Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

способ получения плавающего углеродного сорбента для очистки гидросферы от нефтепродуктов

Классы МПК:B01J20/30 способы получения, регенерации или реактивации
B01J20/24 высокомолекулярные соединения естественного происхождения, например гуминовые кислоты или их производные
Автор(ы):, , , , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова" (МИТХТ им. М.В. Ломоносова) (RU),
Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр "Научно-исследовательский институт органических полупродуктов и красителей" (ФГУП "ГНЦ "НИОПИК") (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-12-13
публикация патента:

Изобретение относится к области получения сорбентов из отходов сельского хозяйства. Предложен способ получения углеродного сорбента из шелухи подсолнечника. Шелуху подвергают сушке при температуре 115-125°С в течение 4÷6 часов, карбонизации при температуре 400-500°С в течение 35-45 минут и охлаждению до 55-65°С. Изобретение обеспечивает высокий выход сорбента и улучшение его качества. 1 табл., 13 пр.

Изобретение предназначено для решения экологических проблем и касается получения из отходов сельского хозяйства недорогих эффективных сорбентов - первичных углей (ПУ), с помощью которых очищают загрязненную нефтью или нефтепродуктами поверхность водоемов. ПУ могут быть использованы и для очистки технологических сточных вод от нефтепродуктов.

Известен способ получения углеродных сорбентов из лузги подсолнечника, включающий химическое удаление балластных веществ путем экстракции с последующим замораживанием и выдержкой при температуре (-4)÷(-0)°C, размораживания при 25-100°С, промывки водой и сушки при 100-120°С (патент РФ № 2240864, B01J 20/24, 2004 г.). Недостатком данного способа является неэффективная очистка воды адсорбентом от жидких углеводородов вследствие невысокой адсорбционной емкости адсорбента из-за неразвитой пористой структуры; и невысокой плавучести адсорбента в силу его гидрофильности и высокого водопоглощения.

Способом, наиболее близким к заявляемому по технической сущности и количеству совпадающих признаков (прототипом), является способ получения углеродного сорбента из шелухи подсолнечника, которую после обработки модификаторами подвергали прессованию и карбонизации при Т=300-400°С и продолжительности 15-30 мин (патент РФ № 2395336, B01J 20/20, 2010 г.).

В этом способе с целью подготовки структуры шелухи для протекания пиролиза и формирования пористого материала использовали суспензию, полученную смешиванием 5,3-7,5% карбамида, 6,2-8,5% Ca(ОН)2 с шелухой в воде. Смесь нагревали при 90-100°С в течение 0,5-1 ч. (первая стадия подготовки сырья - химическая модификация). На второй стадии - термической - проводили сушку при 100-120°С в течение 0,3-0,5 ч в токе азота для удаления органических загрязнений.

Недостатками данного способа являются:

- низкий выход первичного угля (не более 52%),

- небольшая прочность (прочность по истиранию составляет 45-47% масс.),

- невысокая адсорбционная емкость по отношению к нефти (5,8 г/г),

- низкая плавучесть насыщенного нефтью сорбента - 48 часов.

Задачей изобретения являлась: разработка способа получения ПУ из шелухи подсолнечника, обеспечивающего высокий выход ПУ, обладающих большой пористостью и адсорбционной емкостью по нефти, невысокой плотностью, высокой плавучестью и прочностью по истиранию; и, следовательно, требующего меньших затрат энергии и сырья.

Поставленная задача решается тем, что предварительную сушку шелухи подсолнечника проводят в токе азота при температуре 115-125°С в течение 4-6 часов; карбонизацию осуществляют в среде азота при температуре 400-450°С в течение 35-45 минут, а последующее охлаждение проводят до температуры 55-65°С.

Таким образом, отличие от прототипа заключается в том, что шелуху подсолнечника подвергают предварительной сушке при 115÷125°С в течение 4-6 часов без использования модификаторов. После этого карбонизацию ведут в среде инертного азота при температуре 400÷450°С и выдерживают при постоянной температуре карбонизации 35-45 мин, а затем охлаждают до 55-65°С и выгружают для хранения. Эта совокупность отличительных признаков способствует получению оптимальной структуры ПУ и позволяет получить ПУ (выход 65-70 масс.%) с высокой механической прочностью по истиранию (приблизительно 75% масс. по ГОСТу: 5072-67; 3584-53 и 214-57 и МИС-60-8), высокой адсорбционной способностью по углеводородам нефти (до способ получения плавающего углеродного сорбента для очистки   гидросферы от нефтепродуктов, патент № 2527095 20 г нефти/г сорбента) и высокой плавучестью (до 30 суток).

Технический результат, полученный при осуществлении предлагаемого способа:

1. Увеличивается адсорбционная емкость по нефтепродуктам, в 3,5-4 раза по сравнению с прототипом.

2. Повышается плавучесть адсорбента, насыщенного нефтепродуктами, до 15 раз (30 суток вместо 48 часов).

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом:

исходный материал (шелуху подсолнечника) в количестве 1500 граммов загружают в реактор емкостью 2 л, вращающийся в электрической печи, и сушат при температуре 115-125°С в токе азота в течение 4-6 часов, после сушки сразу проводят карбонизацию в этом же реакторе при температуре 400-450°С в токе азота в течение 35-45 мин, затем ПУ постепенно охлаждают в закрытом реакторе до температуры 55-65°С и выгружают для использования; выход ПУ составляет 68-70% масс.

Нижеприведенные примеры иллюстрируют предлагаемое изобретение.

Пример № 1: 1500 г шелухи подсолнечника загружают во вращающийся цилиндрический реактор, помещенный в электрическую печь с последующей сушкой горячим потоком азота при 115°С в течение 4 часов. Процесс карбонизации проводят при 400°С в среде азота в течение 35 мин в том же реакторе. Время проведения карбонизации считается с момента достижения температуры 400°С, затем уголь охлаждают в закрытом реакторе до 55°С и выгружают. Выход НУ - 68% масс. Полученный уголь имеет удельную поверхность 257 м2/г, плотность d=0,141 г/см3 и механическую прочность по истиранию 72% масс. Адсорбционная емкость по нефти составляет 13,2 г/г за время 21 мин, насыщенный нефтью сорбент не тонет в течение 16 суток,

Пример № 2: Процесс карбонизации проводят по примеру № 1 в течение 45 мин. Время проведения карбонизации считается с момента достижения температуры 400°С, затем уголь охлаждают в закрытом реакторе до 65°С и выгружают. Выход ПУ - 68,7% мacc. Полученный уголь имеет удельную поверхность 274 м2 /г, плотность d=0,148 г/см3. Механическая прочность по истиранию равна 73,7% масс. Адсорбционная емкость по нефти составляет 14,5 г/г за время 23 мин, сорбент не тонет в течение 12 суток.

Пример № 3: Способ осуществляют аналогично примеру № 1, но при температуре сушки 125°С и карбонизации 450°С в течение 35 мин. Выход ПУ - 70% масс. Полученный уголь имеет удельную поверхность 325 м2/г, плотность d=0,082 г/см 3 и механическая прочность по истиранию равна 74,9% масс. Адсорбционная емкость по нефти составляет 19,7 г/г за время 17 мин, сорбент не тонет в течение 30 суток.

Пример № 4: Способ осуществляют аналогично примеру № 2, но при температуре сушки 125°С и карбонизации 450°С. Выход ПУ - 68,2% масс. Полученный уголь имеет удельную поверхность 305 м2/г, плотность d=0,098 г/см3, механическую прочность по истиранию 74,3% масс, адсорбционную емкость по нефти - 17,8 г/г за время 19 мин, сорбент не тонет в течение 25 суток.

Пример № 5: Способ осуществляют аналогично примеру № 1, но карбонизацию проводят при 425°С в среде азота в течение 35 мин. Время проведения карбонизации считается с момента достижения температуры 425°C. Выход ПУ - 69,3% масс. Полученный уголь имеет удельную поверхность 315 м2/г, плотность d=0,087 г/см3 и механическую прочность по истиранию 74,5% масс., адсорбционную емкость по нефти 19,3 г/г за время 21 мин, сорбент не тонет в течение 28 суток.

Примеры № 6-7: Способ осуществляют аналогично примерам № 1 и № 2 за исключением температуры карбонизации 475°С соответственно (табл.).

Примеры № 8-9: Способ осуществляют аналогично примерам № 3 и № 4, за исключением температуры карбонизации 500°С соответственно (табл.).

Примеры № 10-11: Способ осуществляют аналогично примерам № 1 и № 2, за исключением продолжительности карбонизации 20 минут и 50 минут (табл.).

Примеры № 12-13: Способ осуществляют аналогично примерам № 3 и № 4, за исключением продолжительности карбонизации 20 минут и 50 минут (табл.).

Необходимо отметить, что углеродные сорбенты, полученные при температурах меньше 400°С и больше 450°С и времени карбонизации меньше 35 мин и больше 50 мин, имеют меньшую адсорбционную емкость по нефти на 50-52%.

Таблица
Характеристики ПУ, полученных на основе шелухи подсолнечника
№ обр.Т°С сушки T°C кар-цииспособ получения плавающего углеродного сорбента для очистки   гидросферы от нефтепродуктов, патент № 2527095 ° кар. минТ°C охлажд. Выход,

% масс.
Sуд, м2·г-1 dплотность, см3·г-1 Мех. проч. % масс. способ получения плавающего углеродного сорбента для очистки   гидросферы от нефтепродуктов, патент № 2527095 плавуч.,

сут
aад. емк. по нефти, г/г
1115400 355568 2570,14172,0 1613,2
2115 4004565 68,72740,148 73,712 14,5
3 12545035 5570 3250,08274,9 3019,7
4125 4504565 68,23050,098 74,325 17,8
5 11542535 5569,3 3150,08774,5 2819,3
6115 4753555 64,8970,168 64,38 6,1
7 11547545 6565,7 1120,15467,9 97,7
8125 5003555 65,21090,157 67,29 7,5
9 12550045 6565,1 1030,16366,4 97,2
10115 4002055 65,31170,152 68,010 8,2
11 11540050 6565,7 1240,14668,7 108,7
12125 4502055 66,31290,137 69,811 9,2
13 12545050 6565 990,16565,5 86,9

Таким образом предложенный способ обеспечивает значительное повышение выхода НУ, получаемых из шелухи подсолнечника, и получение ПУ, обладающих высокой адсорбционной емкостью по нефти (примерно в 3,5-4 раза выше, чем прототипа), а также высокой плавучестью при насыщении нефтепродуктами (до 15 раз выше, чем у прототипа).

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ получения плавающего углеродного сорбента, включающий стадии сушки, карбонизации и охлаждения исходного материала из шелухи подсолнечника, осуществляемые в токе азота, отличающийся тем, что на сушку подают шелуху подсолнечника, необработанную модифицирующими веществами, сушку проводят при 115-125°C в течение 4-6 часов, непосредственно после сушки шелуху подвергают карбонизации при 400-500°C в течение 35-45 минут, а затем производят охлаждение в закрытом реакторе до температуры 55-65°C.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2527095

patent-2527095.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс B01J20/30 способы получения, регенерации или реактивации

Патенты РФ в классе B01J20/30:
способ получения углеродминерального сорбента -  патент 2529535 (27.09.2014)
способ получения сорбентов на основе zn(oh)2 и zns на носителе из целлюлозных волокон -  патент 2528696 (20.09.2014)
гуминово-глинистый стабилизатор эмульсии нефти в воде -  патент 2528651 (20.09.2014)
способ получения полимер-неорганических композитных сорбентов -  патент 2527217 (27.08.2014)
адсорбент для очистки газов от хлора и хлористого водорода и способ его приготовления -  патент 2527091 (27.08.2014)
способ получения сорбента для извлечения соединений ртути из водных растворов -  патент 2525416 (10.08.2014)
способ получения фильтрующей гранулированной загрузки производственно-технологических фильтров для очистки воды открытых источников водоснабжения -  патент 2524953 (10.08.2014)
способ получения адсорбирующего элемента -  патент 2524608 (27.07.2014)
способ получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода -  патент 2524607 (27.07.2014)
способ очистки сточных вод от тяжелых металлов методом адсорбции, фильтрующий материал (сорбент) и способ получения сорбента -  патент 2524111 (27.07.2014)

Класс B01J20/24 высокомолекулярные соединения естественного происхождения, например гуминовые кислоты или их производные

Патенты РФ в классе B01J20/24:
способ очистки водных растворов от эндотоксинов -  патент 2529221 (27.09.2014)
гуминово-глинистый стабилизатор эмульсии нефти в воде -  патент 2528651 (20.09.2014)
кремнегуминовый почвенный мелиорант -  патент 2524956 (10.08.2014)
способ получения реагента для очистки промышленных вод на основе торфа -  патент 2509060 (10.03.2014)
способ очистки сточных вод от фосфатов -  патент 2498942 (20.11.2013)
способ получения композиционного сорбента на основе карбоната и гидроксида магния -  патент 2498850 (20.11.2013)
способ извлечения серебра из сточных вод и технологических растворов -  патент 2497760 (10.11.2013)
способ очистки промышленных сточных вод от тяжелых металлов -  патент 2497759 (10.11.2013)
способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов -  патент 2495830 (20.10.2013)
способ получения углеродного сорбента из растительного сырья -  патент 2493907 (27.09.2013)

Наверх