Спосіб одержання вуглецевого сорбенту

Изобретение относится к области получения углеродных адсорбентов, предназначенных для глубокой очистки веществ, извлечения, концентрирования и разделения химических элементов, очистки сточных вод, жидких пищевых продуктов, биологических жидкостей и т, д, и может быть использовано в технологии производства сорбентов и катализаторов. Известны способы получения азотсодержащих углеродных адсорбентов путем карбонизации гранулированных пористых азотсодержащих полимеров с последующей активацией в токе углекислого газа или водяного пара [1} и [2]. При этом получаемый адсорбент обладает только анионообменными свойствами. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения азотсодержащего углеродного сорбента, включающий карбонизацию пористого азотсодержащего гранулированного полимера при температуре от 180 до 300°С, активацию полученного продукта в токе углекислого газа или водяного пара при 800-1000°С в течение 1-4 часов и последующую обработку сорбента окислителем (кислород, перекись водорода или азотная кислота) [3]. При этом получают азотсодержащие углеродные сорбенты, обладающие амфотерными ионообменными свойствами (ПОЕ по анионам Сl- 0,10-0,82 мэкв/г, ПОЕ по катионам Na+ 0,43-3,64 мэкв/r); адсорбционная емкость амфолита по отношению к многозарядным катионам из 0,01 к водных растворов составляет по Са 2+ до 20,2 мг/r, Ni2+ до 30,4 мг/г, Сu2+до51,8мг/г. Однако, существующий способ получения углеродного сорбента включает в себя несколько последовательных операций (карбонизация, активация, окисление), и не обеспечивает получение ионообменного углеродного материала с достаточно высокой сорбционной емкостью по отношению к катионам d-металлов. Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка эффективного способа получения углеродного сорбента, обладающего амфотерными ионообменными свойствами, путем карбонизации фосфоразотсодержащего полимера в газовой среде. Создание сорбента разработанным способом решает поставленную задачу. Такой сорбент можно использовать в процессе водоподготовки, в медицине для коррекции состава крови и выведения из биологических жидкостей тяжелых металлов. Карбонизация фосфоразотсодержащего пористого полимера в газовой среде позволяет получить технический результат, заключающийся в повышении сорбционной емкости по отношению к катионам d-металлов, увеличении выхода сорбента при одновременном упрощении техпроцесса его производства. Для достижения упомянутого результата в известном способе получения углеродного сорбента с амфотерными ионообменными свойствами, включающем карбонизацию гранулированного пористого азотсодержащего полимера в газовой среде, например, в токе водяного пара или углекислого газа, в соответствии с заявляемым изобретением, карбонизации подвергают фосфоразотсо-держащий полимер при температуре 500-750°С. Другое отличие состоит в том, что в качестве газовой атмосферы кроме водяного пара и углекислого газа используют азот, аргон или их смесь, а карбонизацию осуществляют преимущественно в течение 30-60 минут. Кроме того, в предлагаемом способе получения углеродного сорбента отпадает необходимость в стадиях активации и окисления. Карбонизация фосфоразотсодержащего полимера позволяет получить углеродный сорбент с более высокой сорбционной емкостью по отношению к катионам d-металлов (Ni2+, Fe3+, Cu2+ и др.) и значительно упростить процесс получения за счет исключения дополнительных операций активации и окисления. Принципиальное отличие предлагаемого способа заключается в том, что катионообменные группировки формируются не на отдельной стадии окисления, а на стадии карбонизации. Повышенная сорбционная емкость получаемых углеродных сорбентов, по мнению авторов, связана с тем, что в процессе карбонизации на поверхности угля образуются фосфоразотсодержащие группировки, способные проявлять комплексообразующие свойства по отношению к многозарядным катионам переходных металлов по типу хелатов. Ниже приведены примеры конкретного выполнения заявляемого способа. Пример 1.1 кг пористого полимера сферической грануляции, полученного суспензионной сополимеризацией стирола и дивинилбензола с последующим хлорметилированием, аминированием и фосфорилированием (промышленный амфолит АФИ-21) карбонизуют в атмосфере водяного пара в режиме кипящего слоя при температуре 450°С в течение 60 мин. Получают 421 г продукта (образец № 1). Пример 2. 1кг пористого полимера сферической грануляции, полученного суспензионной сополимеризацией стирола и дивинилбензола с последующим хлормети-лированием, аминированием и фосфорили-рованием (промышленный амфолит АФИ-22) карбонизуют в атмосфере азота и аргона (при их соотношении 80:20 по объему) в статическом режиме при температуре 500°С в течение 60 мин. Получают 362 г продукта (образец № 2). Пример 3. 1кг пористого полимера сферической грануляции, полученного по примеру 1 (промышленный амфолит АФИ-21), карбонизуют в атмосфере углекислого газа в статическом режиме при температуре 600°С в течение 60 мин. Получают 338 г продукта (образец № 3). Пример 4, 1 кг пористого полимера сферической грануляции, полученного по примеру 2 (промышленный амфолит АФИ-22) карбонизуют в атмосфере аргона в режиме кипящего слоя при температуре 750°С в течение 30 мин. Получают 247 г продукта (образец № 4). Пример 5. 1кг пористого полимера сферической грануляции, полученного по примеру 2 (промышленный амфолит АФИ-22) карбонизуют в атмосфере азота в режиме кипящего слоя при температуре 900°С в течение 90 мин. Получают 160 г продукта (образец № 5). В таблице представлены сравнительные характеристики сорбентов, полученных предложенным и известным способами. Как видно из таблицы, карбонизация при температуре ниже 500°С не обеспечивает достаточно высокую емкость по катионам d-металлов (образец №1). Увеличение температуры карбонизации выше 750°С хотя и обеспечивает более высокие сорбционные показатели по сравнению с прототипом, однако при этом существенно снижается выход готового продукта (образец № 5). Таким образом, предложенный способ позволяет получать в одну стадию с увеличенным выходом амфотерные углеродные сорбенты-ионообменники, сорбционная емкость которых по отношению к катионам d-металлов выше, чем у способа-прототипа. Получение углеродных адсорбентов предложенным способом упрощает технологию производства амфолитов на основе углеродных адсорбентов, т. к. исключаются стадии активирования и окисления, снижается температура карбонизации и расширяется область использования углеродных материалов, например, при получении особо чистых ве ществ в водоподготовке, в медицине для коррекции электролитного состава крови и выведения из жидких биологических сред тяжелых металлов.