СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВНОГО УГЛЯ ДЛЯ ДЕТОКСИКАЦИИ КОРМОВ В ПТИЦЕВОДСТВЕ Российский патент 2007 года по МПК C01B31/08 

Изобретение относится к области производства активных углей (а.у.) и может быть использовано для очистки кормов в птицеводстве, свиноводстве, а также для решения экологических задач (очистка воды, пищевых продуктов, детоксикация почв и др.).

Известен способ получения активного угля путем прессования измельченного углеродсодержащего материала, карбонизации гранул до 550-650°С со скоростью 20-25°С/мин, нагревания карбонизата до 900-950°С, активации водяным паром и дробления после активации (см. патент РФ № 2023663, кл. С 01 В 31/08, опубл. 30.11.94).

Недостатком известного способа является сложность проведения процесса карбонизации и его высокая энергоемкость.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является способ получения активного угля, включающий термоокисление воздухом углеродсодержащего материала, его последующую карбонизацию при 700-950°С и активацию до обгара 42-52 мас.% (см. патент РФ 2154604, кл. С 01 В 31/08, опубл. 20.08.2000 г.)

Недостатком прототипа является невысокая адсорбционная способность получаемого активного угля при поглощении токсина фумонизина.

Комбикорма, применяемые в бройлерном птицеводстве, часто оказываются загрязненными токсином фумонизином, что приводит к падежу цыплят и увеличению расхода корма на единицу веса товарной продукции.

Целью изобретения является повышение адсорбционной способности получаемого активного угля по токсину фумонизину при извлечении его из комбикормов при выращивании бройлеров при сохранении высокой адсорбционной способности по микотоксину Т-2.

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим активацию карбонизованных частиц углеродсодержащего материала при температуре 850-880°С водяным паром с содержанием 0,5-1,5% кислорода в ретортной трубчатой печи при коэффициенте заполнения 12-18% по объему, охлаждение гранул со скоростью 15-20°С/мин и дробление частиц угля до размера 0,5-1,5 мм.

Отличие предлагаемого способа от прототипа состоит в том, что активацию карбонизованных частиц ведут при температуре 850-880°С водяным паром с содержанием 0,5-1,5% кислорода в трубчатой печи ретортного типа при коэффициенте заполнения 12-18% объемных, охлаждение продукта проводят со скоростью 15-20°С/мин, а дробление охлажденных частиц угля осуществляют до размера 0,5-1,5 мм.

В патентной и другой научно-технической литературе отсутствует описание способа получения активных углей, при котором активацию ведут при 850-880°С водяным паром, содержащим 0,5-1,5% кислорода в ретортной трубчатой печи при коэффициенте заполнения 12-18% объемных, охлаждение проводят со скоростью 15-20°С/мин и затем осуществляют дробление частиц угля до размера 0,5-1,5 мм.

Проведенными экспериментами показано, что для эффективного удаления из кормов в бройлерном птицеводстве токсинов фумонизина и Т-2 необходимо использовать активные угли, характеризующиеся одновременно развитыми объемами ультрамикропор (0,35-0,40 см³/г) и мезопор (0,18-0,28 см³/г), что достигается только условиями активации карбонизата и его охлаждения.

Авторами было установлено, что проведение активации в реторной трубчатой печи при оптимальном заполнении ее объема карбонизованным продуктом в сочетании с активатором, представляющим собой смесь водяного пара с кислородом, при умеренной температуре 850-880°С обеспечивает получение ультрамикропористых углей, содержащих одновременно и мезопоры. Охлаждение нагретого угля с выбранной скоростью исключает «захлопывание» ультрамикропор в период их усадки (800-350°С). Получаемые ультрамикропоры обеспечивают высокую степень поглощения фумонизина при сохранении в активном угле достаточных защитных свойств по более крупному токсину Т-2.

Последующее дробление углей обусловливает разрушение крупных балластных макропор, что сопровождается благоприятным повышением насыпной плотности получаемых частиц.

Способ осуществляется следующим образом.

Берут карбонизат углеродсодержащего материала (косточек фруктовых деревьев, угольно-смоляных, торфяных гранул или др.) и подвергают его активации водяным паром, содержащим 0,5-1,5% кислорода. Активацию проводят обязательно в ретортной трубчатой печи, дозируя карбонизат таким образом, чтобы реакционное пространство ее было заполнено на 12-18% объемных, температура при этом поднимается до 850-880°С. Угол наклона реторты и скорость ее вращения устанавливают в таком режиме, что продолжительность пребывания угля составляет 18-30 минут, а степень обгара (потеря веса) - 15-30%. Уголь выгружают в специальный приемник, который охлаждают водой таким образом, что скорость охлаждения составляет 15-20°С/мин. Охлажденный уголь дробят до размера частиц 0,5-1,5 мм, подбирая такие условия, чтобы выход тонкой пыли находился в пределах 35-40%. Годную фракцию отбирают, анализируют на степень поглощения токсинов фумонизина и Т-2.

Следующие примеры поясняют сущность изобретения.

Пример 1. Берут 5,0 кг кокосового карбонизата МЕКС, имеющего размеры 1,5-3,5 мм, который дозатором подают во вращающуюся реторту печи ЭПВ-300 таким образом, чтобы продукт заполнял реторту на 12%, температуру поднимают до 850°С и одновременно в реакционное пространство вводят перегретый водяной пар, содержащий 0,5% кислорода. Карбонизат, проходя по реторте, активируется за счет 2-х реакций:

экзотермической С+О₂=СО₂

и эндотермической С+H₂O=СО+H₂.

Проактивированный таким образом карбонизат до обгаров 15-30% в течение 18-30 минут выгружается в приемник, который охлаждается водой со скоростью 15°С/мин. Затем уголь выгружают и раздрабливают на щековой дробилке, при этом расстояние между дисками устанавливают таким образом, чтобы обеспечить выход рабочей фракции 0,5-1,5 мм не менее 65%.

Адсорбционная активность по фумонизину составляет 96%, по микотоксину Т-2 - 95%.

Методика определения адсорбционной способности по фумонизину и Т-2 заключается в следующем.

Берут 100 мм раствора, содержащего фумонизин или Т-2 при концентрации 3,0 мг/л (С₀). В раствор насыпают уголь (1,0 г) и встряхивают в течение 1,5 часа, после чего определяют остаточную концентрацию (С_ост.). Измерение концентрации осуществляют методом жидкостной хроматографии. Степень очистки раствора (α, %) вычисляют по формуле

Пример 2. Аналогично примеру 1, за исключением того, что реторту заполняют на 15% объемных, температуру в печи устанавливают равной 865°С, а водяной пар берут с содержанием кислорода 1%. Получаемый уголь охлаждают со скоростью 20°С/мин, а затем дробят до размера частиц 1,0 мм.

Адсорбционная способность полученного активного угля по фумонизину составляет 97%, микотоксину Т-2 - 96%.

Пример 3. Аналогично примеру 1, за исключением того, что трубчатую реторту заполняют на 18% объемных, температуру в печи устанавливают 880°С, а водяной пар берут с содержанием кислорода 1,5%. Охлаждение осуществляют со скоростью 17,5°С/мин. Уголь раздрабливают до размера частиц 1,5 мм.

Адсорбционная способность полученного активного угля по фумонизину составляет 98%, микотоксину Т-2 - 96%.

Результаты детальных исследований показали, что проведение процесса активации при меньшем, чем 12% заполнении реторты печи, обуславливает развитие в углях крупных микропор, из-за чего существенно снижается адсорбционная активность а.у. по фумонизину. В случае увеличения объемного содержания карбонизата выше 18% идет формирование таких мелких микропор, которые недоступны молекулам фумонизина, вследствие чего получаемый уголь не решает поставленной задачи данного изобретения.

Изменение пределов содержания кислорода также приводит к ухудшению адсорбционной емкости получаемых углей по среднемолекулярным метаболитам.

В случае уменьшения содержания кислорода менее 0,5% доля экзотермической реакции в данном процессе падает, что сопровождается уменьшением объема мезопор, что приводит к ухудшению кинетики поглощения токсина на 15-40%.

Установлено, что повышение содержания кислорода выше 1,5% не приводит к улучшению адсорбционных свойств по исследуемому веществу. В то же время «избыток» кислорода в активаторе может привести к загоранию продукта в печи.

Выбранный интервал температуры активации 850-880°С в наибольшей степени отвечает поставленной цели изобретения, так как снижение температуры менее 850°С обусловливает общее падение объемов микро- и мезопор, а, наоборот, повышение температуры выше 880°С делает данный процесс в присутствии кислорода трудноуправляемым.

Дробление угля после активации способствует разрушению образовавшихся макропор и повышению адсорбционной емкости по фумонизину единицы объема адсорбента. Показано также, что размер частиц 0,5-1,5 мм является оптимальным, так как обеспечивает полное выведение из желудка цыплят адсорбированных микотоксинов естественным путем.

Исследования показали, что активный уголь, полученный по прототипу (см. патент РФ № 2154604, кл. С 01 В 31/08, опубл. 20.08.2000 г.), имел адсорбционную способность по среднемолекулярному токсину - фумонизину 72-74%, а по высокомолекулярному микотоксину Т-2 - 92-94%. Это значит, что предлагаемый адсорбент по микотоксину Т-2 находится на уровне известного, а по фумонизину значительно (на 20-24%) превосходит его. Таким образом, нами предложен способ получения универсального адсорбента для очистки комбикормов, что позволит практически на 100% сохранить поголовье бройлерных цыплят.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявляемой совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявляемого технического решения.

Изобретение предназначено для поглощения токсинов и диоксинов при лечении животных и очистке пищевых продуктов и воды. Предложен способ получения активного угля, предназначенного для очистки кормов от трудноудаляемых среднемолекулярных токсинов типа фумонизин, включающий активацию карбонизованных частиц углеродсодержащего материала при 850-880°С в трубчатой ретортной печи при коэффициенте заполнения 12-18% объемных водяным паром с содержанием 0,5-1,5% кислорода, охлаждение со скоростью 15-20°С/мин и последующее дробление до размера частиц 0,5-1,5 мм. Предлагаемый способ позволяет получать активный уголь с большими объемами микро- и мезопор. Это делает перспективным его использование для детоксикации кормов от фумонизина в птицеводстве и решения экологических задач при очистке воды и почв от диоксинов. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ получения активного угля для детоксикации кормов в птицеводстве, включающий активацию карбонизованных частиц углеродсодержащего материала водяным паром во вращающейся печи, их охлаждение и дробление, отличающийся тем, что активацию осуществляют при 850-880°С в течение 18-30 мин при содержании кислорода в водяном паре 0,5-1,5% до достижения степени обгара 15-30%, причем активацию проводят в трубчатой печи реторного типа при степени заполнения печи углеродсодержащими частицами 12-18% по объему, охлаждение частиц осуществляют со скоростью 15-20°С/мин.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после охлаждения частицы угля подвергают дроблению до размера 0,5-1,5 мм.