СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА Российский патент 2004 года по МПК C01B31/08 B01J20/20 B01J21/18 

Изобретение относится к сорбционной технике, в частности к получению сорбентов-катализаторов путем пропитки активных углей растворами каталитических добавок для использования их в индивидуальных и коллективных средствах защиты с целью удаления токсичных веществ из воздуха, а также защиты окружающей среды от промышленных выбросов.

Известен способ получения сорбента-катализатора путем пропитки металлосодержащего активного угля водным раствором бихромата калия и триэтилендиамина (ТЭДА) в соотношении сорбент:бихромат калия:ТЭДД, равном 1:(0,04-0,08):(0,004-0,008), вылеживания в течение 1,5-1,8 часа и последующей термообработки при 110-140°С со скоростью подъема температуры 3-8°С/мин (см. пат. РФ 2108149, кл. С 01 В 31/08, опубл. 10.04.98).

Недостатком известного способа является сложность процесса получения металлосодержащего активного угля и низкая стабильность катализатора при хранении.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения катализатора, включающий нанесение на активный уголь о объемом микропор 0,6-0,7 от общего суммарного объема пор методом пропитки из аммиачного раствора каталитических добавок с концентрацией меди 5-20 мас.%, молибдена 1-10 мас.%, серебра до 0,5 мас.%, термообработку при 170-225°С в атмосфере воздуха или инертного газа, дополнительную пропитку водным раствором ТЭДА в количестве 1,0-7,5 мас.% и окончательную сушку (низкотемпературную термообработку) при 65-130°С (см. пат. США №4801311, кл. В 01 D 55/04, опубл 51.01.89). Этот способ принят за прототип предлагаемого изобретения.

Недостатком прототипа является короткое время защитного действия катализатора по хлорциану в малых слоях.

Техническим результатом (целью изобретения) является повышение времени защитного действия катализатора по хлорциану в малых слоях.

Высокое время защитного действия катализатора в малых слоях позволяет создавать средства защиты от токсичных газов, особенно индивидуальные, с лучшими эксплуатационными характеристиками, в частности минимальной массой и низким сопротивлением дыханию.

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим приготовление пропиточного раствора каталитических добавок, содержащего медь, молибден, серебро и триэтилендиамин, пропитку зерен активного угля этим раствором и их термообработку, отличающимся тем, что пропиточный раствор дополнительно содержит цинк, активный уголь берут о объемом микропор 0,40-0,55 от общего суммарного объема пор, а пропитанные зерна вылеживают в течение 1,0-2,0 часа, после чего их термообрабатывают в одну стадию при температуре в слое 120-135°С, причем пропиточный раствор готовят со следующей концентрацией каталитических добавок (мас.): меди 4,6-7,6; молибдена 1,5-3,1; цинка 2,6-4,2; серебра 0,10-0,15; триэтилендиамина 2,5-5,0.

Отличие предложенного способа от прототипа состоит в том, что пропиточный раствор дополнительно содержит цинк, активный уголь берут с объемом микропор 0,40-0,55 от общего суммарного объема пор, а пропитанные зерна вылеживают в течение 1,0-2,0 часа, после чего их термообрабатывают в одну стадию при температуре в слое 120-135°С, причем пропиточный раствор готовят со следующей концентрацией каталитических добавок (% мас.): меди 4,6-7,6; молибден 1,5-5,1; цинк 2,6-4,2; серебра 0,10-0,15; триэтилендиаминз 2,5-5,0.

Из научно-технической литературы авторам не известно использование пропиточного раствора, который кроме меди, молибдена, серебра и триэтилендиамина дополнительно содержит цинк, активного угля с объемом микропор 0,40-0,55 от общего суммарного объема пор, вылеживание пропитанных зерен активного угля в течение 1,0-2,0 часа и их термообработка в одну стадию при температуре в слое 120-135°С, а пропиточный раствор готовят со следующей концентрацией каталитических добавок, мас.%: меди 4,6-7,6; молибдена 1,5-3,1; цинка 2,6-4,2; серебра 0,10-0,15; триэтилендиамина 2,5-5,0.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

При поглощении токсичных газов из воздуха катализатором в малых слоях должна быть обеспечена хорошая кинетика процесса, которая обусловливается определенным содержанием сорбирующих микропор в общем суммарном объеме пор сорбента.

Экспериментально было установлено, что оптимальным содержанием объема микропор в общем объеме пор активного угля, используемого для нанесения каталитических добавок, является 0,40-0,55, что обеспечивает хорошую кинетику поглощения токсичных газов из воздуха.

С другой стороны, в катализаторе необходимо сформировать такой каталитический комплекс, который будет обеспечивать полноту поглощения токсичных газов во всех режимах эксплуатации средств защиты (широкие интервалы температуры и влажности воздуха, различные скорости фильтрации и др.).

В результате многочисленных опытов было показано, что применение пропиточного раствора каталитических добавок меди, молибдена, серебра, триэтилендиамина, дополнительно содержащего цинк, позволяет получить эффективный каталитический комплекс, обеспечивающий полное поглощение токсичного газа (хлорциана) в наиболее неблагоприятных условиях испытаний, например, при относительной влажности воздуха 90% и увеличение времени защитного действия катализатора в малых слоях.

Предварительные исследования также показали, что введение триэтилендиамина в состав катализатора путем вторичной пропитки, как это делается в прототипе, блокирует основной каталитический комплекс из меди, молибдена, цинка и серебра, что приводит к снижению времени защитного действия катализатора в малых слоях.

Окончательные режимы получения предлагаемого нами катализатора были найдены опытным путем.

Способ осуществляется следующим образом. Берут активный уголь типа АГ-5 с размером зерен 0,5-1,5 мм и объемом микропор 0,40-0,55 от общего суммарного объема пор. В реакторе готовят пропиточный раствор с концентрацией каталитических добавок, мас.%:

Меди 4,6-7,6

Молибдена 1,5-3,1

Цинка 2,6-4,2

Серебра 0,10-0,15

ТЗДД 2,5-5,0

В пропиточный аппарат загружают активный уголь, заливают его приготовленным раствором и включают вращение барабана. Время пропитывания 15 минут. После пропитывания влажный продукт выгружают на противни и вылеживают на воздухе в течение 1,0-2,0 часа. Затем проводят термическую обработку продукта в атмосфере воздуха (печи КС, вращающейся печи или аппарате другого типа) при температуре в слое 120-135°С в течение 1,5-2,0 часа.

Готовый катализатор выгружают из печи и направляют на испытания. Сорбционную активность катализатора по хлорциану определяют на приборе ДП-2 ВР 4910500 при следующих условиях:

Концентрация паров хлорциана 5 мг/л

Высота слоя катализатора 2 см

Удельный объемный расход

паровоздушной смеси

Относительная влажность воздуха 90%

Полученный по предложенному способу катализатор имел время защитного действия по хлорциану от 12 до 20 минут.

ПРИМЕР 1. В реактор емкостью 10 л заливают 2,5 л дистиллированной воды и 2,3 л аммиачной воды. Раствор подогревают до температуры 40°С, затем в емкость вводят окись цинка в количестве 191 г (в пересчете на концентрацию цинка в пропиточном растворе 2,6 мас.%, тщательно перемешивают и добавляют 750 г углекислого аммония. Раствор снова перемешивают и вводят 484 г углекислой основной меди (в пересчете на медь 4,6 мас.%). После полного растворения соли меди в реактор загружают молибденовокислый аммоний в количестве 163 г (в пересчете на молибден 1,5%), затем добавляют азотнокислое серебро в количестве 9 г (в пересчете на серебро 0,10 мас.%) и ТЭДА в количестве 146 г (2,5 мас.%).

Общий объем раствора 5,3 л.

В пропиточный аппарат загружают 5 кг активного угля типа АГ-5 о размером зерен 0,5-1,5 мм и объемом микропор 0,40 от общего суммарного объема пор. Общий суммарный объем пор составляет 1,1 см³/г.

Заливают активный уголь приготовленным пропиточным раствором и включают вращение барабана. Время пропитывания 15 минут. После пропитывания зерна вылеживают в течение 1,0 часа.

Термическую обработку производят в печи КС в атмосфере воздуха, подаваемого вентилятором и нагреваемого в электрокалорифере, в одну стадию при температуре в слое 120°С в течение 1,5 часа.

Продукт выгружают в специальную металлическую емкость и направляют на испытания.

Полученный катализатор имел в слое 2 см время защитного действия по хлорциану 12 минут.

Пример 2. Осуществление процесса как в примере 1, за исключением того, что при приготовлении пропиточного раствора в емкость вводят окись цинка в количестве 309 г (в пересчете на цинк 4,2 мас.%), добавляют 800 г углекислой основной меди (в пересчете на медь 7,6 мас.%), загружают в реактор 337 г - молибденовокислого аммония (в пересчете на молибден 3,1 мас.%), затем добавляют 13,6 г азотнокислого серебра (в пересчете на серебро 0,15 мас.%) и 292 г ТЭДА (5,0 мас.%), активный уголь для пропитки имел объем микропор 0,55 от общего суммарного объема пор, который составлял 1,20 см³/г, время вылеживания пропитанных зерен 2,0 часа, температура термообработки в слое 135°С.

Полученный катализатор имел в слое 2 см время защитного действия по хлорциану 16 минут.

ПРИМЕР 3. Осуществление процесса как в примере 1, за исключением того, что при приготовлении пропиточного раствора в емкость вводят окись цинка в количестве 250 г (в пересчет на цинк 3,4 мас.%), добавляют 642 г углекислой основной меди (в пересчете на медь 6,1 мас.%), загружают в реактор 250 г молибденовокислого аммония (в пересчете на молибден 2,5 мас.%), затем добавляют 11,4 г азотнокислого серебра (в пересчете на серебро 0,125 мас.%) и 292 г ТЭДА (5,0 мас.%), активный уголь для пропитки имел объем микропор 0,48 от общего суммарного объема пор, который составлял 1,15 см³/г, время вылеживания пропитанных 1,5 часа, температура термообработки 128°С.

Полученный катализатор имел в слое 2 см время защитного действия по хлорциану 20 минут.

Катализатор, полученный по способу-прототипу (см. пат. США №4801511), показал время защитного действия по хлорциану в аналогичных условиях испытаний 8-10 минут или в 1,2-2,5 раза ниже катализатора по предлагаемому способу.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а именно повышение времени защитного действия катализатора по хлорциану в малых слоях, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.

Изобретение относится к сорбционной технике и может быть использовано для удаления токсичных веществ из воздуха и решения широкого круга экологических задач. Предложен способ получения катализатора, включающий приготовление пропиточного раствора каталитических добавок, содержащего медь, молибден, серебро и триэтилендиамин, пропитку зерен активного угля этим раствором и их термообработку, при этом активный уголь берут с объемом микропор 0,40-0,55 от общего суммарного объема пор, а пропитанные зерна вылеживают в течение 1,0-2,0 часа, после чего их термообрабатывают в одну стадию при температуре в слое 120-135°С, а пропиточный раствор готовят со следующей концентрацией каталитических добавок, мас.%: меди 4,6-7,6; молибдена 1,5-3,1; цинка 2,6-4,2; серебра 0,10-0,15; триэтилендиамина 2,5-5,0. Предложенный способ позволяет повысить время защитного действия катализатора в малых слоях.

Способ получения катализатора, включающий приготовление пропиточного раствора каталитических добавок, содержащего медь, молибден, серебро и триэтилендиамин, пропитку зерен активного угля раствором и их термообработку, отличающийся тем, что пропиточный раствор дополнительно содержит цинк, активный уголь берут с объемом микропор 0,40-0,55 от общего суммарного объема пор, а пропитанные зерна вылеживают в течение 1,0-2,0 ч, после чего термообрабатывают в одну стадию при температуре в слое 120-135°С, при этом пропиточный раствор готовят со следующей концентрацией каталитических добавок, мас.%:

Меди 4,6–7,6

Молибдена 1,5–3,1

Цинка 2,6–4,2

Серебра 0,10–0,15

Триэтилендиамина 2,5–5,0