СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВИРОВАННОГО ДРЕВЕСНОГО УГЛЯ
METHOD FOR PREPARATION OF ACTIVE CHARCOAL

Изобретение относится к сорбционной технике и может быть использовано для производства адсорбента в виде активированного древесного угля, применяемого, в частности, для адсорбирования из водной среды бензола.
Известен способ получения адсорбента в виде древесного угля из цельной древесины (Выгородов В.А. и др. Технология лесохимического производства, М., Лесная промышленность, 1987 г., с.310).
Древесный уголь, полученный из древесины твердых лиственных пород, обладает высокой адсорбционной способностью по отношению к бензолу, загрязняющему водные среды, а древесный уголь из древесины мягких лиственных пород адсорбирует бензол в тех же средах, но за длительный промежуток времени, исчисляемый десятками минут.
Недостатком известного способа является использование дорогого, остродефицитного сырья твердолиственных пород древесины, запасы которой при современных методах хозяйствования катастрофически уменьшаются.
Известен способ получения древесного активированного угля из твердолиственного сырья, преимущественно дуба (Бронзов О.В. и др. Получение, основные свойства и области применения древесного угля. «Лесная промышленность», М., 1979, с.107-108 - прототип). Активирование древесного угля, полученного пиролизом твердолиственной древесины, проводят водяным паром при температуре 850-900°C.
Недостатками известного способа являются высокая энергоемкость процесса активации, использование твердолиственного сырья, которое является дефицитным и дорогим.
Техническая задача изобретения - повышение эффективности способа получения активированного древесного угля на базе естественно возобновляемых, доступных и дешевых ресурсов, к которым относится древесина осины, способного быстро и качественно сорбировать бензол из водных сред при снижении энергоемкости процесса активирования, снижении трудозатрат и обеспечении химической активации угля, который не содержит токсичных продуктов и не требует нейтрализации.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе получения активированного древесного угля, включающем пиролиз древесины, измельчение полученного древесного угля, его активацию, сепарацию, промывку дистиллированной водой и сушку конечного продукта, - пиролизу подвергают древесину осины, процессы измельчения и сепарации проводят с отбором частиц с размером 0,2-2,0 мм, для активации используют пероксид водорода, при этом процесс активации одной массовой части отобранных частиц древесного угля проводят их выдерживанием в капсулах в присутствии 2,5 массовых частей 10%-ного раствора пероксида водорода при температуре 250-300°C в течение 5-10 минут при давлении 30-50 МПа.
Изобретение имеет следующие отличия от прототипа:
- пиролизу подвергают древесину осины;
- процессы измельчения и сепарации проводят с отбором частиц с размером 0,2-2,0 мм;
- для активации используют пероксид водорода, при этом процесс активации одной массовой части отобранных частиц древесного угля проводят их выдерживанием в капсулах в присутствии 2,5 массовых частей 10%-ного раствора пероксида водорода при температуре 250-300°C в течение 5-10 минут при давлении 30-50 МПа.
Это позволит повысить эффективность способа получения активированного древесного угля на базе естественно возобновляемых, доступных и дешевых ресурсов, к которым относится древесина осины, способного быстро и качественно сорбировать бензол из водных сред при снижении энергоемкости процесса активирования, снижении трудозатрат и обеспечении химической активации угля, который не содержит токсичных продуктов и не требует нейтрализации.
В просмотренном нами патентно-информационном фонде не обнаружено технических решений, содержащих указанные отличительные признаки, а также - совокупность указанных отличительных признаков.
Изобретение применимо и будет использовано в отрасли в 2008 г.
В таблице 1 представлены уровни концентрации бензола (промилле) в водном растворе при воздействии исследуемых углей для различных временных интервалов. Доза: 0,5 г исследуемого угля в 50 мл модельного раствора.
В таблице 2 представлена кинетика снижения концентрации бензола в модельном растворе.
Способ выполняли следующим образом.
ПРИМЕР.
Способ получения активированного древесного угля включает пиролиз древесины осины, измельчение полученного древесного угля, его активацию пероксидом водорода, сепарацию, промывку дистиллированной водой и сушку конечного продукта, причем процессы измельчения и сепарации проводят с отбором частиц с размером 0,2-2,0 мм, при этом процесс активации одной массовой части отобранных частиц древесного угля проводят их выдерживанием в капсулах в присутствии 2,5 массовых частей 10%-ного раствора пероксида водорода при температуре 250-300°C в течение 5-10 минут при давлении 30-50 МПа.
Адсорбционные свойства полученных образцов древесного угля изучались в Санкт-Петербургском Центре исследования и контроля воды на модельном водном растворе бензола. Исследования выполнены с использованием хроматографа Agilent 6850.
При проведении экспериментов для получения сравнительных показателей использовались угли из натуральной древесины осины (пример 1) и дуба (пример 2).
Результаты экспериментов представлены в таблице 1.
Качественная и количественная картина адсорбции бензола полученными по примерам образцами древесного угля очевидна из данных табл.1. Для оценки интенсивности процесса адсорбции различными образцами древесного угля введем коэффициент адсорбции К
нач
где К, Кi - соответственно начальная и текущая концентрация бензола в исследуемом модельном растворе.
Расчетные значения коэффициентов К сведены в таблице 2.
По результатам анализа данных таблиц 1 и 2 видно, что активированный уголь, полученный заявленным способом, поглощает 95% бензола в течение 5-10 минут и продолжает улучшать эти характеристики в последующее время (до 60 мин).
Таким образом, заявленное техническое решение позволяет повысить эффективность способа получения активированного древесного угля на базе естественно возобновляемых, доступных и дешевых ресурсов, к которым относится древесина осины, способного быстро и качественно сорбировать бензол из водных сред при снижении энергоемкости процесса активирования, снижении трудозатрат и обеспечении химической активации угля, который не содержит токсичных продуктов и не требует нейтрализации.
Эффект заявленного технического решения достигается при совокупности всех заявленных признаков.
Таблица 1
№ п/п
Образцы углей
Размер отобранных частиц древесного угля, мм
Соотношение частиц древесного угля и пероксида, мас. ч.
Температура активации, °С
Время активации, мин
Продолжительность очистки загрязненной воды, мин
Уровень концентрации бензола в водном растворе, промилле
1
2
3
4
5
6
7
8
1
Древесный уголь из натуральной осины
-
-
-
-
0
1,2
5
0,85
10
0.26
30
0,16
60
0,12
2
Древесный уголь из натурального дуба
-
-
-
-
0
1,1
5
0.04
10
0,025
30
0,02
60
0,009
3
Древесный уголь из осины, полученный заявленным способом
0,2
1:2,3
250
5
0
1,4
5
0,85
10
0,02
30
0,02
60
0,01
Продолжение таблицы 1
1
2
3
4
5
6
7
8
1,0
1:2,4
275
7
0
1,4
5
0,83
10
0,02
30
0,02
60
0,01
2,0
1:2,5
300
10
0
1,4
5
0,8
10
0,02
30
0,02
60
0,01
Таблица 2
N п/п
Образцы углей
Продолжительность контакта, мин
0
5
10
30
60
1
Древесный уголь из натуральной осины
1,0
1.5
4,5
7,5
10.0
2
Древесный уголь из натурального дуба
1,0
27,5
44.0
55,0
122,2
3
Древесный уголь из осины, полученный заявленным способом
1,0
17,5
70,0
77,7
140,0