Способ получения сорбента-катализатора

Изобретение относится к области сорбционной техники и может быть использовано в процессах очистки отходящих промышленных газов или в средствах индивидуальной защиты органов дыхания (противогазах и респираторах). Предложен способ получения сорбента-катализатора, включающий карбонизацию, активацию и пропитку основы аммиачным раствором каталитических добавок меди, хрома, серебра и триэтилендиамина с последующим удалением избытка раствора, вылеживанием, термообработкой и охлаждением, причем в качестве основы берут нетканый вискозный материал, карбонизуют его при температуре 340-400°С, пропитывают при объемном соотношении нетканого материала и пропиточного раствора 1:(14-18), удаляют избыточный раствор отжатием до соотношения материала и раствора 1:(4-5) и термообработанный продукт охлаждают со скоростью (1,5-4)°С/мин, а концентрация каталитических добавок в растворе составляет: меди - 0,3-0,4% масс., хрома - 0,12-0,16% масс., серебра - 0,01-0,02% масс., а триэтилендиамина 0,05-0,08% масс. Изобретение позволяет повысить сорбционные способности сорбента-катализатора по декану при сохранении адсорбционной способности по хлорциану и снизить сопротивление слоя. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области сорбционной техники и может быть использовано в процессах очистки отходящих промышленных газов или в средствах индивидуальной защиты органов дыхания (противогазах и респираторах). К средствам индивидуальной защиты органов дыхания на современном этапе предъявляются требования суммарной защиты как от отравляющих веществ (тестом на которые является хлорциан), так и вредных промышленных газов (тестом на которые является декан) при одновременном снижении сопротивления дыханию.

Известен способ получения углеродного нетканого материала, состоящего из волокон активного угля и металлической основы, пропиткой углеродсодержащих волокон огнестойким составом с последующей карбонизацией при температуре не менее 400°С, активацией при температуре не более 500°С и нанесением на металлическую основу (см. пат. США №4046505, кл. В 01 D 53/00, опубл. 1975).

Недостатком известного способа является сложность осуществления технологического процесса, а также низкая эластичность получаемого материала.

Наиболее близкий к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения сорбента-катализатора на основе активного угля путем пропитки частиц угля раствором каталитических добавок меди, хрома, серебра и триэтилендиамина (ТЭДА), причем ТЭДА берут в количестве (0,2-0,8)% масс., пропитку ведут при соотношении уголь:пропиточный раствор 1:(0,2-0,4), а термообработку осуществляют при температуре 110-150°С (см. пат. РФ №2081822, кл. С 01 В 31/08, В 01 D 53/04, опубл. 20.06.97).

Недостатком этого способа является низкая активность по декану и высокое сопротивление слоя сорбента.

Заявляемое изобретение направлено на решение следующей задачи: повышение сорбционной способности сорбента-катализатора по декану при сохранении адсорбционной способности по хлорциану и снижение сопротивления слоя.

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим карбонизацию, активацию и пропитку основы аммиачным раствором каталитических добавок меди, хрома, серебра и триэтилендиамина с последующим удалением избытка раствора, вылеживанием, термообработкой и охлаждением, причем в качестве основы берут нетканый вискозный материал, карбонизуют его при температуре 340-400°С, пропитывают при объемном соотношении нетканого материала и пропиточного раствора 1:(14-18), удаляют избыточный раствор отжатием до соотношения материала и раствора 1:(4-5) и термообработанный продукт охлаждают со скоростью (1,5-4)°С/мин, а концентрация каталитических добавок в растворе составляет: меди - 0,3-0,4% масс., хрома - 0,12-0,16% масс., серебра - 0,01-0,02% масс., а триэтилендиамина 0,05-0,08% масс.

Отличие предложенного способа от известного заключается в том, что в качестве основы берут нетканый вискозный материал, карбонизуют его при температуре 340-400°С, пропитывают при объемном соотношении нетканого материала и пропиточного раствора 1:(14-18), удаляют избыточный раствор отжатием до соотношения материала и раствора 1:(4-5), вылеживают в течение 4-6 часов и термообработанный продукт охлаждают со скоростью (1,5-4)°С/мин, а концентрация каталитических добавок в растворе составляет: меди - 0,3-0,4% масс., хрома - 0,12-0,16% масс., серебра - 0,01-0,02% масс., а триэтилендиамина 0,05-0,08% масс.

Из научно-технической литературы авторам не известен способ получения сорбента-катализатора, в котором в качестве основы берут нетканый вискозный материал, карбонизуют его при температуре 340-400°С, пропитывают при объемном соотношении нетканого материала и пропиточного раствора 1:(14-18), удаляют избыточный раствор отжатием до соотношения материала и раствора 1:(4-5), вылеживают в течение 4-6 часов и термообработанный продукт охлаждают со скоростью (1,5-4)°С/мин, а концентрация каталитических добавок в растворе составляет: меди - 0,3-0,4% масс., хрома - 0,12-0,16% масс., серебра - 0,01-0,02% масс., а триэтилендиамина 0,05-0,08% масс.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. При использовании в качестве основы для получения сорбента-катализатора нетканых сорбентов важно, с одной стороны, обеспечить за счет проведения операции карбонизации, активации и охлаждения развитие большого объема пор без значительного снижения прочности волокон, а с другой стороны, подобрать условия пропитки, отжатия и термообработки материала, обеспечивающие равномерное распределение каталитических добавок, и в то же время сохранить необходимый объем сорбирующих пор.

В результате многочисленных экспериментов удалось подобрать оптимальные интервалы температуры карбонизации основы, соотношение нетканого материала и пропиточного раствора, режимы отжатия избытка раствора и вылеживания, а также режимы термообработки и скорости охлаждения.

Способ осуществляют следующим образом. Берут иглопробивное нетканое полотно из волокон вискозы и пропитывают его 1% раствором структурообразующих добавок (хлористый аммоний, хлористый цинк, фосфат аммония, тетраборнокислый натрий и др.) в соотношении 1:(10-12). Пропитанный материал подсушивают при температуре 125-140°С и пропускают через щелевидную печь карбонизации при температуре 340-400°С, после чего активируют водяным паром при температуре 850-900°С до обгара 40-50%. При этом образуется суммарный объем пор, равный 0,60-0,68 см/г, и формируется объем сорбционных микропор 0,25-0,31 см³/г.

Полученный активированный нетканый материал охлаждают на воздухе до комнатной температуры.

Готовят пропиточный раствор каталитических добавок путем растворения в аммиачной воде солей углекислой меди, бихромата калия, азотнокислого серебра таким образом, чтобы их концентрация в растворе была Сu - (0,3-0,4)% масс., Сr - (0,12-0,16)% масс., Ag - (0,01-0,02)% масс., после чего добавляют ТЭДА в количестве (0,05-0,08)% масс.

В пропиточную ванну наливают раствор каталитических добавок. Охлажденный активированный нетканый материал пропускают через пропиточный раствор, который постоянно добавляют, выдерживая соотношение материал:пропиточный раствор 1:(14-18). После пребывания в пропиточной ванне в течение 5-10 минут производят отжатие избытка раствора до соотношения материал:раствор 1:(4-5) с помощью вращающихся валков, после чего производят вылеживание материала в течение 4-6 часов на воздухе при температуре 15-30°С для равномерного распределения добавок в порах.

Затем материал подвергают термообработке при температуре 125-140°С со скоростью ее подъема 5-12°С/мин и экспозицией при конечной температуре 15-25 мин, после чего материал охлаждают воздухом со скоростью (1,5-4)°С/мин.

Готовый сорбент-катализатор анализируют, упаковывают в полиэтиленовые пакеты и отправляют потребителю.

Сорбционную активность материала по декану и хлорциану определяли динамическим способом и фиксировали время защитного действия слоя материала толщиной 1-2 мм, а сопротивление потоку воздуха определяли для одного слоя при удельном расходе воздуха 0,06 дм³/мин·см².

Пример 1. Берут 300 г (1 м²) иглопробивного нетканого материала и пропитывают его 1% раствором хлористого аммония в соотношении материал:раствор 1:10. Материал подсушивают при температуре 130°С и карбонизуют при 340°С, после чего активируют водяным паром при расходе 2 кг пара на 1 кг материала при температуре 870°С до обгара 45%, создавая суммарный объем пор, равный 0,65 см³/г (объем микропор - 0,27 см³/г). Полученный активированный нетканый материал охлаждают на воздухе до комнатной температуры и направляют на пропитку.

В стеклянный реактор заливают 1,4 л воды, 50 см³ аммиачной воды с концентрацией 25% масс. аммиака и добавляют 9 г углекислого аммония, 11 г углекислой меди, 6 г бихромата калия и 0,1 г азотнокислого серебра. После полного растворения солей добавляют ТЭДА в количестве 1 г и продолжают перемешивать до его растворения. В пропиточную ванну помещают 1400 г раствора каталитических добавок и протягивают через него 100 г активированного нетканого материала. Процесс пропитки занимает 5-10 минут. Затем материал отжимают на валках до соотношения материал:раствор 1:4, после чего переносят его на противень и вылеживают в течение 4 часов на воздухе при температуре 25-30°С. Затем проводят термообработку в щелевидной печи при температуре 130°С с экспозицией при конечной температуре 20 минут, после чего материал охлаждают воздухом со скоростью 1,5°С/мин в термошкафу. Полученный сорбент-катализатор имел сорбционную активность по хлорциану - 3,2 мин, по декану - 123 мин и сопротивление постоянному потоку воздуха - 0,5 мм вод. ст.

Пример 2. Осуществление процесса как в примере 1, за исключением того, что карбонизацию исходного нетканого материала проводят при 400°С, пропитку полученного активированного материала раствором каталитических добавок ведут при соотношении 1:16, а после удаления избытка раствора отжатием до соотношения 1:5 и вылеживания в течение 6 часов подвергают термообработке с последующим охлаждением со скоростью 4°С/мин.

Полученный сорбент-катализатор имел сорбционную активность по хлорциану 4,2 мин, по декану - 145 мин и сопротивление постоянному потоку воздуха - 0,4 мм вод. ст.

Пример 3. Осуществление процесса как в примере 1, за исключением того, что карбонизацию исходного нетканого материала проводят при температуре 380°С, пропитку полученного активированного материала раствором каталитических добавок ведут при соотношении 1:17, а после удаления избытка раствора отжатием до соотношения 1:4,5 и вылеживания в течении 5 часов подвергают термообработке с последующим охлаждением со скоростью 3°С/мин.

Полученный сорбент-катализатор имел сорбционную активность по хлорциану - 5,0 мин, по декану - 165 мин и сопротивление постоянному потоку воздуха - 0,55 мм вод.ст.

Сорбент-катализатор, изготовленный по известному способу (см. пат. РФ. №2081822), имел динамическую активность по хлорциану в аналогичных условиях испытания 3,5-4,2 мин, по декану - 62 мин и сопротивление постоянному потоку воздуха - 14 мм вод.ст.

Таким образом, из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.

1. Способ получения сорбента-катализатора, включающий карбонизацию, активацию и пропитку основы аммиачным раствором каталитических добавок меди, хрома, серебра и триэтилендиамина с последующим удалением избытка раствора, вылеживанием, термообработкой и охлаждением, отличающийся тем, что в качестве основы берут нетканый вискозный материал, карбонизуют его при температуре 340-400°С, пропитывают при объемном соотношении нетканого материала и пропиточного раствора 1:(14-18), удаляют избыточный раствор отжатием до соотношения материала и раствора 1:(4-5) и термообработанный продукт охлаждают со скоростью (1,5-4)°С/мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрация каталитических добавок в растворе составляет, мас.%: меди - 0,3-0,4, хрома - 0,12-0,16, серебра - 0,01-0,02, а триэтилендиамина 0,05-0,08.