Способ получения активного угля Российский патент 2024 года по МПК C01B32/312 C08L63/00 

Изобретение относится к производству дробленых активных углей (АУ) из полимерного сырья, предназначенных для адсорбции низкомолекулярных веществ.

Известен способ получения АУ из термореактивных полимеров путем формования гранул, их отверждения, карбонизации и активации (см. патент РФ №20073642, кл. С01В 31/08, опубл. 27.07.1997 г.)

Недостатком известного способа является низкая прочность получаемого активного угля. Кроме того, данный способ сложен в исполнении и экологически не безопасен.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения активного угля, включающий смешение фурфурола с эпоксидной смолой и серной кислотой, отверждение смеси, карбонизацию и активацию, отличающийся тем, что отверждение проводят путем выдерживания смеси при 150-170°С в течение 12-15 часов, после чего осуществляют дробление отвержденной смеси с получением частиц размером 0,2-3,5 мм, которые подвергают карбонизации при 450-500°С в потоке диоксида углерода и активируют до достижения обгара 55-62%.

Недостатком известного способа является низкая адсорбционная активность получаемого активного угля при извлечении йода из водных растворов.

Техническим результатом (целью изобретения) является повышение адсорбционной активности при извлечении йода из водных растворов.

Указанная цель достигается предложенным способом, включающим смешение фурфурола с эпоксидной смолой и серной кислотой, отверждение композиции, ее дробление, карбонизацию и активацию гранул, отличающийся тем, что термоотверждение композиции осуществляют в две стадии, сначала при комнатной температуре в течение 20-24 часов, а затем при температуре 60-70°С в течение 2-3 часов, далее осуществляют карбонизацию при скорости подъема температуры 10-15°С/мин до температуры 750°С, после этого проводят активацию при температуре 850-870°С до обгара 20-30%.

Отличие предложенного способа от прототипа состоит в том, что термоотверждение композиции осуществляют в две стадии, сначала при комнатной температуре в течение 20-24 часов, а затем при температуре 60-70°С в течение 2-3 часов, карбонизацию осуществляют при скорости подъема температуры 10-15°С/мин до температуры 750°С, после этого проводят активацию при температуре 850-870°С до обгара 20-30%.

Из патентной и научно-технической литературы авторам не известен способ получения АУ на полимерной основе, в котором термоотверждение композиции осуществляют в две стадии, сначала при комнатной температуре в течение 20-24 часов, а затем при температуре 60-70°С в течение 2-3 часов, карбонизацию осуществляют при скорости подъема температуры 10-15°С/мин до температуры 750°С, после этого проводят активацию при температуре 850-870°С до обгара 20-30%.

Сущность предложенного способа заключается в следующем. Микропористая структура в полимерных АУ закладывается на стадии отверждения композиции и ее карбонизации. На стадии термоотверждения необходимо обеспечить условия наиболее глубокой сшивки фурфурола и эпоксидной смолы, а на стадии карбонизации обеспечить условия формирования наибольшего числа кристаллитов углерода, которые на стадии активации обеспечат развитие наибольшего объема микропор. Однако конкретные интервалы технологических параметров для достижения цели изобретения могут быть получены только экспериментально.

Способ осуществляют следующим образом.

Берут фурфурол ГОСТ 4204-77 и смешивают его в смесителе с эпоксидной смолой ТУ 2225-542-00203521-98 в течение 5-7 минут, затем добавляют серную кислоту ГОСТ 10930-74 и осуществляют дальнейшее перемешивание в течение 20-30 секунд. Реакционную смесь разливают по противням слоем 0,8-1,2 см.

Композицию термоотверждают в две стадии, сначала при комнатной температуре в течение 20-24 часов, а затем при температуре 60-70°С в течение 2-3 часов в сушильном шкафу. Далее композицию извлекают из противней и направляют на дробление в щековую или валковую дробилку, после чего высевают фракцию с размером зерен 1-3 мм. Зерна загружают в стальную реторту и устанавливают ее в электропечь типа СШОЛ.

Карбонизацию осуществляют в среде водяного пара со скоростью подъема температуры 10-15°С/мин до конечной температуры 750°С с выдержкой 25-30 минут. Затем реторту переводят в режим активации, поднимая расход водяного пара до соотношения 6 весовых частей пара на 1 килограмм выгружаемого продукта. Активацию проводят при температуре 850-870°С до обгара 20-30%, который контролируют по снижению насыпной плотности угля.

Адсорбционную активность полученного АУ оценивают по ГОСТ 6217-74. Адсорбционная активность АУ, полученных по предлагаемому способу, составила 115-120%. Адсорбционная активность, полученная по прототипу (патент РФ №240 49 19), составила 85%.

Следующие примеры поясняют сущность изобретения.

Пример 1. Готовят смесь, состоящую из 91,1% фурфурола, 1,8% модифицированной эпоксидной смолы и 7,1% серной кислоты, причем серную кислоту вводят в состав в последнюю очередь в течение 20-30 секунд (серная кислота является катализатором сшивки сополимера фурфурола и эпоксидной смолы). Полученную смесь разливают по противням слоем 0,8-1,2 см и подвергают термоотверждению в течение 20 часов при комнатной температуре, а затем в сушильном шкафу при температуре 60°С в течение 2-х часов. Отвержденную композицию извлекают из противней и направляют на дробление в щековую или валковую дробилку, после чего фракцию с размером зерен 1-3 мм загружают в стальную реторту и устанавливают ее в электропечь СШОЛ и карбонизируют со скоростью подъема температуры 10°С/мин до конечной температуры 750°С с выдержкой 25 минут (подачу водяного пара в качестве инертного газа начинают, когда температура в печи достигает 250°С). После карбонизации реторта переходит в режим активации, при этом расход водяного пара доводят до соотношения 6 весовых частей пара на 1 килограмм выгружаемого продукта. Активацию проводят при температуре 850-870°С до обгара 20%. Активный уголь охлаждают в реторте в токе водяного пара до температуры 350°С, после чего выгружают и отправляют на определение адсорбционной активности по йоду по ГОСТ 6217-74. Адсорбционная активность полученного АУ составила 115%.

Пример 2. Осуществление процесса как в примере 1, за исключением того, что термоотверждение композиции ведут сначала при комнатной температуре в течение 24 часов, а затем при температуре 70°С в течение 3 часов. Карбонизацию ведут со скоростью подъема температуры 15°С/мин до температуры 750°С, а активацию ведут до обгара 30%. Адсорбционная активность по йоду полученного АУ составила 118%.

Пример 3. Осуществление процесса как в примере 1, за исключением того, что термоотверждение композиции ведут сначала при комнатной температуре в течение 22 часов, а затем при температуре 65°С в течение 2,5 часов. Карбонизацию ведут со скоростью подъема температуры 13°С/мин до температуры 750°С, а активацию ведут до обгара 25%. Адсорбционная активность по йоду полученного АУ составила 120%.

Экспериментальными исследованиями установлено, что если на первой стадии термоотверждения композиции при комнатной температуре время составляет меньше 20 часов, не полностью происходит реакция поликонденсации и выход паров воды из композиции, а при выдержке на этой стадии больше 24 часов происходит нерациональное использование продолжительности технологического процесса.

С другой стороны, если вторая стадия выдержки происходит при температуре ниже 60°С и менее двух часов - ухудшается процесс формирования кристаллитов на стадии термоотверждения. С другой стороны, при увеличении температуры до 70°С, а времени выдержки больше трех часов, будет происходить активное выделение влаги, приводящее к разрушению гранул.

Стадия карбонизации особенно важная часть процесса, где закладывается основной объем кристаллитов-зародышей микропористой структуры. Поэтому, если скорость подъема температуры ниже 10°С/мин, происходит неполное формирование кристаллитной фазы в связи с началом графитизации, а при скорости подъема температуры выше 15°С/мин в пористой структуре угля развиваются неактивные макропоры и адсорбционная активность по йоду снижается.

Относительно величины обгара установлена следующая закономерность: если обгар ниже 20%, в угле недостаточно развивается микропористая структура и активность по йоду снижается; при величине обгара более 30% начинают выгорать стенки микропор и они переходят в макропоры, что также снижает сорбционную активность.

Таким образом, предложенный способ на 35-40% позволяет повысить адсорбционную активность полученного АУ по йоду, по которому оценивают адсорбционную активность по низкомолекулярным веществам.

Из изложенного следует, что каждый из признаков в заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на решение поставленной задачи, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.

Изобретение относится к производству дробленых активных углей из полимерного сырья. Предложен способ получения активного угля, включающий смешение фурфурола с эпоксидной смолой и серной кислотой, отверждение композиции, ее дробление, карбонизацию и активацию гранул, при этом термоотверждение композиции осуществляют в две стадии, сначала при комнатной температуре в течение 20-24 ч, а затем при температуре 60-70°С в течение 2-3 ч, а карбонизацию осуществляют при скорости подъема температуры 10-15°С/мин до температуры 750°С, и после этого проводят активацию при температуре 850-870°С до обгара 20-30%. Технический результат – повышение адсорбционной активности при извлечении йода из водных растворов. 3 пр.

Способ получения активного угля, включающий смешение фурфурола с эпоксидной смолой и серной кислотой, отверждение композиции, ее дробление, карбонизацию и активацию гранул, отличающийся тем, что термоотверждение композиции осуществляют в две стадии, сначала при комнатной температуре в течение 20-24 ч, а затем при температуре 60-70°C в течение 2-3 ч, карбонизацию осуществляют при скорости подъема температуры 10-15°C/мин до температуры 750°C, после этого проводят активацию при температуре 850-870°C до обгара 20-30%.