Способ получения сорбента Советский патент 1980 года по МПК B01J1/22 

Изобретение относится к способу получения сорбента и может быть использовано для очистки и разделения газов и жидкостей. Известен способ получения сорбента путем модифицирования поверхности кремнеземов органохлорсиланами, согласно которому поверхность кремнезема модифицируют слоем органических группировок различного состава fll Покрытие метильными группировками, например, достигается путем обработки кремнезема парами триметилхлорсилана при нормальном или повышенном давлении и температуре 200 С по реакции ( - i-OH cesiCCHjl.- - -i-O-SiCcHo. Однако применение этого метода встречает серьезные затруднения в случае получения активных сорбентов, так как в результате химидеского модифицирования пористых кремнезеMois органохлорсиланами резко падает их адсорбционный потенциал, что исключает возмож цость использования их в качестве гидрофобных сорбентов. Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является. способ получений сорбента, включакУщий обработку кремнезема органогалоидсиланами при нагревании и последующее модифицирование продукта хлорированием или суль-. фохлорированием алкильных групп радикалами -SOjH-NHj SHrOH.-CHrNO -NH-RrCOO.H HalНедостатком известного способа является низкая сорбционная способность по парам аполярных веществ, получение сорбента с повышенной сорбционной способностью по парам аполярных органических веществ, например, бензола, четьгреххлористого углерода и т.п. Предложенный способ получения сорбента включает обработку кремнезема органогалоидсиланом при нагревании с последующим многократным модифицированием полученного продукта при 300-450°С сначала парами четыреххлористого углерода, затем метаном до голного удаления выделяющегося при обеих реакциях хлористого водорода. Отпичите пным признаком способа является то, что модифицирование осуществляют многократно при 300-450° С сначала парами четыреххлористого углерода, затем метаном д полного удаления выделяющегося при обеих реакциях хлористого водорода. Другое отличие заключается в том, что с целью о6{ аэования углеродного слоя толтциной 8-10 А, модифицирование повторяют 2-3 за. , Способ осуществляют следующим образом 11 -Si-0-5i-CH -Si-0-Si-CH, ,1 .с-сг -Si-0-Si-C II N 0c-ce ч - n-O-S-i-C, Неполное использование хлор-атомов модекулы «кяьфеххлористого углфода, образование функциональных -Ct-rpynn в тфодукте реакции (2) обеспечивает возможность последующей реакций с молекулами метана (реакция 3). Температура проведения реакции 300-450С В результате реакции (3) наращивается следующий третий углеродный моноатомный I , -сн -Si-O-S-i-0 Q С-СН - ЪССС 1 t -5i-O-Si-C t1 0-сн Для получения большего числа углеродных слоев щ поверхности последовательную обработку метаном и четыреххлористым углеродом . повторяют многократно. Для полного исключения воздействия исход ной поверхности силикагеля на сорбционные свойства нового углеродного продукта толщин нгфащиваемого трехмерного углеграфитового слоя составлять 10 А, что соответству 4-6 циклам синтеза. - Таким образом, в результате проведения че тырех последовательных реакций (1-4) на поверхности кремнезема наращивается углеродный, графитоподобный слой, причем после гфоведения каждой реакции общая толщина углеродного слоя увеличивается на один моно слой. 34 Кремнезем обрабатывают при 200°С оргаиогалоидсиланом по реакции: -51-ОН-ое 51(СНз). C-5.-OV Si(CH)hHce ,) Затем поверхность кремнезема обрабатывают парами четыреххлористого углерода (реакция 2) при тем1юрат)фе 300-450 0, что приводит к образованию (второго) углеродного слоя, химически связанного с углеродными атомами предыдущегоII , ,с-се -Sn-O-51-C c-ce-f Hce I / -ei-o-&i-c I . C-CH 51-0-S-i-C3 II v 0C-CH -Si-O-Si- С ;. слой, a полученный нродукт содержит на пойерхности метипьные функциональные групгш, т.е. поверхность подготовлена для наращивания следующего углеродного слоя. Обработка гфодукта реакции (3,) четыреххлористым углеродом в условиях 15)оведеш1Я реакции (2) 15)иводит к наращиванию 4-го углеродного монослоя (реакция 4). ( „ , , б -о-4-i-c Верхний 1федел выбранного интервала температур проведения процесса (450С) обусловлен термической устойчивостью; используемых реагентов, в частности четыреххлорнстого углерода, гфетерпеваю1щего при температурах выще 450°С рааяожеиие (2 CCl4 ). Нижний предел () является температурой начала заметного протекания реакций взаимодействия метилированной поверхности кремнезема с СС14 и хлорированной поверхности с метаном. Длительность проведения каждого этапа синтеза обусловлена полнотой гфотекания реакции на каждой стадии. Так, на стадии обработки реакция полностью заканчивается при 450°С через 0,5 ч, при 300С через 3 ч; на стадии обработки метаном щ)и 450С через 0,5 ч, при через 4 ч. Длительность проведения обработки органогалоидсиланами, t.&. шлкЬго протекания реакции, составляет соответствекно при 450С - 1 ч, 400С - 2 ч, ЗООС - 4 ч. Проведение процесса обработки в реакторе кипящего слоя сокращает длительность каждой стадии прц до 0,5 ч, при - до 2 ч. Пример. Навеску очищенного от минеральных примесей силикагеля марки ШСК обладающего мoнoдиcпepcнoй пористой структурой ( 50 А) помещают в проточнь1й реактор, обогреваемый печью софотивления. Повышают температуру до 400°С и в инертной среде (аргон) пропускают пары триметипЗйорсилана (парциальное /давление 150 мм рт,ст. в тече1ше I ч. После заверЩения реакции пары непрореагировавщего с триметнлхлорсиланоМ и образовавщегося хлористого водорода удаляСтроение модифицирующего

Образец слоя

1- -o-c:

Известный способ

Адсорбция

ссе,,

ммоль/г

0,14

0,2 036 ют током аргона. После этого образец подвергают обработке парами СС{.4 при 400°С (парциальное давление паров 500 мм рт. ст.) в течение 0,5 ч с последующим удалением избытка и образовавщегося HCt. Затем полученный продукт обраба тывают при 400°С в течение 0,5 ч метаном, током инертного газа, удаляют избыток метана и образовавщийся хлористый водород. Стадии обработки тетрахлорметаном и метаном повторяют. Полученный продукт содержит 5 углеродных слоев, обладает монодисперсной пористой структурой с эффективным рндиусом пор 40 А, процент наращенного углерода 6,6 вес,%. Толщина углеродного слоя составляет 8 А. В таблице приведены значения величин адсорбции паров бензола и четыреххлористого углерода при одном и том же относительном давлений на сорбентах, полученных на основе силикагеля марки ШСК(:5уд 246 ) известными предлагаел1 ым способами.

углеводородный радикал

углеводородный радикал

Трехмерная конденсированная углеродная (графитоподобная) структура

Как видно из данных, приведенных в таблице, сорбционная активность по парам полярных органических вешеств образцов, полученных предлагаемым способом, в 3-6 раз выше по сравнению с образцами, полученными модифицированием поверхности силикагеля известным способом.

0,17

0,26

0,44

1,25

Таким образом, использование предлагаемого способа обеспечивает получение высокопористых материалов, обладающих по сравнению с материалами, полученным известным способом, псшыщенной сорбционной активностью по парам аполярньгх веществ благодаря химическому наращиванию на поверхности кремнезема трёх77272мерной конденсированной (графитоподобной) структуры углеродного слоя. .Формула изобретен.ня 1. Способ получения сорбента, включающий обработку кремнезема органогалоидсиланом при нагревании с последующим модифицированием полученного продукта реакционным агентом, ю отличающийся тем, что, с целью повышения сорбционной активности по парам органических веществ, модифицирование осуществляют многократно при 300-450°С снача, ла Парами четыреххлористого углерода, затем is 38 метаном до полного удаления выделяющегося при обеих реакциях хлористого водорода. 2. Способ по п. I, отличающий с тем, что, с целью образования углеродного слоя толщиной 8-10 X,. модифицирование парами четыреххлористого углерода и метаном повторяня 2-3 раза, ,. Источники информации, принятые во внимание при зкслертизе 1. Неймарк И. Б., Шейнфайн Р. Ю. Силикагель, его получение, свойства и применение. Киев, 1973, с. 160, 170, 173. 2. Патент США N 3956179, кл. 252-430, 11.05.76 (1фотопш).