книги / Углеродные адсорбенты и их применение в промышленности

вальцах УСК с содержанием связующего ниже этого предела. Нани были отработаны режиыы формования УСК на лабора­ торных вальцах производства ГДР,подобрана величина зазо­

ра между валками,продолжительность обработки угольно­ смоляной пасты и температура валков,необходимые для полу­ чения вальцованной УСК достаточной прочности.

Для изучения влияния композиционного состава УСК на свойства активированных углей была изготовлена серия об­ разцов с различным содержанием связующего.Перед смешением связующее подогревали,затем смешивали компоненты в ыалоксере.Готовую пасту вальцевали при температуре валков 200°С.

Вальцованный углеродсодержащий материал представляет собой твердые хрупкие пластины произвольной формы с бле­ стящей поверхностью,которые легко дробятся л зерна желае­ мой крупности. Пыль и мелочь,образовавшиеся в процессе дробления,можно повторно вальцевать без дополнительного связующего,при этом получается вальцованный углеродсодер­ жащий материал, практически не отличающийся от получаемого при вальцевании свежеприготовленной УСК.При температуре вальцевания равной 200°С возможны реакции компонентов угольно-смоляной пасты с кислородом воздуха.Для выявле­ ния изменений в химическом составе УСК методом ИКС был определен элементный состав исходной угольно-смоляной пасты и ‘вальцованной УСК.

Результаты анализа приведены в табл.1.

Таблица I Элементный состав угольно-смоляной пасты

и вальцованный УСК

	Наименование	Содержание С	Содержание Н	Содержание N
	образца
	Паста	76,67	4,65	1,49
	Вальцованная	78,71	5,31	1,96
	УСК

41

Из приведенных в табл.1 данных видно,что в результате

вальцевания в УСК увеличивается процентное содержание углерода и азота,что свидетельствует о частичной окисле­

нии обрабатываемой УСК.

Характеристики карбонизованных углей,изготовленных на основе УСК с различный содержанием связующего приведены

в табл.2.				Таблица	2
	Характеристики карбонизованных углей
Наимено­	Насыпная Кажущаяся		Механи­	Суммарный Содержа­
вание	плот-	плотность,	ческая	объём пор н и е общей
образца	н°от|>	г М 3	проч­	золы,
			ность,	см3/см 3	%
	г/ои3
			%
УВ-23	0,689	1,151	82	0,261	8,0
УВ-25	0,702	1,172	83	0,249	8,1
УВ-27	0,719	1,201	93	0,239	8,2
УВ-29	0,717	1,197	94	0,237	8 ,1
УВ-33	0,701	1,171	93	0,245	8,3

Как видно из данных табл.2,даже из УСК,содержащей 23% связующего,получился образец карбонизованного угля с боль­ шой насыпной плотностью и высокой механической прочностью. Увеличение содержания связующего в угольно-смоляной пасте до 21%приводит к увеличению насыпной и кажущейся плот­ ности карбонизованного углеродсодержащего материала.При дальнейшем увеличении содержания связующего плотность углеродсодержащего материала несколько падает.Механическая прочность карбонизованного угля во всем интервале измене­ ния содержания связующего высокая. На рис.4 представлены интегральные и дифференциальные кривые распределения объёмов пор по эквивалентным радиусам для образцов карбо­ низованного углеродсодержащего материала на основе УСК с различным содержанием связующего.

Как видно из рис.4 образец с содержанием связующего 25% (УВ-25) имеет максимум распределения объёмов пор

4-2

Рис Л . Интегральные и дифференциальные кривые распределения объёмов пор по размерам.

в области эквивалентных радиусов 300400 нм,а для образ­ ца с содержанием связующего 33# (УВ-33) - в области 500600 нм. Образец УВ-27 занимает промежуточное положение.

В то же время из табл. 2 следует,что образец УВ-27 имеет меньший объём макропор по сравнению с образцами УВ-25 и

УВ-33. Таким	образом, с увеличением содержания	связующего
в УСК сначала	наблюдается некоторое уменьшение	суммарно­

го объёма пор,а затем он снова увеличивается,это согласу­ ется с данными о изменении плотности.

Карбонизованные угли были проактивированы во вращаю­ щейся лабораторной печи. Адсорбционные свойства активиро­ ванных углей на основе УСК с различным содержанием свя­ зующего приведены в табл.З.

Из данных табл.З следует,что наилучшие динамические характеристики имеет активированный уголь на основе УСК, содержащей 27# связующего.Однако образцы с меньшим содер-

43

Таблица 3

Адсорбционные свойства активированных углей с различным содержанием связующего

Наименование		Насыпная	Кажущаяся	Механи­	Суммарный	Динами­	Динами­	Стати­
образца и	его	плотность,	плотность,	ческая	объём пор,	ческая ак­	ческая	ческая
обгар		г/см 3	г/см 3	прочность,	см3/ом3	тивность	активность	ёмкость
				%		по бензолу,	по хлор-	по толуо­
						мин.	этилу,	лу,
УВ-23-60 ?							мин.	м г/г
		0,508	0,848	80	0,601	55	68	284
УВ-25-59		0,502	0,838	81	0,559	68	81	292
УВ-27-61		0,-537	0,898	81	0,569	72	98	310
УВ-29-59		0,500	0,835	83	0,554	75	73	290
УВ-33-64		0,463	0,773	81	0,593	60	66	283
АР-А		0,515	0,843	78	0,646	-	—	278
АГ-2		0,508	0,838	79‘	0,632	56	•
к Третий	индекс наименование образца			обозначает	выход
на стадии		активации.

жанием связующего (УВ-25 и УВ-23) .уступая образцу УВ-27
по большинству	показа талей, превосходят промышленные акти­
вированные угли	АГ-2 и АР-А.

На рис .5 показана	зависимость величины объёма микропор
от суммарного объёма	пор для образцов активированных уг­
лей «изготовленных на	основе УСК о различным содержанием
связующего.

Рис.5. Объём микропор в зависимости от суммар­ ного объёма пор.

Из рис.5 видно,что наибольшую долю микропор в суммар­ ном объёме пор имеет образец УВ-27,образцы,изготовленные из УСК как с большим,так и с меньшим содержанием связую­ щего,являются более макропористыми.

Объёмы характерных типов пор и характеристики микропо­ ристой структуры активированных углей приведены в табл.4.

Из данных табл.4 видно,что вое описанные углеродные адсорбенты имеют развитый объём микропор,причем наиболь­ ший объём микропор в единице объёма сорбента имеют образ­ цы на основе угольно-смоляной композиции, содержа щей 25- -27% связующего.Образец УВ-23 имеет микропоры только пер­ вого структурного типа .У образцов с большим содержанием связующего наблюдаются поры обоих структурных типов.Объём

45

Таблица 4 Объём характерных типов пор и характеристика микропористой отруктуры

вальцованных активированных углей

Наименова­	V k,	VMO,	V w e	VMU,	Wo,,			W 02.	в2. 106	Р
ние образца						вг ю б
	ом3/см 3	см ^ом 3	см3/см 3	см3/см 3 см3/см 3			кдж/моль	Gir/Gir		кдж/моль
УВ-23-60	0,601	0,291	0,053	0,257	0,279	0,98	19,3	—	-	-
УВ-25-59	0,559	0,174	0,067	0,319	0,219	0,75	22,1	0,120	2,3	12,5
УВ-27-61	0,568	.0,154	0i053	0,317	0,229	0,89	20,3	0,101	3,8	9,8
УВ-29-59	0,554	0,197	0,068	0,289	0,209	0,74	22,2	0,104	1,9	13,9
УВ-33-64	0,592	0,256	0,065	0,272	0,196	0,87	20,1	0,15	3 ,6	10,1

переходных пор у всех образцов невелик и составляет 0,05 -0,07 см3/см 3.

Объём макролор в единице объёма сорбента уменьшается с увеличением содержания связующего до 27%,а затем уве­ личивается.

Выполненные нами исследования показали,что методом термопрессования можно получать активированные угли,обла­ дающие высокой кажущейся плотностью и,следовательно,имею­ щие большой объём микропор в единице объёма сорбента.

Вальцеванием можно прессовать угольно-смоляную пасту с содержанием связующего до 23%. При этом получаются ак­ тивированные угли с высокой механической прочностью и сорбционной активностью,не уступающей промышленным актив­ ным углям АГ-2 и АР-А.

Кроме того,изменяя композиционный состав УСК,можно добиться изменения распределения макропор по размерам

вжелаемом направлении.

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

1. ВИЛ6С0В И .Г ., Скрипно В .Я ., Ломазов В .Л ., Ткаченко И.М. Процессы гранулирования в промышленности.- Техника,1976,192с.

2. фиалков А.С. Углеграфитовые материалы.-М.: Энер­ ги я ,1979.

3 . Бальшин Ю.М. Научные основы порошковой металлур­ гии и металлургии волокна.- М.: Металлургия,1972.

УДК 634.0.864:661.183.2

Е.И.Ахыина

СОСТОЯНИЕ РАЗРАБОТОК И ПЕРСПЕКТИВА ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА УГЛЕРОДНЫХ АДСОРБЕНТОВ

ИЗ ГИДРОЛИЗНОГО ЛИГНИНА

При химической переработке отходов древесного и сель­ скохозяйственного сырья методом гидролиза на предприя­ тиях Советского Союза ежегодно получается в качестве вторичного отхода свыше 1200 тыс.тонн лигнина (в пере­ счете на абс.сух.вещество).Из них в настоящее время ра­ ционально используется около 35%,в основному качестве энергетического топлива на самих гидролизных заводах.Решение задачи рационального промышленного использования гидролизного лигнина как составляющей проблемы комплекс­ ного использования растительного сырья имеет важное на­ роднохозяйственное значение.

Одним из перспективных и экономически выходных направ­ лений термической переработки гидролизного лигнина явля­ ется получение на его основе углеродных адсорбентов - ак­ тивных углей. Дефицит в промышленных активных углях,необ­ ходимость расширения их ассортимента подтверждают рацио­ нальность развития этого направления и в обозримом буду­ щем,преимущественно промышленных углей осветляющего типа

/I/.

В качестве сырья для производства активных углей гид­ ролизный лигнин имеет ряд специфических особенностей.

48

Большое содержание углерода в лигнине,его способность пластифицироваться и гранулироваться без добавки связую­ щего, высокая реакционная способность полукокса,а также возможность управления свойствами активного угля за счет изменения режимных параметров основных стадий технологии

ивведения уплотняющих,каталитических и других целевых добавок являются положительными свойствами лигнина как сырья для получения активных углей.

Вто же время как продукт промышленной переработки ра*- стительных отходов - гидролизный лигнин различных заводов характеризуется значительной нестабильностью химического

ифракционного составов,может иметь повышенное содержание минеральных веществ и посторонних включений..

Характеристики лигнина,имеющие первостепенное значение

при его переработке на активные угли,колеблитея в больших пределах (в %): влажность 604-75, зольность 14-10, содержание

трудногидролизуемых полисахаридов 7-4-37. Эти обстоятельст­ ва создают значительные трудности при его промышленной переработке,требуют организации полного или хотя бы частич­ ного комплекса вспомогательных операций по подготовке лиг­ нина до его основной технологической переработки (обезво­ живания, обеззоливания,измельчения и т .п .) . Только при ус­ ловии предварительной подготовки лигнина создаются практик

ческие условия стандартизации его как промышленного сырья, а также условия получения активного угля с заданными свой­ ствами.

В научно-исследовательских работах были рассмотрены различные технологические схемы получения активных углей из лигнина с использованием методов гранулирования и прес­ сования с целевыми добавками и без них,с применением раз­ личных способов термообработки. На основе гидролизного ли­ гнина возможно получение гранулированных,дробленых и по­ рошкообразных активных углей различного эксплуатационного назначения.

Начало формирования вторичной структуры и развитие фи­ зико-адсорбционных свойств будущего активного угля проис­ ходит уже на стадии формования лигнина. Исследования /2 - 4 /

4 356

49

показывают,что общая пористость и удельная плотность окускованного лигнина зависят прежде всего от влагосодержания материала и давления формования.Определенную роль при этом играют также дисперсность лигв 'на .степень предварительной механической переработки материала и содержание в лигнине трудвогидролизуемых полисахаридов.Уменьшение влажности лигнина,увсличение давления,большие содержания трудногидролизуемых полисахаридов и степень предварительной перера­ ботки приводят к снижению общей пористости лигнина и соот­ ветственно росту его плотности*

В настоящее время разработаны и используются следующие методы формования гидролизного лигнина:

- грануляция в вязкопластичном состоянии при влажности 50*55% с применением шнековых аппаратов и в полусухом со­ стоянии при влажности 30*35$ на грануляторах с кольцевой матрицей ;

- прессование в воздушно-сухом состоянии при влажности 12*18$ на прессах высокого давления.

В зависимости от метода формования лигнина суммарная пористость куска материала колеблется от 0,2 до 1,1 см3/ г , а кажущаяся удельная плотность в пределах 0,7*1,2 г/см 3 .

Дальнейшее формирование пористой структуры активных уг­ лей происходит на стадиях термообработки лигнина: сушки, пиролиза и активации.Как показали исследования / 5 - 7 / , име­ ют место определенные ограничения по температурному режи­ му сушки гранул,скоростям и конечным температурам пироли­ за и активации окускованного лигнина в зависимости от плот­ ности материала,геометрических размеров его куска и т«п. Все вышеуказанное и определяет режимные параметры ведения процессов термообработки лигнина в каждом конкретном слу­ чае получения активного угля с заданными физико-механи­ ческими и сорбционными свойствами.

Преимущественное развитие и опытно-промышленцую реали­ зацию получила технология производства осветляющих актив­

ных углей из лигнина методом	влажного формования		/8 - 1 0 /.
В её основу положена грануляция лигнина		без связующего
в вязкопластичном состоянии	при влажности	50-55%	с приме-

50