Сорбент для очищення повітря від діоксиду сірки

Сорбент для очищення повітря від діоксиду сірки, що містить носій-цеоліт, на поверхню якого нанесена активна речовина з каталізатором, який 3 39382 ровина, що містить, як правило, менш 5 ×103 мг/м 3 органічних сполук сірки, у суміші з циркулюючим газом, що містить сірководень, пропускається через шар сорбенту із оксиду мангану при температурі 340 ¸ 450°С , тиску 1 ¸ 5 МПа. Залишковий вміст сірки після сорбенту складає менш 100мг/м 3 (10 ГДК). Високі температури використання сорбенту (340-450°С) та високе значення залишкової концентрації діоксиду сірки, яка значно більше ГДК, не дозволяють застосувати його в респіраторах. Відомий сорбент, 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 7095% діоксиду мангану (МnО2) у вигляді порошку з розміром частинок менш 100мкм (Патент РФ 2079357, кл. У 01 D 20/06, 1997). З метою підвищення сорбційної сіркоємності і збільшення ступеня видалення тіофенових сполук відомий сорбент 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 0,1 ¸ 30 (у розрахунку на Fe2O 3), 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 WO 3), оксид алюмінію (Аl2О 3) - інше. Для приготування сорбенту ви хідний оксид мангану беруть у вигляді суміші будь-яких відомих модифікацій оксиду мангану (манган - у будь-якій валентності). Високі температури використання сорбенту (340-450°С) не дозволяють застосувати його в респіраторах, тому що при кімнатній температурі його ефективність мала. Відомий сорбент діоксиду сірки по патенту RU 2088313, МПК 7B01J 23/72, дата введення 199708-27, який містить шар контактної маси у вигляді сульфату заліза (FeSO4) або напівсірчистої міді (Cu2S) на носії. Сорбент ефективно працює тільки при температурах 180 ¸ 420°C , тому непридатний для використання в респіраторах і протигазах. Відомий сорбент для очищення повітря від діоксиду сірки по європейському патенту ЕР 1570903 (А1), опубл. 2004-08-03 по кл. FO1N3/10, BO1D53/94, BO1J23/72. Сорбент містить носій цеоліт, на який нанесений каталітичний шар із сполук металів: платини, палладія, родію та активованого алюмінію. Недоліком відомого сорбенту є висока вартість, обумовлена наявністю дорогоцінних металів. Відомий сорбент (найближчий аналог) на основі цеоліту по патенту LT 99149, опубл. 2001-0625 по Кл. B01D53/02 (патент LT 4858 В), European application number LT 19990000149 10001220. У якості носія використовується природний цеоліт з діаметром зерен 6мм, який модифіковано 4% роз 4 чином Na2CO3. Недоліком відомого сорбенту є низький ступінь очищення повітря від діоксиду сірки (42-67%) при концентраціях SO2 повітрі 715мг/м 3, що не дає можливості застосовувати його в засобах індивідуального захисту органів дихання на підприємствах, де утворюється діоксид сірки, так як при виробництві кольорових металів, сірчаної кислоти та інш., вміст діоксиду сірки у повітрі виробничої зони досягає 100мг/м 3 (10 ГДК). Суттєвим недоліком найближчого аналога є також можливість гідролізу Na2CO3 при наявності у повітрі парів води, що завжди має місце. Луг NaOH, що при цьому утворюється, унеможливлює застосування цього сорбенту в засобах індивідуального захисту органів дихання, наприклад у респіраторах унаслідок можливості влучення часток лугу в ди хальні шляхи людини. Запропонований сорбент позбавлений цього недоліку. В основу запропонованої корисної моделі поставлено задачу: розробити сорбент для очищення повітря від діоксиду сірки нижче норм ГДК з отриманням технічного ефекту - зробити його безпечним для використання в респіраторах і протигазах. Ця задача вирішується завдяки складу сорбенту, що містить носій - цеоліт, на поверхню якого нанесена активна речовина сорбенту, згідно корисної моделі, як носій-цеоліту сорбент містить природний кліноптілоліт, а як активну речовину - гексаметілентетрамін (ГМТА) разом з каталізатором, який містить хлорид міді (ІІ), хлорид калію та йодид калію при співвідношенні інгредієнтів, % мас: гексаметілентетрамін (ГМТА) 0,25-0,30; хлорид міді (СuCl2) 1,55-1,60; хлорид калію (КСl) 1,25-1,30; йодид калію (KJ) 0,15-0,20; вода 2,5-3,0 носій (кліноптілоліт) решта. ГМТА нешкідливий для здоров'я людини. Працює запропонований сорбент-каталізатор діоксиду сірки таким чином. Під час руху повітря, що містить діоксид сірки, крізь шар сорбента, відбувається контактування діоксиду сірки з поверхнею сорбенту, яка покрита плівкою розчину ГМТА. При стандартних умовах у молекулі ГМТА активні тільки два атоми азоту, тому склад сполук, що реалізуються, - 2SO2 • ГМТА. В сполуках типу 3SO 2 • 2ГМТА кожна молекула ГМТА приєднує по одній молекулі SO2, а третя молекула SO2 є мостковою. Крім того, відомо, що при низьких температурах у ГМТА стають активними всі чотири атоми азоту, що виявляється в системі при 0°С, так як реалізується сполука 4SO2 • ГМТА. Приєднання SO2 до ГМТА відбувається по донорно-акцепторному механізмі за рахунок електронної пари азоту і вільної орбіталі атома сірки в SO2. У сполуках складу 2SO2 • ГМТА два атоми азоту однієї молекули ГМТА приєднують по одній молекулі SO2. Після чого кисень повітря у присутності каталітичної системами CuCl2—KCl—KJ окиснює молекули SO2, які сорбовані на поверхні сорбенту. Таким чином, на поверхні утворюються комплекси nSO3 • ГМТА (n=1-4) та відбувається очищення повітря. Розчини ГМТА є абсолютно не 5 39382 токсичними і не приносять шкоди людині, навіть при безпосередньому контакті з його шкірними покривами. Запропонований сорбент 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. Сорбенткаталізатор пропонованого складу мав масу 10г, висота шару сорбенту в реакторі була 10мм. Через реактор пропускалося повітря з вмістом діоксиду сірки 100мг/м 3 з об'ємною швидкістю 1л/хв. при температурі повітря 20°С. Концентрація діоксиду сірки на виході визначалася газоаналізатором 602 ЭХ 02 (виробник AT "Украналітприлад" м. Київ) з чутливістю 1мг/м 3. За хисна дія сорбента 6 каталізатора визначалась як час від початку подачі газоповітряної суміші на реактор до появи діоксиду сірки на його виході. Умови експерименту відповідали умовам використання сорбенту в респіраторах для захисту органів дихання людини. Експериментальні дослідження запропонованого сорбенту-каталізатору на предмет тривалого захисту органів дихання людини в атмосфері, забрудненій діоксидом сірки з концентрацією у 10 разів більшу за ГДК підтвердили, що поставлена технічна задача успішно вирішується за рахунок складу сорбента: оптимального співвідношення концентрацій ГМТА, СuСl2, КСl, KJ та води на поверхні носія - природного кліноптілоліту. Результати експериментальних досліджень наведені в таблиці. Таблиця. Залежність часу захисної дії запропонованого сорбенту-каталізатору 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 складу сорбенту-каталізатору (фракція 0,5 ¸ 1 мм), при висоті шару сорбенту 10мм. та температурі повітря 20°С. ГМТА 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 СuСl2 1,40 1,45 1,50 1,55 1,60 1,65 1,70 Склад сорбенту-каталізатору, в % мас: КСl KJ Н2О 1,10 0,01 1,0 1,15 0,5 1,5 1,20 0,10 2,0 1,25 0,15 2,5 1,30 0,20 3,0 1,35 0,25 3,5 1,40 0,30 4,0 Максимальні значення часу захисної дії сорбенту-каталізатору досягаються при співвідношенні інгредієнтів, % мас: ГМТА 0,25-0,30; СuCl2 1,55-1,60; КСl 1,25-1,30; KJ 0,15-0,20; вода 2,5-3,0 носій (кліноптілоліт) решта. У такий спосіб експериментально встановлено, що запропонований сорбент-каталізатор задовольняє вимогам санітарної гігієни щодо захисту Комп’ютерна в ерстка І.Скворцов а Носій 96,30 95,25 95,00 94,30 93,60 92,90 92,20 Час захисної дії, хвилини. 90 120 130 145 150 130 130 органів дихання від високих концентрацій діоксиду сірки у повітрі і може бути успішно використаний як сорбційний матеріал для респіраторів, протигазів і інших пристроїв для очищення повітря від діоксиду сірки. Запропонований сорбент-каталізатор передається для використання підприємству, яке виготовляє пристрої для захисту органів дихання людини, що допоможе успішно вирішувати санітарногігієнічні задачі по поліпшенню умов праці та зменшенню профзахворювань. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601