способ получения углеродминерального сорбента сумс-1

Формула изобретения

1. Способ получения углеродминерального сорбента СУМС-1, включающий высокотемпературный пиролиз углеводородов при температуре до 800^oC на поверхности высокопрочного оксида алюминия с мезо-, макропористой структурой в кипящем слое с образованием на поверхности слоя пиролитического углерода, отличающийся тем, что пиролиз проводят в потоке разбавленного инертным газом углеводорода в соотношении 3 : 1 - 6 : 1 с последующим высокотемпературным активированием водяным паром с его содержанием до 1 об.% в токе инертного газа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве углеводородов используют дивинил, пропан-бутан и другие углеводороды.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве инертного газа используют азот, аргон и другие.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической технологии, в частности к технологии получения углеродминеральных сорбентов для различного назначения, в том числе для медицины в качестве гемосорбента, энтеросорбента, аппликационного материала, а также для использования их в качестве носителей для катализаторов, ферментов, клеток, биологически активных веществ, лекарственных препаратов, пищевых и минеральных добавок, для использования в ветеринарии, косметологии, для очистки вин, сточных вод, газовых выбросов.

Известен способ получения углеродминеральных сорбентов (Патент Англии N1118651, 1968 г.), включающий высокотемпературный пиролиз органических соединений на поверхности гранулированных оксидов металлов с образованием на поверхности слоя пиролитического углерода. По данному способу на поверхности оксида алюминия или других окислов проводят пиролиз предельных углеводородов с добавлением паров воды или кислорода при температурах 600-700^oC. Однако сорбенты, полученные по данному способу, имеют недостаточно высокую адсорбционную активность в отношении некоторых классов органических соединений, например ароматических.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ получения углеродминерального сорбента путем пиролиза на поверхности оксида алюминия, оксида кремния, алюмосиликата непредельных соединений до образования углерода в количестве 20-35% вес. с последующим его высокотемпературным активированием до конечного содержания углерода 12-20% вес. (Ав.св. СССР N 988324, 1983 г.) Однако этот способ дорогостоящий, длительный по времени как при нанесении высокотемпературного пиролитического углерода, так и при активации водяным паром, которая по продолжительности составляет для оксидов до 5-8 часов при температурах порядка 800^oC. К тому же используют дорогостоящий чистый непредельный углеводород дивинил для получения слоя пиролитического углерода, что снижает его степень полезного использования, а на выходе из реактора фиксируются значительные количества непрореагировавших углеводородов. К тому же сорбент, получаемый по такой технологии, трудно отмыть от пылевых частиц, требуются большие расходы по воде.

Известны углеродминеральные сорбенты (Патенты РФ N 2026733, 1995 г., N 2026734, 1995 г., Бюл. N2, 1995 г.) на основе оксида алюминия разного гранулометрического состава. На поверхность оксида наносят углерод путем пиролиза дивинила, при этом проводят предварительную восстановительную обработку оксида алюминия при высокой температуре, то есть включают дополнительную стадию перед коксованием и активацией.

Известен углеродминеральный сорбент СУМС-1, который широко и эффективно используется в практическом здравоохранении как гемо-, энтеросорбент, аппликационный материал, как носитель лекарственных препаратов. На гемосорбент имеются Технические условия - ТУ 64-6-401-87, на энтеросорбент - Временная Фармакопейная Статья ВФС 42-2202-93, а с 1996 г. Фармакопейная Статья - ФС 32-83-96.

Принципиальная технология получения сорбента описана в прототипе (Ав.св. СССР 988324, 1983 г., Бюл. N2, 1983 г.)

Изобретение решает задачу ускорения и упрощения, удешевления способа, повышения технологичности процесса с сохранением всех положительных качеств и физико-химических характеристик, включая и прочностные характеристики в соответствии с ФС и ТУ.

Задача решается тем, что высокотемпературный пиролиз углеводородов на механически прочной минеральной матрице оксиде алюминия с заданной мезо-, макропористой структурой ведут при их значительном разбавлении инертным газом при соотношении - от 1:3 до 1:6 до содержания углерода 8-21% вес. с последующим активированием водяным паром (до 1% объем.) в токе инертного газа, до содержания углерода 7-20% вес.

Получаемый продукт удовлетворяет всем требованиям и физико-химическим характеристикам, предъявляемым к сорбенту СУМС-1 для медицины в качестве энтеросорбента, гемосорбента (ВФС, ТУ), аппликационного материала и носителя для получения иммобилизованных продуктов на его основе.

Отличительным признаком способа является проведение процесса пиролиза при меньших расходах углеводородного газа, что достигается значительным разбавлением углеводорода инертным газом и оптимальным массопереносом углеводорода в объеме твердого тела и как следствие - высокая степень превращения углеводорода, упрочнение слоя пиролитического углерода, уменьшение времени процесса активации, удешевляющее процесс.

Для получения углеродминерального сорбента СУМС-1 для медицинского назначения и для получения на его основе иммобилизованных препаратов - ферментов, гормонов, антибиотиков, бактериальных препаратов, биологически активных веществ, лекарственных препаратов - используют в качестве матрицы оксид алюминия различного гранулометрического состава от 0,1 мм до 2 мм (и выше) с развитой мезо-, макропористой структурой, высокой механической прочностью и высокой удельной поверхностью.

Углерод наносят при температурах 630-650^oC путем пиролиза углеводородов в кипящем слое сорбента для лучшего перемешивания, массообмена и равномерного покрытия. Процесс проводят при разбавлении углеводородов инертным газом в соотношении 1:3 - 1:6 и времени процесса от 40 минут до 1,5 часа. Последующую активацию паром, разбавленным инертным газом, проводят в течение 30-40 минут при температурах от 740 - 780^oC.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Носитель - оксид алюминия (размер округлых гранул 0,4-1 мм) в количестве 60 см³ помещают в реактор из кварцевого стекла. После установления нужной температуры в реакторе (650^oC) создают виброожижение подачей инертного газа азота с последующей подачей в поток углеводородного газа дивинила в соотношении 6:1 со скоростью 20 л/ч в течение 90 минут. После этого прекращают подачу углеводорода, а температуру поднимают до 780^oC и проводят активацию в потоке инертного газа в присутствии водяного пара (содержание до 1% об.) со скоростью 10 л/ч в течение 40 минут. Затем реактор охлаждают в токе инертного газа и выгружают сорбент. Характеристики сорбента следующие: содержание углерода 10%, величина водородного показателя pH водной вытяжки 7,8, адсорбционная способность по красителю метиленовому голубому 25 мг/г сорбента. После соответствующей промывки и подготовки полученного сорбента как гемосорбента сорбент извлекает витамин B₁₂ (как модель среднемолекулярных токсинов) из водного раствора не менее чем на 70%.

Сорбент удовлетворяет ФС 32-83-96 и ТУ 64-6-401-87.

Пример 2.

Носитель - оксид алюминия (размер округлых гранул 0,1-0,2 мм) в количестве 60 см³ помещают в реактор кипящего слоя из кварцевого стекла. После установления нужной температуры в реакторе (650^oC) создают кипящий слой подачей инертного газа аргона с последующей подачей углеводородного газа пропан-бутана в соотношении 4:1 со скоростью 10 л/ч в течение 90 минут. После этого прекращают подачу углеводорода, а температуру поднимают до 780^oC и проводят активацию в потоке инертного газа в присутствии водяного пара (содержание до 1% об.) со скоростью 8 л/ч в течение 40 минут. Затем реактор охлаждают в токе инертного газа и выгружают сорбент. Характеристики сорбента следующие: содержание углерода 7%, величина водородного показателя pH водной вытяжки 8,5, адсорбционная способность по красителю метиленовому голубому 20 мг/г сорбента. Сорбент удовлетворяет ФС.

Пример 3.

Носитель - оксид алюминия (размер округлых гранул 1-2 мм) в количестве 60 см³ помещают в реактор кипящего слоя из кварцевого стекла. После установления нужной температуры в реакторе (650^oC) создают виброожижение и подают азот с последующей подачей дивинила в соотношении 3:1 со скоростью 30 л/ч в течение 40 минут. После этого прекращают подачу углеводорода, а температуру поднимают до 780^oC и проводят активацию в потоке инертного газа в присутствии водяного пара (содержание до 1% об.) со скоростью 20 л/ч в течение 40 минут. Затем реактор охлаждают в токе инертного газа и выгружают сорбент. Характеристики сорбента следующие: содержание углерода 12%, величина водородного показателя pH водной вытяжки 7,6, адсорбционная способность по красителю метиленовому голубому 25 мг/г сорбента. После соответствующей промывки и подготовки полученного сорбента как гемосорбента сорбент извлекает витамин B₁₂ (как модель средне-молекулярных токсинов) из водного раствора не менее чем на 70%. Сорбент удовлетворяет ФС и ТУ.

Пример 4.

Носитель - оксид алюминия (размер округлых гранул 0,4-1,0 мм) в количестве 60 см³ помещают в реактор кипящего слоя из кварцевого стекла. После установления нужной температуры в реакторе (630^oC) подают азот с последующей подачей углеводородного газа дивинила в соотношении 3:1 со скоростью 20 л/ч в течение 70 минут. После этого прекращают подачу углеводорода, а температуру поднимают до 740^oC и проводят активацию в потоке инертного газа в присутствии водяного пара (содержание до 1% об.) со скоростью 10 л/ч в течение 40 минут. Затем реактор охлаждают в токе инертного газа и выгружают сорбент. Характеристики сорбента следующие: содержание углерода 20%, величина водородного показателя pH водной вытяжки 7,3, адсорбционная способность по красителю метиленовому голубому 27 мг/г сорбента. После соответствующей промывки и подготовки полученного сорбента как гемосорбента сорбент извлекает витамин B₁₂ (как модель среднемолекулярных токсинов) из водного раствора не менее чем на 70%. Сорбент удовлетворяет ФС и ТУ.

Пример 5.

Носитель - оксид алюминия (размер округлых гранул 0,4-1 мм) в количестве 6500 см³ помещают в реактор кипящего слоя. После установления нужной температуры в реакторе (650^oC) создают сжижение слоя носителя подачей инертного газа азота с последующей подачей дивинила в соотношении 5:1 со скоростью 2200 л/ч в течение 80 минут. После этого прекращают подачу углеводорода, а температуру поднимают до 780^oC и проводят активацию в потоке инертного газа в присутствии водяного пара (содержание до 1% об.) со скоростью 800 л/ч в течение 40 минут. Затем реактор охлаждают в токе инертного газа и выгружают сорбент.

Характеристики сорбента СУМС-1 следующие: содержание углерода 9%, величина водородного показателя pH водной вытяжки 8,2, адсорбционная способность по красителю метиленовому голубому 23 мг/г сорбента. После соответствующей промывки и подготовки полученного сорбента как гемосорбента сорбент извлекает витамин B₁₂ (как модель среднемолекулярных токсинов) из водного раствора не менее чем на 70%. Сорбент удовлетворяет ФС и ТУ.

Полученные характеристики сорбентов приведены в таблице 1.

Как видно из примеров и таблицы, предложенный способ получения углеродминерального сорбента СУМС-1 разного гранулометрического состава позволяет упростить и удешевить технологию получения сорбента, экономично использовать углеводородное сырье с практически полным его превращением на поверхности матрицы, уменьшением времени активации закоксованного сорбента. Способ получения сорбента экологически чист. При этом сохраняются все качества и характеристики энтеросорбента и гемосорбента СУМС-1, который эффективно используется и как аппликационный материал.