АДСОРБЕНТ ДЛЯ СРЕДСТВ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ Российский патент 2004 года по МПК B01J20/20 B01J20/02 C01B31/08 

Изобретение относится к производству адсорбентов на угольной основе, в частности к производству адсорбента для средств индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД), предназначенных для поглощения смеси органических паров (бензол, толуол, циклогексан и т.п.) и неорганических газов и паров (гидрид серы, цианводорода, хлор и т.п.), или смеси неорганических и кислых (диоксид серы, хлористый водород и т.п.) газов и паров, или смеси органических паров, неорганических и кислых газов и паров (марки АВ, BE и ABE).

Известен катализатор [ТУ 2178-066-05795731-01 Катализатор, г. Пермь], представляющий собой активный уголь, импрегнированный соединениями меди в количестве 5,5-8,0 мас.%, хрома 1,4-2,4 мас.%, серебра 0,02-0,10 мас.% в пересчете на медь, хром и серебро. Катализатор имеет динамическую активность по диоксиду серы 27-33 мин, по гидриду серы 50-70 мин.

Известен адсорбент для средств защиты органов дыхания [RU 2154525, кл. В 01 J 20/20, 20/02, A 62 D 9/0, 25.08.1999], представляющий собой активный уголь, импрегнированный соединениями меди в количестве 5,5-8,0 мас.%, хрома 1,4-2,4 мас.%, серебра 0,02-0,10 мас.% в пересчете на медь, хром и серебро и карбонатом калия в количестве 6-9 мас.%. Этот адсорбент обладает высокой динамической активностью по диоксиду серы 40-50 мин и гидриду серы 50-70 мин.

Недостатками известных катализатора и адсорбента являются дороговизна вследствие введения драгоценного металла, необходимость введения канцерогенных соединений хрома, оказывающих малое влияние на поглотительную способность по неорганическим и кислым газам и парам, катализатора - недостаточно высокая динамическая активность по диоксиду серы.

Известно, что большинство активных углей, предназначенных для изготовления химических поглотителей, имеют суммарный объем пор 0,75-1,20 см³/г, а предназначенные для адсорбции органических паров активные угли имеют динамическую активность по бензолу не менее 75 мин. [АООТ "ЭХМЗ", НПО "Неорганика" Активные угли. Эластичные сорбенты. Катализаторы. Осушители. Химические поглотители. Каталог. Черкассы, 1996, с.8-33].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому адсорбенту является поглотитель кислых газов [RU 2138441, кл. С 01 В 31/08, 31/16, B 01 J 20/20, 02.03.98] , представляющий собой активный уголь с суммарным объемом пор 0,85-1,25 см³/г, импрегнированный оксидами меди в количестве 5,0-9,5 мас. % в пересчете на медь и карбонатом калия в количестве 5,9-9,4 мас.% в пересчете на калий. Поглотитель кислых газов имеет динамическую активность по диоксиду серы 51-60 мин и по цианводороду 34-40 мин.

Недостатками поглотителя кислых газов являются недостаточная для СИЗОД марок АВ и ABE поглотительная способность по органическим парам из-за перекрытия подхода к микропорам поглотителя большим количеством ингредиентов, невозможность использовать активный уголь с суммарным объемом пор менее 0,85 см³/г, что значительно сужает сырьевую базу для производства поглотителя, большой расход сырья для ингредиентов.

Перед авторами стояла задача - разработать адсорбент на основе активного угля с более широким диапазоном суммарного объема пор, необходимый для снаряжения СИЗОД марок АВ, BE и ABE для поглощения смеси органических паров и неорганических газов и паров, смеси неорганических и кислых газов и паров, смеси органических паров, неорганических и кислых газов и паров с достаточно высоким временем защитного действия по каждому классу веществ, с меньшим расходом сырья для ингредиентов.

Результат достигается тем, что:
1 В адсорбенте для СИЗОД, содержащем активный уголь, оксиды меди и карбонат калия, используют карбонат натрия вместо карбоната калия или дополнительно к нему при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Оксиды меди в пересчете на медь - 0,5-4,9
Карбонат натрия и/или калия - 3,0-17,0
Активный уголь - Остальное
2 Адсорбент для СИЗОД содержит активный уголь с суммарным объемом пор 0,75-1,25 см³/г.

Отличие предлагаемого адсорбента заключается в том, что:
- в качестве взаимозаменяемого компонента в адсорбенте для СИЗОД используется менее дорогостоящий карбонат натрия;
- адсорбент для СИЗОД содержит оксиды меди в количестве 0,5 мас.% в пересчете на медь и карбонат натрия и/или калия в количестве 3,0-17,0 мас.%;
- адсорбент для СИЗОД может содержать необходимое количество ингредиентов при интервале суммарного объема пор активного угля 0,75-0,83 см³/г.

Активный уголь в предлагаемом адсорбенте обеспечивает поглощение органических паров.

Оксиды меди в предлагаемом адсорбенте обеспечивают поглощение неорганических газов и паров и, в меньшей степени, кислых газов и паров.

Карбонат натрия и/или калия в предлагаемом адсорбенте обеспечивает поглощение кислых газов и паров и некоторых неорганических газов и паров.

Выбор активного угля с суммарным объемом пор 0,75-0,83 см³/г в качестве одного из вариантов угольной основы к предлагаемому адсорбенту обусловлен расширением сырьевой базы для производства адсорбента и возможностью разместить необходимое количество ингредиентов в этом диапазоне без существенных сложностей при пропитке активного угля.

Предлагаемый адсорбент получают следующим образом.

Готовят углекислый аммиакат меди и карбонат натрия и/или калия в одном растворе, либо растворы углекислого аммиаката меди и карбоната натрия и/или калия отдельно, либо отдельно, а затем смешивают. Активный уголь пропитывают либо смесью растворов, либо последовательно вначале каким-нибудь одним из растворов, затем другим с промежуточной термообработкой после вылеживания. Соотношение активного угля по массе в кг и пропиточного раствора по объему в дм³ берут 1:(0,4-0,8) соответственно. После окончания пропитки и вылеживания активный уголь подвергают термообработке при температуре выше 100^oС до требуемого влагосодержания.

Поглотитель кислых газов, изготовленный по прототипу и испытанный в аналогичных с предлагаемым адсорбентом условиях, имеет динамическую активность по диоксиду серы 51-60 мин, по гидриду серы 50-60 мин, по бензолу 70-45 мин, время защитного действия по цианводороду 150-180 мин при концентрации цианводорода 1,1 г/м³ и 40-55 мин при концентрации 5,6 г/м³.

Данные о поглотительной способности по диоксиду серы предлагаемого адсорбента для СИЗОД представлены в таблице 1.

Из таблицы 1 видно, что предлагаемый адсорбент для СИЗОД имеет динамическую активность по диоксиду серы:
- на уровне известного поглотителя (прототипа) при содержании ингредиентов, мас.%:
Оксиды меди в пересчете на медь - 0,5-10,0
Карбонат натрия и/или калия - 9,0-11,0
- на уровне, превышающем уровень известного поглотителя (прототипа), при содержании ингредиентов, мас.%:
Оксиды меди в пересчете на медь - 0,5-10,0
Карбонат натрия и/или калия - 11,0-17,0
Уменьшение содержания карбоната натрия и/или калия ниже 4,0 мас.% приводит к потере динамической активности по диоксиду серы ниже уровня первого аналога.

Увеличение содержания карбоната натрия и/или калия выше 17 мас.% нецелесообразно, так как приводит к уменьшению динамической активности вследствие уменьшения пористости угольной основы и блокированию активных центров добавок, комкованию и слипанию зерен адсорбента, высаливанию добавок на частицах адсорбента при суммарном объеме пор 0,75-0,83 см³/г.

Исключение из состава адсорбента оксидов меди приводит к падению динамической активности ниже уровня первого аналога при содержании карбоната натрия и/или калия 4,0-6,0 мас.%.

Увеличение содержания меди выше 10,0 мас.% технологически невозможно из-за неполного растворения расчетного количества углекислой меди в аммиачном растворе и непопадания нужного количества меди в поры активного угля, особенно при формировании смеси растворов углекислого аммиаката меди и карбоната натрия и/или калия.

Данные о поглотительной способности по гидриду серы предлагаемого адсорбента для СИЗОД представлены в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что предлагаемый адсорбент для СИЗОД имеет динамическую активность по гидриду серы:
- на уровне известного поглотителя (прототипа) при содержании ингредиентов, мас.%:
Оксиды меди в пересчете на медь - 0,5-10,0
Карбонат натрия и/или калия - 3,0-4,0
Оксиды меди в пересчете на медь - 9,0-10,0
Карбонат натрия и/или калия - 11,0-17,0
- на уровне, превышающем уровень известного поглотителя (прототипа), при содержании ингредиентов, мас.%:
Оксиды меди в пересчете на медь - 0,5-8,0
Карбонат натрия и/или калия - 4,0-17,0
Уменьшение содержания карбоната натрия и/или калия ниже 3,0 мас.% приводит к потере динамической активности по гидриду серы ниже уровня известного поглотителя (прототипа) и аналогов.

Увеличение содержания карбоната натрия и/или калия выше 17,0 мас.% не приводит к увеличению динамической активности по гидриду серы.

Данные о поглотительной способности по цианводороду предлагаемого адсорбента для СИЗОД представлены в таблице 3.

Из таблицы 3 видно, что предлагаемый адсорбент для СИЗОД в противогазовой коробке с малым объемом адсорбента отвечает требованиям ГОСТ Р 12.4.193-99 на время защитного действия по цианводороду:
- на первую степень защиты при содержании ингредиентов, мас.%:
Оксиды меди в пересчете на медь - 0,5-10,0
Карбонат натрия и/или калия - 3,0-17,0
- на вторую степень защиты при содержании ингредиентов, мас.%:
Оксиды меди в пересчете на медь - 8,0-10,0
Карбонат натрия и/или калия - 3,0-17,0
- на уровне известного поглотителя (прототипа) при содержании ингредиентов, мас.%:
Оксиды меди в пересчете на медь - 0,5-10,0
Карбонат натрия и/или калия - 14,5-17,0
Уменьшение содержания меди менее 0,5 мас.% и карбоната натрия и/или калия менее 3,0 мас. % приводит к несоответствию СИЗОД требованиям ГОСТ Р 12.4.193-99.

Увеличение содержания карбоната натрия и/или калия выше 17,0 мас.% не приводит к повышению времени защитного действия по цианводороду.

Данные о поглотительной способности по бензолу предлагаемого адсорбента для СИЗОД представлены в таблице 4.

Из таблицы 4 видно, что предлагаемый адсорбент для СИЗОД имеет динамическую активность по бензолу на уровне активного угля, предназначенного для адсорбции органических паров, при содержании ингредиентов, мас.%:
Оксиды меди в пересчете на медь - 0,5-5,0
Карбонат натрия и/или калия - 3,0-11,0
Оксиды меди в пересчете на медь - 5,0-10,0
Карбонат натрия и/или калия - 3,0-8,0
Использование в качестве предлагаемого адсорбента для СИЗОД марок АВ, BE и ABE активного угля, импрегнированного оксидами меди в интервале 0,5-10,0 мас. % в пересчете на медь и карбонатом натрия и/или калия в интервале 3,0-17,0 мас. % в различных соотношениях позволяет получить адсорбент с динамической активностью по диоксиду серы и гидриду серы на уровне известного поглотителя (прототипа) и аналогов и выше, по цианводороду - на уровне известного поглотителя (прототипа), по бензолу - выше уровня известного поглотителя (прототипа) и первого аналога, с меньшим расходом сырья для ингредиентов, применяя активный уголь с различным суммарным объемом пор, в первую очередь, с суммарным объемом пор 0,75-0,83 см³/г.

Например.

Для снаряжения СИЗОД марки ABE одним из оптимальных интервалов соотношения компонентов в предлагаемом адсорбенте является следующий, мас.%:
Оксиды меди в пересчете на медь - 0,5-5,0
Карбонат натрия и/или калия - 7,0-11,0
Активный уголь с суммарным объемом пор 0,75-0,83 см³/г и выше - Остальное
Соотношение компонентов известного поглотителя (прототипа), мас.%:
Оксиды меди в пересчете на медь - 5,0-9,5
Карбонат калия - 20,8-33,2
Активный уголь с суммарным объемом пор 0,85-1,25 см³/г - Остальное
Расход сырья для ингредиентов у предлагаемого адсорбента для СИЗОД марки ABE в 1,5-3,0 раза меньше, чем у известного поглотителя (прототипа), по суммарному объему пор более широкий, чем у известного поглотителя (прототипа), диапазон. При этом известный поглотитель (прототип), в отличие от предлагаемого адсорбента, не приемлем для снаряжения СИЗОД, предназначенных для защиты от органических паров и уступает по защите от гидрида серы.

Предлагаемый адсорбент для СИЗОД марок АВ, BE и ABE обладает достаточно высоким временем защитного действия по смеси органических паров и неорганических газов и паров, смеси неорганических и кислых газов и паров, смеси органических паров, неорганических и кислых газов и паров по каждому классу веществ.

Предлагаемый адсорбент был изготовлен в опытных партиях и испытан в условиях лаборатории. Адсорбентами из опытных партий снаряжались серийно выпускаемые СИЗОД и испытывались в условиях лаборатории на соответствие требованиям ГОСТ Р 12.4.193-99 для марок А1В1, А2В2, А3В3, В1Е1, В2Е2, В3В3, А1В1Е1, А2В2Е2, А3В3Е3.

Планируется с 01.01.2003 г. серийный выпуск предлагаемого адсорбента и СИЗОД, снаряженных предлагаемым адсорбентом.

Изобретение относится к производству адсорбентов на угольной основе, в частности к производству адсорбента для средств индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД), предназначенных для поглощения смеси органических паров (бензол, толуол, циклогексан и т.п.) и неорганических газов и паров (гидрид серы, циан водорода, хлор и т.п.), или смеси неорганических и кислых (диоксид серы, хлористый водород, фтористый водород и т.п.) газов и паров, или смеси органических паров, неорганических и кислых газов и паров. Адсорбент содержит, мас. %: оксиды меди в пересчете на медь 0,5-4,9; карбонат натрия и/или калия 3,0-17,0; активный уголь остальное. Адсорбент для СИЗОД содержит активный уголь с суммарным объемом пор 0,75-1,25 см³/г. Предлагаемый адсорбент для СИЗОД обеспечивает высокое время защитного действия для смеси органических паров и неорганических газов и паров, смеси неорганических и кислых газов и паров, смеси органических паров, неорганических и кислых газов и паров по каждому классу веществ. 1 з.п.ф-лы, 4 табл.

1. Адсорбент для средств индивидуальной защиты органов дыхания, содержащий активный уголь, оксиды меди и карбонат щелочного металла, отличающийся тем, что содержит, мас.%:

Оксиды меди в пересчете на медь 0,5-4,9

Карбонат натрия и/или калия 3,0-17,0

Активный уголь Остальное