Способ получения магнитного сорбента Советский патент 1992 года по МПК B01J20/20 C01B31/08 

Изобретение относится к способу получения магнитного сорбента типа угля и может быть использовано в технологических процессах очистки жидкостей и газов.

Известен способ получения углеродного ферромагнитного адсорбента путем пиролиза фенолформальдегидной смолы с порошком стали, образующимся в процессе шлифования шарикоподшипников в атмосфере инертного газа при ступенчатом повышении температуры (А. С. СССР № 1134511, С 01 В 31/16, 15.01.85).

Недостатками способа являются его сложность и низкая производительность вследствие применения длительного (до 10 ч) температурите режима со ступенчатым измерением температуры.

Известен способ получения ферромагнитного углероднрго адсорбента на основе углеродосодержащего сырья путем обработки его раствором соли железа с последу- ющим вакуумированием, сушкой и пиролизом, который осуществляется путем

ступенчатоного повышения температуры (А.С. СССР №715458, С 01 В 31/16, 15.02.80).

Недостатками способа являются его сложность и низкая производительность вследствие применения длительной пропитки и длительного температурного режима общей продолжительностью 10-100 ч.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному изобретению является способ получения сорбента на основе активного угля путем обработки последнего раствором солей железа с последующим вакуумированием полученной смеси, фильтрованием, сушкой, прокаливанием в восстановительной атмосфере при температуре 400-500°С (А.С. СССР №431103, С 01 В 31/08, 17.12.74.).

Недостатком способа является сложность, вследствие применения большого количества технологических операций: вакуумирование, перемешивание в течение 12 ч, фильтрование, сушка при температуре 150°С в течение 6 ч, прокаливание в графитовом тигле при температуре 500°С в тече(Л

С

XI Ох

О N ЧЭ СЛ

ние 1 ч, охлаждение в газовой среде. Существенным недостатком является большая длительность всего технологического процесса, которая составляет порядка 20 ч. По данному способу в пористую поверхность активного угля посредством пропитки и ва- куумирования вводится раствор соли железа, сушится, затем соль железа разлагается до чистого железа и

Пр тш пр еПТастиЦугля заполняются (закупоривайся) железоЫ и удельная поверти frctl, уТля значительно снижается при увеличении содержания железа, которое ограничено в данном способе 10%.

Поэтому данным способом невозможно получить магнитный сорбент с высокой намагниченностью в сочетании с высокими адсорбционными свойствами.

Цель изобретения - улучшение магнитных свойств за счет повышения содержа- ния железа в сорбенте при сохранении высокой удельной поверхности и упрощения процесса.

В предлооженном способе частицы порошка активированного угля и частицы вы- сокодисперсного порошка оксалата железа имеют сопоставимые размеры порядка 1 мкм, а поры частиц угля имеют значительно меньше размеры и поэтому они не заполняются порошком оксалата железа. Затем из оксалата железа в соответствующем температурном интервале в атмосфере водорода восстанавливается ультродисперсное железо, интенсивно взаимодействующее с окружающей средой, и располагающееся на внешней поверхности частиц угля. В результате поры частиц угля не заполняются, ажурное строение частиц угля не нерушает- ся и, следовательно, сохраняется его высокая удельная поверхность. При содержании до 50 мас.% железа в магнитном сорбенте на основе активированного угля его удельная поверхность практически не изменяется, а свыше 50% - наблюдается снижение удельной поверхности угля.

Получение высокодисперсного порошка оксалата железа FeC2042H20 производят известным способом. Для получения оксалата железа могут быть использованы любые растворимые соли железа (сернокислое железо FeCM TbteO, азотнокислое железо Ре(МОз)2 4Н20, хлорид железа FeC2 4H20 и щавелевая кислота Н2С2042Н20 или щавелевокислый аммоний (NH4)2C20 2H20, растворы которых при комнатной темпера- перемешивают в течение нескольких минут, затем выпавший осадок желтого цвета (оксалатжелеза) отмывают водой посредством дикантации, фильтруют и сушат,

например, посредством промывания ацетоном.

В качестве сорбента Используют порошок активированного угля с удельной поверхностью 1800 м2/г.

Для однородного смешивания порошка активированного угля и порошка оксалата железа используют шаровую мельницу, продолжительностью смешивания - 10 мин.

Пиролиз оксалата железа в атмосфере водорода описывается суммарным химическим уравнением: FeC204 2Н20 + Н2 - Fe + СО + С02

Скорость восстановления железа Fe увеличивается при увеличении расхода водорода. Для получения порошка железа с размером частиц порядка 0,1 мкм была выбрана температура 450 ±50°С и процесс длился 1 ч. Пиролиз оксалата железа можно производить, например, в ленточной печи периодического действия.

Пример. Смешивают 22,4 г активированного угля типа ФАС и 15,2 г высокодисперсного порошка оксалата железа посредством шаровой мельницы в течение 10 мин. Полученный порошок помещают в кварцевый реактор слоем 1-2 мм, нагревают до температуры 450± 50°С, выдерживают при этой температуре в течение 1 ч в атмосфере водорода с расходом 30 л/ч. Получают магнитный сорбент весом 27,5 г содержащий 20 мас.% железа, а остальное активированный уголь. Размер частиц железа порядка 0,1 мкм, что подтверждается рентгенографически (В.Я.Буланов и др., Диагностика металлических порошков. М., Наука, 1983, стр.210-216). Определялась намагниченность с помощью вибрационного магнетометра (В.И.Чичерников, Магнитные измерения, М., МГУ, 1969, стр.386) и удельная поверхность методом тепловой десорбции газов (В.Я.Буланов и др. Диагностика металлических порошков. М.: Наука, 1983, стр.210-216) полученного композиционного материала - магнитного сорбента. Результаты измерений приведены в таблице.

Измеренную удельную поверхность магнитного сорбента можно отождествить с удельной поверхностью угля С, т.к. удельная поверхность железа в магнитном сорбенте пренебрежима мала (10 м2/г) по сравнению с удельной поверхностью угля (1800 м /г).

Результаты измерений показывают, что удельная намагниченность насыщения магнитного сорбента прямопропорциональна содержанию железа. Удельная поверхность угля в магнитном сорбенте остается неизменной при увеличении содержания железа

до 50 мас,%, а при более высоком содержании железа - удельная поверхность угля несколько снижается, поскольку при больших содержаниях железа в магнитном сорбенте (более 50 мас.%) некоторые участки частиц угля покрываются металлической губкой с плохой газонепроницаемостью вследствие частичного стекания ультрадисперсных частиц железа. Таким образом, часть поверхности угля блокируется и общая его удельная поверхность уменьшается.

Предлагаемый способ получения магнитного сорбента по сравнению с прототипом (А.С. № 431103, кл. С 01 В 31/08, 17.12.74). позволяет:

-получить одновременно высокую намагниченность сорбента (за счет повышения содержания железа) и высокие адсорбционные свойства,

-упростить технологический процесс за счет применения меньшего количества технологических операций,

- повысить производительность за счет сокращения времени выполнения операций до 2-3 ч, в то время как в прототипе весь процесс длится не менее 20 ч.

Формула изобретения

1. Способ получения магнитного сорбента на основе угля, включающий смешение активного угля с солью железа и термообработку в восстановительной атмосфере при 400-500°С, отличающий- с я тем, что, с целью улучшения магнитных свойств за счет повышения содержания железа в сорбенте при сохранении высокой удельной поверхности и упрощения процесса, смешивают высокодисперсные порошки активного угля и оксалата железа и термообработку ведут в атмосфере водорода.

2. Способ по п.1,отличающийся тем, что смешение компонентов ведут в шаровой мельнице.

Использование: для очистки жидкостей и газов. Сущность: смешивают порошок активного угля и оксалата железа в шаровой мельнице и смесь термообрабатывают при 400-500°С в атмосфере водорода. 1 з.п. ф- лы, 1 табл.

С - углерод,