Способ получения углеродного адсорбента

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Р)502842 Союз Советских Социалистических Республик) М. Кл, С 01 В 31/08 Совета Министров СССРтю делам изобретенийи открытий Опубликовано 15.02,76, БюллетеньДата опубликования описания 27.08.76 53) УДК 661,183(088.8) Заявитель нинградский ордена Трудового Красного Знамени технологический институт им. Ленсовета(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛ НОГО АДСОРБЕНТА азмеро А),ому спасрбента,ного ситационный молекул выш По предлагаем 5 углеродного адсвами молекуляр развитый сорб обу для получения обладающего свойст, то есть имеющегообъем, доступный ами 2 - 6 А, активидо степени обгара ляют по величине каизмеряемой в проласно уравнению: 00%%;лотность угля-сырца отность активировз В качеств зольную ф енную при ормальдеги в качестве ри нагрева ата, после Пример.25 пользуют ресмолу, полуфенола и фким натромсовмещают п30 дибутилфтал исходного сырья исенолформальдегидную мольном соотношении да 1:1,0 - 1:1,2 с едкатализатора. Смолу нии до 60 - 80 С с 20% чего пластифицированГосУдарственный комитет (23) Пр ор и Изобретение относится к области получения высокоселективных углеродных адсорбентов, а именно к способу получения углеродного адсорбента из резольной фенолформальдегидной смолы.Известен способ получения углеродного адсорбента из фенолформальдегидной смолы, полученной при мольном соотношении фенола и формальдегида 1: 1 - 1: 1,2 с едким натром в качестве катализатора, путем ее совмещения с 15 - 20 вес. % полностью термогазифицирующегося низкомолекулярного, поверхностно- активного пластификатора, например дибутилфталата, термоотверждения полимера в течение 32 ч при температурах до 180 С, его карбонизации при температурах продукта 300 - 800 С в свободной от кислорода атмосфере и активирования при 800 С.В качестве активирующего агента используют продукты горения газообразного топлива с теоретическим количеством кислорода, вводимого с воздухом в процессе горения. При этом значительной составной частью продуктов горения газообразного топлива является водяной пар. Степень обгара угля в указанном известном способе составляет около 40%.Углеродный адсорбент, получаемый по известному способу, не обладает свойствами молекулярного сита, он активно адсорбирует адсорбаты с размерами молекул в широком интервале величин (в том числе лишь молекулам с размрование осуществляют3 7%Степень обгара опреджущейся плотности углцессе активирования, с15 где со - степень абгара 6 - кажущаяся п 20 г/см,6, - кажущаяся пл ного угля, г/см502842 до 300 С 30 мин до 450 С 30 мин до 600 С 30 мин до 800 С 300 мин от комнатнойот 300 Сот 450 Сот 600 С Таблица 1 Характеристики пористой структуры углеродных адсорбентов Предельный объем сорбциониого пространства, см/смфСуммарный объем порпо Не, смф/см Истинная плотностьпо Не, г/смз Кажущаяся плотность,г/смй Э О О Степеньобгара, М по изо- СаНВйкр=б,7 А по С,Н,др =5,8 А ПО СНЗОН йкр=4,4 А По предлагаемому способу 0,04 0,04 0,06 0,07 0,09 0,17 0,18 0,14 0,16 0,18 0,20 0,21 0,23 0,24 0,17 0,18 0,20 0,21 0,23 0,24 0,25 0,49 0,52 0,53 0,55 0,56 0,58 0,60 1,87 1,89 1,92 1,93 1,96 1,99 2,08 0,91 0,90 0,89 0,87 0,86 0,85 0,82 2,2 3,2 5,5 6,5 7,6 10,9 По известному способу 0,34 0,40 0,48 0,65 2,10 0,73 40,0 ную смолу термически отверждают при повышении температуры до 180 С в течение 28 ч и выдержке при этой температуре в течение 4 ч. Термоотвержденную смолу дробят и рассеивают по фракциям. Фракцию с размером частиц менее 1 мм направляют для смешения с исходной смолой и пластификатором, Фракцию с размером частиц выше 3 мм подвергают повторному размельчению. Карбонизацию рабочей фракции (1,5 - 2 мм) смолы осуществляют в,несодержащей кислород атмосфере при постоянном повышении температуры: Кар бонизованный уголь-сырец охлаждают без доступа воздуха до 50 С и рассевают; фракцию с размером частиц более 1 мм подвергают активации в атмосфере водяного пара при температуре 750 - 800 С до степени обгара 3 - 7%.Ниже приводятся характеристики свойств углеродных адсорбентов, получаемых по предлагаемому и известному способам, в том числе их динамические характеристики процесса адсорбции. Условия испытании: фракция сорбента 1,0 - : - :1,5 мм; высота слоя 5 см, начальная концентрация Со бензола = 18,0+ 0,5 мг/л, Со изо 4октана = 13,5+ 0,5 мг/л, влажность 50%,объемная скорость паровоздушного потока0,5 л/мин см. 5 Приведенные данные свидетельствуют о том,что предлагаемый способ получения углеродного молекулярного сита обеспечивает получение углеродных адсорбентов с развитым сорбционным объемом, доступным лишь молекулам с критическими размерами 2,0 - 6,0 А.В стандартных условиях динамического опыта углеродные адсорбенты, полученные по предлагаемому способу (образцы3, 4, 5), обладают свойствами углеродного молекулярного сита - они не сорбируют пары изооктанао(критический диаметр молекулы 6, 7 А), в то время как их динамическая адсорбционная емкость по парам бензола (критический диаметр молекулы 5, 8 А) составляет 56 - 77 мг/см, а степень использования равновесной адсорбционной емкости при адсорбции паров бензола равняется 0,62 - 0,77. 25 Углеродный адсорбент, полученный по извеспному способу, в стандартных условиях динамического опыта не проявляет молекулярноситовых свойств, его динамическая адсорбционная емкость по парам бензола и изооктана 30 равняется, соответственно, 151 мг/см и124 мг/см, а степень использования равновесной адсорбционной емкости по парам бензола и изооктана - 0,81 и 0,78.502842 Таблица 2 Динамические характеристики процесса адсорбции бензола и нзоокгана на углеродных адсорбентах,полученных по предлагаемому н известному способамАдсорбцнонная емкость, мг/см Время защитного действия до С/Со=Степень использования равновесной адсорбциа,онной емкостн, -ар динамическая, а., равновесная, ар Степеньобгара,по СВН по изоПо предлагаемому способу 32,4 43,2 90,0 95,7 101,0 110,0 121,1 14 21 48 54 58 61 70 0,44 0,46 0,62 0,75 0,77 0,77 0,78 1,2 2,2 3,2 5,5 6,5 7,6 10,9 11,4 19,8 55,8 72,0 77,4 84,6 95,4 0 0 1 3 5 23 30 0 0 1,0 3,7 4,9 33,8 42,9 0 0 0 0 0 14,8 21,6 0 0 0 0 0 0,44 0,50 По известному способу 158 124 8 40,0 0,81 105 0,78 151 Формула изобретения 10 Составитель Т. Винникова Редактор Л. Емельянова Техред Т, КурнлкоЗаказ 1837/1 Изд.1561 Тираж 630 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 475Типография, н р. С э нуно в а, 2 Приведенные в табл. 1 и 2 данные подтверждают максимальный и минимальный пределы степеней обгара, обеспечивающие получение в процессе активации углеродных молекулярных сит с развитым сорбционным объемом, доступным молекулам с критическими размеОрами 2,0 - 6,0 А. Максимальный предел - обгар 7% (образец5) обеспечивает получение углеродного молекулярного сита, не сорбирующего пары изооктана (критическийОдиаметр молекулы 6,7 А) и сорбирующего пары бензола (критический диаметр молекулыО5, 8 А). Увеличение при активации сорбента степени обгара выше 7% (образцы6, 7) приводит к резкому увеличению доступности сорбционного объема молекулам адсорбатовОс критическими размерами более 6 А, то есть к потере молекулярно-ситового действия угля. Минимальный предел - обгар 3% (образец3) обеспечивает получение углеродного молекулярного сита, обладающего возможно более высокими динамическими характеристиками по стандартному пару-бензолу и степенью использования равновесной адсорбционной емкости не менее 0,6. Снижение степени обгара в процессе активации ниже 3% приводит к резкому ухудшению динамических характеристик по бензолу углеродного молекулярного 5 спта, полученного по предлагаемому способу(образцы1, 2). Способ получения углеродного адсорбентакарбонизацией отвержденной резольной фенолформальдегидной смолы, ,пластифицированной полностью терм огазифицирующимся низкомолекулярным пластификатором, например дибутилфталатом, в несодержащей кислород атмосфере при ступенчатом подъеме температуры от 300 до 800 С с последующими охлаждением и активированием водяным паром при 750 - 800 С, отличающийся тем, что, с целью максимального развития в адсорбенте объема пор, доступных молекулам адОсорбатов с критическими размерами 2,0 - 6,0 А, 25 процесс активирования осуществляют до степени обгара 3 - 7%.