RU2621785C9

RU2621785C9 - Method of producing active carbon from straw

Info

Publication number: RU2621785C9
Application number: RU2016121208A
Authority: RU
Inventors: Андрей Владимирович Тарасов; Виктор Михайлович Мухин; Эдуард Измайлович Гедгагов; Надежда Леонидовна Воропаева
Priority date: 2016-05-30
Filing date: 2016-05-30
Publication date: 2017-07-19
Also published as: RU2621785C1

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: method of producing active coal from flax straw is proposed. The method includes crushing of straw flax, its carbonization at 700-750°C, activation at 860-890°C carbon dioxide, supplied at a flow rate of 2-4 kg on 1 kg carbonized product, and crushing the desired product.

EFFECT: improving adsorptive activity when extracting coal from aqueous solutions of cerium.

3 ex

Description

Изобретение относится к области сорбционной техники и может быть использовано для получения активных углей (АУ), применяемых в очистке питьевой и сточной воды, а также для извлечения ценных компонентов из технологических растворов.The invention relates to the field of sorption technology and can be used to produce activated carbons (AC) used in the treatment of drinking and waste water, as well as for the extraction of valuable components from technological solutions.

Известен способ получения АУ из растительного сырья путем его измельчения, просеивания, сушки и пропитки раствором хлорида цинка в массовом соотношении сырья к хлориду цинка 1:(1-4) с последующей сушкой и химической активацией в условиях вакуума со скоростью подъема температуры 5-15°С/мин до 400-450°С с выдержкой при конечной температуре 1 час, после чего проводят отмывку химического активатора (ZnCl₂) последовательно кислотой и водой и осуществляют окончательную сушку продукта (см. патент Univ Central South №101497493, опубликованный 05.08.2009 г., кл. С01В 31/00; С01В 31/12).A known method of producing AC from plant materials by grinding, sieving, drying and impregnating a solution of zinc chloride in a mass ratio of raw materials to zinc chloride 1: (1-4), followed by drying and chemical activation under vacuum with a temperature rise rate of 5-15 ° C / min to 400-450 ° C with exposure at a final temperature of 1 hour, after which the chemical activator (ZnCl ₂ ) is washed successively with acid and water and the product is finally dried (see Univ Central South Patent No. 101497493, published 05.08.2009 city, class СВВ 31/00; С01В 3 1/12).

Недостатком известного способа является сложность проведения технологического процесса и образование большого объема сточных вод.The disadvantage of this method is the complexity of the process and the formation of a large volume of wastewater.

Наиболее близким к предложенному способу по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения активного угля из соломы крестоцветных масличных культур, включающий дробление исходной соломы, ее карбонизацию, активацию водяным паром и измельчение, отличающийся тем, что перед карбонизацией измельченные куски опрессовывают в брикеты при давлении 500-1200 кг/см², карбонизацию ведут со скоростью подъема температуры 1-4°С/мин до конечной температуры 700-750°С, а активацию осуществляют при температуре 820-840°С, причем используют солому крестоцветных масличных культур с содержанием углерода в сухом веществе 38-40 масс. % (см. патент РФ №2562984 кл. С01В 31/08, опубликованный 10.09.2015 г.).Closest to the proposed method in terms of technical nature and the number of matching features is a method for producing activated carbon from cruciferous oil straw straws, including crushing the initial straw, its carbonization, steam activation and grinding, characterized in that before the carbonization, the crushed pieces are pressed into briquettes under pressure 500-1200 kg / cm ^2, carbonization leads to a temperature rise rate of 1-4 ° C / min to a final temperature of 700-750 ° C, and activation is carried out at a temperature of 820-840 ° C, and Use straw cruciferous oilseeds with carbon content in dry matter of 38-40 wt. % (see RF patent No. 2562984 class C.01B 31/08, published September 10, 2015).

Недостатком прототипа является низкая адсорбционная активность получаемого активного угля при извлечении из водных растворов редкоземельного элемента церия (Се).The disadvantage of the prototype is the low adsorption activity of the resulting activated carbon when extracted from aqueous solutions of the rare earth element cerium (Ce).

Техническим результатом (целью изобретения) является повышение адсорбционной активности получаемого активного угля по извлечению церия из водных растворов.The technical result (the purpose of the invention) is to increase the adsorption activity of the resulting activated carbon in the extraction of cerium from aqueous solutions.

Поставленная цель достигается предлагаемым способом, включающим дробление исходной соломы, ее карбонизацию при 700-750°С, активацию и измельчение, отличающимся тем, что в качестве соломы используют солому льна, а активацию осуществляют при температуре 860-890°С углекислым газом, подаваемым с расходом 2-4 кг на 1 кг карбонизованного продукта.The goal is achieved by the proposed method, including crushing of the original straw, its carbonization at 700-750 ° C, activation and grinding, characterized in that the straw used is flax straw, and activation is carried out at a temperature of 860-890 ° C with carbon dioxide supplied with consumption of 2-4 kg per 1 kg of carbonized product.

Отличие предлагаемого способа от известного заключается в том, что в качестве соломы используют солому льна, а активацию осуществляют при температуре 860-890°С углекислым газом, подаваемым с расходом 2-4 кг на 1 кг карбонизованного продукта.The difference between the proposed method and the known one is that flax straw is used as straw, and activation is carried out at a temperature of 860-890 ° C with carbon dioxide supplied at a rate of 2-4 kg per 1 kg of carbonized product.

Из научно-технической и патентной литературы авторам не известен способ получения АУ, в котором в качестве соломы используют солому льна, а активацию осуществляют при температуре 860-890°С углекислым газом, подаваемым с расходом 2-4 кг на 1 кг карбонизованного продукта.From the scientific, technical and patent literature, the authors do not know a method for producing AC in which flax straw is used as straw, and activation is carried out at a temperature of 860-890 ° C with carbon dioxide supplied at a rate of 2-4 kg per 1 kg of carbonized product.

Для понимания цели заявленного технического решения следует сказать, что редкоземельные элементы (лантаноиды) находятся в перерабатываемом гидрометаллургическими методами минеральном сырье в малых концентрациях и, как правило, совместно с другими металлами. Поэтому важно получить такой АУ, который бы эффективно извлекал тот или иной редкоземельный элемент.To understand the purpose of the claimed technical solution, it should be said that rare-earth elements (lanthanides) are in mineral concentrations processed by hydrometallurgical methods in low concentrations and, as a rule, together with other metals. Therefore, it is important to obtain such an AU that would effectively extract one or another rare-earth element.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем: солома льна, в отличие от других видов соломы, имеет плотную и прочную структуру, что предполагает развитие в таком углеродосодержащем материале большого количества кристаллитов - зародышей микропор. Использование для их вскрытия при активации более «мягкого» окислителя - углекислого газа (СО₂) по реакцииThe essence of the invention is as follows: flax straw, in contrast to other types of straw, has a dense and strong structure, which suggests the development of a large number of crystallites in this carbon-containing material - micropore nuclei. Use for opening them during activation of a “milder” oxidizing agent - carbon dioxide (СО ₂ ) by reaction

С_тв+CO₂=2СО↑With _tv + CO ₂ = 2CO ↑

позволяет увеличить долю микропор в общем суммарном объеме пор, а с другой стороны, обеспечивает их одинаковую эквивалентную ширину, что в конечном итоге способствует эффективному поглощению именно ионов церия из раствора.allows you to increase the proportion of micropores in the total total pore volume, and on the other hand, provides their equal equivalent width, which ultimately contributes to the effective absorption of cerium ions from solution.

Способ осуществляют следующим образом. Берут солому льна, измельчают ее на куски длиной 1-3 см, загружают их в ретортную (или вращающуюся) печь и карбонизуют в атмосфере СО₂ со скоростью подъема температуры 3-8°С/мин до конечной температуры 700-750°С. Затем, после выдержки в течение 10-15 мин, поднимают температуру до 860-890°С и переводят печь в режим активации. Активацию осуществляют углекислым газом, подавая его с расходом 2-4 кг на 1 кг карбонизованного продукта. Активацию ведут до обгара 30-50% масс., что обеспечивает развитие суммарного объема пор до 1,8-2,1 см³/г и объема тонких микропор до объема 0,15 см³/г.The method is as follows. Take flax straw, chop it into pieces 1-3 cm long, load them into a retort (or rotary) oven and carbonize it in a CO ₂ atmosphere at a rate of temperature rise of 3-8 ° C / min to a final temperature of 700-750 ° C. Then, after holding for 10-15 minutes, raise the temperature to 860-890 ° C and put the furnace into activation mode. Activation is carried out with carbon dioxide, feeding it at a rate of 2-4 kg per 1 kg of carbonized product. Activation is carried out before burning 30-50% of the mass. That provides the development of the total pore volume up to 1.8-2.1 cm ³ / g and the volume of thin micropores to a volume of 0.15 cm ³ / g

По завершении процесса реторту охлаждают, выгружают из нее полученный АУ, проводят его измельчение на шаровой или дисковой мельнице до размера частиц <100 мкм. Полученный АУ отправляют на определение адсорбционной активности по церию.At the end of the process, the retort is cooled, the obtained AU is unloaded from it, its grinding is carried out on a ball or disk mill to a particle size <100 μm. The resulting AC is sent to determine the adsorption activity of cerium.

Готовят модельный раствор хлорида церия объемом 100 мл с концентрацией 0,05 г/л. Затем в раствор вводят дозу АУ, равную 2 г, и осуществляют контакт угля с раствором в течение 30 мин. при постоянном перемешивании. Адсорбционную активность АУ по церию определяют по формулеPrepare a model solution of cerium chloride with a volume of 100 ml with a concentration of 0.05 g / l. Then, a dose of AC equal to 2 g is introduced into the solution, and the coal is contacted with the solution for 30 minutes. with constant stirring. The cerium adsorption activity of AC is determined by the formula

где а - адсорбционная способность АУ, мг/г;where a is the adsorption capacity of AU, mg / g;

С_исх - исходная концентрация церия, мг/л;With _ref - the initial concentration of cerium, mg / l;

С_ост - остаточная концентрация церия, мг/л;With _ost - the residual concentration of cerium, mg / l;

m - масса навески АУ, г.m is the mass of the sample АУ, g

Саму концентрацию церия в растворе определяют методом индукционно-связанной плазмы.The concentration of cerium in solution is determined by the method of induction-coupled plasma.

Полученный АУ имел адсорбирующую активность по церию 52-75 мг/г.The resulting AC had a cerium adsorption activity of 52-75 mg / g.

Пример 1. Берут 100 г соломы льна, режут на куски длиной 1-3 см, загружают их в стальную реторту, которую закрывают крышкой с отводами, и помещают в электрическую печь типа СШОЛ-116. Подают в реторту углекислый газ для создания инертной атмосферы и начинают нагрев реторты со скоростью подъема температуры 5°С/мин до конечной температуры 700-750°С. Затем, после выдержки в течение 10-15 мин, поднимают температуру до 860°С и переводят реторту в режим активации, увеличивая подачу СO₂ до расхода 2 кг на 1 кг карбонизованного продукта. Активацию ведут до обгара 40% масс. (время активации обычно 30-40 мин).Example 1. Take 100 g of flax straw, cut into pieces 1-3 cm long, load them into a steel retort, which is closed with a lid with bends, and placed in an electric furnace of the type SCHOL-116. Carbon dioxide is supplied to the retort to create an inert atmosphere and the retort is heated at a rate of temperature rise of 5 ° C / min to a final temperature of 700-750 ° C. Then, after holding for 10-15 minutes, the temperature is raised to 860 ° C and the retort is put into activation mode, increasing the supply of CO ₂ to a flow rate of 2 kg per 1 kg of carbonized product. Activation is carried out to burn 40% of the mass. (activation time is usually 30-40 minutes).

Затем реторту охлаждают до комнатной температуры, выгружают из нее полученный АУ, измельчают его на шаровой мельнице в течение 1 часа до размера частиц <100 мкм. Полученный порошковый АУ направляют на определение его адсорбционной активности по церию.Then the retort is cooled to room temperature, the obtained AU is unloaded from it, crushed by a ball mill for 1 hour to a particle size of <100 μm. The obtained AC powder is sent to determine its adsorption activity by cerium.

Адсорбционная активность полученного в примере 1 активного угля по церию составила 52 мг/г.The adsorption activity of cerium obtained in Example 1 for activated carbon was 52 mg / g.

Пример 2. Осуществление процесса, как в примере 1, за исключением того, что активацию осуществляют при температуре 890°С при расходе CO₂, равном 4 кг на 1 кг карбонизованного продукта.Example 2. The implementation of the process as in example 1, except that the activation is carried out at a temperature of 890 ° C with a flow rate of CO ₂ equal to 4 kg per 1 kg of carbonized product.

Адсорбционная активность полученного активного угля по церию составила 67 мг/г.The adsorption activity of the obtained activated carbon in cerium was 67 mg / g.

Пример 3. Осуществление процесса, как в примере 1, за исключением того, что активацию осуществляют при температуре 875°С при расходе CO₂, равном 3 кг на 1 кг карбонизованного продукта.Example 3. The implementation of the process as in example 1, except that the activation is carried out at a temperature of 875 ° C with a flow rate of CO ₂ equal to 3 kg per 1 kg of carbonized product.

Адсорбционная активность полученного активного угля по церию составила 75 мг/г.The adsorption activity of the obtained activated carbon in cerium was 75 mg / g.

Адсорбционная активность АУ, полученного по способу, изложенному в прототипе (патент РФ №2562984), составила 27 мг/г.The adsorption activity of the AU obtained by the method described in the prototype (RF patent No. 2562984) was 27 mg / g.

В результате экспериментов было установлено влияние режимных параметров активации на достижение цели изобретения. Так, если температура активации снижается ниже 860°С, значительно увеличивается время активации, т.к. углекислый газ является менее реакционно-способным активатором по сравнению с водяным паром, а при повышении температуры активации выше 890°С начинается развитие в АУ мезо- и макропор, слабо поглощающих ионы церия из раствора.As a result of the experiments, the effect of the activation activation parameters on the achievement of the purpose of the invention was established. So, if the activation temperature drops below 860 ° C, the activation time increases significantly, because carbon dioxide is a less reactive activator compared to water vapor, and with an increase in the activation temperature above 890 ° C, mesopores and macropores begin to develop in AC, which weakly absorb cerium ions from solution.

Расход активатора - углекислого газа - в случае его снижения менее 2 кг на 1 кг карбонизованного продукта приводит к развитию очень тонких микропор (<0,6 нм), что вследствие «ситового» эффекта ухудшает адсорбцию церия. С другой стороны, увеличение расхода углекислого газа свыше 4 кг на 1 кг карбонизованного продукта повышает поверхностный обгар и снижает резко долю микропор в активном угле.The consumption of the activator — carbon dioxide — in the case of its reduction of less than 2 kg per 1 kg of carbonized product leads to the development of very thin micropores (<0.6 nm), which, due to the "sieve" effect, worsens the adsorption of cerium. On the other hand, an increase in carbon dioxide consumption in excess of 4 kg per 1 kg of carbonized product increases surface burn and sharply reduces the proportion of micropores in active carbon.

Таким образом из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а вся совокупность является достаточной для характеристик заявленного технического решения.Thus, it follows from the foregoing that each of the features of the claimed combination to a greater or lesser extent affects the achievement of the goal, and the entire population is sufficient for the characteristics of the claimed technical solution.

Claims

Способ получения активного угля из соломы, включающий дробление исходной соломы, ее карбонизацию при 700-750°C, активацию и измельчение, отличающийся тем, что в качестве соломы используют солому льна, а активацию осуществляют при температуре 860-890°C углекислым газом, подаваемым с расходом 2-4 кг на 1 кг карбонизованного продукта.A method of producing activated carbon from straw, including crushing the original straw, its carbonization at 700-750 ° C, activation and grinding, characterized in that flax straw is used as straw, and activation is carried out at a temperature of 860-890 ° C with carbon dioxide supplied with a flow rate of 2-4 kg per 1 kg of carbonized product.