способ получения сорбента

Формула изобретения

Способ получения сорбента, включающий автогидролиз целлюлозосодержащего сырья при высокой температуре и давлении с последующей декомпрессией, отличающийся тем, что в качестве целлюлозосодержащего сырья используют отходы деревообработки, смешанные со вспененным полистиролом при соотношении компонентов, мас.%: полимерный материал 40-90, отходы деревообработки 60-10, при этом процесс автогидролиза осуществляют водяным паром при температуре 120-130°С, давлении 3 МПа и выдержке в течение 60 с.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения волокнисто-пористых сорбентов и может быть использовано для сбора нефти и нефтепродуктов с различных поверхностей, в том числе воды, почвы и т.п.

Волокнисто-пористые и комбинированные сорбенты являются наиболее перспективными, так как они легко и быстро размещаются на местах розливов нефти и легко собираются после пропитывания.

Известен способ получения сорбирующего волокнисто-пористого материала, используемого в качестве сорбента масел и нефтепродуктов (RU 2126715, МПК B01J 20/22, C02F 1/28, В32В 3/10, опубл. 27.02.1999). Способ заключается в распылении расплава термопластичного полимера потоком нагретого воздуха на волокно. Полученный сорбент содержит в своей структуре до 60% волокон скрученных в жгуты и клубочки, за счет которых происходит дополнительное капиллярное всасывание и удерживание различных жидкостей.

Недостатком данного способа является сложность и многостадийность процесса. К недостаткам также следует отнести узкий ассортимент используемого сырья - только термопластичные полимеры.

Известен способ получения сорбента для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, заключающийся в обработке волокнистых целлюлозосодержащих материалов (отходы текстильного производства, техническая вата и др.) окисленным атактическим полипропиленом (RU 2061541, МПК B01J 20/22, опубл. 10.06.1996).

К недостаткам данного способа следует отнести сложность изготовления сорбента, а также его неэкологичность из-за использования органических растворителей, которые затем удаляют сушкой.

Известен сорбирующий материал, состоящий из смеси полимерных и целлюлозных волокон, используемый в качестве сорбента. Материал подвергается формованию с помощью связующего в холст или помещается в сетчатый чехол для лучшей впитываемости жидкости и предотвращения высыпания волокон сорбента. В качестве полимерных волокон используют полиэтиленовые, полипропиленовые, полистирольные волокна, предварительно полученные традиционными способами и имеющие диаметр не более 40 мкм. Целлюлозосодержащие волокна представляют собой отходы текстильной, целлюлозно-бумажной промышленности, деревообработки и др. (US 4070287, Е02В 15/04, опубл. 1978).

Однако данный способ подразумевает использование предварительно полученных как полимерных, так и целлюлозосодержащих волокон. Кроме того, наличие связующего усложняет технологию его производства и увеличивает стоимость. Использование сетчатого чехла также ведет к удорожанию сорбента и усложнению технологии его производства.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технологической сущности и назначению является способ получения сорбента из целлюлозосодержащего сырья, предназначенный для очистки различных жидкостей, например от нефти и нефтепродуктов. Способ заключается в экструдировании целлюлозосодержащего сырья с одновременным автогидролизом. В экструдере за счет вращения шнека и разницы входного диаметра и диаметра фильер на выходе образуется "пробка". В этом случае создаются условия для протекания процесса автогидролиза, а именно: температура 130-180°С и выше, давление не менее 10 МПа. Когда шнек продавливает образовавшуюся пробку через фильеру, сырье подвергается резкому изменению давления (декомпрессии) и претерпевает качественные изменения (RU 2266159, МПК B01J 20/30, B01J 20/24, опубл. 27.03.2005).

К недостаткам следует отнести жесткие условия автогидролиза - высокую температуру и давление (10 МПа), которые обуславливают принципиальную невозможность получения композиционного волокнистого сорбента из полимерного и целлюлозосодержащего сырья.

Задача изобретения - упростить способ получения сорбента, повысить его экологичность, обеспечить высокий выход и хорошие сорбционные свойства сорбента.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения сорбента, включающем автогидролиз целлюлозосодержащего сырья при высокой температуре и давлении с последующей декомпрессией, согласно изобретению, в качестве целлюлозосодержащего сырья используют отходы деревообработки, смешанные со вспененным полистиролом при соотношении компонентов, мас.%: полимерный материал 40-90, отходы деревообработки 60-10, при этом процесс автогидролиза осуществляют водяным паром при температуре 120-130°С, давлении 3 МПа и выдержке в течение 60 с.

В отличие от прототипа в предлагаемом изобретении автогидролиз проводят при более мягких условиях, а в качестве сырья используют смесь отходов деревообработки и вспененного полистирола.

Способ осуществляют следующим образом.

Навеску гранул вспененного полистирола смешивают с древесными опилками хвойных пород деревьев (фракция 1,0-2,0 мм) или окоркой лиственных пород деревьев. Содержание древесного сырья в исходных смесях варьируют от 5 мас.% до 60 мас.%. Сырье загружают в реактор объемом 0,8 л, куда подают водяной пар. Температура 120-130°С и давление в реакторе 3 МПа задаются за счет пара за 8-10 сек. Исходное сырье выдерживают при заданных условиях в течение 60 секунд, затем давление сбрасывают до атмосферного с помощью шарового крана, при этом древесно-полимерная масса «выстреливается» из реактора в приемник. При таких условиях происходит механическое разрушение исходных материалов с образованием смеси древесных и полистирольных волокон. Образование полимерного волокна из гранул вспененного полистирола происходит за счет расширения воздуха, находящегося в пористой структуре вспененного полистирола, в результате нагревания. Избыточное внешнее давление препятствует выделению горячего воздуха из объема частиц. При последующей декомпрессии происходит механическое разрушение частиц полистирола с образованием волокон. При этом одновременно протекает процесс разволокнения древесины. В результате взрыва древесные волокна смешиваются с полистирольными волокнами, образуя полидисперсную массу, состоящую из волокон разной длины (0,5-7,0 см) и диаметром (0,3-1,0 мм). В массе древесно-полимерного волокна присутствуют как отдельные волокна, так и волокна, скрученные в жгуты и рыхлые клубочки. Волокна полистирола являются армирующей матрицей, в которой достаточно равномерно распределены древесные волокна. Во влажном состоянии материал легко уплотняется и формуется. Выход воздушно-сухого волокнистого сорбента составляет 95-98 мас.%. Указанные условия получения - температура, давление и время выдержки - являются оптимальными, поскольку при температуре ниже 120°С, давлении менее 3 МПа и выдержке менее 60 сек происходит неполное разрушение гранул вспененного полистирола и в готовом продукте присутствует до 30% непрореагировавших полимерных остатков. Так же при этих условиях разволокнения древесных отходов не происходит. При повышении температуры выше 130°С, давления более 3 МПа и увеличении времени выдержки более 60 сек выход готового древесно-волокнистого сорбента снижается до 70% за счет термохимической деструкции полимера.

Способ подтверждается конкретными примерами.

Пример 1. Навеску гранул вспененного полистирола смешивают с 20% осиновой окорки (смесь осиновой коры и древесины фракции 1,0-2,0 мм). Сырье загружают в реактор объемом 0,8 л, куда подают пар. Температура 130°С и давление в реакторе 3 МПа задаются за счет пара за 8-10 сек. Исходное сырье выдерживают при заданных условиях в течение 60 секунд, затем давление сбрасывают до атмосферного с помощью шарового крана, при этом древесно-волокнистая полимерная масса «выстреливается» из реактора в приемник. Выход готового продукта составляет 96%. Нефтеемкость НЕ сорбента составляет 8,7 г/г, маслоемкость ME - 9,7 г/г.

Пример 2. В реактор 0,8 л загружают навеску гранул вспененного полистирола, смешанную с 5 мас.% древесных хвойных опилок (фракция 1,0-2,0 мм), и подают пар. Условия проведения процесса аналогичны условиям примера 1. Выход волокнистой массы составил 95%. Показатели НЕ и ME приведены в таблице.

Примеры 3-8 аналогичны примеру 2, с тем отличием, что варьируют содержание древесного сырья в смеси (см. таблицу).

Таблица
Влияние содержания древесных отходов в сорбенте на его сорбционные свойства и выход
Примеры №	Содержание древесных отходов в сорбенте, %	НЕ, г/г	МЕ, г/г	Выход сорбента, %
2	5	7,90	8,30	95
3	10	8,65	9,30	95
4	20	8,84	9,48	98
5	30	8,45	9,07	98
6	40	8,9	9,03	96
7	60	8,48	9,01	97
8	80	7,02	7,85	95

Представленные в таблице данные показывают, что лучшими сорбционными свойствами обладают сорбенты, содержащие в своем составе от 10% до 60% древесных отходов.

Таким образом, получен волокнисто-пористый сорбент из полистирола и отходов древесины простым и экологичным способом с высоким выходом и хорошими сорбционными свойствами.