СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРРОМАГНИТНОГО УГЛЕРОДНОГО АДСОРБЕНТА
METHOD OF PRODUCING FERROMAGNETIC CARBON ADSORBENT

Изобретение относится к способам получения ферромагнитных углеродных адсорбентов и может быть использовано в сорбционных процессах очистки промышленных сточных вод, при ликвидации нефтяных загрязнений и для селективного извлечения благородных металлов из растворов.
2
4
2
Большинство способов получения магнитных сорбентов основаны на пропитке солями металлов готовых активированных углей. Так, способ приготовления магнитного углеродного композиционного материала для очистки воды заключается в предварительной обработке активированного угля азотной кислотой в соотношении 1:0,63, отмывке, сушке и последующей пропитки его водным раствором перманганата калия и хлорида железа. Смесь далее обрабатывают ультразвуком и подвергают термообработке до 500-800°С. В результате получают магнитный углеродный композиционный материал, содержащий 23% MnFeO с удельной поверхностью 720 м/г (CN 101502789, опубл. 12.08.2009).
К недостаткам следует отнести сложность способа, включающего предварительную обработку дорогостоящего активированного угля азотной кислотой, ультразвуком и относительно невысокую удельную поверхность конечного продукта.
Известен способ получения сорбента, включающий пропитку гранул активного угля раствором хлорного железа при массовом соотношении металла и активного угля 1:4-12 и термообработку при 140°С в печи кипящего слоя. Полученный сорбент имеет сорбционную активность по золоту 25 мг/г и по серебру 18 мг/г (RU 2023660, опубл. 30.11.1994).
Данный способ предназначен только для извлечения золота и серебра из цианидных растворов с исходной концентрацией 10 мг/л. К недостаткам следует отнести трудность извлечения порошкообразного сорбента из золотосодержащих руд, что обусловлено отсутствием магнитных свойств сорбента. Кроме того, в качестве сырья использован промышленный активный уголь.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и назначению является способ получения ферромагнитного адсорбента на основе древесных опилок путем обработки их раствором соли железа при соотношении твердой и жидкой фазы 1:5-15 с последующим вакуумированием и пиролизом в инертной атмосфере при ступенчатом повышении температуры через каждые 50-100°С до 800°С с выдержкой на каждой ступени в течение 0,5-4 часа. Продукт, полученный при температуре пиролиза 500°С, имеет адсорбционную емкость по йоду 41 г/г, магнитную индукцию насыщения 500 Гс, остаточную магнитную индукцию 55 Гс и коэрцитивную силу 120 Э (SU 715458, опубл. 15.02.1980).
К недостаткам данного способа следует отнести сложность изготовления магнитного адсорбента (вакуумирование, ступенчатое повышение температуры), а также низкие адсорбционные характеристики целевого продукта.
Задачей изобретения является создание простого способа получения ферромагнитного углеродного адсорбента с высокими адсорбционными характеристиками.
Технический результат изобретения заключается в упрощении способа получения ферромагнитного углеродного адсорбента, а также в повышении его адсорбционных характеристик при сохранении магнитных свойств.
Технический результат достигается тем, что в способе получения ферромагнитного углеродного адсорбента из лигноцеллюлозного сырья, например древесных опилок, включающем обработку сырья раствором соли железа, сушку и карбонизацию в токе инертного газа в интервале температур 400-800°С с выдержкой при конечной температуре 30 минут, согласно изобретению, древесные опилки обрабатывают 10% водным раствором хлорида железа (III) и 10% водным раствором хлорида цинка при массовом соотношении древесина:хлорид железа:хлорид цинка, равном 1:0,5:0,5 соответственно, смесь перемешивают 15 мин, затем сушат при температуре 105°С до постоянного веса и карбонизуют при линейном подъеме температуры со скоростью 10°С/мин, далее продукт отмывают горячей водой при 60°С, отфильтровывают, после чего промывают водой до нейтральной среды и сушат до постоянного веса.
3
2
0,35
0,65
2
4
2
2
В отличие от прототипа в предлагаемом изобретении проводят двойное модифицирование углеродсодержащего сырья: хлоридом железа (III) и хлоридом цинка. Благодаря обработке древесного сырья 10% водными растворами хлорида железа (III) и хлорида цинка при массовом соотношении древесина:FeCl:ZnCl, равном 1:0,5:0,5, получен ферромагнитный углеродный адсорбент с высокой удельной поверхностью 1350 м/г. Углеродный адсорбент, полученный пропиткой древесного сырья хлоридом железа в условиях идентичных прототипу, имеет удельную поверхность 469,5 м/г. Ферромагнитная фаза в полученном сорбенте представляет собой комплексное соединение (ZnFe)FeO, близкое по структурным параметрам и свойствам к магнетиту.
Способ подтверждается конкретными примерами
3
2
3
2
Пример 1. 30 г воздушно-сухих опилок древесины березы фракции 0,5-1,0 мм смешивают с 10% раствором хлорида железа (III). Затем в смесь добавляют 10% водный раствор хлорида цинка. Массовое соотношение древесина:FeCl:ZnCl составляет 1:0,5:0,5. Полученную смесь перемешивают 15 мин и высушивают при температуре 105°С до постоянного веса. Далее смесь карбонизуют в токе аргона (130 см/мин) при линейном подъеме температуры 10°С/мин до температуры 400°С с выдержкой при конечной температуре 30 минут. После охлаждения в среде инертного газа образец выгружают и промывают горячей водой при температуре 60°С. Далее продукт отфильтровывают и снова промывают водой до нейтральной реакции промывных вод. Отфильтрованный остаток высушивают при 105°С до постоянного веса. Выход адсорбента составляет 28,7 масс.%. Полученный адсорбент имеет удельную поверхность - 1350 м/г, сорбционную емкость по йоду - 171 г/г. Полученный магнитный сорбент обладает следующими магнитными свойствами: коэрцитивная сила - 70 Э, остаточная магнитная индукция - 0,8 Гс. Сорбционная емкость сорбента из хлоридных растворов составляет для золота - 84 мг/г, платины - 30 мг/г и палладия - 36 мг/г.
2
Пример 2. Способ проводят аналогично примеру 1, но температура карбонизации - 800°С. Выход сорбента - 22,5%. Полученный адсорбент имеет удельную поверхность - 1062 м/г, сорбционную емкость по йоду - 160 г/г. Полученный магнитный сорбент обладает следующими магнитными свойствами: коэрцитивная сила - 105 Э, остаточная магнитная индукция - 5,0 Гс. Сорбционная емкость сорбента из хлоридных растворов составляет для золота - 56 мг/г, платины - 49 мг/г и палладия - 41 мг/г.
3
2
Пример 3 (в условиях, идентичных прототипу). 30 г воздушно-сухих опилок древесины березы фракции 0,5-1,0 мм смешивают с 10% водным раствором хлорида железа при массовом соотношении древесина:FeCl, равном 1:1. Температура карбонизации - 400°С. Полученный сорбент имеет удельную поверхность - 469,5 м/г.
Предлагаемые примеры показывают, что модификация древесины только хлоридом железом дает малую удельную поверхность адсорбента, двойное же модифицирование древесных опилок хлоридом железа (III) и хлоридом цинка позволяет существенно увеличить адсорбционные характеристики целевого продукта.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить ферромагнитный адсорбент с высокими адсорбционными характеристиками, благодаря которым можно проводить эффективную сорбцию благородных металлов из растворов, очищать промышленные сточные воды, использовать при ликвидации нефтяных загрязнений. Преимуществами предлагаемого способа являются: доступность сырья, простота реализации, сочетающаяся с возможностью использования магнитной сепарации при отделении адсорбента из раствора.