АДСОРБЕНТ ДЛЯ СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ Российский патент 2004 года по МПК B01J20/20 B01J20/02 A62B23/02 

Изобретение относится к производству адсорбентов на угольной основе, в частности к производству 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.) и нейтрального (хлор, фтор, гидрид серы и т.п.) характеров, отравляющих веществ (циан водорода, хлорциан, фосген и т.п.) в средствах защиты.

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 обладает способностью поглощать отравляющие вещества.

Например, известно, что хлорциан хемосорбируется на солях меди и затем гидролизуется адсорбированными парами воды в присутствии хрома. При этом аммиак, образующийся при гидролизе хлорида аммония, связывается медными солями в виде комплексов [Кинле X., Бадер Э. Активные угли и их промышленное применение. Перевод с немецкого. Ленинград, “Химия”, Ленинградское отделение, 1984, с.118].

Известен адсорбент с добавками меди, хрома, серебра и триэтилендиамина в количестве более 0,3 мас.% в качестве гидрофобной добавки [RU №2108149, кл. B 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 фильтрующепоглощающая 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 мас.%, хром - 1,2-2,2 мас.%, серебро - 0,02-0,10 мас.%, триэтилендиамин - 0,3-0,6 мас.%.

Известные адсорбенты-катализаторы обладают достаточно высокой динамической активностью по отравляющим веществам и АХОВИД нейтрального характера.

Недостатком известных адсорбентов-катализаторов является недостаточно высокая динамическая активность по АХОВИД органического и кислого характеров.

Известно, что 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 адсорбент для средств защиты органов дыхания [RU №2154525, кл. B 01 J 20/20, 20/20, A 62 D 9/00, 25.08.1999], представляющий собой активный уголь, импрегнированный оксидом меди в количестве 5,5-8,0 мас.%, оксидом хрома в количестве 1,4-2,4 мас.%, оксидом серебра в количестве 0,02-0,10 мас.% в пересчете на медь, хром и серебро и карбонатом калия в количестве 6-9 мас.%.

Известный адсорбент обладает достаточно высокой динамической активностью по АХОВИД органического, кислого и нейтрального характеров.

Недостатком известного адсорбента является недостаточно высокая динамическая активность по некоторым отравляющим веществам, в частности, по хлорциану. Это объясняется отсутствием в адсорбенте солей меди и хрома (хроматов и/или бихроматов меди), а также включением в адсорбент большого количества карбоната калия, снижающего каталитическую активность хрома. Большое количество ингредиентов в адсорбенте отрицательно сказывается на его адсорбционной способности по АХОВИД органического характера из-за блокирования ингредиентами подходов к микропорам.

Перед авторами стояла задача - разработать адсорбент на основе активного угля, используемый в средствах защиты для поглощения АХОВИД органического, кислого и нейтрального характеров, отравляющих веществ с достаточно высокой динамической активностью.

Результат достигается тем, что адсорбент для средств защиты, содержащий активный уголь, оксиды меди, хрома, серебра и карбонат калия, дополнительно содержит соли меди и хрома, а вместо карбоната калия или дополнительно к нему содержит оксид калия и/или гидроксид калия, при этом ингредиенты нанесены на активный уголь из скорлупы ореха и/или плодовой косточки при следующем соотношении компонентов, мас.%:

оксиды и соли меди

в пересчете на медь 4,5-8,0

оксиды и соли хрома

в пересчете на хром 1,2-2,4

оксиды серебра

в пересчете на серебро 0,02-0,10

карбонат калия

и/или оксид калия, и/или

гидроксид калия

в пересчете на калий 1,1-2,3

активный уголь из скорлупы

ореха и/или плодовой косточки остальное

Адсорбент дополнительно содержит триэтилендиамин в количестве 0,3-0,6 мас.%.

Отличие предлагаемого адсорбента заключается в том, что:

- адсорбент для средств защиты дополнительно содержит соли меди и хрома при общем содержании соединений меди в пересчете на медь 4,5-8,0 мас.% и соединений хрома в пересчете на хром 1,2-2,4 мас.%;

- в качестве взаимозаменяемых с карбонатом калия компонентов в адсорбенте для средств защиты используются оксид калия и гидроксид калия при общем содержании карбоната калия и/или оксида калия, и/или гидроксида калия в пересчете на калий 1,1-2,3 мас.%;

- адсорбент для средств защиты содержит ингредиенты на активном угле из скорлупы ореха и/или плодовой косточки;

- адсорбент для средств зашиты дополнительно содержит триэтилендиамин в количестве 0,3-0,6 мас.%.

Активный уголь в предлагаемом адсорбенте выполняет функцию адсорбции АХОВИД органического характера.

Выбор в качестве основы активного угля скорлупы ореха (грецкий, кокос и т.п.) и/или плодовой косточки (персик, абрикос, слива и т.п.) обусловлен тем, что получаемый из нее активный уголь отличается высокой прочностью и развитой пористой структурой, позволяющей как вводить в уголь необходимое количество ингредиентов, так и сорбировать при этом АХОВИД органического характера с высокой динамической активностью. Кроме этого, активный уголь из скорлупы ореха и/или плодовой косточки обладает высоким содержанием кислорода по сравнению, например, с активным углем из каменного угля-сырца. Вследствие этого кислородсодержащие функциональные группы на поверхности активного угля из скорлупы ореха и/или плодовой косточки обуславливают большое количество первичных адсорбционных центров, что способствует более равномерному распределению ингредиентов на поверхности угля и, следовательно, увеличению активности адсорбента по веществам, вступающим с ингредиентами в химическую реакцию, особенно в реакцию с элементами катализа (поглощение хлорциана).

Соединения меди в предлагаемом адсорбенте необходимы для поглощения АХОВИД нейтрального и, в меньшей степени, кислого характеров, отравляющих веществ.

Соединения хрома в предлагаемом адсорбенте необходимы для поглощения отравляющих веществ.

Щелочные соединения калия в предлагаемом адсорбенте необходимы для поглощения АХОВИД кислого и нейтрального характеров. При этом карбонат калия, оксид калия и гидроксид калия оказывают влияние на поглощающую способность адсорбента на одном уровне. Применение оксида калия и гидроксида калия необходимо для расширения сырьевой базы реагентов и разнообразия способов получения адсорбента.

Выбор интервала содержания калия 1,1-2,3 мас.% обусловлен необходимостью снижения влияния калия на динамическую активность адсорбента по хлорциану.

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 его гидрофобностью, позволяющей получать адсорбент с достаточно высокой динамической активностью по хлорциану в условиях повышенной влажности.

Предлагаемый адсорбент получают следующим образом. Щелочные соединения калия включают в адсорбент либо на стадии получения активного угля, например, как активирующие агенты при химической активации угля, либо пропиткой активного угля раствором карбоната калия и/или гидроксида калия, либо на стадии активации и пропитки.

При химической активации угля дробленую скорлупу ореха и/или плодовой косточки пропитывают раствором карбоната калия и/или гидроксида калия до их содержания в скорлупе 0,1-5,0 мас.%. После продукции и карбонизации при температуре 400-500°С калий, по-видимому, внедряется между плоскостями кристаллической углеродной решетки и увеличивает расстояние между плоскостями углеродной кристаллической решетки. Углеродные слои в этом случае становятся доступными для дальнейшего парогазового активирования. Парогазовую активацию проводят при температуре 700-900°С. После активации угля калий находится в активном угле в виде оксида калия.

Активный уголь, содержащий оксид калия менее 1,1 мас.% в пересчете на калий, допропитывается раствором карбоната калия и/или гидроксида калия. Адсорбент из такого активного угля будет содержать оксид калия или.

оксид калия с карбонатом калия, или оксид калия с гидроксидом калия, или оксид калия, карбонат калия и гидроксид калия.

Активный уголь из скорлупы ореха и/или плодовой косточки, полученный только парогазовой активацией или химической активацией другими активирующими агентами (фосфорная кислота, сульфид калия) с дальнейшими парогазовой активацией с отмывкой активирующих агентов с последующей термообработкой при температуре 500-600°С, также пропитывается раствором карбоната калия и/или гидроксида калия.

Здесь адсорбент будет содержать карбонат калия или гидроксид калия или карбонат калия вместе с гидроксидом калия.

Соотношение активного угля по массе в кг и пропиточного раствора по объему в дм³, берут 1:(0,4-0,8) соответственно. После пропитки уголь вылеживают и подвергают термообработке при температуре свыше 100°С до требуемого влагосодержания.

Соединения меди, хрома и серебра наносят на активный уголь, содержащий соединения калия, путем пропитки угля смесью меднохромового аммиачного комплекса и азотнокислого аммиаката с избытком аммиака с последующими вылеживанием и термообработкой при температуре свыше 100°С до требуемого влагосодержания. Триэтилендиамин, в случае необходимости его присутствия в угле, также вводится в раствор медно-хромового аммиачного комплекса. Соотношение активного угля и пропиточного раствора берут исходя из величины суммарного объема пор и коэффициента пропитки 0,7-1,0.

Данные о динамической активности предлагаемого адсорбента, а также его прототипа и аналогов приведены в таблице.

Результаты, представленные в таблице, показывают, что предлагаемый адсорбент по сравнению с прототипом обладает более высокой динамической активностью по бензолу и хлорциану, а по сравнению с аналогами - по бензолу, диоксиду серы и хлорциану.

Уменьшение содержания калия менее 1,1 мас.% в предлагаемом адсорбенте ведет к уменьшению динамической активности по диоксиду серы, а увеличение содержания калия более 2,3 мас.% - к уменьшению динамической активности по хлорциану.

Применение активного угля из скорлупы ореха и/или плодовой косточки положительно влияет на поглощающую способность адсорбента по бензолу и хлорциану.

Предлагаемый адсорбент обладает достаточно высокой динамической активностью по АХОВИД органического, кислого и нейтрального характеров, отравляющим веществам.

Изобретение относится к производству адсорбентов на угольной основе, в частности к производству адсорбента для поглощения аварийно химически опасных веществ ингаляционного действия органического кислого и нейтрального характеров, отравляющих веществ в средствах защиты. Адсорбент содержит (мас.%): оксиды и соли меди в пересчете на медь 4,5-8,0; оксиды и соли хрома в пересчете на хром 1,2-2,4; оксиды серебра в пересчете на серебро 0,02-0,10; карбонат калия и/или оксид калия, и/или гидроксид калия в пересчете на калий 1,1-2,3; активный уголь из скорлупы ореха и/или плодовой косточки остальное. Адсорбент может дополнительно содержать триэтилендиамин в количестве 0,3-0,6 мас.%. Адсорбент обладает достаточно высокой динамической активностью. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Адсорбент для средств защиты, содержащий активный уголь, оксиды меди, хрома, серебра и щелочное соединение калия, отличающийся тем, что дополнительно содержит соли меди и хрома, а в качестве щелочного соединения калия содержит карбонат калия, и/или оксид калия, и/или гидроксид калия, при этом ингредиенты нанесены на активный уголь из скорлупы ореха и/или плодовой косточки при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Оксиды и соли меди

в пересчете на медь 4,5–8,0

Оксиды и соли хрома

в пересчете на хром 1,2-2,4

Оксиды серебра

в пересчете на серебро 0,02-0,10

Карбонат калия,

и/или оксид калия,

и/или гидроксид калия

в пересчете на калий 1,1-2,3

Активный уголь из скорлупы

ореха и/или плодовой косточки Остальное