СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АДСОРБЦИОННО-АКТИВНОГО УГЛЕРОДНОГО ПРОДУКТА ИЗ ТЕКСТОЛИТА
METHOD OF PRODUCING ADSORPTION-ACTIVATED CARBON PRODUCT FROM TEXOLITE

Изобретение относится к области сорбционной техники, в частности к способам получения адсорбционно-активных углеродных продуктов с требуемыми геометрическими характеристиками, используемых в конструкциях различных приборов для поглощения и дозирования микропримесей.
Известен способ получения активного угля из текстолита путем его карбонизации, дробления и парогазовой активации (см. пат. РФ №2221745, кл. С01В 31/08, опубл. 20.01.2004 г.).
Недостатком известного способа является невозможность по заявленной технологии получить адсорбционно-активный продукт заданной формы и линейных размеров.
Прототипом изобретения может служить способ получения активного угля из полимерного сырья-текстолита (РФ, з. №2009133964 от 11.09.2009, кл. С01В 31/08, с положительным решением) путем его карбонизации со скоростью подъема температуры 5-10°С/ч, дробления карбонизованных пластин, обезлетучивания дробленого продукта при 720-760°С и активации водяным паром при 850-900°С до обгара 45-55%. Недостатком данного способа является его многостадийность, небольшая скорость подъема температуры при карбонизации, снижающая технико-экономические показатели процесса. Кроме того, недостатком данного способа является невозможность получения адсорбционно-активных продуктов заданной формы и размеров, что необходимо, например, при создании устройств для поглощения и дозирования микропримесей в газовую фазу.
Задача изобретения состоит в создании адсорбционно-активных продуктов заданной формы и размеров при высоких технико-экономических показателях процесса.
Техническим результатом является высокая адсорбционная емкость получаемых фигурных продуктов ввиду их развитой микро- и мезопористости и снижение энергетических затрат при их изготовлении.
3
Указанный технический результат достигается с помощью предлагаемого способа, заключающегося в том, что берут продукт требуемой формы, изготовленный из текстолита с учетом коэффициента усадки при термообработке, и засыпают его активным углем с размером частиц 0,5-1,5 мм, затем осуществляют карбонизацию путем нагревания до температуры 850-870°С в среде углекислого газа со скоростью подъема температуры 4-12°С/мин, с выдержкой при конечной температуре 25-35 минут, а активацию проводят водяным паром при температуре 820-840°С до развития предельного сорбционного объема пор 0,25-0,50 см/г.
Предварительно изготавливают из текстолита продукт заданной формы и размеров с учетом его усадки в процессе дальнейшей карбонизации за счет выделения летучих веществ и протекания процессов графитизации при повышенных температурах. Для этого из текстолита вырезают небольшие пластинки размером 5×15×30 мм и проводят их карбонизацию в реторте в среде диоксида углерода до 850-870°С со скоростью подъема температуры 4-12°С в минуту. После карбонизации замеряют линейные размеры пластин для определения коэффициента усадки К, равного отношению начальных размеров пластин к их размерам после карбонизации. С учетом этого коэффициента (К≈1,29) изготавливают фигурный текстолитовый продукт для дальнейшей термообработки.
Предлагаемый способ получения фигурного адсорбционно-активного углеродного продукта из текстолита осуществляется следующем образом. Предварительно изготовленный фигурный текстолитовый продукт помещают в стальную реторту и засыпают активным углем с размером частиц 0,5-1,5 мм с целью равномерного подвода тепла к поверхности термообрабатываемых продуктов. При размере частиц менее 0,5 мм теплопроводность слоя засыпки снижается, что приводит к существенному перепаду температуры по объему реторты. При использовании частиц размером более 1,5 мм площадь контакта частиц с продуктом снижается и не обеспечивается равномерность подвода тепла к его поверхности. Последующую карбонизацию проводят в среде диоксида углерода в шахтной электропечи при тех же условиях, что и карбонизацию текстолитовых пластин - конечная температура карбонизации 850-870°С, скорость подъема температуры 4-12°С в минуту. Опытным путем установлено, что при скорости подъема температуры более 12°С в минуту ввиду резкого выделения летучих веществ (до 60 мас.%) при 450-550°С происходит «коробление» и растрескивание продукта. При скоростях подъема температуры менее 4°С в минуту возрастает глубина процесса графитизации структуры с образованием крупных плохо активируемых кристаллитов углерода. Кроме того, превышение конечной температуры карбонизации более 870°С и увеличение времени выдержки при конечной температуре более 35 минут также приводит к графитизации продукта, что снижает его реакционную способность при дальнейшем активировании. Снижение конечной температуры карбонизации продукта до менее 850°С и выдержки при конечной температуре до менее 25 минут не обеспечивает полного удаления летучих веществ и завершения процесса усадки продукта в результате формирования пакетов углеродных сеток циклически полимеризованного углерода.
После окончания процесса карбонизации в той же реторте проводят активацию продукта водяным паром при температурах 820-840°С, не превышающих конечную температуру карбонизации, для недопущения дальнейшей усадки продукта. Кроме того, при высоких температурах активации (более 840°С) ввиду возрастания скорости реакции процесс смещается из кинетической в диффузионную область и помимо внутреннего обгара происходит поверхностный обгар продукта, что также приводит к изменению его линейных размеров.
При температурах активации менее 820°С резко снижается скорость взаимодействия водяного пара с углем по реакции:
2
2
2
С+2НO=СO+2Н, что приводит к значительному увеличению времени активирования.
s
s
3
Активирование продукта при 820-840°С проводят до развития суммарного объема сорбирующих микро- и мезопор W=0.25-0.50 см/г, определяемого эксикаторным методом по адсорбции паров бензола при относительном давлении паров P/P=l.
s
s
3
3
При развитии сорбционного объема W менее 0,25 см/г формируется тонкопористая структура микропор, характеризующихся высокой удерживающей способностью адсорбированных паров, что затрудняет их дальнейшее дозирование за счет десорбции в газовый поток. При значениях сорбционного объема W больших 0,5 см/г прочностные свойства продукта резко снижаются и не соответствуют предъявляемым требованиям к их использованию в конструкционных изделиях.
s
3
ПРИМЕР 1. Для получения адсорбционно-активного углеродного продукта заданной формы и размеров используют листовой текстолит по ГОСТ 2910-74. С учетом коэффициента усадки при термообработке К=1,29 изготавливается продукт, в 1,29 раза больший по размерам, чем требуемые адсорбционно-активные углеродные продукты. Текстолитовый продукт помещают в металлическую реторту и засыпают активным углем с размером частиц 0,5-1,5 мм. Реторту помещают в шахтную печь и нагревают продукт в среде диоксида углерода до 850°С со скоростью подъема температуры 4°С в минуту и выдерживают при конечной температуре в течение 25 минут. Активацию продукта проводят в той же реторте при 820°С парами воды в течение двух часов. После остывания реторты углеродные изделия отсеивают от пыли и определяют их адсорбционные свойства. Значение их предельного сорбционного объема W=0,31 см/г.
s
3
ПРИМЕР 2. Способ осуществляется аналогично ПРИМЕРУ 1 за исключением того, что карбонизацию проводят до конечной температуры 870°С при скорости подъема температуры 12°С в минуту и выдержке при конечной температуре - 35 мин, а активацию осуществляют при температуре 840°С. Значение предельного сорбционного объема W полученного адсорбционно-активного углеродного продукта составило 0,47 см/г.
Таким образом, предлагаемый технологический режим обработки текстолита обеспечивает оптимальные условия получения бездефектного адсорбционно-активного углеродного продукта заданной формы и размеров, необходимого, например, при создании устройств для поглощения и дозирования микропримесей в газовую среду.
Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на решение поставленной задачи, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.