Волокнистый сорбент сероводорода и способ его получения

(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физикоорганической химии Национальной академии наук Беларуси (ВУ)(72) Авторы Солдатов Владимир Сергеевич Кащинский Александр Владимирович Шункевич АлександрАкимович Мартинович Валерий Иванович (ВУ)(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физико-органической химии Национальной академии наук Беларуси (ВУ)Очистка газов от сернистых соединений при эксплуатации газовых месторождений. - М. Недра, 1985. - С. 215-220.1. Волокнисть 1 й сорбент сероводорода, включающий анионообменное волокно на основе полиакрилонитрила и комплекс Ре (1 П) - ЭДТА, отличающийся тем, что дополнительно содержит ацетат калия при следующем соотношении компонентов, мас. ч.волокно анионообменное на основе полиакрилонитрила 100 комплекс Ре (111) - ЭДТА 20-30 ацетат калия 25-80.2. Способ получения волокнистого сорбента сероводорода по п. 1, при котором анионообменное волокно на основе полиакрилонитрила выдерживают в водном растворе, содержащем комплекс Ре (1 П) - ЭДТА и ацетат калия, и отжимают.Изобретение относится к материалам для извлечения сероводорода из газовоздушных смесей (ГВС), а именно волокнистым сорбентам для очистки от сероводорода воздуха с низкой относительной влажностью и способам их получения. Такие материалы представляют интерес для использования в процессах очистки технологического воздуха предприятий электронной и других отраслей промыщленности, а также для создания средств индивидуальной защиты органов дыхания.Известны сорбенты сероводорода, используемые в виде твердых материалов или водных суспензий 1. Однако применение таких материалов на практике требует крупногабаритного сложного оборудования и оправдано при очистке больщих объемов газовых смесей с высоким содержанием сероводорода (1-10 г/мз). Такие материалы не могут быть рационально использованы для санитарной и тонкой очистки воздуха от сероводорода при концентрациях 0,1-100 мг/мз. В этих случаях наиболее целесообразными являются химически активные волокнистые сорбенты.Известны сорбенты сероводорода на основе ионообменных волокнистых материалов,в частности волокон на основе поливинилхлорида или поливинилиденфторида, содержащих полиэтиленполиамин 2. Такие волокна поглощают сероводород по ионообменному механизму. Для их функционирования требуется постоянное увлажнение, которое может быть обеспечено в условиях длительной работы лишь при условии высокой ( 80 ) относительной влажности воздуха. Процесс получения этих волокон является многостадийным и требует применения сложного оборудования для их формования. Сорбционная емкость таких волокнистых материалов ограничена содержанием ионообменных групп,которые в условиях реальной очистки ГВС конкурентно взаимодействуют также с диоксидом углерода, присутствующим в воздухе в концентрациях, значительно превышающих концентрацию удаляемого сероводорода.Наиболее близким по составу и технической сущности к заявляемому является волокнистый материал на основе анионообменого сополимера полиакрилонитрила, содержащий комплекс трехвалентного железа с этилендиаминтетрауксусной кислотой (ЭДТА) 3, прототип. Очистка ГВС этим материалом происходит путем поглощения сероводорода волокном и каталитическим окислением поглощенного сероводорода на волокне в элементную серу.Наиболее близким к предлагаемому способу получения является способ получения волокнистого сорбента 3, согласно которому промышленное анионообменное волокно на основе полиакрилонитрила (например, Фибан АК-22, Фибан АК-22-1 или Фибан А-6 и т.п.) погружают в водный раствор, содержащий стехиометрические количества соли трехвалентного железа и трилона Б (динатриевой соли ЭДТА). Для приготовления 100 мл раствора берут 12,2 г РеС 13 - 6 Н 2 О и 16,8 г трилона Б. Волокно выдерживают в растворе в течение 4 ч, затем извлекают из раствора, промывают дистиллированной водой, отжимают и обрабатывают 25 -ным водным раствором аммиака для перевода полученного комплекса в гидроксоформу. После этого волокно выдерживают на воздухе сутки для удаления избытка аммиака и заливают дистиллированной водой. Набухшее волокно отжимают на фильтровальной бумаге. Количество нанесенного комплекса составляет 1,5-13,0 мас. . При пропускании газовой смеси, содержащей 0,6-0,8 об. сероводорода, через полученный набухший в воде материал количество поглощенного сероводорода достигает 83,9 мл на 0,9 г волокнистого материала (в пересчете на воздушно-сухой образец).Однако волокнистые сорбенты, полученные при этом, содержат значительные количества слабо фиксированной воды и при пропускании ГВС увеличивают влажность последних, что недопустимо в случаях, когда требуется низкая (35-50 ) относительная влажность очищенного воздуха. В то же время, волокнистые материалы, полученные по такому способу и высушенные до воздушно-сухого состояния, как было установлено(пример 7 в таблице), не обладают поглотительной способностью по отношению к сероводороду, так как наличие в материалах определенного количества воды является необходимым условием протекания каталитического окисления сероводорда с помощью комплекса Ре (П 1)-ЭДТА.Задачей настоящего изобретения является создание волокнистого сорбента, способного извлекать сероводород из ГВС с низкой относительной влажностью (35-50 ) и при этом не выделять в очищенный воздух дополнительное количество паров воды, а также разработка способа его получения.Поставленная задача решается волокнистым сорбентом сероводорода, включающим анионообменное волокно на основе полиакрилонитрила и комплекс Ре (1 П)-ЭДТА, который дополнительно содержит ацетат калия при следующем содержании компонентов (мас. ч.) анионообменное волокно - 100, комплекс Ре (П 1)-ЭДТА - 20-30, ацетат калия - 25-80, и способом его получения, при котором анионообменное волокно на основе полиакрилонитрила выдерживают в водном растворе, содержащем комплекс Ре (1 П)-ЭДТА и ацетат калия, и отжимают.Технические показатели очистки газовоздушной смеси ГВС волокнистым сорбентом сероводородаПример Исходное анионо- Время 3 аЩит- Количество обменное волокно Состав со бета Мас Ч Характеристика очищаемой ного действия конвертирона основе поли- р ГВС до проскока ванного сероакрилонитрила С/Со 0,05, Ч водорода, мг/г Комплекс Относительная Содержание Волокно Ре (П 1)- Влажность сероводорода,ЭДТА мг/мАцетат калия является гидрофильнь 1 м веществом. Он удерживает воду в полученном волокнистом материале в количестве, достаточном для протекания процесса каталитического окисления сероводорода с помощью комплекса Ре (111)-ЭДТА в условиях пропускания через материал воздуха с относительной влажностью 35-50 . Кроме того, ацетат калия является веществом основного характера, и благодаря его наличию в материале поддерживается слабощелочная реакция среды, необходимая для перевода комплекса Ре (111)-ЭДТА в гидроксоформу. Тем самым отпадает необходимость дополнительной обработки материала с нанесеннь 1 м комплексом Ре (111)-ЭДТА водным раствором аммиака, что приводит к упрощению процесса получения волокнистого сорбента. Отпадает также необходимость стадии отмь 1 вки материала водой перед переводом комплекса Ре (П 1)-ЭДТА в гидроксоформу.Ниже приводятся примеры получения, состав и свойства волокнистого сорбента сероводорода.В 4 л воды растворяют последовательно 440 г трилона Б, 330 г железа сернокислого девятиводного, 1300 г ацетата калия. Добавляя гидроксид натрия, доводят величину рН получаемого раствора до 9. После этого в раствор (объем 5 л) погружают 1 кг анионообменного волокна на основе полиакрилонитрила Фибан А-6 в смешанной основнокарбонатной форме. После выдерживания в течение 4 ч волокно вместе с раствором помещают в центрифугу и удаляют 3,8 л раствора. Отцентрифугированное волокно сушат при температуре 40-50 С до остаточной влажности 15-20 . Полученный материал в воздушно-сухом состоянии содержит на 100 мас. ч. волокна комплекса Ре (111)-ЭДТА - 20 мас. ч.,ацетата калия - 30 мас. ч.Слой полученного материала при пропускании через него газовоздушного потока с относительной влажностью 45 , содержащего 10 мг/м 3 сероводорода, со скоростью 0,14 м/с показал время защитного действия до проскока (С/Со 0,05) 24 ч. Количество конвертированнного в серу сероводорода составило 79 мг/г.Другие примеры выполнены аналогично примеру 1, отличаясь соотношением компонентов, и сведены в таблицу. Варьирование количества нанесенного на волокно комплекса Ре (111)-ЭДТА и ацетата калия обеспечивали изменением состава приготавливаемого раствора, оставляя неизменным количество удаляемой с помощью центрифуги жидкости.Результаты испытания свойств волокнистого сорбента сероводорода приведены в таблице. При увеличении содержания ацетата калия в сорбенте выше 80 мас. ч. (пример 5) очистка имеет место (не превосходя показатели очистки ГВС материалами в заявляемых пределах), однако материал в процессе использования впитывает много влаги, и это приводит к его намоканию, увеличению аэродинамического сопротивления и невозможности использования по назначению. При применении волокнистого сорбента сероводорода, содержащего менее 20 мас. ч. ацетата калия (пример 6), как и при использовании материала,полученного по прототипу (пример 7), очистка воздуха от сероводорода отсутствует.Как видно из таблицы, варьирование состава сорбента в пределах, указанных в описании и формуле изобретения, обеспечивает очистку ГВС от сероводорода.1. Гриценко А.И., Галанин И.А., Зиновьев Л.М., Мурин В.И. Очистка газов от сернистых соединений при эксплуатации газовых месторождений. - М. Недра, 1985. - 270 с.3. Потапова Л.Л., Шункевич А.А., Акулич З.И., Егиазаров Ю.Г. Окисление сероводорода на волокнистых ионитах с закрепленными Ре-ЭДТА комплексами // Журнал прикладной химии. - 2000. - Т.73. - Вып. 5. - С. 780-784.Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.