Способ получения сорбента для улавливания паров ртути Советский патент 1993 года по МПК B01J20/00 

Изобретение относится к технологии изготовления сорбентов для решения экологических задач, в том числе Для создания .противогазовых средств защиты, и может быть использовано в металлургической и электронной отраслях промышленности других отраслях, где ведутся работы с ртутью.

Известен способ изготовления сорбента для улавливания паров ртути путем имп- регнированйя твердой зернистой метрицы (например, активированного угля) водно- спиртовым раствором йода в йодистом калии Ш. .

Основным недостатком известного способа является нерациональное использование высокопористой исходной основы импрегнированного сорбента (активированного угля) и малая отработка импрегна- та-хемосорбента по парам ртути. Обусловлено это тем, что импрегнат заполняет микро- и мезопоры высокопористой основы, в десятки раз уменьшая удельную поверхность, доступную процессу соударений молекул ртути с активными центрами и, следовательно, уменьшая величину сорбции, Кроме того, продукты взаимодействия,; образующиесяна поверхностном слое импрег- ната-хемрсорбента препятствуют быстрому улавливанию молекул ртути и их Диффузии вглубь пор. Опыт показывает, что в динамических условиях обычно используется около 10-15% от массы хемосорбента, которым импрегнирован активированный уголь, При высокой стоимости йода целесообразность применения известного способа вызывает сомнение также и с экономической точки зрения.

Наиболее близким предлагаемому по технической сущности является способ изготовления сорбента для улавливания паров i ртути путем обработки (импрегнирования) . водным раствором йода (0,5-1,0 моль/л) в йодистом калии (1,0-1,6 моль/л) носителя элементарного галогена при получении по- лийодидной формы зернистых (гранулированных) или волокнистых анионитов, например, на основе солей четвертичных

ел

с

4 Ю СО

ю ел 1

со

аммониевых оснований 2. Степень отработки импрегната по парам ртути в динамических условиях составляет более 50%.

Недостатком известного способа является то, что обработанный анионит имеет малую сорбционную емкость (2 е/моль), обусловленную низким окислительным потенциалом (около - 0,54 В),

Цель изобретения - увеличение сорбци- онной емкости.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения сорбента для улавливания паров путем обработки зернистого или волокнистого анионита на основе четвертичных аммониевых оснований в йодидной форме химическим реагентом согласно изобретению обработку ведут газовой смесью, содержащей хлор в количестве 0,1-2,0 об.% с относительной влажностью 20-50% путем ее пропускания через слой анионита со скоростью не более 20 см/с.

Известные способы получения треххло- ристого йода путем пропускания струи сухого хлора (в избытке по отношению к стехиометрическому количеству) над твердым йодом, парами йода или йодистым водородом подразумевают в дальнейшем процедуру импрегнирования анионита в растворе. Для совмещения процедур получения треххлористого йода и импрегнирования им сорбента струю хлора пропускают через слой гранулированного или волокнистого анионита в йодидной форме. Реакция взаимодействия протекает по следующей схеме (возможно через образование промежуточной формы хлорида йода)

R-N 1+п(12) - R - И Т(12)п R-N l(l2)n+.3CI2 1(1С1з)л,

где п 0,5-1,0 (так как не ко всем свободным связям присоединяются молекула Ю1з).

Нижний предел концентрации Cla в газовом потоке (0,1 об. %} обусловлен тем, что, как показал эксперимент, ниже этой величины при обработке анионита в йодидной форме мала эффективность образования и последующего связывания молекул Юз (см. схему смещения равновесия, приведенную выше),

Верхний предел концентрации хлора в потоке (2,0 об.%) обусловлен тем, что при более высоких его значениях происходит нерациональное расходование CI2. не используемого для образования молекул треххлористого йода.

Диапазон значений относительной .влажности газового потока (20-50%) определен экспериментально. Нижняя граница

(20%) обусловлена тем, что при малой влажности на поверхности анионита практически не происходит процесс образования молекул Юз. Верхняя граница обусловлена

резким возрастанием энергетических затрат на прокачку газовой смеси через слой гранулированного или волокнистого анионита в йодидной форме. При относительной влажности более 50% происходит дополни0 тельное разбухание частиц анионита за счет того, что молекулы CJ2 замещают молекулы воды, имеющиеся в оболочке йодидной формы анионита, которые в свою очередь не уносятся потоком, как это происходит при

5 меньшей влажности.

Скорость потока имеет ограничение практически только сверху (не более 20 см/с), что определено экспериментально путем оценки эффективности обработки

0 анионита в йодидной форме.

Экспериментальное обоснование предлагаемого способа осуществляли путем определения эффективности улавливания паров ртути исходной концентрации 1,5-1,8

5 мг/м .при пропускании их в смеси с воздухом со скоростью 6 см/с через слой обработанного анионита толщиной 100 г/м2 и рабочим сечением 20 см в течение 5-часового опыта. 0 Для удобства проведения экспериментов по сорбции те же зернистые аниониты предварительно (перед обработкой) были переведены в волокнистую форму (связующим для мелкодиспергированных аниони5 тов. является полиакрилонитрил в соотношении 1:1).

Волокнистые фильтры помещали в фильтродержатель, задействованный в схему динамического стенда типа ДП-3.

0 Зернистые сорбенты в фильтродержа- . теле размещены между лавсановыми сетками.

П р и м е р 1. Волокнистый анионит АВ-17 в полийодидной форме размещали в

5 фильтродержателе Динамического стенда типа ДП-3. В смеситель этого же стенда подавали поток воздуха и поток газообразного хлора, после чего полученную смесь с концентрацией хлора 1,0 об.% и относи0 тельной влажностью 50% направляли со скоростью ТО см/с на фильтродержатель (рабочая площадь 20 см2) с анионитом. Через 60 мин обработки поток хлора отключали и для удаления его избытка продували

5 воздухом (200 л).

Обработанный анионит вместе с фильт- родержателем переносили на динамический стенд для оценки сорбционных свойств и продували потоком воздуха с па- рами ртути. Сорбционная емкость при проскоке паров ртути 5.% - 0,021 г/г, эффективность улавливания паров ртути для волокнистой формы обработанного анионита составляла 97%.

Пример 2. Зернистый анионит АВ-17 в полийодидной форме размещали в фильт- родержателе динамического стенда ДП-3 и процесс вели в условиях примера 1.

Сорбционная емкость при проскоке паров ртути 5% - 0.018 г/г, эффективность, улавливания паров ртути для зернистой формы обработанного анионита - 87%.

Экспериментальные данные способа и результаты по достижению эффективности сорбции паров ртути представлены в таблице.

.Технико-экономическое преимущество предлагаемо/о способа по сравнению с прототипом состоит в увеличении эффективности сорбционной емкости.

Так, величина сорбционной емкости увеличивается для

анионита в йодидной форме зернистого до 0,015-0,018 г/г (в прототипе 0,001 г/г),

волокнистого до 0,018-0,021 г/г f в прототипе 0,003 г/г)

анионита в йодидной форме зернистого до 83-87% (в прототипе 43%), волокнистого до 88-98% (в прототипе 68%).

Обрабатывают аммонит на основе четвертичных аммониевых оснований в хлр- ридной форме раствором, содержащим 0,1-3,0 моль/л треххлористого иода и 0,5-2,0 моль/л соляной кислоты. 1 табл.

Формула изо б р е т е.н. и я

Способ получения сорбента для улавливания паров ртути, включающий обработку зернистого или волокнистого анионита на основе четвертичных аммониевых оснований в йодидной форме химическим реагентом, отличающийся тем, что, с целью повышения сорбционной емкости, обработку ведут газовой смесью, содержащей хлор в количестве 0,1-2,0 об.% с относительной влажностью 20-50% путем ее пропускания .через слой анионита со скоростью не более 20 см/с.

При высокой эффективности улавливания паров ртути аэродинамическое сопротивление исследуемого слоя сорбента возрастало в 1,8-2,1 раза; нестабильность процесса.

Продолжение таблицы