Способ непрерывного получения углеродного волокнистого адсорбента

 

Углеродное волокно пропускают через гидрозатвор, термоактивируют в реакторе смесью, содержащей водяной пар и углекислый газ, и газообразные продукты термоактивации сжигают на выходе из реактора. 1 табл., 4 ил.

Изобретение относится к технологии получения углеродных волокнистых адсорбентов (УВА) и может быть использовано в медицине, например, для усиления действия гемо-энтеросорбентов.

Применение углеродных волокон (УВ) в медицинских целях ограничено относительно невысокими сорбционными характеристиками и недостаточно развитой, в химическом отношении, поверхностью.

Получение высокоэффективных углеродистых адсорбентов с определенными физико-химическими свойствами зависит от способа активирования УВ.

Известен способ получения УВА, в котором производят термоактивацию УВ в реакторе при t 900 1000^oC. Активации подвергается УВ предварительно насыщенное водой. В результате испарения воды происходит активация УВ в реакторе. Активирующий агент оказывает влияние на формирование пористой структуры УВА и его химической поверхности [1] Процесс получения УВА по этому способу протекает достаточно медленно, ограничена масса подаваемого в реактор УВ (фиг. 1), т.к. при увеличении массы происходит падение температуры в зоне реактора; по мере протекания процесса увеличивается доля вторичных продуктов, что существенно снижает эффективную поверхность реакции, затрудняет доступ реагента к ядру волокна.

Известен способ получения УВА, включающий термоактивацию углеродного волокна принудительно подаваемой смесью, содержащей водяной пар и кислородосодержащий компонент углекислый газ; рециркуляцию и сжигание горючих компонентов газов после термоактивации [2] Данный способ принят в качестве прототипа.

В этом способе термоактивация УВ происходит движением активирующего агента (смесь H₂O + CO₂) от поверхности волокна к его центру и поэтому не обеспечивается равномерность проработки волокна по всему объему, а следовательно, и равномерность физико-химических свойств адсорбента.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, состоит в создании такого способа получения УВА, который позволяет совершенствовать структуру волокнистого сорбента и его химическую поверхность.

Эта задача решается тем, что в способе непрерывного получения УВА, включающем подачу УВ в реактор на термоактивацию смесью, содержащей углекислый газ или кислород воздуха и водяной пар, сжигание газообразных продуктов, перед подачей в реактор углеродное волокно пропускают через гидрозатвор, а сжигание газообразных продуктов происходит на выходе. В результате УВ полностью прорабатывается по поверхности и объему при минимальном диффузионном торможении, так как движение активирующего агента происходит от ядра волокна к его поверхности.

Предлагаемый способ поясняется на фиг. 2, на котором изображена схема установки непрерывного получения УВА.

Жгутовое УВ 1 марки "Углен-9" подают в реактор 2, в котором поддерживают постоянную температуру t 900 1000^oC. В реактор подают одновременно или раздельно из гидрозатвора 3 воду с волокном, преобразующуюся в пар при высоких температурах и из баллона 4 или 5 кислородосодержащий элемент. На выходе реактора расположен запальник 6 зажигания смеси вторичных продуктов реакции. УВА после обработки охлаждается и поступает на товарные катушки.

Пример. Рассмотрим получение УВА при использовании в качестве активирующего агента смесь водяного пара и углекислого газа.

Реактор представляет собой трубу из нержавеющей стали длинной 1,2 м и диаметром 0,08 м, расход CO₂ колеблется от 44·10^-5 до 100·10^-5 м³/с. В процессе получения волокна установлено (рис. 3), что с увеличением времени активирования, степень активации возрастает, однако увеличение расхода CO₂ резко сокращает длительность процесса. Так для получения УВА со степенью активации 20% при расходе 66·10^-5 м³/с требуется 4 мин, а при расходе 44·10^-5 м³/с 12 мин, т.е. время активации сокращается фактически в 3 раза. С увеличением количества подаваемого в реактор углекислого газа (рис. 4) степень активации возрастает, достигая максимального значения при его расходе 66·10^-5 м³/с, а затем резко падает. Экстремальный характер данной зависимости объясняется тем, что при постоянных расходах углекислого газа создается оптимальное соотношение активирующих агентов (H₂O, CO₂), обеспечивается внешний кинетический режим реакции с незначительными величинами внешнедиффузионного торможения, волокно прорабатывается по всему объему, обеспечивается интенсивный отвод вторичных продуктов реакции (CO, H и др.), затрудняющих его протекание. Исследование свойств УВА, полученного описанным выше способом (пример), показало, что активирование УВ смесью CO₂, H₂O пар позволит получить микропористые адсорбенты V_ми 0,4 0,6 см³/г со значительным объемом транспортных пор V_ме,ма 0,3 0,5 см³/г и суммарным содержанием функциональных групп 5, 6 ммоль/г.

Полученный адсорбент (пример 1) был испытан для сорбции в стендовых условиях лептоспир и эндотоксина сальмонелеза из плазмы. Для сравнения выбран гемосорбент СКН-1К.

Предлагаемый способ может быть реализован в опытно-промышленных и промышленных условиях.

Формула изобретения

Способ непрерывного получения углеродного волокнистого адсорбента, включающий подачу углеродного волокна в реактор на термоактивацию смесью, содержащей водяной пар и углекислый газ или кислород воздуха, и сжигание газообразных продуктов термоактивации, отличающийся тем, что перед подачей в реактор углеродное волокно пропускают через гидрозатвор, а сжигание газообразных продуктов осуществляют на выходе из реактора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5