Способ получения хемосорбента

Способ получения хемосорбента

Реферат

Изобретение относится к области сорбционной техники и может быть использовано для получения сорбентов, применяемых в средствах защиты органов дыхания и очистки промышленных выбросов.

Известен способ получения сорбента-катализатора, включающий приготовление пропиточного раствора каталитических добавок, содержащего медь, молибден, серебро и триэтилендиамин, пропитку зерен активного угля раствором и их термообработку, причем пропиточный раствор дополнительно содержит цинк. Активный уголь берут с объемом микропор 0,40-0,55 от общего суммарного объема пор, а пропитанные зерна вылеживают 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; триэтилендиамина - 2,5-5,0.

(См. пат. РФ 2228902, С01В 31/08, В01J 20/20, 21/18, опубл. 20.05.2004).

Недостатком известного способа является сложность технологического процесса и низкий выход готового продукта.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности, количеству совпадающих признаков является способ получения хемосодербента, включающего приготовление пропиточного раствора, содержащего 0,9-1,03 мас.% триэтилендиамина, 0,8-2,0 мас.% бихромата калия и 1,0-3,0 мас.% углекислой меди, при этом объем пропиточного раствора составляет 0,8-0,9 от суммарного объема пор основы, а его температура находится в интервале 40-50°С, после пропитки и вылеживания гранулы подвергают термообработке при температуре 110-150°С со скоростью подъема температуры 1-4°С в минуту.

(См. пат. РФ №2236902, кл. В01J 20/20, С01В 31/08).

Недостатком прототипа является низкая сорбционная активность получаемого хемосорбента по сероводороду (H₂S) и аммиаку (NH₃).

Целью изобретения является повышение сорбционной способности получаемого хемосорбента по H₂S при сохранении высокой поглотительной способности по аммиаку (NH₃).

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим приготовление пропиточного раствора, пропитку гранул металлосодержащего сорбента, причем пропитку сорбента осуществляют раствором содержащим сульфат меди с концентрацией 230-340 г/дм³ и температурой 52-80°С, при соотношении объема пор сорбента и пропиточного раствора, равном 1:1,1÷1,5, а перед термообработкой излишнюю влагу с поверхности удаляют продувкой воздухом, при этом массовая доля сульфата меди в готовом хемосорбенте составляет 23-35 мас.%.

Отличие предлагаемого способа от прототипа состоит в том, что пропитку сорбента осуществляют раствором содержащим сульфат меди с концентрацией 230-340 г/дм³ и температурой 52-80°С при соотношении объема пор сорбента и пропиточного раствора, равном 1:1,1÷1,5, а перед термообработкой излишнюю влагу с поверхности удаляют продувкой воздухом, при этом массовая доля сульфата меди в готовом хемосорбенте составляет 23-35 мас.%.

Авторам из патентной научно-технической литературы не известен способ получения хемосорбента, в котором пропитку сорбента осуществляют раствором, содержащим сульфат меди с концентрацией 230-340 г/дм³ и температурой 52-80°С, при соотношении объема пор сорбента и пропиточного раствора, равном 1:1,1÷1,5, а перед термообработкой излишнюю влагу с поверхности удаляют продувкой воздухом, при этом массовая доля сульфата меди в готовом хемосорбенте составляет 23-35 мас.%.

В системах жизнеобеспечения, когда необходимо проводить очистку воздуха в замкнутом объеме, имеет место совместное присутствие таких токсичных газов, как аммиак и сероводород. Поэтому необходимо в качестве активной химической добавки выбрать ту, которая взаимодействует и с сероводородом, и с аммиаком.

Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что такие химические добавки (металлы) должны сочетать в себе комплексообразующие свойства и свойство образования нерастворимых соединений с указанными веществами. При этом такую химическую добавку, которая, как правило, имеет большой молекулярный вес, необходимо равномерно распределить в пористой структуре и на поверхности гранул металлосодержащего сорбента. Это достигается оптимизацией концентрации добавки и температуры пропиточного раствора. При этом массовая доля добавки должна обеспечить необходимое время защитного действия в заданных условиях испытаний.

Высокое соотношение объема пор и пропиточного раствора позволяет проникнуть химической добавке внутрь частиц угля в макро- и мезопоры и в более тонком слое разместиться по поверхности пор и привести к увеличению использования химической добавки и, как следствие, повышению активности по аммиаку и сероводороду.

С другой стороны, необходимо создать такие условия удаления влаги с поверхности пропитанного продукта, чтобы вводимая добавка успела закрепиться на активной поверхности пор (макро- и мезопор), а не диффундировала бы внутрь микропор, где она теряла бы активность.

Особенно важным в данном случае является то обстоятельство, что в качестве пористой основы используется металлосодержащий сорбент, то есть активный уголь с нанесенным медно-хромовым серебряным комплексом, что, с одной стороны, обеспечивает лучшее распределение основной химической добавки за счет улучшения смачиваемости неорганической поверхности (покрытой окислами металлов) по сравнению с углеродной поверхностью (чистого активного угля), а с другой стороны, придает будущему сорбенту целую гамму универсальных свойств для поглощения широкого класса токсических веществ.

Способ осуществляется следующим образом. Берут металлосодержащий сорбент по ГОСТ 20777-76 с суммарным объемом пор 0,7-0,9 см³/г, содержащий меди 5,8-7,5 мас.%, хрома 1,4-2,2 мас.%, серебра 0,04-0,1 мас.%. Затем готовят пропиточный раствор, для чего в реактор с паровой рубашкой заливают необходимое количество воды и нагревают до 52-80°С, после чего добавляют сульфат меди из расчета, чтобы концентрация его в готовом растворе составляла 230-340 г/дм³.

В аппарат для пропитки типа бетономешалки дозируют металлосодержащий сорбент и подают горячий пропиточный раствор из расчета соотношения объема пор сорбента и пропиточного раствора, равного 1:1,1÷1,5. Время перемешивания составляет 10-15 минут. Пропитанный сорбент выгружают на противни и обдувают воздухом, подаваемым вентилятором со скоростью 3-5 м/сек. Пропитанный сорбент после вылеживания направляют на термообработку для закрепления и активации химической добавки, которую ведут в печи кипящего слоя, вращающейся печи или в сушильном шкафу при 120-160°С до массовой доли влаги не более 3,0 мас.% в течение 2-4 часов.

Готовый хемосорбент охлаждают до температуры помещения, определяют содержание сульфата меди и влаги, которых должно быть 23-35 мас.% и не более 3,0 мас.% соответственно, усредняют фракционный состав и проводят оценку времени защитного действия согласно условиям испытаний.

Условия проведения испытаний по аммиаку и сероводороду:

, V=(0,50±0,01) дм³/см²·мин,

L=(5,0±0,1) см, ϕ=75%.

, V=(1,00±0,01) дм³/см²·мин,

L=(5,0±0,1) см, ϕ=50%.

Полученный хемосорбент имел время защитного действия по сероводороду 72-120 мин при сохранении высокой активности по аммиаку - 56-65 мин.

Пример 1

Берут 1 кг металлосодержащего сорбента - активного угля с добавками меди (5,8-7,8) мас.%, хрома (1,4-2,2) мас.%, серебра (0,04-0,1) мас.%, имеющего суммарный объем пор 0,7 см³/г. Затем готовят пропиточный раствор, для чего в реактор с паровой рубашкой заливают 0,77 дм³ воды и нагревают ее до 52-80°С, после чего добавляют сульфат меди (считая на CuSO₄) в количестве 177 г из расчета, чтобы концентрация ее составляла 230 г/дм³. В бетономешалку дозируют металлосодержащий сорбент в количестве 1,0 кг и подают горячий пропиточный раствор в количестве 0,77 дм³, что соответствует соотношению объема пор сорбента и пропиточного раствора, равного 1:1,1. Перемешивание ведут 12 минут, после чего пропитанный сорбент выгружают на противни и обдувают воздухом с температурой 20-25°С, подаваемым со скоростью 4 м³/сек. Вылежанный продукт направляют на термообработку в сушильный шкаф, где производится сушка при 140°С в течение 3 часов (остаточное содержание влаги в продукте не более 30 мас.%).

Готовый хемосорбент охлаждают при температуре рабочего помещения и определяют содержание меди и влаги и время защитного действия по сероводороду и аммиаку.

Полученный хемосорбент имел время защитного действия по сероводороду 72 мин, по аммиаку 56 мин.

Содержание сульфата меди должно быть 23 мас.%, содержание влаги 1 мас.%.

Пример 2

Осуществление процесса, как в примере 1, за исключением того, что в реактор заливают 1,05 дм³ воды, добавляют сульфат меди в количестве 334 г чтобы концентрации ее составляла 340 г/дм³. Пропитку осуществляют горячим раствором при температуре 80°С, при соотношении объема пор сорбента и пропиточного раствора 1:1,5.

Полученный хемосорбент содержал 35% сульфата меди и 1,1% влаги, при этом время защитного действия по сероводороду составляло 110 мин, а по аммиаку 60 мин.

Пример 3

Осуществление процесса, как в примере 1, за исключением того, что в реактор заливают 0,9 дм³ воды, добавляют 254 г сульфат меди в количестве, чтобы ее концентрация составляла 280 г/дм³. Пропитку осуществляют при температуре 65°С при соотношении объема пор и раствора, равном 1:1,3.

Полученный хемосорбент содержал сульфат меди 31,2 мас.% и влаги 1,0 мас.%. При этом время защитного действия по сероводороду составляло 120 мин, по аммиаку 65 мин.

Хемосорбент, полученный по способу, изложенному в прототипе (патент РФ 2236902), имел время защитного действия по сероводороду 25 мин, по аммиаку 12 мин.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить хемосорбент, имеющий время защитного действия по сероводороду и аммиаку при совместном присутствии в воздухе в 3-5 раз выше, чем у прототипа.

Из изложенного следует, что каждый из признаков в заявленной совокупности в большой или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а именно повышение активности хемосорбента по сероводороду при сохранении высокой активности по аммиаку, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического предложения.

1. Способ получения хемосорбента, включающий пропитку гранул активного угля горячим раствором сульфата меди, удаление влаги с поверхности пропитанного угля и термообработку, отличающийся тем, что пропитке подвергают активный уголь с добавками оксидов меди, хрома и серебра, пропитку осуществляют при соотношении объема пор угля к объему пропиточного раствора 1:(1,1-1,5), при концентрации сульфата меди в растворе 230-340 г/дм³ и температуре 52-80°С до обеспечения содержания сульфата меди в готовом хемосорбенте от 23 до 35 мас.%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что удаление влаги с поверхности пропитанного угля проводят путем обдувки воздухом, подаваемым со скоростью 3-5 м/с, а термообработку осуществляют при 120-160°С до массовой доли влаги в хемосорбенте не более 3,0 мас.%.