Способ получения активированного угля из растительного сырья

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВИРОВАННОГО УГЛЯ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ(22) 2010.06.17 ФУТЬКО С.И. и др. Химия фильтраци(43) 2012.02.28 онного горения газов. - Минск Белару(71) Заявитель Государственное научное ская навука, 2004. - С.74-79, 280-290. учреждение Институт тепло- и мас 54-78395 , 1979. сообмена имени А.В.Лыкова Нацио 440817, 1975. нальной академии наук Беларуси 2171779 1, 2001.(72) Авторы Гринчик Николай Николае 2104925 1, 1998. вич Горбачв Николай Михайлович 2000-247620 .(73) Патентообладатель Государственное 55-10472 , 1980. научное учреждение Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) Способ получения активированного угля из растительного сырья, включающий предварительную обработку растительного сырья в течение 24-60 дней, последующую сушку в атмосфере воздуха в течение двух месяцев, карбонизацию при температуре 300-350 С и активацию, отличающийся тем, что предварительную обработку сырья осуществляют в резервуарах, содержащих водный раствор солей щелочных металлов концентрацией не более 2,2 , карбонизацию слоя высушенного растительного сырья высотой не менее двух метров осуществляют в потоке воздуха, подаваемого снизу, причем розжиг растительного сырья осуществляют сверху с образованием волны горения пиролизных газов в слое, скорость распространения которой составляет не более 0,5 м/ч, поддерживают разницу температур горения ядра и периферии слоя, равную не более 50 С, а активацию осуществляют при температуре 300-400 С в течение 2 месяцев. Изобретение относится к углеродным соединениям, в частности к способу получения активированного угля из растительного сырья, например древесины, косточек плодов и ягод, скорлупы орехов, и может найти применение в промышленности для получения активированного угля в качестве сорбента для очистки воды, извлечения редких металлов,носителей солевых катализаторов, в медицине - для удаления токсинов из плазмы крови. Известен способ получения активированного угля 1, включающий карбонизацию углеродсодержащего материала при 400-600 С, нагревание без доступа газообразных реагентов до 800-850 С со скоростью подъема температуры 50-100 С/ч, активацию агентом,содержащим водяной пар при массовом соотношении углеродсодержащего материала и водяного пара 15-10 и измельчение углеродсодержащего материала. 15994 1 2012.06.30 Недостатком известного способа является то, что он требует больших энергетических затрат, при этом конечный продукт (активированный уголь) не имеет достаточно развитой внутренней пористой поверхности, количество мезо- и микропор, адсорбционная способность низкие. Известен способ производства древесного активированного угля 2, включающий сушку, пиролиз и активацию древесной массы с использованием в качестве активирующего агента летучих пиропродуктов, при этом пиролиз и активацию осуществляют как совмещенный процесс, следующий после сушки исходного древесного сырья, затем производят термовыдержку при температуре совмещенных пиролиза и активации с последующим охлаждением. Недостатком способа является то, что для сушки древесной массы используют дымовые газы, а обособленную термовыдержку и охлаждение производят как электроактивные и сопровождают принудительным электрозаземлением массы угля. Указанное электрозаземление инициируют потенциалом 0,1-50 В. При этом полученный активированный уголь имеет низкую сорбционную емкость и активность. Известен также углеродный сорбент и способ его получения 3. Данный способ получения углеродного сорбента (активированного угля) из фруктовых косточек и/или скорлупы орехов включает их предварительную обработку раствором гидроксида щелочного металла (2-5 н.) при 95-100 С в течение 2-8 ч, затем - раствором соляной кислоты (3-4 н.) и концентрированным раствором фосфорной кислоты при 95-100 С. Затем проводят процесс карбонизации при температуре 260-900 С и активацию. После этого осуществляют модификацию и выделение фракции с размером частиц 0,1-2,0 мм. Недостатком данного способа является его низкая эффективность из-за очень малого выхода активированного угля (5-7 ) вследствие того, что при указанных режимах происходит разрушение 60-70 каркаса исходных материалов в ходе карбонизации, а также сложность и большой расход энергии. Наиболее близким по технической сущности (прототип) является способ приготовления активированного угля из растительного сырья 4. Способ приготовления (получения) активированного угля включает предварительную обработку (вымачивание) растительного сырья в резервуарах с водой в течение 24 дней 2 месяцев с последующей сушкой в потоке (атмосфере) воздуха при 20-30 С в течение 2 месяцев, карбонизацию без доступа воздуха в потоке азота при температуре 300-350 С в течение 120-130 мин и активацию полученного угля при температуре 750-850 С в течение 120-130 мин в потоке водяного пара с азотом при их расходах 2,5-4,5 нл/ч и 12 нл/ч на 500 г угля соответственно. Кроме того, в качестве растительного сырья используют скорлупу кокосовых орехов,сахарный тростник, березу, сосну, косточки плодов и ягод. Недостатком данного способа является его низкая эффективность из-за малой сорбционной способности активированного угля, большого расхода энергии на активацию, для проведения которой в потоке водяного пара с азотом при 750-850 С требуются материалы с высокой коррозионной стойкостью по отношению к 2, , 2, смеси 22. Задачей изобретения является повышение эффективности способа получения и качества получаемого продукта (активированного угля) путем увеличения объема мезо- и микропор при меньшей температуре карбонизации и активации и, следовательно, при меньших затратах энергии и сырья. Задача решается следующим образом. Известный способ получения активированного угля из растительного сырья включает предварительную обработку растительного сырья в течение 24-60 дней, последующую сушку в атмосфере воздуха в течение двух месяцев,карбонизацию при температуре 300-350 С и активацию полученного угля. Согласно предлагаемому изобретению, предварительную обработку сырья осуществляют в резервуарах, содержащих водный раствор солей щелочных металлов концентрацией не более 2,2 , карбонизацию слоя высушенного растительного сырья высотой не менее двух мет 2 15994 1 2012.06.30 ров осуществляют в потоке воздуха, подаваемого снизу, причем розжиг растительного сырья осуществляют сверху с образованием волны горения пиролизных газов в слое, скорость распространения которой составляет не более 0,5 м/ч, поддерживают разницу температур горения ядра и периферии слоя, равную не более 50 С, а активацию осуществляют при температуре 300-400 С в течение двух месяцев. Это позволяет повысить пористость,сорбционную способность и активность получаемого активированного угля, а также увеличить объем мезо- и микропор при меньшей температуре карбонизации и активации и,следовательно, при меньших затратах энергии и сырья. Способ осуществляется следующим образом. В резервуарах с водой растворяют соли щелочных металлов, например хлорид натрияили карбонат калия (23). При этом концентрация солей составляет не более 2,2 . В полученном водном растворе солей щелочных металлов замачивают (предварительно обрабатывают) растительное сырье в течение 24-60 дней. После этого осуществляют сушку в атмосфере воздуха в течение двух месяцев. Последующую карбонизацию слоя высушенного растительного сырья осуществляют в потоке воздуха, подаваемого снизу, при температуре 300-350 С. Розжиг растительного сырья осуществляют сверху с образованием встречной фильтрационной волны горения пиролизных газов в слое растительного сырья, при этом скорость распространения встречной фильтрационной волны составляет не более 0,5 м/ч, высота слоя растительного сырья составляет не менее двух метров, а разницу температур горения ядра внутри слоя и периферии слоя поддерживают равной не более 50 С. Полученный уголь подвергают активации при температуре 300-400 С в течение двух месяцев. Например,при падении температуры ниже 300 С подают окислитель в нижний и/или верхний слои угля, осуществляют розжиг угля до установления температуры в слое 350-400 С. В результате осуществления предлагаемого способа получения активированного угля из березовой древесной щепы получен активированный уголь со следующими физикохимическими свойствами гранулометрический состав - массовая доля остатка на сите с диаметром отверстия 4,0 мм составляет не более 3 , массовая доля остатка на сите с диаметром отверстия 1,0 мм составляет не менее 95,2 , массовая доля остатка на сите с диаметром отверстия менее 1,0 мм составляет не более 2,0 массовая доля влаги составляет не более 0,9 массовая доля золы составляет не более 9,0 адсорбционная активность по йоду составляет не менее 50 насыпная плотность составляет не более 0,24 т/м 3. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3