Спосіб одержання сорбенту

Изобретение относится к способам получения сорбентов из растительного сырья - скорлупы фруктовых косточек и орехов, которые могут быть использованы в химии, биотехнологии, медицине и т.д. Известен способ получения сорбентов из дробленой скорлупы фруктовых косточек, заключающийся в том, что исходное сырье пропитывают активатором - раствором хлорида цинка, карбонизуют в атмосфере азота при 800°С, отмывают водой от избытка активатора, высушивают и дополнительно активируют углекислым газом при 800°С [1]. Известен также способ получения сорбентов из дробленой скорлупы фруктовых косточек, включающий обработку сырья раствором гидроксида щелочного металла, карбонизацию, активирование пропитанных гидроксидом щелочного металла косточек при 800°С и отмывку водой при кипячении от избытка активатора [2]. Недостатками указанных способов является низкая адсорбционная активность получаемых углей, а также многостадийность технологии их получения. Известно применение в качестве сырья для получения сорбентов семян косточковых фр уктов. Способ включает активацию и карбонизацию сырья путем термообработки во вращающемся реакторе в течение 20-60 минут при 900°С в токе водяного пара и азота [3]. Из известных способов наиболее близким к заявляемому является способ получения сорбента, по которому скорлупу абрикосов, персиков, слив, вишен, косточек винограда, грецких орехов дробят до 1-3 мм, карбонизуют в атмосфере инертного газа при 800°С, активируют водяным паром при 800°С в течение 1 часа до степени обгара 65 % [4]. Указанный способ получения сорбента позволяет получать целевой продукт с хорошими сорбционными характеристиками, однако сложность и многостадийность процесса снижают технологичность известного способа, а также приводят к снижению выхода готового продукта. Задачей данного изобретения явилось упрощение технологии получения сорбентов из растительного сырья скорлупы фруктовых косточек и обрезов, при высоком выходе целевого продукта без ухудшения сорбционных характеристик. Поставленная задача решается следующим образом. Недробленую фруктовую косточку и/или орехи с содержанием ядра 5-20 мас. % подвергают термообработке в газовой среде до получения карбонизата с содержанием летучи х ве ществ в нем 7-12 мас. % и полученный карбонизат подвергают активированию водяным паром, причем термообработку ведут при температуре 350600°С в среде пирогазов. Достигаемый технический эффект при получении целевого продукта заявляемым способом можно объяснить следующим. Продукт термообработки - карбонизат, являющийся полупродуктом и подвергаемый высокотемпературному активированию для получения конечного продукта с высоким выходом и хорошего качества, должен удовлетворять, по крайней мере, двум основным условиям. С одной стороны, он должен иметь как можно более высокое содержание коксового остатка (т.е. быть Обога щен углеродом), причем именно турбостратной (микрокристаллитной) структуры. С другой стороны - сохранить достаточную реакционную способность для устойчивого и эффективного процесса активирования. Для обеспечения первого условия необходима как можно более глубокая термическая обработка, а для обеспечения второго условия - наоборот, нужна мягкая прокалка, т.к. чрезмерное удаление летучи х веществ из карбонизата означает потерю его реакционной способности. Иными словами, имеются два взаимоисключающих фактора, каждый из которых, в конечном итоге, определяет выход и качество сорбента. Карбонизацию, как правило, ведут до того состояния, когда материал уже в достаточной мере обогащен углеродом турбостратной структуры, но еще обладает достаточной реакционной способностью. Дальнейшее обогащение карбонизата углеродом было бы целесообразно, если бы при этом одновременно не падала его реакционная способность. Опытным путем нами было установлено, что при наличии ядер в косточках или орехах можно значительно более глубоко карбонизировать исходное сырье, обогащая его углеродом, при сохранении реакционной способности карбонизата. Объясняется это тем, что по-видимому, масляничные вещества, содержащиеся в ядре, при карбонизации пропитывают изнутри скорлупу, уже в той или иной мере обожженную, и таким образом, как бы увеличивают возможность более глубокой карбонизации сырья при сохранении достаточного количества летучи х веществ для качественного проведения процесса активирования. Так, например, в случаях содержания ядра в исходных косточках и орехах от 5 до 20 мас. % и проведения термообработки до содержания летучи х ве ществ в карбонизате 7-12 % мы имеет максимальный выход конечного продукта - углеродного сорбента с высокими поглотительными характеристиками. При уменьшении или увеличении содержания ядра в плодовых сверх заявляемых пределов наблюдается снижение выхода и поглотительной способности целевого продукта, особенно ощутимой при содержании летучих ве ществ в карбонизате менее 7 %. Важным технологическим параметром является также и состав газовой среды, в которой происходит термообработка исходного сырья. Точно выразить оптимальный состав газовой фазы в процессе пиролиза, повидимому, не представляется возможным, однако в литературе имеются сведения о влиянии кислорода на процесс пиролиза углеродсодержащих материалов. Согласно литературным данным, содержание кислорода в газовой фазе при пиролизе является, вероятно, определяющим фактором протекания большинства химических процессов, особенно в интервале 350-450°С. Кислород положительно влияет, в конечном итоге, на выход углерода и его структур у: облегчает дегидрирование и повышает выход коксового остатка; способствует образованию межмолекулярных связей и, тем самым, придает неплавкость полимеру, ускоряет химические процессы образования промежуточных стр уктур углерода. Однако излишнее количество кислорода нежелательно, т.к. он, являясь окислителем, при большом содержании уменьшает выход углерода за счет нерегулируемой деструкции полимера, что ведет, в конечном итоге, к снижению качества и выхода сорбента. Экспериментально было установлено, что наибольший выход при сохранении высокого качества сорбента, можно достичь при проведении процесса пиролиза в атмосфере выделяющихся пирогазов. При этом в среде пирогазов, в целом восстановительной, содержится необходимое и достаточное количество кислорода для качественного проведения пиролиза. Выполнение предлагаемого способа иллюстрируется следующими, примерами. Пример 1. 10 кг персиковой косточки с содержанием ядра 5 % подвергают термообработке в среде пирогазов при температуре 350°С до содержания летучих ве ществ в карбонизате 7,1 %. Полученный карбонизат активируют водяным паром при температуре 830-850°С в течение 1 часа. Пример 2-8. Карбонизацию фруктовы х косточек с различным содержанием ядра осуществляют по примеру 1. но при этом изменяют температуру термообработки и процесс заканчивают при различном содержании летучи х веществ в карбонизате. Конкретные значения температуры и содержание ядра в косточке, а также содержание летучи х веществ в карбонизате по каждому примеру приведены в таблице 1. В качестве сырья использовали персиковую косточку (содержание ядра 12,3, 10 и 3,5 %), сливовую (содержание ядра 20 %) и абрикосовую (содержание ядра 24 и 22 %). Активирование карбонизата выполняют по примеру 1. Выход активированного угля и его поглотительные характеристики для прототипа и каждого из примеров приведены в таблице. Из приведенных данных с очевидностью следует, что при содержании ядра в фруктовой косточке 5-20 % и термообработке ее до содержания летучи х веществ в карбонизате 7-12 % выход конечного продукта углеродного сорбента, возрастает до 10 % и более при сохранении высоких поглотительных характеристик адсорбента (примеры 1-3). При уменьшении содержания ядра в косточке менее 5 % и летучи х ве ществ к карбонизате менее 7 % заметно падает выход продукта, а поглотительная способность снижается (примеры 4, 7, 8). Также падает выход и качество адсорбента при увеличении содержания ядра в косточке более 20 % и летучи х веществ в карбонизате более 12 % (примеры 5, 6). Предлагаемый способ, таким образом, позволяет увеличить выход продукта при сохранении высоких поглотительных свойств адсорбента. Более того, при этом существенно упрощается те хнология получения за счет возможности устранения стадий первичной обработки косточкового сырья (дробления, импрегнирования, сушки), что позволяет снизить себестоимость производства адсорбента.