Спосіб переробки органічних розчинників або їх відходів

Реферат: Винахід належить до розрядноімпульсних способів переробки органічних розчинників або їх відходів з отриманням вуглецевих наноматеріалів (ВНМ) і водню. Спосіб включає обробку органічних розчинників або їх відходів у електророзрядній камері імпульсними електричними розрядами при напрузі від 40 до 50 кВ і заданому в одному імпульсі запасі енергії та виділення порошку вуглецевих наноматеріалів. Згідно з винаходом, органічні розчинники або їх відходи 3 подають до електророзрядної камери зі швидкістю від 1 до 3 дм /с і обробляють імпульсними електричними розрядами з частотою від 4 до 15 Гц при запасі в одному імпульсі енергії від 0,1 до 0,2 кДж, для виділення порошку вуглецевих наноматеріалів здійснюють фільтрацію оброблених органічних розчинників або їх відходів, а суміш газів, що утворилися в результаті дії імпульсних електричних розрядів та містять вуглець, відводять і обробляють імпульсними електричними розрядами при напрузі від 30 до 40 кВ з частотою від 10 до 25 Гц і запасі в одному імпульсі енергії від 0,05 до 0,1 кДж. Технічний результат: повна утилізація органічних розчинників або їх відходів - переробка їх на вуглецеві наноматеріали та водень. UA 100467 C2 (12) UA 100467 C2 UA 100467 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до розрядноімпульсних способів переробки органічних розчинників або їх відходів з отриманням вуглецевих наноматеріалів (ВНМ) і водню. Відомо спосіб одержання вуглецевих наноматеріалів (Федосеев Д.В., Дерягин Б.В., Варшавская И.Г. и др. Гомогенное образование метастабильных фаз углерода при высоких пересыщениях // Журн. эксперим. и теоретич. физики. 1981. Т. 80, вып. 1. с. 413-419), що включає обробку октану, декану або додекану у електророзрядній камері імпульсними електричними розрядами при напрузі 300 В і запасі енергії в одному імпульсі 50 Дж. Ознаками, спільними з суттєвими ознаками винаходу, що заявляється, є обробка органічних рідин у електророзрядній камері імпульсними електричними розрядами при заданому в одному імпульсі запасі енергії. До причин, що перешкоджають отриманню необхідного технічного результату, слід віднести недостатню величину запасу енергії в одному імпульсі та неможливість переробки суміші газів, які утворюються в процесі обробки органічних рідин і містять вуглець, що обумовлює малий вихід (менше 10 %) вуглецевих наноматеріалів. Як прототип вибрано спосіб одержання порошку вуглецевого наноматеріалу - алмазу (Патент 77370 Україна, МПК (2006) С01В 31/06. Спосіб одержання порошку синтетичного ультрадисперсного алмазу / О.І. Вовченко, В.І. Городян, Н.І. Кускова, Є.П. Размєнов, І.С. Швець (Україна). - № 200512866; Заявлено 30.12.2005; Опубл. 15.11.2006, Бюл. № 3. - 3 с.), який включає дію на матеріал, що містить вуглець, імпульсних електричних розрядів у електророзрядній камері при напрузі від 40 до 50 кВ і запасі в одному імпульсі енергії від 10 до 20кДж. Для виділення із органічної рідини вуглецевих наноматеріалів рідину з продуктами електричного розряду подають на центрифугу Ознаками, що збігаються з суттєвими ознаками винаходу, що заявляється, є обробка органічних рідин у електророзрядній камері імпульсними електричними розрядами при напрузі від 40 до 50 кВ і заданому в одному імпульсі запасі енергії та виділення порошку вуглецевих наноматеріалів. До причин, що перешкоджають отриманню необхідного технічного результату, слід віднести малий вихід (менше 20 %) вуглецевих наноматеріалів, великий запас енергії в одному імпульсі (який був спрямовано на синтез алмазної фази), неможливість переробки суміші газів, які містять вуглець та утворюються в процесі обробки органічних рідин, неможливість безперервності і безвідходності процесу переробки, а також малу продуктивність. В основу винаходу поставлена задача удосконалити спосіб переробки органічних розчинників або їх відходів шляхом введення нових, операцій та визначення оптимальних режимів обробки імпульсними електричними розрядами, що дозволить забезпечити розкладання молекул органічних розчинників або їх відходів на вуглецеві наноматеріали, суміш газів, що містять вуглець, та водень, а молекул суміші газів - на вуглецеві наноматеріали та водень, і за рахунок цього збільшити вихід і продуктивність отримання вуглецевих наноматеріалів, забезпечити безперервність і безвідходність процесу переробки та реалізувати повну утилізацію органічних розчинників або їх відходів в результаті переробки їх на вуглецеві наноматеріали та водень. Суть винаходу, що заявляється, полягає в тому, що у способі переробки органічних розчинників або їх відходів, що включає обробку органічних розчинників або їх відходів у електророзрядній камері імпульсними електричними розрядами при напрузі від 40 до 50 кВ і заданому в одному імпульсі запасі енергії та виділення порошку вуглецевих наноматеріалів, згідно з винаходом, органічні розчинники або їх відходи подають до електророзрядної камери зі 3 швидкістю від 1 до 3 дм /с і обробляють імпульсними електричними розрядами з частотою від 4 до 15 Гц при запасі в одному імпульсі енергії від 0,1 до 0,2 кДж, для виділення порошку вуглецевих наноматеріалів здійснюють фільтрацією оброблених органічних розчинників або їх відходів, а суміш газів, що утворилися в результаті дії імпульсних електричних розрядів та містять вуглець, відводять і обробляють імпульсними електричними розрядами при напрузі від 30 до 40 кВ з частотою від 10 до 25 Гц і запасі в одному імпульсі енергії від 0,05 до 0,1 кДж. Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак і технічним результатом, необхідно відзначити, що переробка органічних розчинників або їх відходів у електророзрядній камері імпульсними електричними розрядами при запасі енергії в одному імпульсі від 0,1 до 0,2 кДж дозволяє забезпечити розкладання молекул органічних розчинників на вуглецеві наноматеріали, суміш газів, що містять вуглець, та водень. При збільшенні запасу енергії переробки рідких розчинників або їх відходів до 0,3 кДж і вище відбувається розрив зв’язків С-С або С=С, що приводить до руйнування вуглецевих наноструктур. Мінімальні 3 швидкість подачі сировини -1 дм /с і запас енергії розряду для обробки розчинників або їх відходів -0,1 кДж, якій відповідає частота обробки 15 Гц, слід обирати для розчинників, у 1 UA 100467 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 молекулах яких сумарна енергія зв’язків С-Н, яка пропорційна кількості атомів водню у молекулі, найменша. В цьому випадку обробка суміші газів, що утворилися та містять вуглець, здійснюється імпульсними електричними розрядами з частотою 10 Гц при запасі енергії в одному імпульсі 0,05 кДж, що дозволяє забезпечити розкладання молекул суміші газів на. вуглецеві наноматеріали та водень. 3 Максимальні швидкість подачі сировини - 3 дм /с і запас енергії - 0,2 кДж і мінімальну частоту обробки - 4 Гц необхідно обирати для розчинників, у молекулах яких сумарна енергія зв’язків С-Н найбільша. Обробка суміші газів, що утворилися та містять вуглець, здійснюється електричними розрядами з частотою 25 Гц при запасі енергії в одному імпульсі 0,1 кДж. Обробка органічних розчинників або їх відходів, а також суміші газів, що утворилися та містять вуглець, у проточному режимі дозволяє збільшити продуктивність переробки і забезпечити безперервність і безвідходність процесу переробки. Фільтрація оброблених органічних розчинників або їх відходів у проточному режимі дозволяє ефективно виділяти порошок вуглецевих наноматеріалів і за рахунок цього збільшити продуктивність отримання порошку вуглецевих наноматеріалів. Безперервна обробка органічних розчинників або їх відходів імпульсними електричними розрядами забезпечує практично повну переробку сировини на вуглецеві матеріали та водень за рахунок переробки як рідких органічних розчинників або їх відходів із виділенням вуглецевих наноматеріалів, так і суміші газів, які утворилися та містять вуглець, на стадії переробки органічної рідини. Суть винаходу пояснюється кресленням, де зображена функціональна схема для реалізації способу переробки органічних розчинників або їх відходів. Функціональна схема містить бак-накопичувач 1, електророзрядні камери 2 і 3, генератор імпульсних струмів (ГІС) 4, накопичувально-розділовий пристрій 5, газозбірник 6, фільтруючий пристрій 7, насос 8. Спосіб здійснюють таким чином. Органічні розчинники або їх відходи із бака-накопичувача 1 3 подають зі швидкістю від 1 до 3 дм /с в електророзрядну камеру 2. На електроди електророзрядної камери 2 подають напругу від ГІС 4 і обробляють органічні розчинники або їх відходи імпульсними електричними розрядами, які здійснюють при напрузі від 40 до 50 кВ з частотою від 4 до 15 Гц при запасі в одному імпульсі енергії від 0,1 до 0,2 кДж. Оброблені органічні розчинники або їх відходи, які містять вуглецеві наноматеріали, а також суміш газів, що утворилися та містять вуглець, із електророзрядної камери 2 подають у накопичувальнорозділовий пристрій 5, з якого рідину для виділення порошку ВНМ безперервно подать до фільтруючого пристрою 7, пропускаючи через фільтри, на" яких накопичується порошок. Після виділення ВНМ органічні розчинники або їх відходи знову за допомогою насоса 8 подають у бакнакопичувач 1. Суміш газів, що утворилися та містять вуглець, накопичують у накопичувально-розділовому пристрої 5 та подають в електророзрядну камеру 3. На електроди електророзрядної камери 3 подають напругу від ГІС 4 і обробляють суміш газів імпульсними електричними розрядами, які здійснюють при напрузі від 30 до 40 кВ з частотою від 10 до 25 Гц при запасі в одному імпульсі енергії від 0,05 до 0,1 кДж. Порошок вуглецевих наноматеріалів накопичується в електророзрядній камері 3, а водень подають у газозбірник 6. Безперервну переробку органічних розчинників або їх відходів і суміші газів, що утворилися та містять вуглець, імпульсними електричними розрядами здійснюють до повного розкладання органічних розчинників або їх відходів на ВНМ і водень. Порошок ВНМ, який накопичується на фільтрах фільтруючого пристрою, висушують і очищують хімреактивами. Порошок, який накопичується у електророзрядній камері 3, не потребує сушіння та очищення, - що є однією з основних переваг запропонованого способу. Приклад. Органічні розчинники (етанол, етилацетат, ацетон, бензол, ксилол) при 3 швидкостях протікання від 1 до 3 дм /с оброблено імпульсними електричними розрядами з частотами від 4 до 15 Гц, які узгоджено з запасом енергії в одному імпульсі, що наведено у таблиці. Суміш газів, що утворилися, обробляли імпульсними електричними розрядами при напрузі від 30 до 40 кВ з частотами від 10 Гц при запасі в одному імпульсі енергії, який наведено в таблиці. Визначали масу отриманих з органічної рідини (після сушіння) і з суміші газів порошків ВНМ. Розраховували практичний вихід нановуглецю Г (у відсотках), визначивши масу органічного розчинника mр і масу порошку ВНМ mпор, який отримано в результаті обробки, коли ВНМ виділено зі всієї маси органічного розчинника без залишку рідини, за виразом Г=(mпор/mр)·100 %. Результати розрахунків практичного виходу порошку ВНМ наведено у таблиці. 60 2 UA 100467 C2 Таблиця. Вихід порошків ВНМ після обробки органічних розчинників Органічний розчинник етанол етилацет ат ацетон бензол ксилол 5 Запас енергії в одному імпульсі при обробці органічних розчинників, кДж 0,12 Вихід ВНМ із органічних розчинників на фільтруючому пристрої Г1, % Запас енергії в Загальний одному імпульсі Вихід ВНМ із вихід при обробці суміші газів в порошків суміші електророзрядній ВНМ вуглеводневих камері 5 Г2, % Г=Г1+Г2, % газів, кДж 5,8 0,06 44,2 50,0 0,10 7,2 0,05 51,2 58,4 0,15 0,15 0,2 8,4 12,4 18,1 0,08 0,08 0,1 48,5 53,1 53,7 56,9 65,5 71,8 Таким чином, спосіб дозволить забезпечити розкладання молекул органічних розчинників або їх відходів на вуглецеві наноматеріали, суміш газів, що містять вуглець, та водень, а молекул суміші газів - на вуглецеві наноматеріали та водень, і за рахунок цього збільшити вихід і продуктивність отримання вуглецевих наноматеріалів та забезпечити безперервність і безвідходність процесу переробки, а також реалізувати повну утилізацію органічних розчинників або їх відходів - переробку їх на вуглецеві наноматеріали та водень. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 Спосіб переробки органічних розчинників або їх відходів, що включає обробку органічних розчинників або їх відходів у електророзрядній камері імпульсними електричними розрядами, які здійснюють при напрузі від 40 до 50 кВ і заданому в одному імпульсі запасі енергії, та виділення порошку вуглецевих наноматеріалів, який відрізняється тим, що органічні 3 розчинники або їх відходи подають до електророзрядної камери зі швидкістю від 1 до 3 дм /с і обробляють імпульсними електричними розрядами з частотою від 4 до 15 Гц при запасі в одному імпульсі енергії від 0,1 до 0,2 кДж, для виділення порошку вуглецевих наноматеріалів здійснюють фільтрацію оброблених органічних розчинників або їх відходів, а суміш газів, що утворилися в результаті дії імпульсних електричних розрядів і містять вуглець, відводять і обробляють імпульсними електричними розрядами при напрузі від 30 до 40 кВ з частотою від 10 до 25 Гц при запасі в одному імпульсі енергії від 0,05 до 0,1 кДж. 3 UA 100467 C2 Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4