Číslo publikace RU2367597C1 RU2367597C1 RU2008126428/15A RU2008126428A RU2367597C1 RU 2367597 C1 RU2367597 C1 RU 2367597RU 1 A2008126428RU 15 2008126428/15 A RU 2008126428/15A RU 2008126428 A RU2008126428 A RU 2008126428A RU 2367597 C1 RU2367597 C1 RU Klíčová slova autority RUCor 2367597 Rusko aktivace aktivním uhlím benzen částice peroxidu vodíku Stav techniky Datum 1-2008-07 Číslo přihlášky RU01/2008126428A Jiné jazyky Angličtina ( en ) Vynálezce Andrey Aleksandrovich Spitsyn (RU) Andrey Aleksandrovich Spitsyn Yuri Nikolaevich Pilshchiev Pilshchikov (RU) Ivan Vasilich Yuri Vasilich Pilshchikov (RU) RU) Vasilij Ivanovič Patjakin Alexej Romanovič Birman (RU) Alexej Romanovič Birman Natalja Aleksandrovna Belonogová (RU) Natalja Aleksandrovna Belonogová Alexej Viktorovič Teppoev (RU) Alexej Viktorovič Teppoev Původní zmocněnec Andrey Roman Patjakovič Spitsynov Nikola Ivan Vasilich Spitsynovi Yuriy Roman Patykov Spitsynovi Yuri Alexandrovna Belonogová Alexey Viktorovič Teppoev Datum priority (Datum priority je předpoklad a není právním závěrem. Společnost Google neprovedla právní analýzu a neposkytuje žádné prohlášení ohledně přesnosti uvedeného data.) 15-2008-07 Datum podání 01-2008-07 Datum zveřejnění 01-2009-09 20-2008-07 Přihláška podaná Andrey Aleksandrovich Spitsyn, Jurij Nikolajevič Pilščikov, Vasilij Ivanovič Patjakin, Alexej Romanovič Birman, Natalja Aleksandrovna Belonogová, Alexej Viktorovič Teppoev kriticky pokutován, Andrej Aleksandrovič Spitsyn 01-2008-07 Priorita RU01 Critical Patent2008126428 Critical 15-2367597-1 Schválena přihláška Kritická 2009-09-20 Zveřejnění publikace RU2009C09 Kritický patent/RU20C2367597/ru
Abstraktní
Vynález se týká sorpční technologie a lze jej použít pro výrobu adsorbentu – aktivního uhlí. Způsob výroby aktivního uhlí zahrnuje pyrolýzu osikového dřeva, mletí výsledného dřevěného uhlí na velikost částic 0,2-2,0 mm, aktivaci peroxidem vodíku při teplotě 250-300°C po dobu 5-10 minut při tlaku 30- 50 MPa, separace, promytí destilovanou vodou a sušení. Vynález umožňuje získat vysoce kvalitní uhlí schopné účinné sorpce benzenu z vodného prostředí. 2 stoly
Popis
Vynález se týká sorpční technologie a je využitelný pro výrobu adsorbentu ve formě aktivního uhlí, používaného zejména pro adsorpci benzenu z vodného prostředí.
Je znám způsob výroby adsorbentu ve formě dřevěného uhlí z masivního dřeva (Vygorodov V.A. a kol. Wood chemical production technology, M., Timber Industry, 1987, str. 310).
Dřevěné uhlí získané z tvrdého dřeva má vysokou adsorpční kapacitu pro benzen, který znečišťuje vodní prostředí, a dřevěné uhlí z měkkého tvrdého dřeva adsorbuje benzen ve stejných prostředích, ale po dlouhou dobu, měřeno v desítkách minut.
Nevýhodou tohoto známého způsobu je použití drahých, vzácných surovin z tvrdého dřeva, jejichž zásoby se při moderních způsobech hospodaření katastrofálně snižují.
Je znám způsob výroby aktivního uhlí z tvrdolistých surovin, hlavně dubu (O.V. Bronzov et al. Příprava, hlavní vlastnosti a aplikace dřevěného uhlí. “Forest Industry”, M., 1979, str. 107-108 – prototyp ). Aktivace dřevěného uhlí získaného pyrolýzou tvrdého dřeva se provádí vodní párou o teplotě 850-900°C.
Nevýhodou tohoto známého způsobu je vysoká energetická náročnost aktivačního procesu a použití tvrdých listových surovin, kterých je málo a jsou drahé.
Technickým cílem vynálezu je zvýšit účinnost způsobu výroby aktivního uhlí na bázi přirozeně obnovitelných, dostupných a levných zdrojů, mezi které patří osikové dřevo, které je schopno rychle a efektivně sorbovat benzen z vodných médií při současném snížení energetická náročnost aktivačního procesu, snížení mzdových nákladů a zajištění chemické aktivace dřevěného uhlí, které neobsahuje toxické produkty a nevyžaduje neutralizaci.
Uvedený technický problém je řešen tím, že při způsobu výroby aktivního uhlí, včetně pyrolýzy dřeva, mletí vzniklého dřevěného uhlí, jeho aktivace, separace, promývání destilovanou vodou a sušení finálního produktu, je osikové dřevo podrobeno pyrolýze, procesy mletí a separace se provádějí s výběrem částic o velikosti 0,2-2,0 mm, k aktivaci se používá peroxid vodíku a proces aktivace jedné hmotnostní části vybraných částic dřevěného uhlí se provádí jejich uchováváním v kapslích v přítomnosti 2,5 hmotnostních dílů 10% roztoku peroxidu vodíku při teplotě 250 až 300 °C po dobu 5 až 10 minut při tlaku 30 až 50 MPa.
Vynález má následující rozdíly od prototypu:
— dřevo osiky je podrobeno pyrolýze;
— procesy mletí a separace se provádějí s výběrem částic o velikosti 0,2-2,0 mm;
— k aktivaci se používá peroxid vodíku a proces aktivace jednoho hmotnostního dílu vybraných částic dřevěného uhlí se provádí jejich uchováváním v kapslích v přítomnosti 2,5 hmotnostních dílů 10% roztoku peroxidu vodíku při teplotě 250-300 °C °C po dobu 5-10 minut při tlaku 30-50 MPa.
Tím se zlepší účinnost metody výroby aktivního uhlí na bázi přirozeně obnovitelných, dostupných a levných zdrojů, mezi které patří osikové dřevo, které je schopno rychle a efektivně sorbovat benzen z vodných médií a zároveň snížit energetickou náročnost aktivačního procesu. , snížení mzdových nákladů a zajištění chemické aktivace uhlíku, který neobsahuje toxické produkty a nevyžaduje neutralizaci.
V námi kontrolovaném patentovém informačním fondu jsme nenalezli žádná technická řešení obsahující uvedené rozlišovací znaky, ani soubor uvedených rozlišovacích znaků.
Vynález je použitelný a bude použit v průmyslu v roce 2008.
Tabulka 1 ukazuje úrovně koncentrace benzenu (ppm) ve vodném roztoku při vystavení studovanému uhlí po různé časové intervaly. Dávka: 0,5 g zkušebního uhlí v 50 ml modelového roztoku.
Tabulka 2 ukazuje kinetiku poklesu koncentrace benzenu v modelovém roztoku.
Metoda byla provedena následovně.
Způsob výroby aktivního uhlí zahrnuje pyrolýzu osikového dřeva, mletí výsledného dřevěného uhlí, jeho aktivaci peroxidem vodíku, separaci, promývání destilovanou vodou a sušení konečného produktu a procesy mletí a separace se provádějí s výběrem částice o velikosti 0,2-2,0 mm, v tomto případě se proces aktivace jednoho hmotnostního dílu vybraných částic dřevěného uhlí provádí jejich udržováním v kapslích v přítomnosti 2,5 hmotnostních dílů 10% roztoku peroxidu vodíku při teplotě 250-300 °C po dobu 5-10 minut při tlaku 30-50 MPa.
Adsorpční vlastnosti výsledných vzorků dřevěného uhlí byly studovány v Petrohradském centru pro výzkum a kontrolu vody pomocí modelového vodného roztoku benzenu. Studie byly provedeny za použití chromatografu Agilent 6850.
Při provádění experimentů bylo pro získání srovnávacích ukazatelů použito uhlí z přírodního osikového (příklad 1) a dubového (příklad 2) dřeva.
Experimentální výsledky jsou uvedeny v tabulce 1.
Kvalitativní a kvantitativní obraz adsorpce benzenu u vzorků dřevěného uhlí získaných podle příkladů je zřejmý z údajů v tabulce 1. Pro odhad intenzity adsorpčního procesu různými vzorky dřevěného uhlí zavedeme adsorpční koeficient K
kde KprositKi jsou počáteční a aktuální koncentrace benzenu ve studovaném modelovém roztoku.
Vypočtené hodnoty koeficientů K jsou shrnuty v tabulce 2.
Na základě výsledků analýzy dat v tabulkách 1 a 2 je zřejmé, že aktivní uhlí získané nárokovanou metodou absorbuje 95 % benzenu během 5-10 minut a nadále tyto vlastnosti zlepšuje v následujícím čase (až do 60 minut).
Nárokované technické řešení tedy umožňuje zvýšit účinnost způsobu výroby aktivního uhlí na bázi přirozeně obnovitelných, dostupných a levných zdrojů, mezi které patří osikové dřevo, které je schopno rychle a efektivně sorbovat benzen z vodných médií a zároveň snížení energetické náročnosti aktivačního procesu, snížení mzdových nákladů a zajištění chemické aktivace uhlíku, který neobsahuje toxické produkty a nevyžaduje neutralizaci.
Účinek nárokovaného technického řešení je dosažen, když jsou kombinovány všechny deklarované vlastnosti.
| Tabulka 1 | |||||||
| Počet p / p | Vzorky uhlí | Velikost vybraných částic dřevěného uhlí, mm | Poměr částic dřevěného uhlí a peroxidu, hm. h. | Aktivační teplota, °C | Doba aktivace, min | Doba čištění kontaminované vody, min | Úroveň koncentrace benzenu ve vodném roztoku, ppm |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 1 | Přírodní dřevěné uhlí osiky | – | – | – | – | 1,2 | |
| 5 | 0,85 | ||||||
| 10 | 0.26 | ||||||
| 30 | 0,16 | ||||||
| 60 | 0,12 | ||||||
| 2 | Přírodní dubové dřevěné uhlí | – | – | – | – | 1,1 | |
| 5 | 0.04 | ||||||
| 10 | 0,025 | ||||||
| 30 | 0,02 | ||||||
| 60 | 0,009 | ||||||
| 3 | Aspenové dřevěné uhlí získané nárokovaným způsobem | 0,2 | 1:2,3 | 250 | 5 | 1,4 | |
| 5 | 0,85 | ||||||
| 10 | 0,02 | ||||||
| 30 | 0,02 | ||||||
| 60 | 0,01 | ||||||
| Pokračování tabulky 1 | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 1,0 | 1:2,4 | 275 | 7 | 1,4 | |||
| 5 | 0,83 | ||||||
| 10 | 0,02 | ||||||
| 30 | 0,02 | ||||||
| 60 | 0,01 | ||||||
| 2,0 | 1:2,5 | 300 | 10 | 1,4 | |||
| 5 | 0,8 | ||||||
| 10 | 0,02 | ||||||
| 30 | 0,02 | ||||||
| 60 | 0,01 | ||||||
Aktivní uhlí má fenomenální plochu ve vztahu k objemu. Je schopen absorbovat desítky škodlivých látek ze vzduchu a vody. Lze jej nalézt v plynových maskách a džbánových filtrech. Jaké je tajemství tohoto zázračného materiálu, který lze právem nazvat hlavním filtračním materiálem civilizace?
Pokud otevřete kryt moderního domácího filtru na čištění vody, pak s 99% pravděpodobností najdete černé granule, velmi podobné běžnému dřevěnému uhlí, které si koupíte na grilování nebo kamna. Ale nenechte se zmást podobností: ve skutečnosti se jedná o aktivní uhlí, a přestože je vyrobeno z běžného uhlí, výrazně se liší svými vlastnostmi. Aktivní uhlí je materiál s unikátními vlastnostmi, proces jeho výroby je velmi složitý. Jak se stalo, že se stal hlavní součástí moderních filtrů a proč mu byl svěřen důležitý úkol přípravy pitné vody?
Dřevěné uhlí: surovina s tisíciletou historií
Začněme surovinami pro aktivní uhlí. Obyčejné dřevěné uhlí, které lidstvo zná již několik tisíc let, je částečně spálené dřevo, které bylo spáleno s omezeným přísunem kyslíku bez otevřeného plamene. Při této tepelné úpravě se dřevo rozkládá na dřevěné uhlí (uhlík), vodu, pryskyřice a další látky. Voda a těkavé látky se vypařují, nespálený zbytek s vysokým obsahem uhlíku způsobí vyšší teplotu spalování bez vypouštění kouře nebo zápachu.
Zvláštností uhlí je jeho mikroporéznost. Zachovává strukturu dřeva s mnoha kapilárami, které se po odpaření vody a pryskyřic mění v dutiny. Takový materiál má již schopnost adsorbovat – absorbovat nečistoty z kapalin nebo plynů. Molekuly nečistot jsou přitahovány k povrchu pórů a usazují se na nich působením fyzikálních sil, které popsal holandský fyzik Johannes Diederik van der Waals v 400. století. V souladu s tím, čím větší je povrch pórů, tím více nečistot může určitý objem uhlí absorbovat. Poměr celkové plochy porézního předmětu k jeho hmotnosti nebo objemu se ve vědě nazývá specifický povrch a u dřevěného uhlí se pohybuje od 800 do XNUMX metrů čtverečních. m na gram. Zároveň mnoho kanálů uvnitř nemá přístup k povrchu, tyto póry zůstávají neaktivní a neúčastní se adsorpčního procesu.
Aktivace: uvolní ucpané póry
Pokusy o zvýšení absorpční kapacity uhlí učinili vědci již před několika staletími. V roce 1822 vyráběl francouzský chemik Antoine Bussy poréznější uhlí zahříváním zvířecí krve různými látkami. Poté byly navrženy další metody, ale všechny zahrnovaly získání látky v malých množstvích. O průlom se postaral rakouský vědec Raphael von Ostrejko, který v letech 1900 a 1901 získal dva patenty na chemické (s chloridy kovů) a fyzikální (pomocí páry a oxidu uhličitého) způsoby aktivace uhlí. Umožnily zahájit výrobu aktivního uhlí v průmyslovém měřítku. Již v roce 1909 se otevřel závod Chemische Werke, který vyráběl aktivní uhlí ze dřeva pod značkou Eponit. Zpočátku se používal především v potravinářském a chemickém průmyslu k odstranění přebytečných nečistot z produktů a roztoků.
Zásadním rozdílem mezi aktivním uhlím a běžným uhlím je jeho velký specifický povrch – pohybuje se od 900 do 3000 mXNUMX na gram. Celková plocha jedné čajové lžičky „zázračného uhlí“ je přibližně stejná jako plocha fotbalového hřiště! Toho je dosaženo „odzátkováním“ pórů na povrchu. Pod mikroskopem vypadají částice aktivního uhlí jako houby nebo dokonce stlačené balíčky membrán s otvory různých průměrů. Tento materiál je mimořádně účinný jako filtr, a to v kapalných i plynných médiích – aktivní uhlí umožnilo mimo jiné vytvářet plynové masky.
Strážce vody: škodlivé nečistoty neprojdou
První zdokumentované použití aktivního uhlí pro čištění vody se uskutečnilo v roce 1910 v Readingu v Anglii. Tam se používal k odstranění přebytečného chlóru po dezinfekci vlhkosti pro obecní vodovod. Co ještě pomáhá odstranit superporézní uhlík z vody?
Podle EPA (U.S. Environmental Protection Agency) je čištění aktivním uhlím dnes jedinou filtrační technologií, která dokáže odstranit:
- všech 32 identifikovaných organických polutantů, včetně vedlejších produktů chlorace (organochlorů);
- všech 14 pesticidů registrovaných organizací (včetně dusičnanů);
- 12 nejběžnějších herbicidů.
Obecně platí, že aktivní uhlí může účinně odstranit 60 až 80 chemikálií z vody, účinně snížit přítomnost dalších 30 a mírně snížit koncentraci 22 chemikálií. Čistí vodu od dnes všudypřítomných mikročástic plastu, léků a dokonce je schopen snížit přítomnost radionuklidů v případě radiační kontaminace prostředí. Voda procházející uhlíkovým filtrem také nemá žádné cizí pachy ani chutě.
Aktivní uhlí samozřejmě není všemocné – na výstupu nedostanete destilovanou vodu. Na rozdíl od metod čištění vody destilací a reverzní osmózou však uhlíkový filtr zachovává přirozené minerální složení vody a poskytuje tělu takové prospěšné soli, jako je hořčík, draslík, sodík a vápník.
Aktivní uhlí také umožňuje průchod některých mikrobiologických nečistot. Ale téměř 100% ochranu proti patogenům poskytuje chlorace vody na komunálních čistírnách odpadních vod. Ideálním receptem na pitnou vodu je dnes proto voda z vodovodu, která byla dezinfikována chlórem a vyčištěna moderním filtračním systémem obsahujícím aktivní uhlí. Zpravidla také regulují tvrdost vody odstraněním přebytečného vápníku a hořčíku. Například v oblíbeném pitném systému Vi-Tap s profesionálním průtokovým filtrem prochází voda čtyřmi fázemi přípravy: mechanické čištění od velkých částic pomocí membrány s velkými póry, snížení uhličitanové tvrdosti pomocí iontoměničových pryskyřic, čištění aktivním uhlím a jemnou filtrací přes fleecovou membránu. Tato voda je chutná a zdravá a nezanechává usazeniny na nádobí a domácích spotřebičích.
Vyzkoušejte Vi-Tap ve vaší kanceláři
Zdarma vám dodáme, nainstalujeme a naučíme vás používat.
Během 2 týdnů budete schopni zhodnotit výhody systému a objektivně se rozhodnout o dalším pronájmu či koupi.
Stisknutím tlačítka dáte souhlas se zpracováním osobních údajů a souhlasíte se zásadami ochrany osobních údajů.
Aktivní uhlí má fenomenální plochu ve vztahu k objemu. Je schopen absorbovat desítky škodlivých látek ze vzduchu a vody. Lze jej nalézt v plynových maskách a džbánových filtrech. Jaké je tajemství tohoto zázračného materiálu, který lze právem nazvat hlavním filtračním materiálem civilizace? Pokud otevřete kryt moderního domácího filtru pro čištění vody, pak […]
