Способ получения углеродного сорбента

 

Изобретение относится к способам получения особочистых углеродных сорбентов на основе активных углей и может быть использовано в медицине, фармакологии, а также в пищевой промышленности. В основе изобретения лежит задача создания простого и экономически эффективного, экологически и биологически безвредного способа их получения. Сущность: активный уголь обрабатывают водным раствором лимонной кислоты с концентрацией 0,2-1% при температуре водного раствора не более 90^oС, после чего отмывают водой до pH 5-6. 1 табл.

Изобретение относится к получению особо чистых углеродных сорбентов на основе активных углей и может быть преимущественно использовано в медицине, фармакологии, а также в пищевой промышленности.

Известны способы получения малозольных особочистых углеродных сорбентов на основе активных углей.

Один из известных способов (патент США N 356337, 1984), включает контактирование измельченного угля с водными растворами, содержащими смесь двух веществ: HCl (1-12% ) + NH₄HF (1,25-10%) или лимонную кислоту (1-10%) + NH₄HF₂ (1-10% ). После обработки смесью кислот уголь фильтруют и промывают водой до рН 7.

Несмотря на высокую эффективность обеззоливания, этот способ требует непропорционально высоких затрат на отмывку готового продукта от ионов Cl^- и F^-, так как предполагает использование водных растворов с относительно высоким содержанием кислот.

Известен способ получения активного угля высокой чистоты без загрязнения ионами хлора и фосфат-ионами (авт.св. (BG) N 42736), включающий обработку активного угля разбавленной уксусной кислотой с концентрацией 1-3% при температуре 20-50^оС с последующим фильтрованием и промывкой деионизированной водой до рН 4-7 в вакууме.

Этот способ технологически сложен, продолжителен во времени из-за низкой температуры водного раствора кислоты и, следовательно, с низкой эффективностью обеззоливания.

Широко известны способы получения особочистых медицинских активных углей (энтеросорбентов), включающие обработку исходного активного угля растворами соляной кислоты при кипячении. Один из этих способов включает операцию по регулированию рН путем обработки активного угля раствором соляной кислоты с последующей отмывкой водой до рН 4-6 (технологический регламент N 6-16-22-100-89 производства активных древесных углей. Уральское производственное объединение "Сорбент"). Сорбент, полученный указанным способом, содержит в себе ионы хлора (Cl^-), приносящие вред человеку при приеме этого препарата внутрь в процессе лечения.

Наиболее близким к предлагаемому по совокупности признаков (прототип) является способ получения медицинского сорбента, включающий обработку активного угля раствором соляной кислоты при температуре кипения, многократную отмывку от соляной кислоты водой до рН 6,4; сушку и вакуумирование при температуре 300-400^оС (Министерство угольной промышленности СССР, Институт горючих ископаемых, отчет по теме "Разработать и освоить в опытно-промышленном масштабе технологические процессы получения на основе углей, в том числе: химических продуктов, сорбентов, сажи, углеграфитных материалов и новых видов топлив. Определить возможные объемы использования сферических сорбентов из угля в различных отраслях народного хозяйства". 1203, раздел 1, этап 4, стр. 38-41, Москва, 1975. Зарегистрирован во Всесоюзном научно-технологическом информационном центре N Б 536713, 1978).

Существенным недостатком этого способа является загрязнение готового продукта (медицинского сорбента) ионами хлора при обработке активного угля HCl. Обработку ведут при 100^оС кипячением, что приводит к образованию паров соляной кислоты, которые вызывают сильную коррозию и требуют использования специальных материалов для оборудования и вентиляционных систем. Отмывка сорбента от Cl^- чрезвычайно длительна по времени и малоэффективна. Для удаления ионов хлора до фармакопейных требований необходима дополнительная прокалка угля при 300-400^оС в вакууме. Все это приводит к высоким энергетическим затратам. Кроме того, в процессе обработки активного угля по этому способу образуется большое количество сточных вод, требующих нейтрализации или утилизации, так как они содержат экологически вредные вещества.

В основе изобретения лежит задача создания более простого и экономически эффективного по сравнению с известными, экологически и биологически безвредного способа получения особочистого углеродного сорбента.

Предметом данного изобретения является способ получения особочистого углеродного сорбента из активных углей, включающий фармакопейную обработку активного угля путем его контактирования с водным раствором лимонной кислоты концентрацией 0,2-1% при температуре не более 90^оС и последующей отмывки водой до рН 5-6. В качестве основы берут активный уголь с содержанием общей зоны не более 10% (содержанием соединений Si в золе не более 30%).

Заявленный способ позволяет упростить аппаратурное оформление технологического процесса и существенно снизить энергозатраты. Отсутствие загрязняющих готовый продукт ионов хлора позволяет уменьшить расход промывных вод в 5-10 раз. Кроме того, окончательную сушку и стерилизацию угля можно проводить при температуре, обеспечивающей режим стерилизации, т.е. 180-200^оС, в известных же способах была необходима прокалка угля при 300-400^оС для удаления ионов хлора. Все это делает предлагаемый способ экологически и биологически более чистым, безвредным для человека и окружающей среды, энергоресурсосберегающим.

Отличие заявляемого способа от прототипа заключается в том, что в качестве основы берут активный уголь с содержанием общей золы не более 10% (содержание соединений Si в золе не более 30%). Другое отличие состоит в том, что фармакопейную обработку ведут путем контактирования угля с водным раствором лимонной кислоты концентрацией 0,2-1% при температуре не более 90^оС и последующей отмывки водой до рН 5-6.

Активный уголь, взятый за основу в предлагаемом способе, содержит золу, состоящую преимущественно из щелочных и щелочноземельных элементов (Na, K, Mg, Ca), которые обусловливают щелочную рН водной вытяжки. Эти элементы можно удалить с помощью органических кислот, в частности лимонной кислотой, которая обладает высокими комплексообразующими свойствами за счет наличия в ее структуре трех карбоксильных групп. При нагревании до 175^оС лимонная кислота разлагается, поэтому при стерилизации сорбента при 180-200^оС одновременно происходит удаление остатков кислоты. В результате получается особочистый продукт.

Применимость заявляемого способа иллюстрируют следующие примеры.

П р и м е р 1. 100 г активного угля ФМ-1 марки II (ТУ 6-17-341-92) заливают водным раствором лимонной кислоты с концентрацией 0,2% соотношение уголь водный раствор 1:5. Уголь перемешивают в растворе 3 ч, температуру раствора поддерживают не ниже 70^оС. Раствор сливают. Уголь промывают горячей дистиллированной водой до рН промывной воды 5-6. Затем уголь сушат до влажности менее 10% После стерилизации при t 200^оС в вакууме готовый углеродный сорбент (энтеросорбент) имеет показатели: pH 6,8, содержание веществ, растворимых в разведенной HCl 0,6% П р и м е р 2. 100 г активного угля ФМ-1 марки II (ТУ 6-17-341-92) контактирует с водным раствором лимонной кислоты с концентрацией 0,5% соотношение уголь водный раствор 1:3. Уголь перемешивают 2 ч, температура раствора 90^оС. Раствор сливают. Уголь промывают горячей дистиллированной водой до рН промывных вод 5-6. Углеродный сорбент сушат и стерилизуют при температуре 185^оС в вакууме. Полученный продукт имеет: pH водной вытяжки 6,2. Содержание веществ, растворимых в разведенной HCl 0,48% В таблице приведены результаты обработки по предлагаемому способу и способу-прототипу. За основу брали 100 г активного угля ФМ-1 марки II, имеющего следующие показатели: содержание общей золы 2,5% содержание веществ, растворимых в разведенной HCl 3,2% pН водной вытяжки 0,1. Остальные показатели активного угля удовлетворяют требованиям Государственной фармакопеи.

Содержание веществ, растворимых в разведенной соляной кислоте, определяли по Государственной фармакопее (издание 10), рН водной вытяжки по ГОСТ 4453-74.

В соответствии с требованиями фармакопеи активный уголь, используемый в качестве энтеросорбента должен иметь рН водной вытяжки не более 8,6, содержание веществ, растворимых в разведенной HCl, не более 3% Как видно из таблицы, уменьшение концентрации лимонной кислоты менее 0,2% не позволяет получать энтеросорбент (углеродный сорбент) с необходимым рН водной вытяжки. По-видимому, этого количества кислот недостаточно для удаления из углей щелочных и щелочноземельных элементов, которые обуславливают высокий рН водной вытяжки углей. Увеличение концентрации кислоты свыше 1,0% приводит к резкому увеличению необходимого для отмывки угля количества воды, что свидетельствует об избыточном количестве кислоты в растворе. Это вызывает увеличение энергозатрат при обработке энтеросорбента.

Преимущества заявленного способа заключаются в снижении объема воды, необходимой для отмывки сорбента после контакта с раствором кислоты в 5-10 раз. Лимонная кислота пищевой продукт, который широко применяется для консервирования и в качестве вкусовой приправы, поэтому ее использование взамен соляной кислоты повышает его безопасность и делает экологически более чистым, позволяет упростить аппаратурное оформление процесса. Кроме этого, снижение температуры при сушке продукта и в процессе обработки кислотой позволяет снизить энергозатраты минимум в 2 раза.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО СОРБЕНТА путем термообработки активного угля кислотой и последующей отмывки, отличающийся тем, что в качестве активного угля берут уголь с содержанием общей зоны не более 10% и Si в золе не более 30%, термообработку ведут при температуре не более 90^oС в присутствии 0,2 - 1%-ный лимонной кислоты, а отмывку ведут до рН 5 - 6.

РИСУНКИ

Рисунок 1