Изобретение относится к способам получения адсорбентов из растительного сырья – дробленой скорлупы урюка. Адсорбенты могут быть использованы в промышленности химической технологии, водоподготовки и для решения экологических задач благодаря бифункциональности сорбента.
Известен способ получения углеродного материала из фруктовых косточек или скорлупы орехов [1], включающий предварительную обработку фруктовых косточек или скорлупы орехов, в том числе раствором щелочи или кислоты, карбонизация, термообработка, активация с получением углеродного носителя и его модификации. Процесс карбонизации осуществляют путем пиролиза при температуре 260-900°C в течение 0,5-120 ч, а активацию ведут в токе водяного пара или топочных газов при температуре 700-900°C.
Известен способ получения активного угля из скорлупы кедрового ореха [2], включающий в себя термическую обработку при температуре 750-850°C и активация водяным паром.
Недостатками данного способа являются недостаточно высокая сорбционная емкость и механическая прочность, а также получаемые по этому способу сорбенты, не обладают достаточной биосовместимости.
Известен способ получения углеродного сорбента [3], включающий карбонизация косточкового сырья при температуре 750°C, активация смеси водяного пара с углекислым газом при температуре 900-1000°C и отмывка магнитной сепарации.
Однако недостаток данного способа является низкая поглотительная способность получаемого продукта, которая обусловлена недостаточным развитием поверхности сорбента.
Известен способ получения активного угля из скорлупы кедрового ореха [4]. В данном техническом решении процесс пиролиза и активации проводят одновременно в атмосфере водяного пара при температуре 600-700°C в течении 1-3 часа. В данном случае недостатком является то, что этот способ предназначен для обработки сырья из скорлупы кедрового ореха и выход готового продукта, низкий (до 30%).
Известен также способ получения сорбента [5], заключающийся в прокаливание скорлупы кедрового ореха в воздухе при температуре 290-300°C до получения углеродного материала последующей обработки с азотной кислоты или перекисью водорода.
Недостатком этого способа является то, что оно предназначена для обработки сырья из скорлупы кедрового ореха и обработка многостадийна также, недостаточно эффективность сорбции по меди.
Наиболее близким по своим признакам и по исходному сырью является способ получения сорбента, включающий дробление фруктовых косточек или скорлупы орехов, в том числе грецких, пропитка с раствором хлорида цинка, карбонизация в атмосфере азота при температуре 800°C, активация углекислым газом при температуре 800оС и рассев готового продукта.
Недостатками этого способа является сложное аппаратурное оформление, низкий выход и узкая направленность использования готового продукта.
Целью изобретения является создание способа получения сорбента из скорлупы урюка с двойным назначением (катионообменник и анионообменник).
Указанная цель достигается следующим образом. Дробленую скорлупу урюка, обрабатывают раствором хлорида калия, также подвергают пиролизу и активацию водяным паром под давлением 0,2 МПа при температуре 140оС. Причем карбонизация осуществляются при разных температурах в течение 20-30 мин. Карбонизация сырье проводится в безвоздушном пространстве при высокой температуре 400 и 800оС.
Оптимальные результаты могут быть получены при пиролизе скорлупы урюка, содержащей раствор 1М КСl и размер частицы +1 мм до -2 мм.
Получаемый эффект в данном случае обусловлен следующими причинами. Обработка исходной скорлупы урюка, содержащей кроме водонерастворимых веществ (целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнина и других), 14-17%-й водорастворимых пектиновых веществ и раствора хлорида калия предполагает, как минимум, два положительных момента. Во-первых, при этом процессе идет подготовка структуры исходной скорлупы для протекания бездефектного пиролиза, за счет удаления (вымывания) части водорастворимых веществ и образования пористого материала; во-вторых, идет процесс пропитки водонерастворимого (целлюлозного) каркаса скорлупы с хлоридом калия, что повышает эффективность процесса газификации углерода при активировании.
Пропитанные скорлупы урюка подвергаются карбонизации при температуре 400оС и 800оС. В результате карбонизации наблюдается убыль массы от 50% до 70%, соответственно.
Выбор температуры обжига зависит от характера назначения и получения активного угля (АУ). Обработанные скорлупы урюка при 400оС, ведут себя как катионообменник (фиг. 1а), а обработанные при 800оС, как анионообменник (фиг. 1 б).
Это может быть связано с тем, что реальные «положительные» АУ имеют на своей поверхности, как группы основного характера, так и кислотных групп. Поэтому АУ имеет бифункциональный характер. Они проявляют себя в растворах электролитов как катионообменные, так, и анионообменные свойства.
Полученный уголь (карбонизат) на данной стадии является плохим адсорбентом потому что, на ней поры очень малы. Предполагается, что для активации сорбента и обработки угля с помощью перегретого водяного пара под давлением 0,2 МПа при температуре 140оС ведет к изменению некоторых свойств АУ.
Технологической процесс синтеза АУ включает в себя несколько стадий (фиг.2). Из фиг. 2 видно, что начальным процессом получения сорбента является механическая переработка (предварительное измельчение) скорлупы урюка до нужных размеров, потому что, активация углей больших размеровлоэффективно. При этом, размер фракции скорлупы урюка должно быть от 1 мм до 2 мм.
П р и м е р 1. Сырьем при осуществлении заявляемого способа является дробленая скорлупа урюка, которая предварительно пропитана 1М раствором КCl и высушена до содержания влаги до 10-15%. Карбонизация проводилась с помощью муфельной печи при температуре 400оС (выгрузка карбонизата) в течении до 30 мин. Активирование полученного карбонизата подвергается действию водяного пара под давлением 0,2 МПа, при температуре 140оС в течение 30 мин.
П р и м е р 2. Сырьем для получения заявляемого способа является дробленая скорлупа урюка, предварительно пропитанная 1М раствором КCl и высушенная с содержанием влаги до 10-15%. Карбонизация проводилось с помощью муфельной печи при температуры 800оС (выгрузка карбонизата) в течение 20 мин. Активирование полученного карбонизата проводят водяным паром под давлением 0,2 МПа при температуры 140оС в течение 30 мин.
Таким образом, преимуществом данного способа является то что, полученный АУ способен извлекать тяжелые металлы в загрязненных водах в виде положительного заряженного катиона и отрицательного заряженного аниона. Тем самым, использованная вода в производстве освобождается от загрязнителей (очистка воды) катионитов и анионитов тяжелых металлов.
Также, преимуществом способа получения АУ является низкая себестоимость сырья для подготовки АУ. Во-первых косточки скорлупы урюка является самым дешевым отходом среди населения используется как горючее для отопления домов; во-вторых способ получения (измельчение, карбонизация, активация и пропитка) по дороговизне является дешевым и не очень трудоемким процессом.
