоната калия способствует поглощению АХОВИД кислого и нейтрального характеров.

Известно, что отечественные активные угли, предназначенные для адсорбции паров органических веществ, имеют объем микропор 0,40-0,61 см³/г [АООТ "ЭХМЗ", НПО "Неорганика" Активные угли. Эластичные сорбенты. Катализаторы. Осушители. Химические поглотители. Каталог. Черкассы, 1996, с.8-33].

Недостатком этих адсорбентов является отсутствие возможности поглощения отравляющих веществ, АХОВИД щелочного, кислого и нейтрального характеров или защита в незначительной степени от двух последних.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому адсорбенту является катализатор-поглотитель К-ПА [ТУ 2165-044-05795731-00 Катализатор-поглотитель К-ПА. г. Пермь] на основе активного угля АГ-5, содержащий соединения меди в пересчете на медь 4,5-7,5 мас.%, соединения хрома в пересчете на хром 1,2-2,2 мас.% и хлорид никеля в количестве 7-15 мас.%. Изготовление катализатора-поглотителя К-ПА включает последовательное нанесение на активный уголь соединений меди и хрома, затем хлорида никеля. Катализатор-поглотитель К-ПА предназначен для поглощения АХОВИД кислого, щелочного и нейтрального характеров, отравляющих веществ, осушки воздуха в средствах защиты органов дыхания.

Недостатком катализатора-поглотителя К-ПА являются невысокое время защитного действия по АХОВИД органического характера, снижение динамической активности по хлорциану из-за импрегнирования хлоридом никеля, большой расход сырья для ингредиентов, длительность изготовления, трудности при вторичной термообработке после нанесения на уголь с соединениями меди и хрома хлорида никеля, связанные с тем, что оптимальная температура сушки адсорбента с хлоридом никеля 170-190^oС, а температура плавления трехокиси хрома 196^oС.

Перед авторами стояла задача - разработать адсорбент на основе активного угля, используемый в средствах защиты для поглощения АХОВИД органического, кислого, щелочного и нейтрального характеров, отравляющих веществ с достаточно высоким временем защитного действия.

Результат достигается тем, что:
1. Адсорбент для средств защиты, содержащий активный уголь, импрегнированный оксидами и солями меди и хрома, хлоридом никеля, представляет собой механическую смесь из двух составляющих частей, при этом первая часть в количестве 45-55 об. % содержит в качестве ингредиентов соединения меди в пересчете на медь 4,5-7,5 маc.% и соединения хрома в пересчете на хром 1,2-2,2 маc. %, активный уголь - остальное, а вторая часть в количестве 55-45 об.% содержит 15-25 маc.% хлорида никеля, активный уголь - остальное.

2. Первая составляющая часть адсорбента для средств защиты дополнительно содержит оксид серебра в пересчете на серебро 0,02 - 0,10 маc.%, и/или триэтилендиамин в количестве 0,3-0,6 маc.%, и/или карбонат калия в количестве до 4 маc.%.

3. Адсорбент для средств защиты обладает объемом микропор не менее 0,4 см³/г.

Отличие предлагаемого адсорбента заключается в том, что:
- использована механическая смесь из двух составляющих частей адсорбента с соединениями меди и хрома (45-55 об.%) и с хлоридом никеля (55-45 об.%);
- первая составляющая часть адсорбента содержит соединения меди в пересчете на медь в количестве 4,5-7,5 маc.% и соединения хрома в пересчете на хром в количестве 1,2-2,2 маc.%;
- вторая составляющая часть адсорбента содержит хлорид никеля в количестве 15-25 маc.%;
- первая составляющая часть адсорбента дополнительно может содержать оксид серебра в пересчете на серебро в количестве 0,02-0,10 маc.%; и/или триэтилендиамин в количестве 0,3-0,6 маc.%; и/или карбонат калия в количестве до 4 маc.%;
- обе составляющие части адсорбента обладают объемом микропор не менее 0,4 см³/г.

Первая составляющая часть адсорбента обеспечивает поглощение АХОВИД органического, кислого и нейтрального характеров, отравляющих веществ.

Вторая составляющая часть адсорбента обеспечивает поглощение АХОВИД органического и щелочного характеров.

Выбор в качестве предлагаемого адсорбента механической смеси из двух составляющих частей обуславливается увеличением длины рабочего слоя каждой из составляющих частей соответственно по каждому из веществ, от которых предназначен защищать предлагаемый адсорбент. При этом оба вида частиц не препятствуют друг другу поглощать соответствующие вещества.

Узкий интервал соотношения двух составляющих частей предлагаемого адсорбента 45-55 и 55-45 об.% соответственно был взят с целью обеспечить необходимое максимальное смешение двух составляющих частей, особенно для малых по длине слоев шихты противогазовых коробок.

Необходимость нанесения на активный уголь серебра обусловлена каталитическими свойствами соединений серебра, например, при окислении кислородом воздуха мышьяковистого водорода.

Необходимость нанесения на активный уголь триэтилендиамина обусловлена особыми требованиями к гидрофобности шихты противогазовых коробок гражданских противогазов, находящихся на хранении в условиях увлажненной среды. Кроме этого, угли, пропитанные триэтилендиамином, обеспечивают эффективное извлечение радиоактивного йодистого метила в процессе изотопного обмена.

Карбонат калия изначально может находиться в активном угле из скорлупы кокосового ореха до 4 мас.% согласно статистическим данным и в предлагаемом адсорбенте выполняет функцию дополнительной защиты от АХОВИД кислого и нейтрального характеров.

Выбор для предлагаемого адсорбента активного угля с объемом микропор не менее 0,4 см³/г обуславливается необходимостью эффективного поглощения АХОВИД органического характера, соизмеримых по размеру молекул с размерами микропор.

Предлагаемый адсорбент изготавливают следующим образом.

Активный уголь одной партии поступает одной частью на пропитку раствором соединений меди, хрома, серебра и триэтилендиамина, другой частью - на пропитку раствором хлорида никеля.

Оксид серебра наносится на активный уголь вместе с соединениями меди и хрома путем пропитки угля смесью медно-хромового аммиачного комплекса, полученного растворением трехокиси хрома, и/или хромата калия, и/или бихромата калия в углекислом аммиакате меди, и азотнокислого аммиаката серебра с последующей термообработкой при температуре свыше 100^oС до требуемого влагосодержания. Триэтилендиамин, в случае необходимости его присутствия в угле, также вводится в раствор углекислого аммиаката меди. Соотношение активного угля и пропиточного раствора берут исходя из величины суммарного объема пор и коэффициента пропитки 0,7-1,0.

Хлорид никеля наносится на активный уголь путем пропитки угля раствором хлорида никеля с последующей термообработкой при температуре свыше 100^oС до требуемого влагосодержания. Соотношение угля и пропиточного раствора берут исходя из величины суммарного объема пор и коэффициента пропитки 0,7-1,0.

Смешение двух составляющих частей адсорбента производят механически в перемешивающем устройстве сыпучих продуктов.

Данные о поглотительной способности предлагаемого адсорбента, а также его прототипа и аналогов приведены в таблице 1.

Данные по выбору соотношения составляющих частей предлагаемого адсорбента приведены в таблице 2.

Из таблицы 1 видно, что предлагаемый адсорбент по сравнению с прототипом обладает более высокой динамической активностью по бензолу, хлорциану, гидриду серы и аммиаку, по сравнению с первым аналогом обеспечивает защиту от аммиака, а по сравнению со вторым аналогом обладает более высокой динамической активностью по бензолу и обеспечивает защиту от хлорциана, диоксида серы и гидрида серы.

Из таблицы 2 видно, что оптимальное соотношение составляющих частей в предлагаемом адсорбенте 45-55 и 55-45 об.%.

Уменьшение какой-либо из составляющих частей менее 45 об.% или увеличение ее более 55 об.% приводит к неравномерности распределения частей в слое и значительному уменьшению динамической активности по одному из веществ.

Использование в качестве предлагаемого адсорбента механической смеси из двух составляющих частей позволяет исключить снижение динамической активности по хлорциану, сократить расход сырья для ингредиентов первой составляющей части, сократить длительность изготовления и избежать трудностей при вторичной термообработке путем ее исключения.

Предлагаемый адсорбент обладает достаточно высоким временем защитного действия по АХОВИД органического, кислого, щелочного и нейтрального характеров и по отравляющим веществам.

Предлагаемый адсорбент изготавливался в опытной партии и испытывался в условиях лаборатории.

Планируется дальнейшее производство партий адсорбентов.

Изобретение относится к производству адсорбентов на угольной основе, в частности к производству адсорбента для поглощения аварийно-химически опасных веществ ингаляционного действия. Адсорбент для средств защиты, содержащий активный уголь, импрегнированный оксидами и солями меди и хрома, хлоридом никеля, представляет собой механическую смесь из двух составляющих частей, при этом первая часть в количестве 45-55 об.% содержит в качестве ингредиентов соединения меди в пересчете на медь 4,5-7,5 мас.% и соединения хрома в пересчете на хром 1,2-2,2 мас.%, активный уголь - остальное, а вторая часть в количестве 55-45 об.% содержит 15-25 мас.% хлорида никеля, активный уголь - остальное. Первая составляющая часть адсорбента для средств защиты может дополнительно содержать оксид серебра в пересчете на серебро 0,02-0,10 мас. %, и/или триэтилендиамин в количестве 0,3-0,6 мас.%, и/или карбонат калия в количестве до 4 мас.%. Адсорбент для средств защиты обладает объемом микропор не менее 0,4 см³/г. Адсорбент обладает достаточно высоким временем защитного действия по АХОВИД органического, кислого, щелочного и нейтрального характеров и по отравляющим веществам. 2 з.п.ф-лы, 2 табл.

1. Адсорбент для средств защиты, содержащий активный уголь, импрегнированный оксидами и солями меди и хрома, хлоридом никеля, отличающийся тем, что представляет собой механическую смесь из двух составляющих частей, при этом первая часть в количестве 45-55 об.% содержит в качестве ингредиентов соединения меди в пересчете на медь 4,5-7,5 мас.% и соединения хрома в пересчете на хром 1,2-2,2 мас.%, активный уголь остальное, а вторая часть в количестве 55-45 об.% содержит 15-25 мас.% хлорида никеля, активный уголь остальное.2. Адсорбент для средств защиты по п.1, отличающийся тем, что первая составляющая часть адсорбента дополнительно содержит оксид серебра в пересчете на серебро 0,02-0,10 мас.% и/или триэтилендиамин в количестве 0,3-0,6 мас.% и/или карбонат калия в количестве до 4 мас.%.3. Адсорбент для средств защиты по пп.1 и 2, отличающийся тем, что обладает объемом микропор не менее 0,4 см³/г.