УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО АДСОРБЕНТА ИЗ ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИТА

Предложение относится к техническим средствам для получения углеродного адсорбента из полимерного композита.
В настоящее время известны установки для получения углеродных адсорбентов, основанные на использования различных способов карбонизации лигнинных соединений. [Н.И. Богданович, С.А. Цаплина, Л.Н. Кузнецова, Г.В. Добеле. // Лесн. журн. 1996. №6. С. 101-110; Т.Г. Шендрик, В.В. Симонова, В.А. Кучеренко, Л.В. Пащенко, Т.В. Хабарова. // Хим. тв. топлива. 2007. №1. С. 44-50; D.P. Vargas, L. Giraldo. J.C. Moreno-Pirajan. // Thermochim. Acta. 2015. V. 611. p. 20-25].
Существенным недостатком упомянутых установок является использование в качестве объекта карбонизации соединений лигнина различных генераций без участия синтетических полимеров и в частности полиакрилонитрила.
Наиболее близким по сущности и частично достигнутому результату является разработка и использование установки для получения композитных волокон на основе крафт-лигнина в смеси с полипропиленом или полиэтилентерефталатом, включающей применение спининг-аппарата при механическом взаимодействии исходных компонентов и термической экструзии образующегося композита с образованием волокнистого материала. [S. Kubo, J.F. Kadla. // J. Polymer Environ. 2005. V. 13 N2. P. 97-105].
Существенными и очевидными недостатками указанного прототипа являются то, что устройство основано на использовании крафт-лигнина, обогащенного побочными продуктами термогидролитической переработки древесной массы и содержащими ряд токсичных соединений, дезактивация которых требует дополнительных затрат. Процесс по прототипу усложнен специфическими особенностями фильерного узла, связанными с соблюдением безкислородной технологии спиннинг-образования волоконной продукции. Не менее-сложной задачей является обеспечение необходимой прочности и термостабильности композитных волокон с учетом соответствующих параметров исходных синтетических полимеров.
Технической задачей и положительным результатом заявляемого устройства является улучшение условий процесса получения адсорбента при более эффективной активации и карбонизации прекурсора.
Устройство для получения углеродного адсорбента содержит камеру обработки исходного материала, бункер приема получаемого материала. При этом камера выполнена в виде пиролизера, оснащенного трубчатой печью с программным блоком контроля температуры, полость пиролизера соединена магистралью с камерой выработки перегретого водяного пара, сообщенной с источником сжатого инертного газа.
Устройство характеризуется тем, что камера выработки перегретого водяного пара оснащена терморубашкой, соединенной с программным блоком контроля температуры.
Устройство характеризуется также тем, что бункер приема получаемого материала соединен с источником сжатого инертного газа.
В устройстве приема получаемого материала бункер соединен линией связи с прибором контроля состава получаемого адсорбента.
Такая принципиальная конструктивная схема устройства для получения углеродного адсорбента позволяет использовать отходы деревообрабатывающих комбинатов, в особенности - гидролизный лигнин и получать на его основе полезный продукт для использования в различных технологических процессах, где требуется эффективная очистка различных жидких фаз.
Углеродный адсорбент, полученный на основе композитного материала: гидролизный лигнин - полиакрилонитрил обладает широким спектром дисперсности и сильно развитой удельной поверхностью, что позволяет вести экономный расход адсорбента при очистке жидких сред.
Устройство для получения углеродного адсорбента содержит камеру обработки исходного материала, выполненную в виде пиролизера 1, оснащенного трубчатой печью 2; имеет также камеру 3 выработки перегретого водяного пара, оснащенную терморубашкой 4. Трубчатая печь 2 и терморубашка 4 соединены с программным блоком 5 контроля температуры (нагрева и остывания). Устройство содержит источник сжатого инертного газа 6, а также - барботажную камеру 7. При этом источник инертного газа соединен магистралью 8 с полостью камеры 3, которая, в свою очередь, соединена магистралью 9 с полостью пиролизера 1, а его полость соединена магистралью 10 с барботажной камерой 7, имеющей патрубок 11 для удаления из нее парогазовых фаз. Для контроля состава этого газа патрубок имеет отвод в газовый хроматограф 12, используемый в качестве прибора для контроля состава отводимой парогазовой фазы.
Полость пиролизера 1 шнековым патрубком 13 сообщена с бункером 14 приема получаемого материала, соединенного своей полостью магистралью 15 с источником сжатого инертного газа 6 расходный патрубок 16 бункера имеет отвод линии связи с прибором 17 контроля состава полученного адсорбента.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Полость пиролизера 1 заполняют полимерным композитом, в качестве которого используют продукт реакции гидролизного лигнина с полиакрилонитрилом; камеру 3 заполняют водой, а барботажную камеру 7 заполняют водой с добавлением в нее мелкодисперсного глиняного порошка (около 5%) по весу.
-1
С помощью программного блока 5 подают электроэнергию для питания трубчатой печи 2 и терморубашки 4. В камеру 3 подают сжатый инертный газ (преимущественно Ar) из его источника 6 (например, - стандартного баллона). Образующийся пар вместе с газом падают по магистрали 9 в пиролизер 1 для обработки полимерного композита, прогреваемого печью 2 с линейной скоростью 20 град·мин; осуществляют температурные выдержки в пределах температур 20-800°C. Образующиеся в пиролизере газы вместе с подаваемой в него парогазовой смесью попадают в барботажную камеру 7, очищаются от аэрозолей и отводятся из устройства патрубком 11, экспресс-анализ отводимых газовых фаз ведут газовым хроматографом 12.
Полученный углеродный адсорбент накапливают в бункере 14, куда вводят инертный газ от баллона 6 для предупреждения окислительных процессов при его хранении (до использования). Качество адсорбента контролируют с помощью прибора 17 анализа его состава, в качестве которого используют ионообменный хроматограф с ультрафиолетовыми и инфракрасными детекторами.
2
-1
Эффективность данного устройства определена по результатам его испытаний и опытной проверки, которые выявили возможность получать углеродный адсорбент из волокнистого прекурсора на основе композитного материала гидролизный лигнин - полиакрилонитрил с широким спектром полидиспертности от микро - до макропор с радиусом 2-300 нм. В зависимости от условий карбонизации удельная поверхность углеродных адсорбентов колеблется от 20 до 500 м·г. Выход углеродного адсорбента относительно исходного прекурсора составляет 35-42%. Экологическая безопасность процесса обеспечивается отсутствием токсичных выбросов при пиролизе использованного композита и постоянном контроле за качеством продукции.