Адсорбент діоксиду сірки

Адсорбент відноситься до області фізико-хімічних процесів, зокрема адсорбції, каталізу, і може використовува тися в засобах для очищення повітря від діоксиду сірки. Діоксид сірки утворюється на заводах, що виробляють сірчану кислоту, при випалі сірчистого колчедану (піриту), на теплостанціях при спалюванні вугілля, що містить сірку. Діоксид сірки застосовується у кольоровій та чорній металургії, виробництві синтетичного каучуку, сульфату целюлози, сірчаного ангідриду, сульфі тів, тіосульфатів, для відбілювання вовни, шовку, соломи, консервування фруктів, ягід, дизенфекції теплиць, складів, підвальних приміщень та ін. Області, де діоксид сірки може знаходитися в повітрі робочої зони, багаточислені, унаслідок чого виникає потреба розробки дешевих ефективних адсорбентів для очищення повітря від діоксиду сірки. Запропонований адсорбент, розроблено кафедрою неорганічної хімії та хімічної екології Одеського національного університету ім. І.І. Мечникова для застосування в засобах індивідуального захисту органів дихання (ЗІЗОД) людини (респіратори, протигази), у системах і установках для забезпечення санітарних норм мікроклімату робочих приміщень згідно вимог Держстандарту 10.1.005-88 «Повітря робочої зони. Загальні санітарно-гігієнічні вимоги». Досягнутий рівень техніки в області адсорбентів для очищення повітря від діоксиду сірки характеризується наступними прикладами. Відомий адсорбент на основі платини, ренію по патенту RU 2164445, по кл. 7В0Ш0/06, опубл. 2001.03.27. Ім'я патентовласника: Акціонерне товариство закритого типу "Фірма "ОЛКАТ". Для платиноренієвих каталізаторів припустиму концентрацію сірки в сировині обмежують концентрацією до 1·10-6г/мл у залежності від типу каталізатора . При цьому зниження змісту сірки до більш низьких значень приводить до зростання ефективності роботи каталізаторів риформінгу, зокрема, до росту стабільності. Особливо помітний цей ефект у випадку каталізаторів, у яких вміст ренію вище вмісту платини в 1,5-2,5 рази. Недоліком відомого адсорбенту є висока вартість, обумовлена наявністю дорогоцінних металів. Відомий адсорбент діоксиду сірки на основі мангану, який містить 35 ¸ 94% (переважно 50-93%) оксиду мангану (Патент США 4225447, кл. С 10 С, 25/00, 1980). Матрицею для розподілу активного оксиду мангану і для додання йому необхідної механічної міцності передбачається використання таких тугоплавких оксидів, як активний оксид алюмінію, алюмосилікати. Такий адсорбент може бути приготовлений як методом змішування компонентів з наступним формуванням шляхом екструзії чи таблетування, так і способом просочення носія розчином сполуки мангану з наступними операціями термообробки. Попередньо гідроочищена сировина, що містить, як правило, менш 5·10-6г/мл органічних сполук сірки, у суміші з циркулюючим газом, що містить сірководень, пропускається через шар адсорбенту із оксиду мангану при температурі 340 ¸ 450ºС, тиску 1 ¸ 5МПа. Залишковий вміст сірки після адсорбенту складає менш 0,1·10-6г/мл. Високі температури використання адсорбенту: 340-450ºС не дозволяють застосувати його в респіраторах. Відомий адсорбент, що складається із суміші оксидів мангану й алюмінію, спосіб приготування якого включає змішування оксидів мангану і гідроксиду і/чи оксиду алюмінію, пластифікацію суміші шляхом пептизації розчином азотної кислоти, формування методом екструзії і термообробку, причому вихідна суміш оксидів мангану містить 70-95% діоксиду мангану (МnО2) у ви гляді порошку з розміром частинок менш 100мкм (Патент РФ 2079357, кл. У 01 D 20/06, 1997). З метою підвищення адсорбційної сіркоємності і збільшення ступеня видалення тіофенових сполук відомий адсорбент на основі оксиду мангану, містить крім оксиду мангану й оксиду алюмінію такі промотори: оксид заліза, і/чи оксид міді, і/чи оксид хрому, і/чи оксид вольфраму при наступному вмісті зазначених компонентів, мас. %: оксид мангану - 45 ¸ 77 (у розрахунку на Мn), оксид заліза - 0, ¸ 30 (у розрахунку на Fe2O3), оксид міді - 0,01 ¸ 2,5 (у розрахунку на Сu), оксид хрому - 0,1 ¸ 2,0 (у розрахунку на Сr2О3), оксид вольфраму - 0,01 ¸ 0,8 (у розрахунку на WO3), оксид алюмінію (Аl2О3) - інше. Для приготування адсорбенту ви хідний оксид мангану беруть у вигляді суміші будь-яких відомих модифікацій оксиду мангану (манган - у будь-якій валентності). Високі температури використання адсорбенту: 340-450ºС не дозволяють застосувати його в респіраторах. Відомий адсорбент діоксиду сірки по патенту RU 2088313, МПК 7B01J 23/72, дата введення 1997-08-27, який містить шар контактної маси у вигляді сульфа ту заліза (FeSO4) чи напівсірчистої міді (Cu2S) на носії. Адсорбент ефективно працює при температурах 180 ¸ 420ºС, тому непридатен для використання в респіраторах і протигазах. Відомий адсорбент для очищення повітря від діоксиду сірки по європейському патенту ЕР 1570903 (А1), опубл.. 2004-08-03 по кл. FO1N3/10, BO1D53/94, BO1J23/72. Адсорбент містить носій - цеоліт, на який нанесений каталітичний шар із сполук металів: платини, палладія, родію та активованого алюмінію. Недоліком відомого адсорбенту є висока вартість, обумовлена наявністю дорогоцінних металів. Відомий адсорбент (прототип) на основі цеоліту по патенту США US2005201916(A), опубл. 2001-11-08 по кл. B01D53/86, B01D53/94, F24C15/20. У якості каталітичного матеріалу в даному адсорбенті як оптимальний варіант використовується платина. Як додаткові варіанти можуть бути використані наступні метали: родій, палладій, рутеній, осмій, іридій та ін. Адсорбент призначений для окиснення і адсорбції діоксиду сірки. Недоліком відомого адсорбенту є його висока вартість, обумовлена наявністю дорогоцінних металів. Запропонований сорбент має значно меншу вартість. В основу запропонованої корисної моделі поставлено задачу: розробити ефективний адсорбент діоксиду сірки без дорогоцінних металів для застосування в респіраторах і протигазах. Це досягається завдяки використанню адсорбенту, що містить носій -цеоліт , імпрегнований - каталізатором, який відрізняється тим, що в якості носія-цеоліту адсорбент містить природний базальтовий туф, а в якості каталізатора адсорбент містить йодид калію і хлорид міді при співвідношенні інгредієнтів, % мас: хлорид міді (II) 3,8 ¸ 5,0 йодид калію 0,16 ¸ 0,27 носій - природний базальтовий туф решта Працює запропонований адсорбент діоксиду сірки так. Під час руху повітря, що містить діоксид сірки, крізь шар адсорбенту, відбувається контактування діоксиду сірки з поверхнею адсорбенту в присутності кисню повітря. У наслідок каталітичних властивостей адсорбенту відбувається ослаблення хімічних зв'язків у молекулах діоксиду сірки і зниження енергії активації: відбуваються багатоелектронні окисно-відновні реакції в координаційній сфері хлориду міді (ІІ) за участю йодиду калію, при цьому діоксид сірки окиснюється в сірчану кислоту, яка сорбується адсорбентом. Запропонований адсорбент багаторазово випробовувався в лабораторії кафедри неорганічної хімії та хімічної екології Одеського національного університету ім. І.І. Мечникова з доброю відтворюваністю результатів. Помилка не перевищувала 5% при проведенні понад 100 експериментів. Умови експериментів були такими. Адсорбент пропонованого складу мав масу 10г, висота шару адсорбенту в реакторі, змінювалася від 2-х до 4-х см. Через реактор пропускалося повітря з вмістом діоксиду сірки 100мг/м 3 з об'ємною швидкістю 1л/хв. Умови експерименту відповідали умовам використання адсорбенту в респіраторах для захисту органів дихання людини. Експериментальні дослідження пропонованого адсорбенту на предмет тривалого захисту органів дихання людини в атмосфері, забрудненій діоксидом сірки з концентрацією більш ніж у 10 разів за ГДК підтвердили, що поставлена технічна задача успішно вирішується за рахунок оптимальної концентрації йодиду калію і хлориду міді на поверхні природного базальтового туфа. Результати експериментальних досліджень наведені в таблиці. Таблиця. Залежність часу захисної дії запропонованого адсорбенту при проходженні через нього повітря з концентрацією діоксиду сірки на вході 100мг/м 3 і на виході 1мг/м 3 при швидкості руху повітря 1л/хв, від висоти шару фільтруючого адсорбенту, концентрацій йодиду калію і хлориду міді (II) на природному базальтовому туфі (фракція 0,5 ¸ 2мм). Таблиця Концентрація КІ і СuСl2 на туфі, % мас. КI СuСl2 Товщина шар у адсорбенту, см. 0,10 0,10 0,10 2,5 2,5 2,5 2 3 4 Час захисної дії адсорбенту, година. 4 6 8 0,16 0,16 0,16 3,8 3,8 3,8 2 3 4 7 10 13 0,20 0,20 0,20 4,5 4,5 4,5 2 3 4 7 10 13 0,27 0,27 0,27 5,0 5,0 5,0 2 3 4 7 10 13 0,35 0,35 0,35 6,0 6,0 6,0 2 3 4 6 9 12 При зниженні концентрації йодиду калію і хлориду міді (II) нижче зазначених величин сорбційна ємність адсорбенту і відповідно час захисної дії від діоксиду сірки зменшуються. При збільшенні концентрацій йодиду калію і хлориду міді (II) вище зазначених величин сорбційна ємність і час захисної дії адсорбенту-фільтру залишається практично незміними. У такий спосіб експериментально встановлено, що запропонований адсорбент задовольняє вимогам санітарної гігієни щодо захисту органів дихання від високих концентрацій діоксиду сірки у повітрі і може бути успішно використаний як адсорбційний матеріал для респіраторів, протигазів і інших пристроїв для очищення повітря від діоксиду сірки. Запропонований адсорбент передається для використання підприємству, яке виготовляє пристрої для захисту органів дихання людини, що допоможе успішно вирішувати санітарно-гігієнічні задачі по поліпшенню умов праці та зменшенню профзахворювань.