Углеродминеральный композит
Использование: изобретение относится к области химии, а именно к производству адсорбентов, в частности обладающих гидрофобными свойствами. Сущность: каталитические центры на поверхности активного оксида алюминия модифицируют за счет каталитического разложения на них углеводородов углеродными кластерами со средней толщиной 0,3 - 1,9 нм и диаметром от 0,5 нм и выше вплоть до полного покрытия поверхности сплошным углеродным слоем. За счет такого модифицирования гидрофильную поверхность оксида алюминия постоянно экранируют гидрофобным углеродом вплоть до образования сплошного слоя. Предлагаемый композит включает оксид алюминия, поверхность которого модифицирована углеродом вплоть до образования сплошного слоя, содержание углерода 1 - 40 мас.%, объем мезопор 0,05 - 0,68 см3/г. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к производству адсорбентов.
Гидрофобность активных углей предопределила их широкое практическое применение в качестве адсорбентов. Однако низкая механическая прочность углей, а также отсутствие мезопористых активных углей ограничивают их использование при адсорбции органических веществ особенно с крупными макромолекулами из жидких сред, что поставило задачу создания механически прочных мезопористых гидрофобных сорбентов. Согласно классификации, предложенной ИЮПАК [1], к мезопорам относятся поры с диаметрами от 2 до 50 нм; соответственно менее и более крупные поры называются микро- и макропорами. С целью эффективного поглощения молекулярно-растворенных органических веществ из водных растворов должен быть реализован принцип получения углерод минеральных сорбентов путем модифицирования углеродом поверхности сформированной мезопористой матрицы [2]. Эффективность таких сорбентов определяется правильным выбором неорганической матрицы и карбонизующего вещества, а также условиями проведения самого процесса карбонизации. Для получения карбокремнеземов пары бензола пропускали [3, 4] через нагретый до 850oC кремнезем. На получаемом таким способом углеродминеральном сорбенте наблюдались [2] плохая адгезия нанесенного углерода к кремнеземной поверхности и неравномерное отложение углерода по поверхности пор. Для увеличения адгезии углеродного слоя к поверхности минеральной матрицы карбонизация органических веществ должна протекать на каталитических центрах неорганического сорбента, а именно кислотных льюисовских центрах [5, 6] , характерных, например, для поверхности активного оксида алюминия. При этом локализация образующегося углерода и, как результат, адсорбционные свойства углеродминерального композита будут определяться условиями проведения процесса зауглероживания. Известны углеродминеральные сорбенты [7-10], где в качестве неорганической основы использован мезопористый активный оксид алюминия. Предложена [10, 11] двухстадийная схема их получения. На первой стадии углерод наносят на поверхность носителей путем крекинга при 600-700oC дивинила, соответственно неразбавленного [10] и разбавленного азотом в соотношении 1:5 [11]. На второй стадии проводят активацию водяным паром при температурах 780-850oC. При этом на первой стадии углерод в основном локализуется [8, 11] в крупных транспортных порах (радиусом более 25 нм), что приводит к блокировке мезопор (радиусом 1-25 нм) и, как следствие, к сокращению объема мезопор [7, 10]. Согласно анализу [12] для композита, получаемого на первой стадии, параметр![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/981.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/981.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/2/28370.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/2/28371.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/2/28372.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/2/28373.gif)
X - массовая доля углерода в композите;
Sc - углеродная поверхность;
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
где Vo и Vk - объем мезопор соответственно в исходном оксиде алюминия и в углеродминеральном композите. Сущность изобретения заключается в следующем. Исходный оксид алюминия помещают в реактор, нагревают до температуры каталитического крекинга соответствующего углеводорода (метана, пропана, бутана, этана, этилена, бензола, гексана, моноксида углерода и пр.) на поверхности оксида алюминия и подают смесь соответствующего углеводорода с инертным газом (например, аргоном, азотом) до отложения углерода в количестве 1-2 мас.%. После этого прекращают подачу углеводорода и увеличивают скорость подачи инертного газа до встряхивания слоя оксида алюминия. Зауглероживание продолжают подобными циклами до получения желаемого значения углерода в композите. Полученный композит охлаждают до комнатной температуры в потоке инертного газа. Пример 1. Активный оксид алюминия с удельной поверхностью 230 м2/г, объемом мезопор 0,70 см3/г, механической прочностью на раздавливание 7,0 МРа помещают в реактор, нагревают до температуры каталитического крекинга углеводорода бутана и подают смесь бутана с аргоном до отложения углерода в количестве 1 мас.%. Полученный композит охлаждают до комнатной температуры в потоке инертного газа. Углеродминеральный композит имеет следующие характеристики: объем мезопор 0,68 см3/г; средняя толщина и диаметр углеродных кластеров соответственно 0,3 и 0,5 нм; механическая прочность на раздавливание 8,0 МРа. Пример 2. Активный оксид алюминия с удельной поверхностью 215 м2/г, объемом мезопор 0,60 см3/г, механической прочностью на раздавливание 3,0 МРа помещают в реактор, зауглероживают аналогично. Углеродминеральный композит имеет следующие характеристики: объем мезопор 0,47 см3/г; средняя толщина и диаметр углеродных кластеров соответственно 0,4 и 0,5 нм; механическая прочность на раздавливание 8,0 МРа. Пример 3. Активный оксид алюминия с удельной поверхностью 215 м2/г, объемом мезопор 0,60 см3/г, механической прочностью на раздавливание 3,0 МРа помещают в реактор, зауглероживают аналогично. Углеродминеральный композит имеет следующие характеристики: объем мезопор 0,41 см3/г; средняя толщина и диаметр углеродных кластеров соответственно 0,6 и 0,7 нм; механическая прочность на раздавливание 9,0 МРа. Пример 4. Активный оксид алюминия с удельной поверхностью 215 м2/г, объемом мезопор 0,60 см3/г, механической прочностью на раздавливание 3,0 МРа помещают в реактор, зауглероживают аналогично. Углеродминеральный композит имеет следующие характеристики: объем мезопор 0,32 см3/г; средняя толщина углеродной пленки 1,0 нм; механическая прочность на раздавливание 10,0 МРа. Пример 5. Активный оксид алюминия с удельной поверхностью 150 м2/г, объемом мезопор 0,40 см3/г, механической прочностью на раздавливание 5,0 МРа помещают в реактор, зауглероживают аналогично. Углеродминеральный композит имеет следующие характеристики: объем мезопор 0,05 см3/г; средняя толщина углеродной пленки 1,9 нм; механическая прочность на раздавливание 15,0 МРа. В таблице приведены характеристики предлагаемых углеродминеральных композитов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Manual of Gefinitions, Terminology and Symbols in Colloid and Surface Chemistry, IUPAC - Sekretariat, 1972. 2. Тарасевич Ю.И. Угольно-минеральные сорбенты: их получение, свойства и применение в водоочистке. - Химия и технология воды, 1989, т.11, n9, с. 789-804. 3. Киселев А.В. Межмолекулярные взаимодействия в адсорбции и хроматографии.-М.: Высшая школа, 1986. 4. Киселев А.В., Пошкус Д.П., Яшин Я.И. Молекулярные основы адсорбционной хроматографии. -М.: Химия, 1986. 5. Чесноков В.В., Паукштис Е.А., Буянов Р.А., Криворучко О.П., Золотовский Б.П., Прокудина Н.А. Природа активных центров оксида алюминия в реакции зауглероживания. -Кинетика и катализ, 1987, т.28, с.649-654. 6. Прокудина Н.А., Чесноков В.В., Паукштис Е.А., Буянов Р.А. Зауглероживание катализатора с различными кислотно-основными свойствами. -Кинетика и катализ, 1989, т.30, с.949-953. 7. Рачковская Л.Н., Фенелонов В.В., Левицкий Э.А., Криксина Т.М., Мороз Э. М., Афанасьев А.Д., Ефремов А.И., Эльберт Э.И. Адсорбция фенола из водных растворов на углеродсодержащих минеральных сорбентах. -Известия СО АН СССР, 1982, в.5, n12, с.40-46. 8. Гаврилов В.Ю., Фенелонов В.Б., Рачковская Л.Н. Исследование распределения кокса в гранулах оксида алюминия. -Кинетика и катализ, 1983, т.24, в. 5, с.1149-1153. 9. Рачковская Л.Н., Мороз Э.М., Ануфриенко В.Ф., Равилов Р.Г., Левицкий Э. А., Зайковский В.И., Криксина Т.М. Физико-химическое исследование углеродсодержащих адсорбентов на основе
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/947.gif)
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1