способ получения активного угля для защиты сельскохозяйственных культур от остатков пестицидов в почве

Формула изобретения

1. Способ получения активного угля, включающий смешение измельченного каменноугольного сырья со связующим, гранулирование смеси, подсушку гранул, их карбонизацию и активацию при 850-950°С, отличающийся тем, что карбонизацию ведут со скоростью подъема температуры 10-19 град./мин до 550-650°С, а затем со скоростью подъема температуры 4-8 град./мин до 800-850°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что гранулы после активации подвергают дроблению или размолу.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения активных углей, предназначенных для детоксикации почв от остатков пестицидов, и может быть использовано в сорбционной технике, а также процессах охраны окружающей среды.

Пестициды широко применяются в сельском хозяйстве для защиты культурных растений и после применения должны разлагаться в регламентные сроки. Тем не менее их остатки все же накапливаются в почве, снижая урожайность возделываемых в севооборотах культур. Очистку почв от остатков пестицидов осуществляют с помощью активных углей сельскохозяйственного назначения.

Известен способ получения активного угля сельскохозяйственного назначения путем грануляции углеродсодержащего сырья со связующим, сушки гранул их карбонизации и активации с последующим дроблением до размеров частиц 0,5-1,0 мм при этом насыпная плотность угля составляет 450-650 г/дм³ (см. СССР а.с. N 1771638, кл. A 01 N 25/32, C 09 K 17/00, A 01 B 79/02, опубл. 25.09.90 г. ).

Недостатком данного способа является низкий выход готового продукта (30-40%) и сложность его внесения в почву.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения активного угля, включающий смешение измельченного углеродсодержащего материала со связующим, гранулирование смеси, подсушку гранул, карбонизацию гранул при 500^oC и их активацию при 850-950^oC сначала до обгара 20-40 мас.%, а затем повторную активацию при той же температуре до обгара 42-70 мас.% (см. пат. ФР N 2086504, кл. C 01 B 31/08, опубл. 10.08.97 г.).

Недостатком указанного способа является низкая эффективность такого адсорбента по детоксикации почв от остатков пестицидов.

Целью изобретения является повышение эффективности активного угля по детоксикации почв от остатков пестицидов.

Цель изобретения достигается предложенным способом, включающим смешение измельченного углеродсодержащего каменноугольного сырья со связующим, гранулирование смеси, подсушку гранул, карбонизацию и активацию.

Отличие предложенного способа от известного заключается в том, что карбонизацию подсушенных гранул ведут со скоростью подъема температуры 10-19 град. /мин до 550-650^oC, а затем со скоростью подъема температуры 4-8 град. /мин до 800-850^oC. Полученные активные гранулы перед применением могут подвергаться дроблению или размолу.

Способ осуществляют следующим образом. Берут измельченный (< 90 мкм) каменный уголь, каменноугольный полукокс или их смесь и смешивают его со связующим (каменноугольной или лесохимической смолой ); полученную пасту гранулируют на шнековом прессе при 60-80^oC и 90-120 атм через фильеры диаметром 1,0-3,6 мм. Сырые гранулы подсушивают на воздухе в течение 20-40 мин, после чего направляют на карбонизацию. Карбонизацию осуществляют во вращающейся электропечи без доступа воздуха при 550-650^oC со скоростью подъема температуры 10-19 град. /мин до содержания летучих веществ 8-11% (масс.). Затем проводят вторую стадию карбонизации при температуре 800-850^oC со скоростью подъема температуры 4-8 град./мин до содержания летучих веществ 2-3% (масс.).

Активацию ведут во вращающейся или шахтной печи при 850-950^oC водяным паром из расчета 5-10 кг пара на 1 кг активного угля до обгара 50-70% (масс. ), что соответствует развитию суммарного объема пор не менее 0,8 см³/г. Выгруженные из печи активации гранулы охлаждают и затаривают.

В случае необходимости активные гранулы могут быть подвергнуты дроблению до размера частиц (0,2-1,0 мм) или размолу до порошкообразного состояния (< 100 мкм), что обеспечивает их более эффективное внесение в почву серийной сельскохозяйственной техникой.

Оценку эффективности активного угля по защите сельскохозяйственных культур от остатков пестицидов осуществляют в вегетационных опытах. Загрязненную тем или иным пестицидом почву помещают в вегетационный сосуд, куда вносится активный уголь из расчета 50-200 кг/га, после чего высевается тест-культура (томат, редис, свекла, огурец и др.). В качестве контроля служит почва не загрязненная пестицидом. Сосуды помещают в камеру искусственного климата и ведут вегетационный опыт в течение 30 суток. После чего срезают зеленую массу и производят ее взвешивание. Эффективность активного угля по детоксикации почв определяют по формуле Э_ф = М/М_к 100%, где М - масса наземных органов растений, г; М_к - масса наземных органов растений в контрольном опыте (почва без пестицидов), г; Э_ф - эффективность детоксикации почвы, %.

При проведении исследований но оценке качества полученных активных углей для защиты сельскохозяйственных культур в качестве пестицида использовали гербицид хлорсульфурон, которым загрязняли почву в вегетационных сосудах в дозе 0,4 г/га.

Пример 1. Берут 6,0 кг измельченного каменного угля марки СС (ГОСТ 10355-76) и смешивают его с 2,6 кг лесохимической смолы (ТУ-13-4000-77-160-84) и 0,4 кг воды, в лопастном смесители при 30-50^oC в течение 10-15 мин. Полученную угольно-смоляную пасту гранулируют на шнековом прессе при 60-80^oC и давлении 90 атм через фильеры с диаметром отверстий 1,8 мм.

Полученные сырые гранулы подсушивают на воздухе в течение 20-40 мин и затем карбонизуют со скоростью подъема температуры 10 град./мин при 550^oC с выдержкой при конечной температуре 20-30 мин. Затем осуществляют высокотемпературную карбонизацию со скоростью 4 град./мин при 800^oC с выдержкой при конечной температуре 15-20 мин. Активацию проводят перегретым водяным паром при расходе 5-10 кг пара на 1 кг активного угля. Активацию прекращают по достижении суммарного объема пор, определяемого по ГОСТ 17219-71, равным 0,80-0,85 см³/г. Гранулы выгружают из печи активации и охлаждают.

Для проведения исследований по детоксикации почв активный уголь применяют в гранулированном, дробленом или порошкообразном виде, внося его в почву в дозе 50 кг/га. В качестве тест-растений использовали томаты и свеклу, эффективность детоксикации почвы по которым составила соответственно 92% и 37%.

Пример 2. Проведение процесса как в примере 1, за исключением того, что в качестве углеродсодержащего сырья использовали шихту, содержащую 3,0 кг (50%) каменного угля марки СС (ГОСТ 10355-76) и 3,0 кг (50%) каменноугольного полукокса (ГОСТ 6442-74), которые измельчались совместно с шаровой мельнице; карбонизацию вели со скоростью подъема температуры 25 град./мин до 650^oC и затем со скоростью подъема температуры 8 град./мин до 850^oC. Эффективность детоксикации почвы составила по томатам - 93%, по свекле - 36%.

Пример 3. Проведение процесса как в примере 1, за исключением того, что карбонизацию вели со скоростью подъема температуры 18 град./мин до 600^oC, а затем со скоростью подъема температуры 5 град./мин до 850^oC. Эффективность детоксикации почвы составила по томатам - 96%, по свекле 44%.

Эффективность детоксикации почвы от хлорсульфурона (0,4 г/га) при той же дозе внесения активного угля в виде дробленых частиц, изготовленного по прототипу (пат. РФ N 2086504) составила по томатам - 80%, а по свекле - 22%.

Следовательно, предлагаемый способ позволяет повысить эффективность детоксикации почвы в случае томатов на 12-16%, а в случае свеклы - на 14-22%. Очевидно, оптимизация режимов карбонизации активного угля для защиты с/х от остатков пестицидов в почве позволяет сформировать микропористую структуру с хорошо развитым объемом тонких микропор 0,4-0,8 нм, которые эффективно поглощают из почвы не только сам хлорсульфурон, но и продукты его деструкции. Это позволяет достичь более глубокой степени детоксикации почвы и значит получить большее развитие зеленой массы растений, а следовательно, и больший урожай.

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.