СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА Российский патент 2017 года по МПК B01J37/08 B01J37/02 B01J23/89 B01J23/885 B01J23/80 C01B3/08 

Изобретение относится к сорбционной технике, в частности к получению сорбентов-катализаторов путем пропитки активного угля (АУ) растворами каталитических добавок для использования их в индивидуальных и коллективных средствах защиты органов дыхания фильтрующего типа с целью удаления токсичных химикатов (ТХ) из воздуха, а также защиты окружающей среды от промышленных выбросов.

Известен способ получения катализатора, включающий нанесение на активный уголь с долей микропор 0,6-0,7 от общего суммарного объема пор методом пропитки каталитическими добавками с концентрацией меди 5-20 мас.%, молибдена 1-10 мас.%, серебра до 0,5 мас.%, в аммиачном растворе термообработку при 170-225°С в атмосфере воздуха или инертного газа, дополнительную пропитку водным раствором триэтилендиамина (ТЭДА) в количестве 1,0-7,5 мас.% и окончательную сушку (низкотемпературную термообработку) при 65-130°С (см. пат. США №4801311, кл. В01D 55/04, опубл. 31.01.89).

Недостатками известного способа являются высокие нормы расхода меди и молибдена и низкая стабильность такого катализатора при хранении.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения катализатора, включающий приготовление пропиточного раствора каталитических добавок, содержащего медь, молибден, серебро и ТЭДА, пропитку зерен АУ раствором и их термообработку, отличающейся тем, что пропиточный раствор дополнительно содержит цинк, АУ берут с долей 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; ТЭДА 2,5-5,0 (см. пат. РФ №2228902. Кл. С01В 31/08, В01J 20/20, 21/18, опубл. 20.05.04).

Недостатком прототипа является невысокое время защитного действия (ВЗД) катализатора по плохосорбирующимся ТХ арсину (H₃As) и фосфину (РН₃).

Техническим результатом (целью изобретения) является повышение ВЗД по плохосорбирующимся ТХ арсину (H₃As) и фосфину (РН₃). Данные ТХ являются тестовыми веществами в противогазовой технике.

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим приготовление пропиточного раствора каталитических добавок, содержащего медь, цинк, молибден, серебро и ТЭДА, пропитку зерен АУ раствором, их вылеживание и термообработку, отличающийся тем, что в качестве АУ используют АУ на основе косточек плодов персика и абрикоса с объемом микропор 0,61-0,75 см³/г и объемом мезопор 0,20-0,30 см³/г, вылеживание осуществляют в течение 2,1-2,5 часа с последующей сушкой продукта при температуре 60-70°С.

Отличие предлагаемого способа от прототипа состоит в том, в качестве активного угля используют активный уголь на основе косточек плодов персика и абрикоса с объемом микропор 0,61-0,75 см³/г и объемом мезопор 0,20-0,30 см³/г, вылеживание осуществляют в течение 2,1-2,5 часа с последующей сушкой продукта при температуре 60-70°С.

Авторам из научно-технической и патентной литературы неизвестен способ получения катализатора, в котором в качестве активного угля используют активный уголь на основе косточек плодов персика и абрикоса с объемом микропор 0,61-0,75 см³/г и объемом мезопор 0,20-0,30 см³/г, вылеживание осуществляют в течение 2,1-2,5 часа, с последующей сушкой продукта при температуре 60-70°С.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем.

Поглощение плохосорбирующихся ТХ из воздуха катализаторами на основе АУ протекает по одновременному механизму каталитического разложения ТХ и физической адсорбции, при этом часть ТХ сорбируется в микропорах, а другая часть химически связывается каталитическим комплексом. Развитие в основе катализатора достаточного объема мезопор позволяет осадить в них основной объем каталитических добавок (сформировать на их поверхности каталитические комплексы), избегая блокировки основного объема сорбирующих микропор. Проведенный анализ исходного сырья для получения АУ показал, что пористая структура такого типа может быть сформирована на основе косточек абрикоса и персика, относящихся к уплотненному растительному сырью. Однако конкретные значения объемов микропор и мезопор могут быть установлены только экспериментально. Операции вылеживание, предварительная сушка и термообработка пропитанной основы позволяют обеспечивать равномерное распределение добавок в пористой структуре АУ, что, безусловно, сказывается на стабильности катализатора и повышении ВЗД. Окончательные режимы получения предлагаемого катализатора были найдены опытным путем.

Способ осуществляется следующим образом.

Берут АУ на основе косточек абрикоса и персика, имеющих одинаковый тип уплотнения растительной основы с объемом микропор 0,61-0,75 см³/г и объемом мезопор 0,20-0,30 см³/г при общем развитии суммарного объема пор 1,1 см³/г. В реакторе готовят пропиточный раствор с концентрацией каталитических добавок, мас.%: меди 6,0-7,0; молибдена 2,5-3,0; цинка 2,5-3,0; серебра не менее 0,10; ТЭДА не менее 1,3. В пропиточный аппарат загружают АУ, 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 2,1-2,5 часа. После вылеживания осуществляют сушку при температуре 60-70°С в течение 10-20 мин. 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 арсину и фосфину определяют на приборе ДП-2 BP 4910500 при следующих условиях:

Концентрация паров фосфина/арсина - 5 мг/л

Высота слоя катализатора - 2 см

Удельный объемный расход паровоздушной смеси 0,5 л/мин.⋅см²

Относительная влажность воздуха 90%

Полученный по предложенному способу катализатор имел ВЗД по арсину 28-34 мин, а по фосфину 25-28 мин.

Следующие примеры поясняют сущность изобретения.

Пример 1

В реактор емкостью 10 л заливают 1,2 л дистиллированной воды и 1,1 л аммиачной воды. Раствор подогревают до температуры 40°С, затем в емкость вводят окись цинка в количестве 210 г (в пересчете на концентрацию цинка в пропиточном растворе 2,5 мас.%), тщательно перемешивают и добавляют 660 г углекислого аммония. Раствор снова перемешивают и вводят 580 г углекислой основной меди (в пересчете на медь 6 мас.%). После полного растворения соли меди в реактор загружают молибденовокислый аммоний в количестве 210 г (в пересчете на молибден 2,5 мас.%), затем добавляют азотнокислое серебро в количестве 10 г (в пересчете на серебро 0,10 мас.%) и ТЭДА в количестве 150 г (1,3 мас.%)

Общий объем раствора 5,2 л.

В пропиточный аппарат загружают 5 кг АУ марки МеКС ТУ 2568-028-04838763-97 с размером зерен 0,5-1,5 мм, объемом микропор 0,61 см³/г и объемом мезопор 0,26 см³/г. Общий суммарный объем пор составляет 1,1 см³/г.

Заливают АУ приготовленным пропиточным раствором и включают вращение барабана. Время пропитывания 15 минут. После пропитывания зерна вылеживают в течение 2,1-2,5 часа с последующей сушкой продукта при температуре 60-70°С в течение 15 минут.

Термическую обработку производят в печи КС в атмосфере воздуха, подаваемого вентилятором и подогреваемого 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 ВЗД по арсину 28 мин, по фосфину 25 мин.

Пример 2

Осуществление процесса, как в примере 1, за исключением того, что используют АУ на основе косточек абрикоса с объемом микропор 0,75 см³/г и объемом мезопор 0,30 см³/г. После пропитки вылеживание продукта осуществляли в течение 2,5 ч, а сушку проводили при температуре 70°С.

Полученный катализатор имел ВЗД по арсину 30 мин, по фосфину 27 мин.

Пример 3

Осуществление процесса, как в примере 1, за исключением того, что используют АУ на основе косточек персика с объемом микропор 0,70 см³/г и объемом мезопор 0,5 см³/г, а сушку вели при температуре 65°С.

Полученный катализатор имел ВЗД по арсину 34 мин, по фосфину 28 мин.

Катализатор, полученный по способу, изложенному в прототипе (см. пат. РФ №2228902), имел ВЗД по арсину 22 мин, а по фосфину 20 мин.

Как показали проведенные исследования, если объем микропор АУ составляет меньше 0,61 см³/г снижается доля сорбированных ТХ, а при развитии объема микропор до 0,75 см³/г падает доля мезопор в суммарном объеме пор, что ухудшает каталитическое связывание ТХ. Относительно объема мезопор было показано, что при их развитии менее 0,20 см³/г уменьшается поверхность для формирования каталитических комплексов и снижается объем каталитически связанного ТХ, а при развитии их выше 0,30 см³/г начинает снижаться доля микропор, что в обоих случаях приводит к снижению ВЗД по исследуемым ТХ.

Исследования показали, что при снижении времени вылеживания менее 2,1 ч не достигается равномерность распределения добавок в объеме пор угля, что снижает ВЗД, а при времени вылеживания выше 2,5 ч неоправданно увеличивается продолжительность технологического процесса.

Исследования предварительной сушки продукта показали, что при температуре ниже 60°С не достигается равномерность распределения каталитических добавок, что приводит к снижению ВЗД, а при температуре выше 70°С возрастают энергозатраты.

Из вышеизложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а именно повышение ВЗД катализатора по арсину и фосфину в малых слоях, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.

Изобретение относится к сорбционной технике, в частности к получению сорбентов-катализаторов путем пропитки активного угля (АУ) растворами каталитических добавок для использования их в индивидуальных и коллективных средствах защиты органов дыхания фильтрующего типа с целью удаления токсичных химикатов (ТХ) из воздуха, а также защиты окружающей среды от промышленных выбросов. Предложенный способ включает приготовление пропиточного раствора каталитических добавок, содержащего медь, цинк, молибден, серебро и ТЭДА, пропитку зерен активированного угля раствором, их вылеживание и термообработку, при этом в качестве активированного угля используют активированный уголь на основе косточек плодов персика и абрикоса с объемом микропор 0,61-0,75 см³/г и объемом мезопор 0,20-0,30 см³/г, вылеживание осуществляют в течение 2,1-2,5 ч с последующей сушкой продукта при температуре 60-70°С. Технический результат заключается в повышении времени защитного действия (ВЗД) по плохосорбирующимся ТХ арсину (H₃As) и фосфину (РН₃). 3 пр.

Способ получения катализатора, включающий приготовление пропиточного раствора каталитических добавок, содержащего медь, цинк, молибден, серебро и триэтилендиамин, пропитку зерен активного угля раствором, их вылеживание и термообработку, отличающийся тем, что в качестве активного угля используют активный уголь на основе косточек плодов персика и абрикоса с объемом микропор 0,61-0,75 см/г и объемом мезопор 0,20-0,30 см³/г, вылеживание осуществляют в течение 2,1-2,5 ч, с последующей сушкой продукта при температуре 60-70°C.