RU2036141C1

RU2036141C1 - Process for manufacture of activated carbon

Info

Publication number: RU2036141C1
Application number: RU93006874A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Щербань; Л.М. Кукушкин; В.Ф. Смирнов; А.Б. Ена
Original assignee: Электростальское научно-производственное объединение "Неорганика"
Priority date: 1993-02-04
Filing date: 1993-02-04
Publication date: 1995-05-27

Abstract

FIELD: chemistry. SUBSTANCE: this process prescribes admixing in water phenol, formaldehyde, water-soluble furan compounds (10 to 20 percent by mass) in presence of catalyst and emulsifier, washing and filtering thus prepared polymer suspension, thermally solidifying resultant polymer stock by heating it at temperature of 270 to 280 C at temperature building-up rate of 10 to 15 C/h, carbonizing end product, and finally activating it. EFFECT: more advanced technique. 1 tbl

Description

Изобретение относится к технологии получения беззольных активных углей из полимерных материалов и может быть использовано в производстве сорбентов медицинского назначения (гемосорбентов, энтеросорбентов). The invention relates to a technology for producing ashless activated carbons from polymeric materials and can be used in the production of medical sorbents (hemosorbents, enterosorbents).

Известен способ получения сферического активного угля, включающий смешивание в воде фенола и формальдегида в присутствии катализатора и эмульгатора, промывку и фильтрацию полученной суспензии, термоотверждение частиц полученного полимера, их карбонизацию и активацию. A known method for producing spherical activated carbon, including mixing phenol and formaldehyde in water in the presence of a catalyst and an emulsifier, washing and filtering the resulting suspension, thermosetting the particles of the obtained polymer, their carbonization and activation.

Получаемый согласно данному способу сферический активный уголь имеет, главным образом, микропоры и незначительное количество мезо- и макропор, вследствие чего он неэффективен для извлечения из крови и энтеральной среды веществ со средними и большими молекулами. The spherical activated carbon obtained according to this method has mainly micropores and an insignificant amount of meso- and macropores, as a result of which it is ineffective for extracting substances with medium and large molecules from the blood and enteral environment.

Целью изобретения является повышение адсорбционной способности активного угля к токсическим веществам средней и большой молекулярной массы. The aim of the invention is to increase the adsorption capacity of activated carbon to toxic substances of medium and large molecular weight.

Цель достигается предложенным способом, согласно которому при смешивании в реакционную смесь, состоящую из воды, фенола и формальдегида, в присутствии катализатора и эмульгатора вводят 10-20% водорастворимых фурановых соединений, таких как фуриловый спирт, фурфурол, фурфурилиденацетон, а термоотверждение частиц полимера ведут при повышении температуры до 270-280^оС со скоростью подъема 10-15^оС/ч.The goal is achieved by the proposed method, according to which, when mixing into the reaction mixture consisting of water, phenol and formaldehyde, in the presence of a catalyst and an emulsifier, 10-20% water-soluble furan compounds, such as furyl alcohol, furfural, furfurylideneacetone are introduced, and the polymer particles are thermosetting at temperature is raised to ^about 270-280 C at a rate of 10-15 ^{° C} rise / hour.

Установлено, что при указанном режиме термоотверждения предположительно за счет раскрытия сопряженных связей фуранового кольца образуется не сетчатая, а более сложная пространственная структура полимера, приводящая в конечном счете к развитию мезопор. It was found that under the indicated regime of thermal hardening, it is presumably due to the opening of the conjugated bonds of the furan ring that not a network but a more complex spatial structure of the polymer is formed, which ultimately leads to the development of mesopores.

Способ получения сферического активного угля осуществляют следующим образом. The method of producing spherical activated carbon is as follows.

Реактор с мешалкой заполняют водой до половины объема и смешивают в нем фенол, формальдегид, аммиак (катализатор) и фурановые соединения. Поднимают температуру до начала кипения смеси. При работающей мешалке вводят эмульгатор крахмал или поливиниловый спирт и ведут процесс суспензионной поликонденсации в течение 3 ч при 95-98^оС. Полученную суспензию промывают водой и фильтруют. Частицы полимера термоотверждают в сушилке при повышении температуры до 280^оС со скоростью подъема 10-15^оС/ч. При температуре выше 280^оС начинается термическое разложение полимера с выделением вредных веществ (фенола, крезола, ксиленола и др.). Карбонизацию проводят в печи в атмосфере водяного пара с обязательным устройством для сжигания продуктов термического разложения. Нагрев карбонизата от 300 до 650^оС осуществляют со скоростью 50-60^оС/ч. Активируют уголь парогазовым способом при 840-870^оС.The stirred reactor is filled with water to half the volume and phenol, formaldehyde, ammonia (catalyst) and furan compounds are mixed in it. Raise the temperature until the mixture begins to boil. Under stirring the emulsifier is introduced starch or polyvinyl alcohol, and the slurry process are polycondensation for 3 hours at 95-98 ^C. The resulting slurry was filtered and washed with water. Thermosetting resin particles in the dryer when the temperature rises to 280 ^{° C} at a rate of 10-15 ^{° C} rise / hour. At temperatures above 280 ^{° C} thermal decomposition of the polymer begins with the release of harmful substances (phenol, cresol, xylenol, etc.). Carbonization is carried out in a furnace in an atmosphere of water vapor with a mandatory device for burning thermal decomposition products. Carbonizate heating from 300 to 650 ^{° C} is carried out at 50-60 ^{° C} / h. Activate coal by gas-vapor method at 840-870 ^about C.

П р и м е р 1. В реакторе с водой смешивают 44 мас.ч фенола, 4 мас.ч. аммиака, 38 мас.ч. формалина и 12 мас.ч. фурилового спирта. При достижении температуры смеси 98^оС добавляют 2 мас.ч. поливинилового спирта (ПВС). После 8 ч поликонденсации получают суспензию полимера с частицами преимущественно размером 0,3-1,2 мм.PRI me R 1. In a reactor, 44 wt.h. phenol, 4 wt.h. ammonia, 38 parts by weight formalin and 12 parts by weight furyl alcohol. Upon reaching the temperature of the mixture 98 ^about With add 2 wt.h. polyvinyl alcohol (PVA). After 8 hours of polycondensation, a polymer suspension with particles of predominantly 0.3-1.2 mm in size is obtained.

После промывки водой и фильтрации полученные частицы полимера термоотверждают при нагреве в сушилке до 260^оС со скоростью подъема температуры 8^оС/ч. Карбонизацию проводят, нагревая печь от 300 до 650^оС со скоростью 55^оС/ч. Активируют при 860^оС.After washing with water and filtering the resulting polymer particles of thermosetting by heating in an oven to 260 ^{° C} with a temperature elevation rate of 8 ^{° C} / h. Carbonization is carried out by heating the oven from 300 to 650 ^{° C} at a rate ^of 55 C / h. Activate at 860 ^about C.

П р и м е р 2. В воде смешивают 40 мас.ч. фенола, 35 мас.ч. формалина, 3 мас. ч. аммиака, 15 мас.ч. монофурфурилиденацетона и 5 мас.ч. дифурфурилиденацетона. После добавления ПВС и проведения процесса поликонденсации, промывки и фильтрации суспензии частицы термоотверждают в сушилке при нагреве ее до 270^оС со скоростью 10^оС/ч. Карбонизацию и активацию проводят аналогично примеру 1.PRI me R 2. In water, mix 40 wt.h. phenol, 35 parts by weight formalin, 3 wt. parts of ammonia, 15 parts by weight monofurfurilideneacetone and 5 parts by weight difurfurilidedenacetone. After addition of PVA and polycondensation process, washing and filtering the slurry in a dryer thermosetting particles by heating it to ²⁷⁰ ° C at a rate ^of 10 C / h. Carbonization and activation is carried out analogously to example 1.

П р и м е р 3. В реакторе с водой смешивают 44 мас.ч. фенола, 40 мас.ч. формалина, 4 мас. ч. аммиака и 10 мас.ч. фурфурола. Процесс суспензионной поликонденсации (с 2 частями ПВС) и последующие операции, кроме термоотверждения, проводят аналогично примеру 1. Термоотверждают частицы полимера, нагревая их в сушилке до 280^оС со скоростью нагрева 15^оC/ч.PRI me R 3. In a reactor, 44 wt.h. phenol, 40 parts by weight formalin, 4 wt. parts of ammonia and 10 parts by weight furfural. Process suspension polycondensation (with 2 parts of PVA) and subsequent operations except the curing is carried out analogously to Example 1. The thermosetting polymer particles, heating them in an oven to 280 ^{° C} at a heating rate ^of 15 C / h.

П р и м е р 4. В воде смешивают 44 мас.ч. фенола, 43 мас.ч. формалина, 4 мас. ч аммиака и 7 мас.ч. фурфурола. Далее, как в примере 3, кроме скорости нагрева. Скорость нагрева полимера при термоотверждении 20^оС/ч.PRI me R 4. In water, mix 44 wt.h. phenol, 43 parts by weight formalin, 4 wt. h of ammonia and 7 parts by weight furfural. Further, as in example 3, except for the heating rate. Polymer heating rate during curing ^of 20 C / h.

Характеристики полученных активных углей представлены в таблице. Characteristics of the activated carbons are presented in the table.

Из таблицы видно, что требуемое для адсорбции средних и крупных молекул соотношение сорбирующих микро- и мезопор достигается при добавлении в реакционную смесь 10-20% фурановых соединений. При введении этих соединений, например фурфурилиденацетонов, более 20% в реакторе наблюдается расслоение смеси. Количество фурановых соединений менее 10% (пример 4), а также более высокая, чем 15^оС/ч, скорость нагрева при термоотверждении приводят к уменьшению прочности угля и объема сорбирующего пространства.The table shows that the ratio of sorbing micro- and mesopores required for adsorption of medium and large molecules is achieved when 10-20% furan compounds are added to the reaction mixture. With the introduction of these compounds, for example furfurylideneacetone, more than 20% in the reactor is observed separation of the mixture. The amount of furan compounds less than 10% (Example 4) and higher than 15 ^{° C} / h, heating rate during curing result in a decrease in strength of coal and sorbent volume space.

Снижение скорости нагрева менее 10^оС/ч неоправдано из-за потери времени на термоотверждение.A decrease in the heating rate of less than 10 ^° C / h is not justified due to the loss of time for thermosetting.

Таким образом, предложенный способ позволяет получить беззольный сферический уголь с развитой и в определенной мере регулируемой мезопористостью. Этот уголь имеет высокую адсорбционную емкость к токсическим веществам со средними и большими молекулами (барбитураты, билирубин, олигопептиды, фосфолипиды, бактериальные токсины, надмолекулярные структуры), что дает возможность решения многих проблем современной медицины. Thus, the proposed method allows to obtain ashless spherical coal with developed and to some extent controlled mesoporosity. This coal has a high adsorption capacity for toxic substances with medium and large molecules (barbiturates, bilirubin, oligopeptides, phospholipids, bacterial toxins, supramolecular structures), which makes it possible to solve many problems of modern medicine.

Claims

METHOD FOR PRODUCING SPHERICAL ACTIVE COAL, including mixing phenol and formaldehyde in water in the presence of a catalyst and an emulsifier, washing and filtering the resulting polymer suspension, thermosetting the polymer particles, carbonizing and activating them, characterized in that 10 20% water-soluble furan compounds are additionally mixed into the mixture and thermosetting is carried out by heating to 270 280 ^o C with a temperature rise rate of 10 15 ^o C.