СОРБЕНТ ДЛЯ ОЧИСТКИ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА Российский патент 2012 года по МПК B01J20/16 B01J20/04 B01J20/30 B01D53/02 

Изобретение относится к сорбентам для очистки атмосферного воздуха от сероводорода, диоксидов углерода и серы. Сорбент получен смешиванием 100 грамм тонкоизмельченного портландцемента-500, 100 грамм опоки и 100 см³ 10%-ного раствора хлористого натрия, из полученной смеси формируют гранулы с диаметром 0,5-5,0 см, сформированную массу подвергают затвердеванию и обработке водой до отрицательной реакции на хлорид-ионы, высушивают при 80-85°С, затем выдерживают в течение 1 часа в 40% водном растворе диэтаноламина до его содержания в сорбенте в количестве 5% масс. и подсушивают в токе воздуха при 20-40°С до содержания воды в сорбенте в количестве 5% масс.

Заявленный сорбент содержит смесь опоки с портландцементом-500, содержащий в пересчете на оксиды (масс.%): СаО - 40, SiO₂ - 35, Al₂O₃ - 15 и дополнительно диэтаноламин - 5 (масс.%) и воду - 5 (масс.%).

Известен сорбент для очистки атмосферного воздуха сорбентом С-КП [1] (2336945, 06.03.2007). Сорбент С-КП, представляет собой гранулы керамзита, покрытые тонким слоем пиролюзита, и предназначен для очистки атмосферного воздуха от оксидов азота, углерода, серы, формальдегида и бутилмеркаптана. Получают С-КП опушиванием заиленной, гранулированной и высушенной глины пиролюзитом с последующим прокаливанием при 1150-1200°С.

Вместе с тем, главным недостатком данного сорбента является низкая сорбция кислых газов, таких как сероводород, диоксид серы и диоксид углерода.

Известен способ приготовления сорбента на основе активного угля для очистки газов от сероводорода, который также может найти применение для очистки атмосферного воздуха [2]. Исходный активный уголь пропитывают водным раствором иодида калия с концентрацией 0,5-3,5 мас.%, в который дополнительно вводят 0,035-0,075 мас.% моноэтаноламина (МЭА). Количество воды для приготовления пропиточного раствора берут исходя из массы активного угля. Сорбент обеспечивает высокую производительность процесса очистки воздуха и позволяет избежать частой замены катализатора [2] (RU 2254916, 27.06.2005).

Вместе с тем, недостатком данного способа, взятого нами в качестве прототипа, является неспособность очищать в комплексе другие кислые газы, а также низкая поглотительная способность МЭА к сероводороду.

Нами предлагается новый сорбент, полученный смешиванием тонкоизмельченных 100 г портландцемента-500, 100 г опоки Астраханской области с 100 см³ 10%-ного водного раствора поваренной соли и формированием гранул необходимых размеров (от 0,5 до 5 см в диаметре), сформированную массу после схватывания и затвердевания помещают в проточную воду и выдерживают до тех пор, пока вода не будет иметь отрицательную реакцию на хлорид-ионы, после высушивания при 80-85°С гранулы помещают в 40%-ный водный раствор диэтаноламина (ДЭА) на 1 час, далее гранулы переносят на сито, при этом удаляется избыток ДЭА, а гранулы подсушивают в токе воздуха (вентилятор) при 20-40°С. Сорбент предназначен для очистки атмосферного воздуха от кислых газов, таких как сероводород, диоксид серы, диоксид углерода. Заявленный сорбент содержит смесь опоки с портландцементом-500, содержащий в пересчете на оксиды (масс.%): CaO - 40, SiO₂ - 35, Al₂O₃ - 15 и дополнительно диэтаноламин - 5 масс.% и воду 5 масс.%.

Испытание сорбента

Были поставлены опыты по очистке атмосферного воздуха от сероводорода, диоксида углерода и диоксида серы на сорбенте. С целью изучения очистки воздуха в бутылях емкостью 5 дм создавали с помощью вакуумного насоса небольшое разрежение (остаточное давление ~0,6·10⁵ Н/м²) и через специальный патрубок пропускали газы, которые получали по реакции меди с серной кислотой (получали SO₂), по реакции сульфида натрия с серной кислотой (получали H₂S) или по реакции карбоната кальция с соляной кислотой (получали CO₂). Далее в бутыль пропускали воздух до доведения общего давления до 1,02-10⁵ Н/м² и пропускали смесь воздуха и исследуемого газа из бутыли через гранулы сорбента с диаметром 2 см, создавая разрежение на выходе из этой трубки.

В таблице 1 приведены результаты опытов по очистке атмосферного воздуха, в который вносили определенные токсиканты. Степень очистки S рассчитывали по формуле , где m_исх - содержание H₂S, или SO₂, или CO₂ в воздухе до очистки, мг/м³, m_кон - содержание H₂S, или SO₂, или CO₂ в воздухе после очистки, мг/м³.

Таблица 1 Результаты очистки воздуха от различных токсикантов с использованием сорбента. Диоксид серы (SO₂). ПДК_м.р. - 0,1 мг/м³ Время контакта, с Исходная концентрация m_исх, мг/м³ Результаты очистки Найдено m_кон, мг/м³ S, % 0 20 20 0 5 20 0,002±0,0002 99,99 10 20 0,002±0,0002 99,99 20 20 0,002±0,0002 99,99 Сероводород (H₂S). ПДК_м.р. - 0,008 мг/м³ Время контакта, с Исходная концентрация m_исх, мг/м³ Результаты очистки Найдено m_кон, мг/м³ S, % 0 20 20 0 5 20 0,001±0,0001 99,99 10 20 0,001±0,0001 99,99 20 20 0,008±0,0001 99,99 Диоксид углерода (СО₂) Время контакта, с Исходная концентрация m_исх, мг/м³ Результаты очистки Найдено m_кон, мг/м³ S, % 0 20 20 0 5 20 0,001±0,0001 99,99 10 20 0,002±0,0002 99,99 20 20 0,002±0,0002 99,99

Из результатов, приведенных в табл.1, видно, что сорбент может быть использован для очистки воздуха жилых помещений, рабочих зон промышленных предприятий и территорий буровых. Изучена возможность очистки атмосферного воздуха от групп токсикантов. Для этого использовали одновременное генерирование нескольких токсикантов. Результаты очистки воздуха от смеси сероводорода, диоксида углерода и серы приведены в табл.2.

Таблица 2 Результаты сорбционной очистки атмосферного воздуха от смеси сероводорода, диоксида углерода и серы Время контакта, с Концентрация вещества доочистки, мг/м³, воздух содержит смесь веществ, концентрация каждого из которых обозначена цифрами Результаты очистки Найдено m_кон, мг/м³ S, % 5,0 SO₂ - 20,0 0,002±0,0002 99,99 5,0 CO₂ - 20,0 0,002±0,0002 99,99 5,0 H₂S - 10,0 0,001±0,0001 99,99

Как видно из табл.2, сорбционная очистка атмосферного воздуха с использованием предложенного сорбента обладает высокой эффективностью и может быть рекомендована повсеместно в тех случаях, когда только хемосорбционная очистка обладает заметным эффектом.

Источники информации

1. Патент 2336945 Российская Федерация, МПК B01J 20/06, B01J 20/08, B01J 20/10. Сорбент С-КП для очистки атмосферного воздуха [Текст] / Н.М.Алыков, Е.М.Евсина.: заявитель и патентообладатель Астраханский государственный университет. - №2007108441/15; заяв. 06.03.07; опубл. 27.10.08, бюл. №30, 7 стр.

2. Патент 2254916 Российская Федерация, МПК B01J 20/30 B01D 52/02. Способ приготовления сорбента для очистки газов от сероводорода [Текст] / А.А.Мошкин, В.И.Лазарев, А.Н.Соболев, В.И.Гераськин. №2004102652/15; заяв.: 30.01.2004; опубл. 27.06.2005, 8 стр.

Изобретение относится к сорбционной очистке воздуха от оксидов азота, серы, сероводорода. Сорбент получают смешиванием тонкоизмельченного 100 г портландцемента-500, 100 г опоки Астраханской области с 100 см³ 10%-ного водного раствора поваренной соли и формированием гранул размером от 0,5 см до 5 см в диаметре. Сформированную массу после затвердевания помещают в проточную воду и выдерживают до отрицательной реакции на хлорид-ионы. После высушивания гранулы помещают в 40%-ный водный раствор диэтаноламина на 1 час. Далее гранулы переносят на сито и подсушивают в токе воздуха. Сорбент имеет следующий химический состав, масс.%: CaO - 40,0, SiO₂ - 35,0, Al₂O₃ - 15,0, NH(CH₂)₄OH₂ - 5,0, H₂O - 5,0. Изобретение обеспечивает получение сорбента для эффективной очистки воздуха жилых помещений, рабочих зон промышленных предприятий и территорий буровых. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ получения сорбента для очистки атмосферного воздуха от сероводорода, диоксида углерода и диоксида серы, отличающийся тем, что смешивают 100 г тонкоизмельченного портландцемента-500, 100 г опоки и 100 см^-3 10%-ного раствора хлористого натрия, из полученной смеси формируют гранулы с диаметром 0,5-5,0 см, сформированную массу подвергают затвердеванию и обработке водой до отрицательной реакции на хлорид-ионы, высушивают при 80-85°С, затем выдерживают в течение 1 ч в 40%-ном водном растворе диэтаноламина до его содержания в сорбенте в количестве 5 мас.% и подсушивают в токе воздуха при 20-40°С до содержания воды в сорбенте в количестве 5 мас.%.

2. Сорбент для очистки атмосферного воздуха от сероводорода, диоксида углерода и серы, выполненный в виде гранул размером 0,5-5,0 см из опоки и портландцемента-500, содержащий в пересчете на оксиды, мас.%: CaO - 40, SiO₂ - 35, Al₂O₃ - 15 и дополнительно диэтаноламин в количестве 5 мас.% и воду в количестве 5 мас.%, и полученный способом, охарактеризованным в п.1.