RU2736950C1 - Method of producing modified sorbent carbon materials based on fas-e activated carbon and carbopon-active activated nonwoven material with fixed resorcinol-formaldehyde airgel granules - Google Patents

Method of producing modified sorbent carbon materials based on fas-e activated carbon and carbopon-active activated nonwoven material with fixed resorcinol-formaldehyde airgel granules Download PDF

Info

Publication number
RU2736950C1
RU2736950C1 RU2019130545A RU2019130545A RU2736950C1 RU 2736950 C1 RU2736950 C1 RU 2736950C1 RU 2019130545 A RU2019130545 A RU 2019130545A RU 2019130545 A RU2019130545 A RU 2019130545A RU 2736950 C1 RU2736950 C1 RU 2736950C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
resorcinol
carbon
activated
fas
active
Prior art date
Application number
RU2019130545A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Александрович Камьянов
Сергей Андреевич Лермонтов
Юрий Сергеевич Мигачев
Алена Николаевна Малкова
Наталия Александровна Сипягина
Александр Вячеславович Пинюгин
Андрей Борисович Никулин
Дмитрий Александрович Меньшов
Original Assignee
Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия радиационной, химической и биологической защиты имени Маршала Советского Союза С.К. Тимошенко"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия радиационной, химической и биологической защиты имени Маршала Советского Союза С.К. Тимошенко" filed Critical Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия радиационной, химической и биологической защиты имени Маршала Советского Союза С.К. Тимошенко"
Priority to RU2019130545A priority Critical patent/RU2736950C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2736950C1 publication Critical patent/RU2736950C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/20Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30Processes for preparing, regenerating, or reactivating

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: life-saving methods and devices.SUBSTANCE: invention relates to modified sorbent carbon material intended for use as a sorbent layer of filtering-absorbing systems of individual respiratory protective devices. Material used is polymer crushed coal or activated nonwoven material, and adsorption additive is resorcinol-formaldehyde airgel.EFFECT: invention provides higher sorption capacity of carbon material and, as a result, higher protective properties of filtering-absorbing systems of individual respiratory protection.1 cl, 1 tbl, 1 dwg

Description

Изобретение может быть использовано в качестве сорбирующего слоя (шихты) фильтрующе-поглощающих систем (ФПС), перспективных образцов средств индивидуальной защиты органов дыхания фильтрующего типа (СИЗОД ФТ), интегрированных с комплектом боевой экипировки военнослужащего (КБЭВ).The invention can be used as a sorbing layer (charge) of filtering-absorbing systems (FPS), promising samples of filtering-type respiratory protection (RPE), integrated with a set of military equipment (KBEV).

В настоящее время активные угли, используемые в ФПС СИЗОД ФТ получают методом карбонизации и последующей активацией органических веществ биологического происхождения. При производстве современных ФПС отечественного и зарубежного производства, как правило, используют адсорбенты с нанесенными на них каталитическими и хемосорбционными добавками, что позволяет осуществлять очистку воздуха от паров и газов вредных примесей не только по принципу физической адсорбции, но и с использованием хемосорбции и гетерогенного катализа.At present, active carbons used in FPS RPE FT are obtained by carbonization and subsequent activation of organic substances of biological origin. In the production of modern FPSs of domestic and foreign production, as a rule, adsorbents with catalytic and chemisorption additives applied to them are used, which allows air purification from vapors and gases of harmful impurities not only on the basis of physical adsorption, but also using chemisorption and heterogeneous catalysis.

В ОАО «ЭНПО «Неорганика» разработана уникальная технология получения сферических углеродных адсорбентов из синтетического сырья - фурфурола (диаметр частиц 0,5-3,0 мм). Их изготовляют жидкостным формованием сополимеров фурфурола и некоторых смол (эпоксидной, каменноугольной и др.), добавляемых в количестве 3-7% масс, с последующим термоотверждением. Карбонизацию и активацию проводят на вращающихся электропечах с диаметром реторты 325 мм.OJSC ENPO Inorganika has developed a unique technology for producing spherical carbon adsorbents from synthetic raw materials - furfural (particle diameter 0.5-3.0 mm). They are made by liquid molding of copolymers of furfural and some resins (epoxy, coal, etc.), added in an amount of 3-7% of the mass, followed by thermal curing. Carbonization and activation are carried out on rotating electric furnaces with a retort diameter of 325 mm.

Полученный по данной технологии активный уголь на полимерной основе марки ФАС-Э наиболее близок по своим производственным характеристикам зарубежным аналогам фирм Kureha Corp.(Япония) и Blucher GmbH (Германия), которые являются мировыми лидерами в области производства высокоэффективных сорбентов.The FAS-E polymer-based activated carbon obtained by this technology is the closest in its production characteristics to foreign analogues of Kureha Corp. (Japan) and Blucher GmbH (Germany), which are world leaders in the production of high-performance sorbents.

Уголь марки ФАС-Э может применяться в любых адсорбционных процессах очистки газовых и жидких сред, эндоэкологии человека и нанотехнологиях [1].FAS-E coal can be used in any adsorption processes for the purification of gaseous and liquid media, human endoecology and nanotechnology [1].

Следует отметить что, не смотря на обширное использование активных углей в составе сорбирующего слоя (шихты) не стоит забывать о широких перспективах применения, активированных углеродных волокнистых материалов.It should be noted that, in spite of the extensive use of activated carbons in the composition of the sorbing layer (charge), one should not forget about the broad prospects for the use of activated carbon fibrous materials.

Активированные углеродные волокна (АУВ) - это третья форма активных углей имеющие большую специфическую активность и большой объем микропор.Activated carbon fibers (ACF) are the third form of active carbons with high specific activity and a large volume of micropores.

Углеродные волокна обычно получают термической обработкой химических или природных органических волокон, при которой в материале волокна остаются главным образом атомы углерода, которые объединены в микроскопические кристаллы, выровненные параллельно друг другу. Выравнивание кристаллов придает волокну большую прочность на растяжение.Carbon fibers are usually obtained by thermal treatment of chemical or natural organic fibers, in which mainly carbon atoms remain in the fiber material, which are combined into microscopic crystals aligned parallel to each other. The alignment of the crystals gives the fiber greater tensile strength.

Температурная обработка состоит из нескольких этапов. Первый из них представляет собой окисление исходного волокна (полиакрилонитрильного, вискозного, гидратцеллюлозного) на воздухе при температуре 250°С в течение 24 часов. В результате окисления образуются лестничные структуры. После окисления идет стадия карбонизации - нагрева волокна в среде азота или аргона при температурах от 800 до 1500°С. В результате карбонизации происходит образование графитоподобных структур. Процесс термической обработки заканчивается графитацией при температуре 1600-3000°С, которая также происходит в инертной среде. В результате графитизации количество углерода в волокне доводится до 99%.Heat treatment consists of several stages. The first of them is the oxidation of the original fiber (polyacrylonitrile, viscose, cellulose hydrate) in air at a temperature of 250 ° C for 24 hours. Ladder structures are formed as a result of oxidation. After oxidation, there is a stage of carbonization - heating the fiber in nitrogen or argon at temperatures from 800 to 1500 ° C. As a result of carbonization, the formation of graphite-like structures occurs. The heat treatment process ends with graphitization at a temperature of 1600-3000 ° C, which also takes place in an inert atmosphere. As a result of graphitization, the amount of carbon in the fiber is brought to 99%.

Полученные таким путем активированные углеродные волокна состоят из тонких нитей диаметром от 5 до 15 мкм, имеют исключительно высокую теплостойкость: при тепловом воздействии вплоть до 2000°С в отсутствии кислорода механические показатели волокна не изменяются. Углеродные волокна могут выпускаться в разнообразном виде: штапелированные нити, непрерывные нити, тканые и нетканые материалы они устойчивы к агрессивным химическим средам, однако окисляются при нагревании в присутствии кислорода. Углеродные волокнистые материалы эффективно действуют в области низких концентраций (ниже ПДК).The activated carbon fibers obtained in this way consist of thin filaments with a diameter of 5 to 15 microns, have an extremely high heat resistance: under heat exposure up to 2000 ° C in the absence of oxygen, the mechanical characteristics of the fiber do not change. Carbon fibers can be produced in a variety of forms: chopped yarns, continuous yarns, woven and non-woven materials, they are resistant to aggressive chemical environments, but oxidize when heated in the presence of oxygen. Carbon fiber materials are effective at low concentrations (below the MPC).

В настоящее время в РФ углеродные волокнистые материалы производятся АО «Препрег-СКМ», ОАО «НПК «Химпроминжиниринг», НПЦ «УВИКОМ», ООО «Аргон», фирмой «М-Карбо» и «НПО Неорганика».At present, in the Russian Federation, carbon fiber materials are produced by JSC Prepreg-SKM, JSC NPK Khimprominzhiniring, SPC UVIKOM, LLC Argon, by M-Karbo and NPO Inorganika.

Особый интерес к активированным углеродным волокнам с точки зрения средств защиты органов дыхания возникает вследствие их исключительно высокой динамики сорбции и динамической активности.The special interest in activated carbon fibers from the point of view of respiratory protection arises due to their extremely high dynamics of sorption and dynamic activity.

Фирмой «М-Карбо» разработано углеволокно марки «Карбопон-Актив» изготовлено на основе ткани из вискозной технической нити (карбонизация, далее - активация), которое возможно использовать в:The "M-Carbo" company has developed a carbon fiber of the "Carbopon-Active" brand, made on the basis of a fabric made of viscose technical thread (carbonization, hereinafter - activation), which can be used in:

- фильтр-материалах для ловушек органических примесей, из технологических растворов и сточных вод (особенно в области низких концентраций);- filter materials for traps of organic impurities, from technological solutions and wastewater (especially in the area of low concentrations);

- устройствах для рекуперации органических растворителей (дихлорэтан, бензин, ацетон и др.);- devices for the recovery of organic solvents (dichloroethane, gasoline, acetone, etc.);

- фильтрах для производства питьевой воды (VIP-фильтры, стадия доочистки);- filters for the production of drinking water (VIP filters, post-treatment stage);

- сорбционно-фильтрующих материалах для изготовления средств индивидуальной защиты (СИЗК и СИЗОД) и спецодежды для работы в условиях контакта со СДЯВ;- sorption and filtering materials for the manufacture of personal protective equipment (SIZK and RPE) and overalls for work in contact with SDYAV;

- фильтр-материалах для курительных комнат; использование в сигаретных фильтрах;- filter materials for smoking rooms; use in cigarette filters;

- высокоэффективной очистке в производстве ликероводочной продукции и лимонной кислоты [2].- highly efficient cleaning in the production of alcoholic beverages and citric acid [2].

В углеродных адсорбентах, наиболее широко используемых в средствах защиты, развиты все разновидности пор: микропоры, мезопоры и макропоры. При малых концентрациях паров и газов (0,01-0,05 мг/л) их адсорбция происходит на 95% в объеме микропор и около 5% на поверхности мезопор. Сорбционные материалы с мезо- и макропористой структурой менее эффективно поглощают пары и газы отравляющих веществ (ОВ) при малой концентрации и не могут обеспечить требуемый уровень защитных свойств СИЗОД фильтрующего типа.All types of pores are developed in carbon adsorbents, which are most widely used in protective equipment: micropores, mesopores, and macropores. At low concentrations of vapors and gases (0.01-0.05 mg / l), their adsorption occurs by 95% in the volume of micropores and about 5% on the surface of mesopores. Sorption materials with a meso- and macroporous structure absorb vapors and gases of toxic substances (OM) less efficiently at low concentrations and cannot provide the required level of protective properties of a filtering type RPE.

Для придания им особых свойств и специфической сорбционной активности проводят их дополнительную модификацию. Модификация может проводиться либо физическими методами, например, дополнительная термообработка сорбентов, либо за счет химической (электрохимической) обработки, например, окисление азотной кислотой или импрегнирование химически активными веществами.To give them special properties and specific sorption activity, they are additionally modified. Modification can be carried out either by physical methods, for example, additional heat treatment of sorbents, or by chemical (electrochemical) treatment, for example, oxidation with nitric acid or impregnation with chemically active substances.

Таким образом, технические решения, используемые при разработке сорбирующего слоя (шихты) в частности и средства индивидуальной защиты органов дыхания фильтрующего типа в целом, напрямую зависят от свойств и характеристик активных углей или активированных углеродных волокнистых материалов, применяемых при их разработке.Thus, the technical solutions used in the development of the sorbing layer (charge) in particular and the personal protective equipment of the respiratory system of the filter type in general, directly depend on the properties and characteristics of active carbons or activated carbon fiber materials used in their development.

Сорбирующий слой фильтрующе-поглощающих систем, предопределяет совокупность защитных, физиолого-гигиенических и массогабаритных характеристик СИЗОД ФТ.The sorbent layer of filtering-absorbing systems predetermines the combination of protective, physiological-hygienic and weight and size characteristics of the RPE FT.

Для улучшения защитных и эргономических свойств ФПС необходимо производить разработки современных сорбирующих материалов, не имеющих недостатков, присущих углям-катализаторам и которые могли бы применяться в перспективных образцах СИЗОД ФТ, интегрированных с КБЭВ.To improve the protective and ergonomic properties of FPS, it is necessary to develop modern sorbent materials that do not have the drawbacks inherent in coal-catalysts and which could be used in promising samples of FP RPEs integrated with KBEV.

Помимо этого, при изготовлении современных фильтрующе-поглощающих систем СИЗОД ФТ необходимо использовать технологии нового поколения, позволяющие повысить защитные и эксплуатационные свойства средств защиты за счет:In addition, in the manufacture of modern filtering-absorbing systems of RPE FT, it is necessary to use new generation technologies, which make it possible to increase the protective and operational properties of protective equipment due to:

- снижения массогабаритных характеристик ФПС;- reducing the weight and size characteristics of the FPS;

- улучшения эргономических свойств ФПС;- improving the ergonomic properties of the FPS;

- повышения эффективности защиты органов дыхания военнослужащего от паров отравляющих веществ;- increasing the efficiency of protection of the respiratory system of a serviceman from vapors of toxic substances;

- обеспечения технологической и сырьевой независимости при производстве изделий военного назначения, согласно пунктам «в» и «г» статьи 53 Военной доктрины РФ от 2014 года [3];- ensuring technological and raw material independence in the production of military products, in accordance with paragraphs "c" and "d" of Article 53 of the Military Doctrine of the Russian Federation of 2014 [3];

- соответствия концепции развития военно-научного комплекса Вооруженных Сил РФ на период до 2025 года и Государственной программе вооружения до 2027 года [4].- compliance of the concept of development of the military-scientific complex of the Armed Forces of the Russian Federation for the period up to 2025 and the State Armament Program until 2027 [4].

Улучшение защитных и эргономических свойств сорбирующего слоя ФПС возможно осуществить путем использования высокопористых наноструктурированных сорбирующих материалов на основе аэрогелей (АГ) обладающих повышенной микропористой структурой [5].Improvement of the protective and ergonomic properties of the FPS sorbing layer can be achieved by using highly porous nanostructured sorbing materials based on aerogels (AGs) with an increased microporous structure [5].

Получение аэрогелей основано на золь-гель методе [5], в общем случае, включающем в себя несколько стадий.The preparation of aerogels is based on the sol-gel method [5], in the general case, which includes several stages.

На первой стадии золь-гель синтеза происходит образование золя (коллоидного раствора) оксо- или гидроксо соединений металлов (в качестве исходного реагента может быть выбрана растворимая соль соответствующего металла или элементорганическое соединение) в результате реакций гидролиза прекурсоров.At the first stage of the sol-gel synthesis, a sol (colloidal solution) of oxo or hydroxo compounds of metals is formed (a soluble salt of the corresponding metal or an organic element can be selected as a starting reagent) as a result of hydrolysis reactions of precursors.

На второй стадии в результате поликонденсации продуктов гидролиза и формирования мостиковых связей М - ОН - М и М - О - М (процессы оляции и оксоляции, соответственно) формируется трехмерный гель, заполняющий весь объем и называемый лиогель. Далее проводится старение (процесс упрочнения каркаса геля), которое может включать в себя дальнейшую конденсацию, растворение, переосаждение частиц золя или фазовые переходы внутри твердой либо жидкой фаз.At the second stage, as a result of polycondensation of hydrolysis products and the formation of M - OH - M and M - O - M bridging bonds (processes of olation and oxolation, respectively), a three-dimensional gel is formed that fills the entire volume and is called a lyogel. Next, aging is carried out (the process of hardening the gel framework), which may include further condensation, dissolution, redeposition of sol particles or phase transitions within the solid or liquid phases.

Третьей стадией синтеза аэрогелей является так называемая сверхкритическая сушка, в ходе которой жидкий компонент лиогеля удаляется из системы без нарушения структуры геля. Варьирование структуры и свойств, получаемых аэрогелей может происходить за счет выбора состава и концентрации исходных металлосодержащих соединений, а также состава растворителя для сверхкритической сушки.The third stage in the synthesis of aerogels is the so-called supercritical drying, during which the liquid component of the lyogel is removed from the system without disturbing the structure of the gel. Variations in the structure and properties of the resulting aerogels can occur due to the choice of the composition and concentration of the starting metal-containing compounds, as well as the composition of the solvent for supercritical drying.

Проведенные нами литературные исследования не обнаружили ссылок на разработку модифицированных сорбирующих углеродных материалов (МСУМ) на основе полимерного дробленого угля марки ФАС-Э или активированного нетканого материала марки «Карбопон-Актив» с закрепленными гранулами резорцин-формальдегидного аэрогеля.Our literary studies did not find references to the development of modified sorbent carbon materials (MSUM) based on polymeric crushed coal of the FAS-E brand or an activated nonwoven material of the Karbopon-Active brand with fixed resorcinol-formaldehyde airgel granules.

Отсутствие технологии промышленного получения модифицированных сорбирующих углеродных материалов с закрепленными гранулами высокопористых наноструктурированных сорбирующих соединений на основе аэрогелей, а также специального технологического оборудования, необходимого для этих целей, приводит к необходимости разработки лабораторного способа получения данных материалов.The lack of a technology for the industrial production of modified sorbing carbon materials with fixed granules of highly porous nanostructured sorbing compounds based on aerogels, as well as special technological equipment necessary for these purposes, leads to the need to develop a laboratory method for obtaining these materials.

Технической задачей изобретения является разработка улучшенного сорбирующего слоя (шихты), позволяющего повысить сорбционные характеристики и обеспечить надежную защиту органов дыхания военнослужащего от паров (газов) отравляющих веществ.The technical objective of the invention is the development of an improved sorbing layer (charge), which makes it possible to increase the sorption characteristics and provide reliable protection of the respiratory system of a serviceman from vapors (gases) of toxic substances.

Данная задача достигается применением совокупности принципов, используемых при создании МСУМ с закрепленными частицами АГ.This task is achieved by applying a set of principles used in the creation of ICMS with fixed AG particles.

1. Применение в качестве сорбционной добавки высокопористых наноструктурированных материалов (принцип повышения эффективности сорбирующего слоя).1. Application of highly porous nanostructured materials as a sorption additive (the principle of increasing the efficiency of the sorbing layer).

2. Использование материалов с высокими эргономическими свойствами в качестве основы (принцип эргономичности).2. Use of materials with high ergonomic properties as a basis (the principle of ergonomics).

3. Принцип закрепления сорбционной добавки золь-гель методом (принцип закрепления гранул в точке).3. The principle of fixing the sorption additive by the sol-gel method (the principle of fixing the granules at a point).

На основании ранее выполненных исследований [6] в качестве материала-основы для создания модифицированных сорбирующих углеродных материалов были выбраны, дробленый уголь марки ФАС-Э и активированный нетканый материал марки «Карбопон-Актив». В качестве адсорбционной (добавки) для закрепления в мезопорах данных материалов был выбран углеродный аэрогель полученный на основе резорцин-формальдегидного аэрогеля.On the basis of earlier studies [6], crushed coal of the FAS-E brand and an activated non-woven material of the Karbopon-Active brand were chosen as the base material for the creation of modified sorbing carbon materials. Carbon airgel based on resorcinol-formaldehyde airgel was chosen as an adsorption (additive) for fixing these materials in mesopores.

Для получения опытного образца МСУМ использовался дробленый уголь марки ФАС-Э с фракционным составом гранул 0,5 мм, а углеволокно марки «Карбопон-Актив» не подвергалось дополнительным изменениям. Закрепление углеродного аэрогеля на основе резорцин-формальдегидного аэрогеля в мезопорах активного угля ФАС-Э и активированном нетканом материале «Карбопон-Актив» проводили путем пропитки их золем (золь-гель методом).To obtain a prototype MSUM, crushed coal of the FAS-E brand with a grain size of 0.5 mm was used, and the carbon fiber of the Karbopon-Active brand was not subjected to additional changes. The fixation of the carbon airgel based on resorcinol-formaldehyde airgel in the mesopores of the FAS-E active carbon and the activated nonwoven material "Carbopon-Active" was carried out by impregnating them with a sol (sol-gel method).

Для приготовления золя необходимо растворить 4,95 г резорцина (1, 3-дигидроксибензол) в 39 мл ацетонитрила (нитрил уксусной кислоты), после чего добавить 6,75 мл раствора формальдегида (муравьиный альдегид или метаналь) и 0,338 мл 38% соляной кислоты, реакционную смесь перемешивать в течении 15 минут. Схема данной реакции представлена на рисунке 1.To prepare the sol, it is necessary to dissolve 4.95 g of resorcinol (1,3-dihydroxybenzene) in 39 ml of acetonitrile (acetic acid nitrile), then add 6.75 ml of formaldehyde solution (formic aldehyde or methanal) and 0.338 ml of 38% hydrochloric acid, stir the reaction mixture for 15 minutes. The scheme of this reaction is shown in Figure 1.

После этого в цилиндрический полипропиленовый контейнер объемом 5 мл с дробленым углем марки ФАС-Э (в количестве 2-2,5 мл или 2,4 г) залить 3 мл полученного золя, а в цилиндрический контейнер объемом 50 мл с материалом марки «Карбопон-Актив» (размером 5 на 5 см) залить 30 мл золя.After that, in a cylindrical polypropylene container with a volume of 5 ml with crushed coal of the FAS-E brand (in an amount of 2-2.5 ml or 2.4 g), pour 3 ml of the obtained sol, and in a cylindrical container with a volume of 50 ml with material of the brand "Carbopon- Active "(5 by 5 cm) pour 30 ml of sol.

Гелеобразование в цилиндрическом контейнере с углем марки ФАС-Э проходило в течение 48 часов при температуре 20°С, а в цилиндрическом контейнере с материалом марки «Карбопон-Актив» в течение 1,5-2 часов при температуре 20°С. Далее гели старятся при 20°С в течение 7 суток. После старения гели необходимо промывать изопропиловым спиртом один раз в день в течение 5 суток.Gelation in a cylindrical container with FAS-E carbon took place within 48 hours at a temperature of 20 ° C, and in a cylindrical container with a material of the "Carbopon-Active" brand for 1.5-2 hours at a temperature of 20 ° C. Then the gels are aged at 20 ° C for 7 days. After aging, the gels must be rinsed with isopropyl alcohol once a day for 5 days.

Сверхкритическую сушку в СО2 проводили в установке, состоящей из насоса высокого давления для СО2 Supercritical 24 (SSI, USA), стального реактора емкостью 50 мл и регулятора обратного давления BPR (Goregulator, Waters, USA).Supercritical drying in CO 2 was carried out in a setup consisting of a Supercritical 24 high pressure CO 2 pump (SSI, USA), a 50 ml steel reactor, and a BPR back pressure regulator (Goregulator, Waters, USA).

Полученные материалы в результате золь-гель метода промывали жидким СО2 в течение 2 ч при температуре 20°С и давлении 15 МПа, затем повышали температуру в реакторе (автоклаве) до 50°С и промывали образец сверхкритическим CO2 (15 МПа) в течение 2-2,5 ч. После этого постепенно (в течение 30-40 мин) снижали давление в нагретом автоклаве до атмосферного, после чего автоклав охлаждали и вскрывали.The materials obtained as a result of the sol-gel method were washed with liquid CO 2 for 2 h at a temperature of 20 ° C and a pressure of 15 MPa, then the temperature in the reactor (autoclave) was increased to 50 ° C and the sample was washed with supercritical CO 2 (15 MPa) for 2-2.5 hours. After that, the pressure in the heated autoclave was gradually (within 30-40 minutes) reduced to atmospheric pressure, after which the autoclave was cooled and opened.

Пиролиз пропитанных резорцин-формальдегидными аэрогелями материалов проводили в инертной атмосфере (N2) в кварцевом проточном реакторе при 1000°С, температуру поднимали до заданной в течение 1,5-2 ч и выдерживали в течение 4 ч, после чего реактор охлаждали до 20°С.The pyrolysis of materials impregnated with resorcinol-formaldehyde aerogels was carried out in an inert atmosphere (N 2 ) in a quartz flow reactor at 1000 ° C, the temperature was raised to the specified one for 1.5-2 h and held for 4 h, after which the reactor was cooled to 20 ° FROM.

Модифицированные сорбирующие углеродные материалы, полученные с использованием резорцин-формальдегидного аэрогеля, могут повысить возможность обезвреживания паров ОВ по принципу физической адсорбции за счет наличия в своем составе аморфного углерода (а-С) образовавшегося после пиролиза полимерного (дробленого) угля марки ФАС-Э или активированного нетканого материала марки «Карбопон-Актив», пропитанных резорцин-формальдегидным аэрогелем.Modified sorbing carbon materials obtained with the use of resorcinol-formaldehyde airgel can increase the possibility of neutralizing OM vapors according to the principle of physical adsorption due to the presence in its composition of amorphous carbon (a-C) formed after pyrolysis of polymer (crushed) coal of the FAS-E grade or activated nonwoven material of the "Karbopon-Aktiv" brand impregnated with resorcinol-formaldehyde airgel.

Данные свойства полученных МСУМ подтверждены исследованиями их методом тепловой десорбции газа-адсорбата (азота).These properties of the obtained MSUM are confirmed by their studies by the method of thermal desorption of adsorbate gas (nitrogen).

Данный метод предназначен, для измерения удельной поверхности дисперсных и пористых материалов, адсорбентов, катализаторов, пигментов методом тепловой десорбции газа-адсорбата в соответствии с ГОСТ 23401-90.This method is intended for measuring the specific surface area of dispersed and porous materials, adsorbents, catalysts, pigments by thermal desorption of adsorbate gas in accordance with GOST 23401-90.

Данные исследования проводились на анализаторе удельной поверхности Сорбтометр-М (КАТАКОН, Россия), который внесен в государственный реестр средств измерений (сертификат ГОСТАНДАРТА РФ RU.E.31.060.А №8292) и допущен к применению в РФ [7].These studies were carried out on a specific surface area analyzer Sorbtometer-M (KATAKON, Russia), which is included in the state register of measuring instruments (certificate of GOSTANDART RF RU.E.31.060.A No. 8292) and is approved for use in the Russian Federation [7].

В таблице 1 представлены основные результаты определения: удельной поверхности методом (Брунауэра-Эммета-Теллера) БЭТ; удельной поверхности мезопористых частиц сравнительным t-методом; объем микропор методом Дубинина-Радушкевича (ТОЗМ).Table 1 shows the main results of the determination: specific surface area by the method (Brunauer-Emmett-Teller) BET; specific surface area of mesoporous particles by the comparative t-method; the volume of micropores by the Dubinin-Radushkevich method (TOZM).

Figure 00000001
Figure 00000001

На основании таблицы 1 можно сделать следующие выводы:Based on table 1, the following conclusions can be drawn:

- наибольшей удельной поверхностью 1100,887 м2/г и объемом микропор 0,753 см3/г обладает уголь ФАС-Э, модифицированный резорцин-формальдегидным АГ.- FAS-E coal modified with resorcinol-formaldehyde AG has the largest specific surface area of 1100.887 m 2 / g and a micropore volume of 0.753 cm 3 / g.

- наибольшей удельной поверхностью мезопор 588,719 м2/г обладает угле-войлок «Карбопон-Актив», модифицированный резорцин-формальдегидным аэрогелем.- the largest specific surface area of mesopores 588.719 m 2 / g is possessed by carbon-felt "Karbopon-Active", modified with resorcinol-formaldehyde airgel.

За результат измерения принимали среднее значение результатов измерения каждой изотермы адсорбции МСУМ, отклонение которых не превышало 10%.The average value of the measurement results of each adsorption isotherm of MSUM was taken as the measurement result, the deviation of which did not exceed 10%.

На основании вышеприведенных исследований можно сделать вывод о том, что МСУМ полученный на основе дробленного угля марки ФАС-Э пропитанный резорцин-формальдегидным аэрогелем и активированный нетканый материал марки «Карбопон-Актив», пропитанный резорцин-формальдегидным аэрогелем значительно повысили свою сорбционную емкость в сравнение с материалом-основой (углем ФАС-Э и углевойлоком «Карбопон-Актив») за счет их модификации резорцин-формальдегидным аэрогелем.Based on the above studies, it can be concluded that MSUM obtained on the basis of crushed coal of the FAS-E brand impregnated with resorcinol-formaldehyde airgel and an activated non-woven material of the Karbopon-Active brand impregnated with resorcinol-formaldehyde airgel significantly increased their sorption capacity in comparison with the base material (coal FAS-E and carbon fiber "Karbopon-Active") due to their modification with resorcinol-formaldehyde airgel.

Все это свидетельствует о том, что при использовании в качестве сорбирующего слоя (шихты) полученных МСУМ, будут повышены защитные свойства фильтрующе-поглощающих систем, средств индивидуальной защиты органов дыхания фильтрующего типа от паров ОВ по принципу физической адсорбции.All this indicates that when using the obtained MSUM as a sorbing layer (charge), the protective properties of filtering-absorbing systems, personal protective equipment of the respiratory system of the filtering type from OM vapors will be increased according to the principle of physical adsorption.

Список использованных источниковList of sources used

1. Каталог продукции ОАО ЭНПО «Неорганика». Под. ред. Н.К. Куликова. - Электросталь: 2019. - 35 с. 1. Product catalog of JSC ENPO "Inorganica". Under. ed. N.K. Kulikov. - Elektrostal: 2019 .-- 35 p.

2. Каталог продукции фирмы «М-Карбо». [Электронный ресурс]. -Режим доступа: https: m-carbo.ru2. Catalog of products of the firm "M-Karbo". [Electronic resource]. -Access mode: https: m-carbo.ru

3. Военная доктрина Российской Федерации [Электронный ресурс].3. Military doctrine of the Russian Federation [Electronic resource].

- утв. Указом Президента РФ 30.12.14. - Режим доступа: http://www.rg.ru/2014/12/30/doktrina-dok.html- approved By the decree of the President of the Russian Federation on 12/30/14. - Access mode: http://www.rg.ru/2014/12/30/doktrina-dok.html

4. Материалы сайта Департамента информации и массовых коммуникации Министерства обороны Российской Федерации [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://function.mil.ru4. Site materials of the Department of Information and Mass Communications of the Ministry of Defense of the Russian Federation [Electronic resource]. - Access mode: https://function.mil.ru

5. Лермонтов, С.А., Малкова, А.Н., Сипягина, Н.А. [и др.]. Аэрогели - синтез, свойства и практическое применение: статья / С.А. Лермонтов, А.Н. Малкова, Н.А. Сипягина // Сборник статей Института физиологически активных веществ Российской академии наук посвященный 40 летней годовщине со дня образования: под общ. ред. член-корр. Российской академии наук С.О. Бочурина. М.: Издательство «Типография 24» 2018. 208 с. - ISBN 978-5-00122-556-0.5. Lermontov, S.A., Malkova, A.N., Sipyagina, N.A. [and etc.]. Aerogels - synthesis, properties and practical application: article / S.A. Lermontov, A.N. Malkova, N.A. Sipyagina // Collection of articles of the Institute of Physiologically Active Substances of the Russian Academy of Sciences dedicated to the 40th anniversary of the foundation: under total. ed. Corresponding Member Russian Academy of Sciences S.O. Bochurin. M .: Publishing house "Typography 24" 2018.208 p. - ISBN 978-5-00122-556-0.

6. Мухин, В.М., Гурьянов, В.В., Курилкин, А.А., Алябишев, СВ. Активные угли на основе сополимера фурфурола для рекуперации паров хлорорганических растворов: статья / В.М. Мухин, В.В. Гурьянов, А.А. Курилкин, С.В Алябишев // Успехи в химии и химической технологии: сб. науч. тр. М.: РХТУ им Д.И. Менделеева, том 31. 2017. №9. С 83-85.6. Mukhin, V.M., Guryanov, V.V., Kurilkin, A.A., Alyabishev, SV. Activated carbons based on furfural copolymer for recovery of vapors of organochlorine solutions: article / V.M. Mukhin, V.V. Guryanov, A.A. Kurilkin, S.V. Alyabishev // Advances in chemistry and chemical technology: collection of articles. scientific. tr. M .: RCTU named after D.I. Mendeleev, volume 31. 2017. No. 9. From 83-85.

7. Руководство по эксплуатации // Анализатор удельной поверхности «Сорбтометр-М». Закрытое акционерное общество «КАТАКОН». - Новосибирск, 2013. 20 с.7. Operation manual // Analyzer of specific surface area "Sorbtometer-M". Closed Joint Stock Company "KATAKON". - Novosibirsk, 2013.20 p.

Claims (1)

Модифицированный сорбирующий углеродный материал, предназначенный для использования в качестве сорбирующего слоя фильтрующе-поглощающих систем перспективных образцов средств индивидуальной защиты органов дыхания фильтрующего типа, отличающийся тем, что в качестве основы для создания данного материала используется полимерный дробленый уголь или активированный нетканый материал, а в качестве адсорбционной добавки - резорцин-формальдегидный аэрогель.Modified sorbent carbon material intended for use as a sorbent layer of filtering-absorbing systems of promising samples of personal respiratory protection of filtering type, characterized in that polymer crushed carbon or activated nonwoven material is used as a basis for creating this material, and as an adsorption additives - resorcinol-formaldehyde airgel.
RU2019130545A 2019-09-25 2019-09-25 Method of producing modified sorbent carbon materials based on fas-e activated carbon and carbopon-active activated nonwoven material with fixed resorcinol-formaldehyde airgel granules RU2736950C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019130545A RU2736950C1 (en) 2019-09-25 2019-09-25 Method of producing modified sorbent carbon materials based on fas-e activated carbon and carbopon-active activated nonwoven material with fixed resorcinol-formaldehyde airgel granules

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019130545A RU2736950C1 (en) 2019-09-25 2019-09-25 Method of producing modified sorbent carbon materials based on fas-e activated carbon and carbopon-active activated nonwoven material with fixed resorcinol-formaldehyde airgel granules

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2736950C1 true RU2736950C1 (en) 2020-11-23

Family

ID=73543595

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019130545A RU2736950C1 (en) 2019-09-25 2019-09-25 Method of producing modified sorbent carbon materials based on fas-e activated carbon and carbopon-active activated nonwoven material with fixed resorcinol-formaldehyde airgel granules

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2736950C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2146662C1 (en) * 1994-08-29 2000-03-20 Кэбот Корпорейшн Composite material and method of preparing thereof
EA011516B1 (en) * 2005-01-13 2009-04-28 Синвеншен Аг Composite material and process for producing thereof
RU2010133907A (en) * 2008-01-17 2012-02-27 Эвоник Карбон Блек ГмбХ (DE) CARBON AEROGELS, METHOD FOR PRODUCING THEM AND THEIR APPLICATION

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2146662C1 (en) * 1994-08-29 2000-03-20 Кэбот Корпорейшн Composite material and method of preparing thereof
EA011516B1 (en) * 2005-01-13 2009-04-28 Синвеншен Аг Composite material and process for producing thereof
RU2010133907A (en) * 2008-01-17 2012-02-27 Эвоник Карбон Блек ГмбХ (DE) CARBON AEROGELS, METHOD FOR PRODUCING THEM AND THEIR APPLICATION

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
СИПЯГИНА Н.А. Синтез и свойства кремнийсодержащих аэрогелей, модифицированных органическими заместителями, Диссертация на соискание уч. степ. канд. хим. наук, Черноголовка, 2019. ЗУБ Ю.Л. и др. Синтез функционализированных полисилоксановых ксерогелей, строение их поверхностного слоя и сорбционные свойства, журнал Химия, физика и технология поверхности, вып. 11, 12, 2006, с. 165-203. ЛЕБЕДЕВ О.В. и др. Новые полимерные системы с комплексообразующими свойствами, журнал Изестия вузов. Прикладная химия и биотехнология, номер 1, 2011, с. 31-36. ОЛОНЦЕВ В.Ф. и др. Нанопористые углеродные волокнистые адсорбенты и хемосорбенты для применения в сорбционной и экологической технике, журнал Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Химическая технология и биотехнология, номер 1, 2013, с. 179-190. МУХИН В.М. и др. Активный уголь на основе сополимера фурфурола для рекуперации паров хлорорганических растворов, журнал Успехи в химии и химической технологии, том *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Adeniran et al. Is N-doping in porous carbons beneficial for CO2 storage? Experimental demonstration of the relative effects of pore size and N-doping
Chang et al. Poplar catkin-derived self-templated synthesis of N-doped hierarchical porous carbon microtubes for effective CO2 capture
Youssef et al. Sorption properties of chemically-activated carbons: 1. Sorption of cadmium (II) ions
Chao et al. Hierarchical porous boron nitride with boron vacancies for improved adsorption performance to antibiotics
Park et al. Influence of activation temperature on adsorption characteristics of activated carbon fiber composites
Chen et al. Nitrogen doping effects on the physical and chemical properties of mesoporous carbons
Gao et al. Porous and ultrafine nitrogen-doped carbon nanofibers from bacterial cellulose with superior adsorption capacity for adsorption removal of low-concentration 4-chlorophenol
Caruso et al. Silica films with bimodal pore structure prepared by using membranes as templates and amphiphiles as porogens
JP4856838B2 (en) Nitrogen-containing carbon-based porous body and method for producing the same
Liu et al. Physical activation of diatomite-templated carbons and its effect on the adsorption of methylene blue (MB)
Fu et al. Ice-and MOF-templated porous carbonaceous monoliths for adsorptive removal of dyes in water with easy recycling
US9073039B2 (en) Carbon sorbent for reversible ammonia sorption
Song et al. The preparation and performance of lignin-based activated carbon fiber adsorbents for treating gaseous streams
Li et al. Carbon dioxide capturing by nitrogen-doping microporous carbon
Wang et al. Activated carbon fibers prepared by one-step activation with cucl2 for highly efficient gas adsorption
Xiao et al. Prussian blue-impregnated waste pomelo peels-derived biochar for enhanced adsorption of NH3
Pan et al. Preparation and characterization of activated carbons from bamboo sawdust and its application for CH4 selectivity adsorption from a CH4/N2 system
Chang et al. Cost-efficient strategy for sustainable cross-linked microporous carbon bead with satisfactory CO2 capture capacity
Hassani et al. Activated carbon fiber for environmental protection
Gaikwad et al. Electrospun fiber mats with multistep seeded growth of UTSA-16 metal organic frameworks by microwave reaction with excellent CO2 capture performance
Ren et al. Efficient removal of formaldehyde with ZIF-8 growth on TiO 2-coated activated carbon fiber felts prepared via atomic layer deposition
Wang et al. Adsorption of Volatile Organic Compounds (VOCs) on Oxygen‐rich Porous Carbon Materials Obtained from Glucose/Potassium Oxalate
Zhu et al. Dual-template approach to designing nitrogen functionalized, hierarchical porous carbons for efficiently selective capture and separation of SO2
Liu et al. Preparation and characterization of lignin-derived nitrogen-doped hierarchical porous carbon for excellent toluene adsorption performance
RU2736950C1 (en) Method of producing modified sorbent carbon materials based on fas-e activated carbon and carbopon-active activated nonwoven material with fixed resorcinol-formaldehyde airgel granules