EA039799B1 - Method for producing activated mesoporous carbon from lignin-containing raw materials - Google Patents
Method for producing activated mesoporous carbon from lignin-containing raw materials Download PDFInfo
- Publication number
- EA039799B1 EA039799B1 EA202100056A EA202100056A EA039799B1 EA 039799 B1 EA039799 B1 EA 039799B1 EA 202100056 A EA202100056 A EA 202100056A EA 202100056 A EA202100056 A EA 202100056A EA 039799 B1 EA039799 B1 EA 039799B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- lignin
- water
- activated
- heat treatment
- activation
- Prior art date
Links
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии переработки лигнинсодержащих веществ в активированный (активный) уголь (АУ). Такой уголь используется в различных областях: при изготовлении лекарственных средств и ветеринарных препаратов, в качестве эффективного сорбента продуктов метаболизма, различных токсических веществ из воды и воздуха, для очистки природных, технологических и сточных вод от загрязняющих их химических соединений; в качестве пищевого красителя; в составе кормовых добавок в животноводстве и птицеводстве; применяется при химическом синтезе различных неорганических и органических веществ.The invention relates to a technology for processing lignin-containing substances into activated (active) carbon (AC). Such coal is used in various fields: in the manufacture of medicines and veterinary preparations, as an effective sorbent for metabolic products, various toxic substances from water and air, for the purification of natural, technological and waste water from chemical compounds polluting them; as food coloring; as a part of feed additives in animal husbandry and poultry farming; used in the chemical synthesis of various inorganic and organic substances.
Известны два основных способа получения активированного угля, отличающиеся методами активации: парогазовый (высокотемпературная обработка карбонизованных органических материалов кислородсодержащими газами - Н2О и СО2) и путем предварительной активации различными по природе химическими веществами с последующей термообработкой в среде инертных газов при значительно более низких температурах. В качестве активаторов предложено использовать неорганические соли, основания и кислоты. В результате обоих видов активации образуются АУ с преимущественным содержанием микропор с размерами до 2 нм и небольшим содержанием мезопор с размерами 2-50 нм, что определяется составом исходного сырья и описанными условиями активации [1].There are two main methods for producing activated carbon, which differ in activation methods: steam-gas (high-temperature treatment of carbonized organic materials with oxygen-containing gases - H2O and CO2) and by pre-activation with chemicals of various nature, followed by heat treatment in an inert gas environment at much lower temperatures. It is proposed to use inorganic salts, bases and acids as activators. As a result of both types of activation, ACs are formed with a predominant content of micropores with sizes up to 2 nm and a small content of mesopores with sizes of 2–50 nm, which is determined by the composition of the feedstock and the described activation conditions [1].
Наиболее близкими аналогами предлагаемого изобретения являются угли, полученные из лигнинсодержащего сырья путем использования для их активации водных растворов ортофосфорной кислоты.The closest analogues of the present invention are coals obtained from lignin-containing raw materials by using aqueous solutions of phosphoric acid for their activation.
Известен способ получения активированного угля путем обработки оливковых косточек 50% ортофосфорной кислотой (Н3РО4) при 110°С в течение 9 ч с последующим пиролизом в инертной атмосфере при температурах 350-1000°С в течение 3-х ч. После охлаждения полученные гранулы активированного угля промывали горячей водой и высушивали. В результате был получен микропористый активированный уголь с 96-98% содержанием микропор, что не позволяет его использовать в процессах адсорбции крупных молекул, например, органических красителей [2].A known method for producing activated carbon by treating olive pits with 50% orthophosphoric acid (H 3 PO 4 ) at 110°C for 9 hours, followed by pyrolysis in an inert atmosphere at temperatures of 350-1000°C for 3 hours. After cooling, the resulting activated carbon granules were washed with hot water and dried. As a result, microporous activated carbon with 96–98% micropore content was obtained, which does not allow its use in the adsorption of large molecules, for example, organic dyes [2].
Этот же недостаток присущ способам получения АУ из других растительных материалов, например, из персиковых косточек [3], скорлупы кокосовых орехов [4], миндаля [5], плодовых оболочек [6], рисовой шелухи [7], скорлупы масличной пальмы [8]. Практически во всех случаях активационной обработки этих материалов ортофосфорной кислотой различной концентрации, продолжительностью и температурными режимами обработки были получены угли с преобладающим количеством микропор.The same drawback is inherent in methods for obtaining AC from other plant materials, for example, peach pits [3], coconut shells [4], almonds [5], fruit hulls [6], rice husks [7], oil palm shells [8]. ]. Practically in all cases of activation treatment of these materials with phosphoric acid of various concentrations, duration and temperature regimes of treatment, coals with a predominant number of micropores were obtained.
Известны способы получения активированного угля из крафт-лигнина, выделенного из черного щелока [9-11]. Отмытый и высушенный крафт-лигнин обрабатывали 85% Н3РО4 с последующей его сушкой и термообработкой при 400-650°С в атмосфере азота. В этих условиях был получен уголь, а котором помимо микропор были и мезопоры в количестве 20-50%. Но этот уголь обладал низкой сорбционной способностью, в частности, по красителю метиленовому голубому - всего 32,47 мг/г [9].Known methods for producing activated carbon from kraft lignin isolated from black liquor [9-11]. The washed and dried kraft lignin was treated with 85% H 3 PO 4 followed by drying and heat treatment at 400-650°C in a nitrogen atmosphere. Under these conditions, coal was obtained, in which, in addition to micropores, there were also mesopores in the amount of 20-50%. But this coal had a low sorption capacity, in particular, for methylene blue dye - only 32.47 mg/g [9].
Известен способ получения активированного угля из высушенного целлолигнина путем его пропитки 0,5-0,7% Н3РО4 с последующим брикетированием, карбонизацией при 550-700°С, измельчением и активацией при 850-900°С [12]. К недостаткам этого способа следует отнести использование высоких температур активации, что делает данный способ экономически невыгодным.There is a known method for producing activated carbon from dried cellolignin by impregnating it with 0.5-0.7% H3PO4, followed by briquetting, carbonization at 550-700°C, grinding and activation at 850-900°C [12]. The disadvantages of this method include the use of high activation temperatures, which makes this method economically unprofitable.
Известен способ получения активного угля из целлолигнина и лигнина путем обработки Н3РО4, взятой в количестве 0,3-1,0% в пересчете на сухую массу исходного сырья, с последующей сушкой и брикетированием. Полученный продукт карбонизовали при 500-700°С и активировали ещё при более высоких температурах 800-900°С в атмосфере Н2О, СО2 и их смеси. В результате образовывался осветляющий древесный уголь с преобладающим вкладом микропор и высокой себестоимостью [13].A known method for producing active carbon from cellolignin and lignin by processing H 3 PO 4 taken in an amount of 0.3-1.0% in terms of dry weight of the feedstock, followed by drying and briquetting. The resulting product was carbonized at 500-700°C and activated at even higher temperatures of 800-900°C in an atmosphere of H 2 O, CO 2 and mixtures thereof. As a result, brightening charcoal was formed with the predominant contribution of micropores and high cost [13].
Известен способ получения активированного угля, который предусматривает пропитку карбонизата из древесины березы 3-5% раствором ортофосфорной кислоты с последующей сушкой, карбонизацией в инертной атмосфере при 700-850°С и последующей парогазовой активацией. Данный способ является ещё более многостадийным, так как он предусматривает проведение не только вышеперечисленных стадий, но и дополнительных: обработку полученного угля щелочью, азотной кислотой, отмывку водой и только потом сушку [14].A known method for producing activated carbon, which involves the impregnation of carbonizate from birch wood with a 3-5% solution of phosphoric acid, followed by drying, carbonization in an inert atmosphere at 700-850°C and subsequent steam-gas activation. This method is even more multi-stage, since it involves not only the above stages, but also additional ones: treatment of the resulting coal with alkali, nitric acid, washing with water, and only then drying [14].
Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу является способ получения активированного угля из целлолигнина или лигнина путем их обработки ортофосфорной кислотой в количестве 0,8-2 мас.%, брикетированием, карбонизацией в две стадии при температурах 400-450°С и 750800°С с последующим активированием измельченного карбонизата в атмосфере Н2О, СО2 или их смеси. Предложенный способ позволяет получать активные угли с высокими адсорбционными свойствами только по отношению к низкомолекулярным органическим веществам за счет наличия микропор с размерами 0,4-0,6 нм [15]. Недостатком прототипа, как и предыдущих аналогов, является невозможность получения мезопористого активированного угля.The closest technical solution to the claimed method is a method for producing activated carbon from cellolignin or lignin by treating them with orthophosphoric acid in an amount of 0.8-2 wt.%, briquetting, carbonization in two stages at temperatures of 400-450°C and 750800°C subsequent activation of the crushed carbonizate in an atmosphere of H2O, CO2 or mixtures thereof. The proposed method makes it possible to obtain activated carbons with high adsorption properties only with respect to low molecular weight organic substances due to the presence of micropores with sizes of 0.4–0.6 nm [15]. The disadvantage of the prototype, as well as previous analogues, is the inability to obtain mesoporous activated carbon.
Задачей предлагаемого изобретения является создание способа получения активированного угля с высокоразвитой удельной поверхностью и преимущественным содержанием мезопор (более 70%), обусловливающих его последующую эффективность в адсорбции больших по размерам молекул и коллоидных частиц различных загрязнителей.The objective of the invention is to create a method for producing activated carbon with a highly developed specific surface and a predominant content of mesopores (more than 70%), which determine its subsequent efficiency in adsorbing large molecules and colloidal particles of various pollutants.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения активированного мезопористого угляThe problem is solved by the fact that in the method of obtaining activated mesoporous carbon
- 1 039799 путем его химической активации ортофосфорной кислотой с последующей термической обработкой при повышенных температурах в два этапа, отмывкой водой, нейтрализацией и сушкой, в качестве лигнинсодержащего сырья используют водную суспензию гидролизного лигнина, содержащую от 40 до 80 мас.% воды, проводят её активационную обработку растворами ортофосфорной кислоты в два этапа в течение 0,2-1 ч с удалением её избытка после каждого этапа фильтрацией при повышенном давлении или вакуумировании, последующую термическую обработку химически активированной суспензии гидролизного лигнина осуществляют последовательно при температурах 200-350°С и 450-550°С в течение 2-5 ч в атмосфере воздуха; в качестве ортофосфорной кислоты используют её водные растворы с концентрацией 67-75 мас.%, а для нейтрализации активированного угля и отработанной ортофосфорной кислоты используют водные растворы гидроксида калия.- 1 039799 by its chemical activation with phosphoric acid followed by heat treatment at elevated temperatures in two stages, washing with water, neutralization and drying, an aqueous suspension of hydrolytic lignin containing from 40 to 80 wt.% water is used as a lignin-containing raw material, its activation is carried out treatment with solutions of orthophosphoric acid in two stages for 0.2-1 h with the removal of its excess after each stage by filtration at elevated pressure or vacuum, subsequent heat treatment of the chemically activated suspension of hydrolytic lignin is carried out sequentially at temperatures of 200-350 ° C and 450-550 °C for 2-5 hours in air; as orthophosphoric acid, its aqueous solutions with a concentration of 67-75 wt.% are used, and aqueous solutions of potassium hydroxide are used to neutralize activated carbon and spent orthophosphoric acid.
Использование водных суспензий в отличие от воздушно-сухого или абсолютно высушенного гидролизного лигнина для получения активированного угля обеспечивает на стадии активационной обработки быструю и равномерную пропитку гидролизного лигнина ортофосфорной кислотой. Применение более высоких концентраций ортофосфорной кислоты, чем 75%, увеличение продолжительности активационной обработки ортофосфорной кислотой (более 1 ч) и термической обработки (более 5 ч), температур на первом этапе термической обработки более 350°С и на втором этапе более 550°С экономически нецелесообразно, так как ведет только к снижению выхода целевого продукта - мезопористого активированного угля и его удорожанию.The use of aqueous suspensions, in contrast to air-dry or absolutely dried hydrolytic lignin, for the preparation of activated carbon ensures rapid and uniform impregnation of hydrolytic lignin with orthophosphoric acid at the activation treatment stage. The use of higher concentrations of phosphoric acid than 75%, increasing the duration of activation treatment with phosphoric acid (more than 1 h) and heat treatment (more than 5 h), temperatures at the first stage of heat treatment over 350°C and at the second stage over 550°C economically impractical, since it only leads to a decrease in the yield of the target product - mesoporous activated carbon and its rise in price.
Более низкие параметры условий проведения процесса на всех его стадиях, чем заявленные в изобретении (концентрация кислоты 67%, время активации 0,2 ч, температура термической обработки менее 200 и 350°С на первом и втором этапах соответственно) не позволяют получать мезопористый активированный уголь с содержанием мезопор более 70%.Lower parameters of the process conditions at all its stages than those stated in the invention (acid concentration 67%, activation time 0.2 h, heat treatment temperature less than 200 and 350°C in the first and second stages, respectively) do not allow to obtain mesoporous activated carbon with a mesopore content of more than 70%.
По предлагаемому способу образующие фильтраты ортофосфорной кислоты на стадиях активационной обработки суспензии ортофосфорной кислотой и отмывки угля водой объединяют и нейтрализуют водными растворами гидроксида калия, что позволяет провести практически полную утилизацию отходов путем их использования в качестве удобрений.According to the proposed method, orthophosphoric acid filtrates forming at the stages of suspension activation treatment with orthophosphoric acid and washing of coal with water are combined and neutralized with aqueous solutions of potassium hydroxide, which makes it possible to carry out almost complete waste disposal by using them as fertilizers.
Ниже приведены примеры, подтверждающие возможность осуществления изобретения.Below are examples, confirming the possibility of carrying out the invention.
Пример 1. Навеску 16,6 г суспензии гидролизного лигнина с содержанием воды 40 мас.% помещают в стеклянную фильтрующую воронку (пористость 100 мкм), приливают 13,3 см3 67 мас.% ортофосфорной кислоты и выдерживают 0,2 ч при комнатной температуре. Избыток кислоты удаляют фильтрацией под вакуумом. Последующую обработку лигниновой массы ортофосфорной кислотой повторяют в тех же условиях. Полученная пропитанная кислотой лигниновая масса переносится в фарфоровые тигли и подвергается термообработке в муфельной печи последовательно при двух температурах: сначала при 200°С в течение 2 ч, а затем при 500°С также в течение 2 ч в воздушной атмосфере. После завершения термической обработки образцы оставляют в муфельной печи для их охлаждения до комнатной температуры. Полученный уголь измельчают, отмывают водой и высушивают, а отработанную ортофосфорную кислоту нейтрализуют 40%-ным водным раствором КОН. Удельная поверхность мезопор АУ 940 м2/г.Example 1. A portion of 16.6 g of a suspension of hydrolytic lignin with a water content of 40 wt.% is placed in a glass filter funnel (porosity 100 μm), 13.3 cm 3 of 67 wt.% orthophosphoric acid is poured and incubated for 0.2 h at room temperature . Excess acid is removed by vacuum filtration. The subsequent treatment of the lignin mass with phosphoric acid is repeated under the same conditions. The resulting acid-impregnated lignin mass is transferred into porcelain crucibles and subjected to heat treatment in a muffle furnace at two temperatures successively: first at 200°C for 2 hours, and then at 500°C also for 2 hours in an air atmosphere. After completion of the heat treatment, the samples are left in the muffle furnace to cool them down to room temperature. The resulting coal is crushed, washed with water and dried, and the waste phosphoric acid is neutralized with a 40% aqueous solution of KOH. The specific surface area of mesopores AC is 940 m 2 /g.
Таблица 1. Характеристики полученного угля по примеру 1Table 1. Characteristics of the obtained coal according to example 1
Пример 2. Суспензию гидролизного лигнина, содержащую 80 мас.% воды, тщательно перемешивают, отбирают навеску 50 г, которую помещают в ячейку (пористость фильтровального материала 100 мкм) и избыток воды удаляют фильтрацией под давлением. Активационную обработку лигниновой массы проводят в два этапа по 12,65 см3 75 масс, %-ной ортофосфорной кислотой в течение 1 ч с обязательным удалением после каждого этапа избытка кислоты фильтрацией смеси под давлением. Пропитанную кислотой лигниновую массу переносят в фарфоровые тигли и подвергают термообработке в муфельной печи сначала при 350°С в течение 2 ч, а затем при 450°С в течение 5 ч в воздушной атмосфере. После завершения карбонизации и активации образцы охлаждают до комнатной температуры. Полученный уголь измельчают, отмывают водой, обрабатывают 10 %-ным водным раствором КОН и высушивают, а отработанную ортофосфорную кислоту нейтрализуют 10 %-ным водным раствором КОН. Удельная поверхность мезопор полученного образца АУ 1350 м2/г.Example 2. A suspension of hydrolytic lignin containing 80 wt.% water is thoroughly mixed, a sample of 50 g is taken, which is placed in a cell (filter material porosity 100 μm) and excess water is removed by pressure filtration. Activation treatment of the lignin mass is carried out in two stages of 12.65 cm 3 75 wt% orthophosphoric acid for 1 h with the obligatory removal of excess acid after each stage by filtering the mixture under pressure. The acid-impregnated lignin mass is transferred into porcelain crucibles and subjected to heat treatment in a muffle furnace, first at 350°C for 2 hours and then at 450°C for 5 hours in an air atmosphere. After completion of carbonization and activation, the samples are cooled to room temperature. The resulting coal is crushed, washed with water, treated with a 10% aqueous solution of KOH and dried, and the spent phosphoric acid is neutralized with a 10% aqueous solution of KOH. The specific surface area of mesopores of the obtained AC sample was 1350 m 2 /g.
Таблица 2. Характеристики полученного угля по примеру 2Table 2. Characteristics of the obtained coal according to example 2
Пример 3. Навеску 33,3 г суспензии гидролизного лигнина с содержанием воды 70 мас.% помещают в ячейку (пористость фильтровального материала 100 мкм), избыток воды удаляют под давлением, приливают 13,1 см3 70 мас.% ортофосфорной кислоты и выдерживают 0,4 ч при комнатной температуре. Избыток кислоты удаляют фильтрацией под давлением. Операцию по обработке лигнина кислотой по- 2 039799 вторяют в тех же условиях. Полученная пропитанная кислотой лигниновая масса переносится в фарфоровые тигли и подвергается термообработке в муфельной печи последовательно при двух температурах:Example 3. A portion of 33.3 g of a suspension of hydrolytic lignin with a water content of 70 wt.% is placed in a cell (the porosity of the filter material is 100 μm), excess water is removed under pressure, 13.1 cm 3 of 70 wt.% orthophosphoric acid is added and kept at 0 .4 h at room temperature. Excess acid is removed by pressure filtration. The operation for treating lignin with acid is repeated under the same conditions. The resulting acid-impregnated lignin mass is transferred to porcelain crucibles and subjected to heat treatment in a muffle furnace sequentially at two temperatures:
сначала при 250°С в течение 3 ч, а затем при 450°С в течение 2 ч. После завершения карбонизации и активации образцы охлаждают до комнатной температуры. Полученный уголь измельчают, отмывают водой и высушивают. Удельная поверхность мезопор полученного образца АУ 910 м2/г.first at 250°C for 3 hours, and then at 450°C for 2 hours. After completion of carbonization and activation, the samples are cooled to room temperature. The resulting coal is crushed, washed with water and dried. The specific surface area of mesopores of the obtained AC sample was 910 m 2 /g.
Таблица 3. Характеристики полученного угля по примеру 3Table 3. Characteristics of the obtained coal according to example 3
Пример 4. Навеску 20 г суспензии гидролизного лигнина с содержанием воды 50 мас.% помещают в стеклянную фильтрующую воронку (пористость 100 мкм), приливают 13,1 см3 70 мас.% ортофосфорной кислоты и выдерживают 0,5 ч при комнатной температуре. Избыток кислоты удаляют фильтрацией под вакуумом. Последующую обработку лигниновой массы ортофосфорной кислотой повторяют в тех же условиях. Полученная пропитанная кислотой лигниновая масса переносится в фарфоровые тигли и подвергается термообработке в муфельной печи последовательно при двух температурах: сначала при 200°С в течение 5 ч, а затем при 550°С в течение 2 ч в атмосфере воздуха. После завершения термической обработки образцы охлаждают до комнатной температуры. Полученный уголь измельчают, отмывают водой, нейтрализуют 20% раствором КОН и высушивают, а отработанную кислоту нейтрализуют 20% раствором КОН. Удельная поверхность мезопор полученного АУ составляет 1210 м2/г.Example 4. A 20 g suspension of hydrolytic lignin with a water content of 50 wt.% is placed in a glass filter funnel (porosity 100 μm), 13.1 cm 3 of 70 wt.% orthophosphoric acid is added and incubated for 0.5 h at room temperature. Excess acid is removed by vacuum filtration. The subsequent treatment of the lignin mass with phosphoric acid is repeated under the same conditions. The resulting acid-impregnated lignin mass is transferred to porcelain crucibles and subjected to heat treatment in a muffle furnace at two temperatures successively: first at 200°C for 5 hours, and then at 550°C for 2 hours in an air atmosphere. After completion of the heat treatment, the samples are cooled to room temperature. The resulting coal is crushed, washed with water, neutralized with a 20% KOH solution and dried, and the spent acid is neutralized with a 20% KOH solution. The specific surface area of the mesopores of the obtained AC is 1210 m 2 /g.
Таблица 4. Характеристики полученного угля по примеру 4Table 4. Characteristics of the obtained coal according to example 4
Пример 5. Навеску 25 г суспензии гидролизного лигнина с содержанием воды 60 мас.% помещают в ячейку (пористость фильтровального материала 100 мкм), приливают 13,3 см3 67 мас.% ортофосфорной кислоты и выдерживают 0,75 ч при комнатной температуре. Избыток кислоты удаляют фильтрацией под давлением. Повторную обработку лигниновой массы ортофосфорной кислотой проводят в тех же условиях. Полученная пропитанная кислотой лигниновая масса переносится в фарфоровые тигли и подвергается термообработке в муфельной печи последовательно при двух температурах: сначала при 200°С в течение 5 ч, а затем при 550°С в течение 5 ч в атмосфере воздуха. После завершения термической обработки образцы охлаждают до комнатной температуры. Полученный уголь измельчают, отмывают водой и высушивают. Удельная поверхность мезопор АУ составляет 1620 м2/г.Example 5. A 25 g suspension of hydrolytic lignin with a water content of 60 wt.% is placed in a cell (the porosity of the filter material is 100 μm), 13.3 cm 3 of 67 wt.% orthophosphoric acid is added and incubated for 0.75 h at room temperature. Excess acid is removed by pressure filtration. Re-treatment of the lignin mass with phosphoric acid is carried out under the same conditions. The resulting acid-impregnated lignin mass is transferred to porcelain crucibles and subjected to heat treatment in a muffle furnace at two temperatures successively: first at 200°C for 5 hours, and then at 550°C for 5 hours in an air atmosphere. After completion of the heat treatment, the samples are cooled to room temperature. The resulting coal is crushed, washed with water and dried. The specific surface area of AC mesopores is 1620 m2 /g.
Таблица 5. Характеристики полученного угля по примеру 5Table 5. Characteristics of the obtained coal according to example 5
Пример 6. Навеску 18,2 г суспензии гидролизного лигнина с содержанием воды 45 мас.% помещают в стеклянную фильтрующую воронку (пористость 100 мкм), приливают 12,7 см3 75 мас.% ортофосфорной кислоты и выдерживают 0,4 ч при комнатной температуре. Избыток кислоты удаляют фильтрацией под вакуумом. Повторно обработку лигниновой массы ортофосфорной кислотой проводят в тех же условиях. Полученная пропитанная кислотой лигниновая масса переносится в фарфоровые тигли и подвергается термообработке в муфельной печи последовательно при двух температурах: сначала при 350°С в течение 5 ч, а затем при 550°С в течение 3 ч в воздушной атмосфере. После завершения термической обработки образцы оставляют в муфельной печи для их охлаждения до комнатной температуры. Полученный уголь измельчают, отмывают дистиллированной водой и высушивают. Удельная поверхность мезопор АУ 1400 м /г.Example 6. A portion of 18.2 g of a suspension of hydrolytic lignin with a water content of 45 wt.% is placed in a glass filter funnel (porosity 100 μm), 12.7 cm 3 of 75 wt.% orthophosphoric acid is added and incubated for 0.4 h at room temperature . Excess acid is removed by vacuum filtration. Re-treatment of the lignin mass with phosphoric acid is carried out under the same conditions. The resulting acid-impregnated lignin mass is transferred to porcelain crucibles and subjected to heat treatment in a muffle furnace at two temperatures successively: first at 350°C for 5 hours, and then at 550°C for 3 hours in an air atmosphere. After completion of the heat treatment, the samples are left in the muffle furnace to cool them down to room temperature. The resulting coal is crushed, washed with distilled water and dried. The specific surface area of mesopores AC is 1400 m/g.
Таблица 6. Характеристики полученного угля по примеру 6Table 6. Characteristics of the obtained coal according to example 6
Для экспериментального образца АУ, полученного в примере 1, по результатам низкотемпературной адсорбции-десорбции азота на анализаторе удельной поверхности и пористости марки ASAP 2020 (Micromeritics, США) были определены поровая структура и величины удельной поверхности пор (таблица 7).For the experimental AC sample obtained in example 1, the pore structure and specific surface area of the pores were determined from the results of low-temperature adsorption-desorption of nitrogen on an ASAP 2020 specific surface and porosity analyzer (Micromeritics, USA) (Table 7).
- 3 039799- 3 039799
Таблица 7. Параметры поровой структуры полученного образца АУTable 7. Parameters of the pore structure of the obtained AC sample
Активированный уголь, полученный из суспензии гидролизного лигнина, имеет большую площадь удельной поверхности мезопор 940 м2/г при объеме мезопор 0,36 см3/г и небольшом количестве микропор -0,07 см3/г. Основной вклад (84%) в общий объем пор и площадь удельной поверхности вносят мезопоры.Activated carbon obtained from a suspension of hydrolytic lignin has a large mesopore specific surface area of 940 m 2 /g with a mesopore volume of 0.36 cm 3 /g and a small amount of micropores - 0.07 cm 3 /g. The main contribution (84%) to the total pore volume and specific surface area is made by mesopores.
Таким образом, разработанный способ получения активированного мезопористого угля из суспензий гидролизного лигнина позволяет получать АУ с высоким выходом 45-50%, высокой адсорбционной активностью по отношению к красителю метиленовому голубому (460-570 мг/г), с кислой, нейтральной или щелочной поверхностью и удельной поверхностью мезопор 910-1620 м2/г, что обеспечивает высокую его эффективность в адсорбции крупных химических молекул и коллоидных частиц.Thus, the developed method for producing activated mesoporous carbon from suspensions of hydrolytic lignin makes it possible to obtain AC with a high yield of 45-50%, high adsorption activity with respect to the dye methylene blue (460-570 mg/g), with an acidic, neutral or alkaline surface, and the specific surface of mesopores is 910-1620 m 2 /g, which ensures its high efficiency in the adsorption of large chemical molecules and colloidal particles.
Предлагаемый способ может быть положен в основу осуществления в промышленных условиях практически безотходного технологического процесса получения мезопористого АУ из гидролизного лигнина, который сегодня является многотоннажным отходом гидролизной промышленности.The proposed method can be used as the basis for the implementation in industrial conditions of a practically waste-free technological process for obtaining mesoporous AC from hydrolysis lignin, which today is a large-tonnage waste of the hydrolysis industry.
Источники информации.Information sources.
1. Кинле, X. Активные угли и их промышленное применение / X.1. Kinle, X. Active carbons and their industrial application / X.
Кинле, Э. Бадер; пер. с нем. Т.Б, Сергеевой; под ред. Т.Г. Плаченова, С.Д.Kinle, E. Bader; per. with him. T.B., Sergeeva; ed. T.G. Plachenova, S.D.
Колосенцева. - Л: Химия, Ленин, отд-ние, 1984. - 215 с.Kolosentsev. - L: Chemistry, Lenin, department, 1984. - 215 p.
2. Djeridi, W. High pressure methane adsorption on microporous carbon monoliths prepared by olives stones И Material letters. Vol. 99 (2013). P. 184-187.2. Djeridi, W. High pressure methane adsorption on microporous carbon monoliths prepared by olives stones and Material letters. Vol. 99 (2013). P. 184-187.
3. Molina-Sabio, M. Role of chemical activation in the development of carbon porosity // Colloids and Surfaces A: Physiochem. Eng. Aspects. Vol. 241 (2004). P. 15-25.3. Molina-Sabio, M. Role of chemical activation in the development of carbon porosity, Colloids and Surfaces A: Physiochem. Eng. aspects. Vol. 241 (2004). P. 15-25.
4. Пузий, A.M. Фосфорсодержащие активные угли из кокосового ореха, их получение и структурно-сорбционные свойства / А.М. Пузий, С.С.4. Puzy, A.M. Phosphorus-containing activated carbons from coconut, their production and structural-sorption properties / A.M. Puziy, S.S.
Ставицкая, В.М. Викарчук [и др.] И Украинский химический журнал, 2014.Stavitskaya, V.M. Vikarchuk [et al.] and Ukrainian Chemical Journal, 2014.
С. 93-99.pp. 93-99.
5. Cristopher, A. Toles Phosphoric acid activation of nutshells for metals and organic remedation: process optimization // Chem. Technol. Biotechnol. Vol. 72(1998). P. 255-263.5. Cristopher, A. Toles Phosphoric acid activation of nutshells for metals and organic remedation: process optimization, Chem. Technol. Biotechnol. Vol. 72(1998). P. 255-263.
6. Gottipati, R. Application of granular activated carbon developed from agricultural waste as a natural gas storage vehicle // IACSIT International Journal of Engineering and Technology, 2012. Vol. 4. № 4. P. 468-470.6. Gottipati, R. Application of granular activated carbon developed from agricultural waste as a natural gas storage vehicle // IACSIT International Journal of Engineering and Technology, 2012. Vol. 4. No. 4. P. 468-470.
7. Aswati Ganesan and etc. Nanoporous Rice husk derived carbon for gas storage and high performance electrochemical energy storage // J. Porous mater.7. Aswati Ganesan and etc. Nanoporous Rice husk derived carbon for gas storage and high performance electrochemical energy storage // J. Porous mater.
Vol. 21 (2014). P. 839-847.Vol. 21 (2014). P. 839-847.
- 4 039799- 4 039799
8. Arash Arami-Niya Comparative study of the textual characteristics of oil palm shell activated carbon produced by chemical and physical activation for methane adsorption II Chemical Engineering Research and Design. Vol. 89 (2011).8. Arash Arami-Niya Comparative study of the textual characteristics of oil palm shell activated carbon produced by chemical and physical activation for methane adsorption II Chemical Engineering Research and Design. Vol. 89 (2011).
P. 657-664.P. 657-664.
9. Suhas, P.J.M. Lignin - from natural adsorbent to activated carbon: A review 11 Bioresource Technology. Vol. 98 (2007). P. 2301-2312.9. Suhas, P.J.M. Lignin - from natural adsorbent to activated carbon: A review 11 Bioresource Technology. Vol. 98 (2007). P. 2301-2312.
10. Jun’ichi Hayashi Preparation of activated carbon from lignin by chemical activation//Carbon. Vol. 38 (2000). P. 1873-1878.10. Jun'ichi Hayashi Preparation of activated carbon from lignin by chemical activation//Carbon. Vol. 38 (2000). P. 1873-1878.
11. Gonzales-Serrano, E. Removal of water pollutants with activated carbons prepared from H3PO4 activation of lignin from kraft black liquors П Water Research. Vol. 38 (2004). P. 3043-3050.11. Gonzales-Serrano, E. Removal of water pollutants with activated carbons prepared from H 3 PO 4 activation of lignin from kraft black liquors P Water Research. Vol. 38 (2004). P. 3043-3050.
12. Rabinovich, M. Carbon adsorbents from industrial hydrolysis lignin: the USSR/Eastem European experience and its importance for modern biorefineries П Renewable and Sustainable Energy Reviews. Vol. 57 (2016). P. 1008-1024.12. Rabinovich, M. Carbon adsorbents from industrial hydrolysis lignin: the USSR/Eastem European experience and its importance for modern biorefineries P Renewable and Sustainable Energy Reviews. Vol. 57 (2016). P. 1008-1024.
13. Заявка RU 93013358/13, МПК C 01 В 31/08; опубл. 19.06.1995.13. Application RU 93013358/13, IPC C 01 B 31/08; publ. 06/19/1995.
14. Патент RU 2223911, МПК С 01 В 31/08; опубл. 20.02.2004.14. Patent RU 2223911, IPC C 01 B 31/08; publ. 02/20/2004.
15. Патент RU 2362734, МПК С 01 В 31/0; Опубл. 27.07.2009.15. Patent RU 2362734, IPC C 01 B 31/0; Published 07/27/2009.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM
1. Способ получения активированного мезопористого угля из лигнинсодержащего сырья путем его химической активации ортофосфорной кислотой с последующей термической обработкой при повышенных температурах в два этапа, отмывкой водой, нейтрализацией и сушкой, отличающийся тем, что в качестве лигнинсодержащего сырья используют водную суспензию гидролизного лигнина, содержащую от 40 до 80 мас.% воды, проводят её активационную обработку растворами ортофосфорной кислоты в два этапа в течение 0,2-1 ч с удалением её избытка после каждого этапа фильтрацией при повышенном давлении или вакуумировании, последующую термическую обработку химически активированной суспензии гидролизного лигнина осуществляют последовательно при температурах 200-350°С и 450-550°С в течение 2-5 ч в атмосфере воздуха.1. A method for producing activated mesoporous carbon from lignin-containing raw materials by chemical activation with phosphoric acid, followed by heat treatment at elevated temperatures in two stages, washing with water, neutralization and drying, characterized in that an aqueous suspension of hydrolytic lignin is used as a lignin-containing raw material, containing from 40 to 80 wt.% of water, its activation treatment with orthophosphoric acid solutions is carried out in two stages for 0.2-1 h with the removal of its excess after each stage by filtration at elevated pressure or vacuum, subsequent heat treatment of the chemically activated suspension of hydrolytic lignin is carried out sequentially at temperatures of 200-350°C and 450-550°C for 2-5 hours in air.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA202100056A EA039799B1 (en) | 2020-12-15 | 2020-12-15 | Method for producing activated mesoporous carbon from lignin-containing raw materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA202100056A EA039799B1 (en) | 2020-12-15 | 2020-12-15 | Method for producing activated mesoporous carbon from lignin-containing raw materials |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA202100056A1 EA202100056A1 (en) | 2022-03-14 |
| EA039799B1 true EA039799B1 (en) | 2022-03-15 |
Family
ID=81077464
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA202100056A EA039799B1 (en) | 2020-12-15 | 2020-12-15 | Method for producing activated mesoporous carbon from lignin-containing raw materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA039799B1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2031837C1 (en) * | 1993-03-15 | 1995-03-27 | Электростальское научно-производственное объединение "Неорганика" | Method of charcoal preparing |
| RU2130894C1 (en) * | 1998-10-14 | 1999-05-27 | Плисов Николай Валерьевич | Composition for producing granulated activated carbon |
| CN1425607A (en) * | 2002-12-27 | 2003-06-25 | 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 | Process for preparing high adsorptive active carbon |
| RU2223911C1 (en) * | 2003-04-08 | 2004-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Электростальское научно-производственное объединение "Неорганика" | Method for production of activated carbon for electrical engineering purposes |
| RU2362734C1 (en) * | 2008-05-22 | 2009-07-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Мед Эко" (ООО "Мед Эко") | Method for active carbon preparation |
| CN102134069A (en) * | 2010-11-18 | 2011-07-27 | 安徽丰原发酵技术工程研究有限公司 | Preparation method of activated carbon |
-
2020
- 2020-12-15 EA EA202100056A patent/EA039799B1/en unknown
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2031837C1 (en) * | 1993-03-15 | 1995-03-27 | Электростальское научно-производственное объединение "Неорганика" | Method of charcoal preparing |
| RU2130894C1 (en) * | 1998-10-14 | 1999-05-27 | Плисов Николай Валерьевич | Composition for producing granulated activated carbon |
| CN1425607A (en) * | 2002-12-27 | 2003-06-25 | 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 | Process for preparing high adsorptive active carbon |
| RU2223911C1 (en) * | 2003-04-08 | 2004-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Электростальское научно-производственное объединение "Неорганика" | Method for production of activated carbon for electrical engineering purposes |
| RU2362734C1 (en) * | 2008-05-22 | 2009-07-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Мед Эко" (ООО "Мед Эко") | Method for active carbon preparation |
| CN102134069A (en) * | 2010-11-18 | 2011-07-27 | 安徽丰原发酵技术工程研究有限公司 | Preparation method of activated carbon |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA202100056A1 (en) | 2022-03-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gayathiri et al. | Activated carbon from biomass waste precursors: Factors affecting production and adsorption mechanism | |
| CN107108232B (en) | Activated carbon, hydrothermal carbon and preparation method thereof | |
| Sahira et al. | Effects of activating agents on the activated carbons prepared from lapsi seed stone | |
| US20140162873A1 (en) | Materials and methods for production of activated carbons | |
| Zubbri et al. | Low temperature CO2 capture on biomass-derived KOH-activated hydrochar established through hydrothermal carbonization with water-soaking pre-treatment | |
| Adeniyi et al. | Effect of salt impregnation on the properties of orange albedo biochar | |
| US20130004408A1 (en) | Moderate Temperature Synthesis of Mesoporous Carbon | |
| Itodo et al. | Application of methylene blue and iodine adsorption in the measurement of specific surface area by four acid and salt treated activated carbons | |
| CN114797766A (en) | Porous biochar and preparation method and application thereof | |
| Ahmad et al. | Production of Activated Carbon from Raw Date Palm Fronds by ZnCl 2 Activation. | |
| CN111232978B (en) | Method for preparing high-yield activated carbon by grouping and separating shell biomass | |
| RU2393111C1 (en) | Method of producing microporous carbon material from lignocellulose material | |
| RU2395336C1 (en) | Method of preparing carbonaceous adsorbent from sunflower husks | |
| CN109110757B (en) | Activated bone charcoal and preparation method thereof | |
| EA039799B1 (en) | Method for producing activated mesoporous carbon from lignin-containing raw materials | |
| CN111804277A (en) | Method for preparing charcoal activated carbon combustible gas bio-oil from crop straws | |
| CN110683539A (en) | Method for preparing biological activated carbon by utilizing tomato and eggplant straw mixture | |
| CN114804100B (en) | Porous carbon with ultrahigh specific surface area and preparation method thereof | |
| Montenegro et al. | Production and characterization of activated carbon from pineapple stubble for removal of methylene blue and surfactants | |
| Deliyanni | Low-cost activated carbon from rice wastes in liquid-phase adsorption | |
| RU2493907C1 (en) | Method of making carbon sorbent from vegetable stock | |
| Tesfaye Gari et al. | Natural resources-based activated carbon synthesis | |
| RU2534801C1 (en) | Method of obtaining activated coal | |
| RU2622660C1 (en) | Method of producing activated modified carbon | |
| Esther et al. | Preparation and characterisation of modified biochar from Vitex Doniana (black plum) seeds using chemical and thermal treatments |