RU2428249C2 - Granulated nanosorbent and method of its production - Google Patents
Granulated nanosorbent and method of its production Download PDFInfo
- Publication number
- RU2428249C2 RU2428249C2 RU2009126840/05A RU2009126840A RU2428249C2 RU 2428249 C2 RU2428249 C2 RU 2428249C2 RU 2009126840/05 A RU2009126840/05 A RU 2009126840/05A RU 2009126840 A RU2009126840 A RU 2009126840A RU 2428249 C2 RU2428249 C2 RU 2428249C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- granules
- glauconite
- thermally expanded
- mass
- bentonite clay
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Glanulating (AREA)
- Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
Abstract
Description
Группа изобретений относится к способам и технологии получения сорбирующих веществ, содержащих наноструктурные элементы, может быть использована при очистке водных сред от техногенных загрязнителей (тяжелые металлы, нефтепродукты, органика, пестициды, радионуклиды и т.д.). При реализации заявляемого способа получают гранулированный наносорбент, который предназначен для использования в качестве фильтрующей и сорбционной засыпки, способной заменить активированный уголь, анионно-катионные смолы, обратноосмотические мембраны и.т.д.The group of inventions relates to methods and technologies for producing sorbing substances containing nanostructured elements, can be used in the purification of aqueous media from industrial pollutants (heavy metals, petroleum products, organics, pesticides, radionuclides, etc.). When implementing the proposed method receive granular nanosorbent, which is intended for use as a filtering and sorption filling, capable of replacing activated carbon, anionic-cationic resins, reverse osmosis membranes, etc.
Известны способы получения углеродных сорбентов на основе переработки углеродсодержащего сырья (например, торфа) с последующим гранулированием (Мухин В.М., Тарасов А.В., Клушин В.Н. Активные угли России. - М.: Металлургия, 2000, 352 с.). Получающиеся сорбенты, например активированный уголь марки СКТ, характеризуются невысокой адсорбционной емкостью и механической прочностью.Known methods for producing carbon sorbents based on the processing of carbon-containing raw materials (for example, peat) with subsequent granulation (Mukhin V.M., Tarasov A.V., Klushin V.N. Active coals of Russia. - M .: Metallurgy, 2000, 352 p. .). The resulting sorbents, for example, activated carbon brand SKT, are characterized by low adsorption capacity and mechanical strength.
Известен сорбент и способ получения неорганических сорбентов на основе диоксида циркония в гранулированном виде, заключающийся в том, что золь гидратированного диоксида циркония (ГДЦ), содержащий 2-35 моль. % оксида алюминия по отношению к диоксиду циркония, капельно диспергируют в раствор аммиака, полученные гранулы отмывают водой и сушат при 100-900°С в течение 6 ч. Введение оксида алюминия в диоксид циркония в количестве 2-35 моль приводит к существенному (почти в десять раз) увеличению механической прочности при высоких температурах сушки (патент РФ на изобретение №1293892).A known sorbent and method for producing inorganic sorbents based on zirconium dioxide in granular form, which consists in the fact that the sol of hydrated zirconia (GDC) containing 2-35 mol. % alumina with respect to zirconia, is dispersed dropwise into an ammonia solution, the obtained granules are washed with water and dried at 100-900 ° C for 6 hours. The introduction of alumina into zirconia in an amount of 2-35 mol leads to a significant (almost ten times) an increase in mechanical strength at high drying temperatures (RF patent for the invention No. 1293892).
Известный способ позволяет получать сферические гранулы ГДЦ, обладающие высокой механической прочностью при 200-900°С, что дает возможность использовать сорбенты в высокотемпературных процессах очистки. Механические и термические свойства полученных гранул сорбента отвечают требованиям, предъявляемым к катализаторам и сорбентам, работающим при высоких температурах. Однако применение диоксида циркония в качестве одного из исходных компонентов существенно увеличивает стоимость конечного продукта, что негативно сказывается на его потребительских качествах.The known method allows to obtain spherical granules GDC with high mechanical strength at 200-900 ° C, which makes it possible to use sorbents in high-temperature cleaning processes. The mechanical and thermal properties of the obtained sorbent granules meet the requirements for catalysts and sorbents operating at high temperatures. However, the use of zirconium dioxide as one of the starting components significantly increases the cost of the final product, which negatively affects its consumer qualities.
Известен способ получения гранулированного сорбента, включающий смешивание основы, например цеолита, с предварительно нагретой до 30-105°С основной солью алюминия в качестве связующего, формование массы, сушку и термообработку полученных гранул. Сорбенты, полученные в результате применения известного способа, обладают высокими параметрами насыпной и кажущейся плотности, а также имеют меньшую суммарную пористость (а.с. СССР №494183).A known method of producing a granular sorbent, comprising mixing a base, for example a zeolite, with a basic aluminum salt pre-heated to 30-105 ° C as a binder, molding the mass, drying and heat treatment of the obtained granules. Sorbents obtained as a result of applying the known method have high parameters of bulk and apparent density, and also have lower total porosity (AS USSR No. 494183).
Однако для реализации известного способа требуются значительные энергозатраты, обусловленные, в основном, длительностью термической обработки гранул, что ведет к повышению стоимости конечного продукта.However, for the implementation of the known method requires significant energy consumption, due mainly to the duration of the heat treatment of the granules, which leads to an increase in the cost of the final product.
Известен способ получения гранулированных алюмосиликатных сорбентов, включающий смешивание растворов жидкого стекла и алюмината натрия, кристаллизацию, отмывку полученного гидрогеля от избытка щелочи, грануляцию и обработку щелочным раствором, при этом гранулированный гидрогель дополнительно подвергают обработке 1-5% раствором сернокислого алюминия с последующей выдержкой в растворе аммиака и отмывкой дистиллированной водой (а.с. СССР №835956).A known method of producing granular aluminosilicate sorbents, including mixing solutions of water glass and sodium aluminate, crystallization, washing the obtained hydrogel from excess alkali, granulation and treatment with an alkaline solution, while the granular hydrogel is further subjected to treatment with 1-5% aluminum sulfate solution, followed by exposure to the solution ammonia and washing with distilled water (a.s. USSR No. 835956).
Известный способ технологически сложен в реализации, требуется наличие определенных химических реагентов, что в свою очередь также негативно сказывается на ценовых характеристиках конечного продукта.The known method is technologically difficult to implement, requires the presence of certain chemicals, which in turn also negatively affects the price characteristics of the final product.
Известен гранулированный сорбент, содержащий терморасширенный графит (20-90 мас.%) и компонент из класса глин (2-20%), а также способ его получения, заключающийся в смешивании терморасширенного графита и глины, формовании смеси (патент US №5607889).Known granular sorbent containing thermally expanded graphite (20-90 wt.%) And a component from the clay class (2-20%), as well as a method for its production, which consists in mixing thermally expanded graphite and clay, molding a mixture (US patent No. 5607889).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой группе изобретений является гранулированный сорбент и способ его получения, реализуемый при работе установки для гранулирования глауконита. Сорбент содержит глауконит и связующее - золь диоксида циркония. Способ заключается в следующем: добытый на месторождении глауконит подсушивают с помощью сушильного устройства, просеивают, удаляют примеси кварца, затем снова просеивают, выделяя фракции менее 40 мкм. Более крупные фракции возвращают на повторный размол. В качестве связующего используют золь диоксида циркония концентрацией 1,3 моль/л или алюмофосфатный золь такой же концентрации. Глауконитовый концентрат фракцией менее 40 мкм, золь диоксида циркония с концентрацией 1,3 моль/л и воду в соотношении 1,75:0,5:0,5 или алюмофосфатный золь в соотношении 1,75:1,0 помещают в смеситель и производят их перемешивание в течение 10-15 минут до получения гомогенной массы влажностью 32-34%. Гомогенизированную массу подвергают гранулированию с помощью шнекового гранулятора, получая гранулы в виде цилиндров или шариков диаметром 2 мм. Полученный гранулированный материал подсушивают при температуре 100°С в течение 1 часа. После сушки полученные гранулы подвергают прокаливанию в течение 3 часов при температуре 400°С (при использовании золя диоксида циркония) или при температуре 600°С (в случае использования алюмофосфатного золя). В процессе обжига глауконит меняет цвет с темно-зеленого на коричневый. Полученные обожженные гранулы охлаждают, для чего подвергают обдуву (патент РФ на полезную модель №71562).The closest in technical essence to the claimed group of inventions is a granular sorbent and a method for its production, implemented when the installation for granulating glauconite. The sorbent contains glauconite and a binder - a zirconium dioxide sol. The method consists in the following: the glauconite mined in the field is dried using a drying device, sieved, quartz impurities are removed, then sieved again, separating fractions of less than 40 microns. Larger fractions are returned for re-grinding. As a binder, a sol of zirconia with a concentration of 1.3 mol / L or an aluminophosphate sol of the same concentration is used. Glauconite concentrate with a fraction of less than 40 microns, a sol of zirconium dioxide with a concentration of 1.3 mol / l and water in a ratio of 1.75: 0.5: 0.5 or an aluminophosphate sol in a ratio of 1.75: 1.0 are placed in a mixer and produced mixing them for 10-15 minutes until a homogeneous mass with a moisture content of 32-34% is obtained. The homogenized mass is granulated using a screw granulator to obtain granules in the form of cylinders or
При реализации известного способа расходуется значительное количество электроэнергии, а использование золя диоксида циркония как связующего в совокупности с затраченной энергией во много раз повышает стоимость конечного продукта, что является экономически невыгодным, особенно при организации промышленного производства.When implementing the known method, a significant amount of electricity is consumed, and the use of a zirconia sol as a binder in combination with the energy expended increases the cost of the final product many times, which is economically disadvantageous, especially when organizing industrial production.
Задачей заявляемой группы технических решений является создание экономичного способа получения комплексного гранулированного наносорбента, характеризующегося высокими фильтрующими и сорбционными фильтрационными свойствами, на основе терморасширенного углерода.The objective of the claimed group of technical solutions is to create an economical method for producing a complex granular nanosorbent, characterized by high filtering and sorption filtration properties, based on thermally expanded carbon.
Технический результат, который может быть получен при использовании заявляемой группы изобретений, заключается в оптимальном качественном и количественном подборе исходных компонентов, обеспечивающем максимальный фильтрующий и сорбирующий эффект наносорбента.The technical result that can be obtained using the claimed group of inventions is the optimal qualitative and quantitative selection of the starting components, providing the maximum filtering and sorbing effect of nanosorbent.
Поставленная задача решается тем, что гранулированный наносорбент, включающий глауконит и связующее, согласно техническому решению дополнительно содержит терморасширенный углерод, а в качестве связующего - бентонитовую глину, при следующем соотношении компонентов, мас.%: бентонитовая глина - 10-40, глауконит - 10-50, терморасширенный углерод - 10-60. Кроме того, в способе получения гранулированного наносорбента, включающем смешивание сорбирующих исходных компонентов с последующим добавлением воды до образования пластической массы, гранулирование массы, термическую обработку полученных гранул с последующим их охлаждением, согласно техническому решению в качестве сорбирующих исходных компонентов используют бентонитовую глину, терморасширенный углерод и глауконит при следующем соотношении компонентов, мас.%: бентонитовая глина - 10-40, глауконит - 10-50, терморасширенный углерод - 10-60. Гранулирование массы осуществляют с получением сферических гранул диаметром 0,5-3 мм или с получением цилиндрических гранул диаметром 0,5-3 мм и высотой не более 7 мм. Термическая обработка включает сушку гранул инфракрасным излучением при температуре 70-150°С и СВЧ-нагрев гранул, предварительно помещенных в замкнутый термоизолирующий объем из кварцевой керамики, до температуры 1000°С. При СВЧ-обработке гранулы предварительно помещают в замкнутый термоизолирующий объем, при этом создают избыточное давление инертного газа в замкнутом объеме, замещая атмосферный воздух и остаточную влагу, содержащуюся в обрабатываемых гранулах, на инертную среду. Охлаждение гранул осуществляют обдувом воздушным потоком температурой 15-25°С. В случае изготовления цилиндрических гранул после термической обработки осуществляют их дробление с последующим просеиванием для выделения фракций гранул размером не менее 0,5 мм.The problem is solved in that the granular nanosorbent, including glauconite and a binder, additionally contains thermally expanded carbon according to the technical solution, and bentonite clay as a binder, with the following ratio of components, wt.%: Bentonite clay - 10-40, glauconite - 10- 50, thermally expanded carbon - 10-60. In addition, in the method for producing granular nanosorbent, which includes mixing the sorbent starting components followed by adding water to form a plastic mass, granulating the mass, heat treating the obtained granules with their subsequent cooling, according to the technical solution, bentonite clay, thermally expanded carbon and glauconite in the following ratio of components, wt.%: bentonite clay - 10-40, glauconite - 10-50, thermally expanded carbon - 10-60. Granulation of the mass is carried out to obtain spherical granules with a diameter of 0.5-3 mm or to obtain cylindrical granules with a diameter of 0.5-3 mm and a height of not more than 7 mm. Heat treatment includes drying granules with infrared radiation at a temperature of 70-150 ° C and microwave heating of granules previously placed in a closed thermally insulating volume of quartz ceramic to a temperature of 1000 ° C. During microwave processing, the granules are preliminarily placed in a closed thermally insulating volume, while overpressure of an inert gas in the closed volume is created, replacing the atmospheric air and residual moisture contained in the processed granules with an inert medium. The granules are cooled by blowing with an air stream at a temperature of 15-25 ° C. In the case of the manufacture of cylindrical granules after heat treatment, they are crushed, followed by sieving to isolate fractions of granules with a size of at least 0.5 mm.
Группа изобретений поясняется чертежом, при этом на чертеже приведена блок-схема устройства, с помощью которого реализован заявляемый способ.The group of inventions is illustrated by the drawing, while the drawing shows a block diagram of a device with which the inventive method is implemented.
Позициями на чертеже обозначены:The positions in the drawing indicate:
1. бункер для глауконита;1. hopper for glauconite;
2. бункер для бентонитовой глины;2. hopper for bentonite clay;
3. бункер для терморасширенного углерода;3. hopper for thermally expanded carbon;
4. емкость для воды;4. water tank;
5. смеситель;5. mixer;
6. гранулятор;6. granulator;
7. инфракрасное (ИК) сушильное устройство;7. infrared (IR) drying device;
8. устройство для обжига СВЧ-излучением;8. device for firing microwave radiation;
9. охлаждающее устройство;9. cooling device;
10. фасовочное устройство.10. filling device.
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
В качестве исходных компонентов при получении наносорбента используют глауконит, бентонитовую глину и терморасширенный углерод.Glauconite, bentonite clay and thermally expanded carbon are used as starting components in the preparation of nanosorbent.
Глауконит по природной структуре представляет собой минерал зеленоватого цвета. Является глинистым минералом переменного состава с высоким содержанием двух- и трехвалентного железа, кальция, магния, калия, фосфора, а также содержит более двадцати микроэлементов, среди которых - медь, серебро, никель, кобальт, марганец, цинк, молибден, мышьяк, хром, олово, бериллий, камдий и другие. Все они находятся в легкоизвлекаемой форме сменных катионов, которые замещаются находящимися в избытке в окружаемой среде элементами. Этим свойством, а также слоистой структурой объясняются высокие сорбционные свойства по отношению к нефтепродуктам, тяжелым металлам, радионуклидам. В то же время для глауконита характерен низкий процент десорбции (удаление из жидкостей или твердых тел веществ, поглощенных при адсорбции или абсорбции) и пролонгированное действие, высокая теплоемкость, пластичность и пр. Для глауконитов характерна высокая ионообменная способность (до 15…20 мг-экв на 100 г породы) и удельная поверхность (до 120 м2/г), а как следствие - весьма значительная поглотительная способность. Являясь сильными сорбентами, глаукониты поглощают и переводят в недоступное для растений состояние соли тяжелых металлов и радионуклиды (цезий-137 и стронций-90), содержащиеся в почве.Glauconite in its natural structure is a greenish mineral. It is a clay mineral of variable composition with a high content of ferrous and trivalent iron, calcium, magnesium, potassium, phosphorus, and it also contains more than twenty trace elements, including copper, silver, nickel, cobalt, manganese, zinc, molybdenum, arsenic, chromium, tin, beryllium, cadmium and others. All of them are in easily removable form of exchangeable cations, which are replaced by elements in excess in the environment. This property, as well as the layered structure, explains the high sorption properties in relation to oil products, heavy metals, radionuclides. At the same time, glauconite is characterized by a low percentage of desorption (removal from liquids or solids of substances absorbed by adsorption or absorption) and prolonged action, high heat capacity, ductility, etc. Glauconite is characterized by high ion exchange capacity (up to 15 ... 20 mEq per 100 g of rock) and specific surface (up to 120 m 2 / g), and as a result - a very significant absorption capacity. Being strong sorbents, glauconites absorb and transform into a state of inaccessible for plants salts of heavy metals and radionuclides (cesium-137 and strontium-90) contained in the soil.
Бентонитовой глиной, используемой в качестве связующего вещества при получении наносорбента, является глина, содержащая не менее 70% минерала группы монтмориллонита. Монтмориллонит это высокодисперсный слоистый алюмосиликат, в котором за счет нестехиометрических замещений катионов кристаллической решетки появляется избыточный отрицательный заряд, который компенсируют обменные катионы, расположенные в межслоевом пространстве. Этим обусловлена высокая гидрофильность бентонитовой глины. При затворении бентонита водой она проникает в межслоевое пространство монтмориллонита, гидратирует его поверхность и обменные катионы, что вызывает набухание минерала. При дальнейшем разбавлении водой бентонит образует устойчивую вязкую суспензию с выраженными тиксотропными свойствами. Монтмориллонит обладает высокими катионообменными и адсорбционными свойствами.Bentonite clay used as a binder in the preparation of nanosorbent is clay containing at least 70% of the mineral of the montmorillonite group. Montmorillonite is a highly dispersed layered aluminosilicate in which due to non-stoichiometric substitutions of cations of the crystal lattice an excess negative charge appears, which is compensated by exchange cations located in the interlayer space. This is due to the high hydrophilicity of bentonite clay. When bentonite is mixed with water, it penetrates into the interlayer space of montmorillonite, hydrates its surface and exchange cations, which causes the mineral to swell. With further dilution with water, bentonite forms a stable viscous suspension with pronounced thixotropic properties. Montmorillonite has high cation exchange and adsorption properties.
Последний компонент, используемый при изготовлении наносорбента - это терморасширенный углерод, в качестве которого, например, может быть использован углерод высокой реакционной способности (УСВР), полученный из слоистых углеродных соединений В.И.Петриком (патент на изобретение №2163883). УСВР химически инертен, электропроводен, гидрофобен (краевой угол смачивания более 90 градусов), устойчив к агрессивным средам, экологически чист. Содержание углерода не менее 99,4%, насыпная плотность - 0,01-0,001 г/куб. см (в зависимости от способа изготовления). УСВР эффективно снижает количество многих катионов, в том числе меди (в 30 раз), железа (в 3 раза), аммония (в 2-3 раза), ванадия (в 5 раз), марганца (в 2 раза), фосфатов (в 35 раз), органические и неорганические анионы, в том числе сульфиды (в 6 раз), фториды (в 5 раз), нитраты (в 3 раза), уменьшает концентрацию взвешенных частиц более чем в 100 раз. При смачивании УСВР образует массу, обладающую огромным гидравлическим сопротивлением, которое намного выше, чем, скажем, у активированного угля. В этой массе, как в очень плотно сплетенной сети, «запутываются» - чисто механически - даже самые мелкие взвеси. Это означает, что масса УСВР толщиной в несколько сантиметров работает не только как сорбент, удерживая примеси при помощи ненасыщенных межатомарных углеродных связей, но и как фильтр, чисто механически удерживая даже мельчайшие примеси и взвеси. Однако кроме УСВР может быть использован терморасширенный углерод любой другой структуры, полученный в результате воздействия механизма термического расширения на графит.The last component used in the manufacture of nanosorbent is thermally expanded carbon, for example, high reactivity carbon (UWRS) obtained from layered carbon compounds by V. I. Petrik (patent for invention No. 2163883) can be used. USRM is chemically inert, electrically conductive, hydrophobic (contact angle of contact more than 90 degrees), resistant to aggressive environments, environmentally friendly. The carbon content is not less than 99.4%, bulk density - 0.01-0.001 g / cu. cm (depending on the manufacturing method). SPMR effectively reduces the amount of many cations, including copper (30 times), iron (3 times), ammonium (2-3 times), vanadium (5 times), manganese (2 times), phosphates (in 35 times), organic and inorganic anions, including sulfides (6 times), fluorides (5 times), nitrates (3 times), reduces the concentration of suspended particles by more than 100 times. When wetted, the UVR forms a mass with enormous hydraulic resistance, which is much higher than, say, activated carbon. In this mass, as in a very tightly woven network, even the smallest suspensions are "entangled" - purely mechanically. This means that the mass of the SPMW with a thickness of several centimeters works not only as a sorbent, retaining impurities using unsaturated interatomic carbon bonds, but also as a filter, purely mechanically retaining even the smallest impurities and suspensions. However, in addition to UWR, thermally expanded carbon of any other structure obtained as a result of the effect of the thermal expansion mechanism on graphite can be used.
Все компоненты, необходимые для изготовления наносорбента, размещают в измельченном порошкообразном виде в емкостях для хранения 1-3, снабженных дозаторами. Глауконит, бентонитовую глину и терморасширенный углерод в порошкообразном состоянии смешивают, добавляя при этом необходимое количество воды. Компоненты дозируют в смеситель в следующем соотношении: глауконит 10-50%, бентонитовая глина 10-40%, терморасширенный углерод 10-60%. Диапазоны процентных соотношений компонентов обусловлены предполагаемыми условиями использования наносорбента и необходимой степенью фильтрации и сорбции. Так, например, для фильтрации и сорбции тяжелых металлов исходные компоненты дозируют и смешивают в следующем соотношении: глауконит 50%, бентонитовая глина 30%, терморасширенный углерод 19%, вода 1%, а для фильтрации и сорбции нефтепродуктов - в следующем соотношении: глауконит 30%, бентонитовая глина 30%, терморасширенный углерод 39%, вода 1%. При решении задач очистки воды также возможны различные варианты комбинаций исходных компонентов. Например: для технологии умягчения компоненты смешивают в следующем соотношении: глауконит 40%, бентонитовая глина 20%, терморасширенный углерод 38%, вода 2%,All components necessary for the manufacture of nanosorbent are placed in powdered form in powdered storage tanks 1-3, equipped with dispensers. Glauconite, bentonite clay and thermally expanded carbon in powder form are mixed, while adding the necessary amount of water. The components are dosed into the mixer in the following ratio: glauconite 10-50%, bentonite clay 10-40%, thermally expanded carbon 10-60%. The ranges of percentages of the components are determined by the expected conditions for the use of nanosorbent and the required degree of filtration and sorption. So, for example, for filtration and sorption of heavy metals, the starting components are metered and mixed in the following ratio: glauconite 50%, bentonite clay 30%, thermally expanded carbon 19%, water 1%, and for filtering and sorption of oil products in the following ratio: glauconite 30 %, bentonite clay 30%, thermally expanded carbon 39%, water 1%. When solving water purification problems, various combinations of initial components are also possible. For example: for softening technology, the components are mixed in the following ratio: glauconite 40%, bentonite clay 20%, thermally expanded carbon 38%,
для обеспечения сорбции - глауконит 45%, бентонитовая глина 25%, терморасширенный углерод 27,5%, вода 2,5%,to ensure sorption - glauconite 45%, bentonite clay 25%, thermally expanded carbon 27.5%, water 2.5%,
для обезжелезивания - глауконит 30%, бентонитовая глина 15%, терморасширенный углерод 37%, вода 3%.for deferrization - glauconite 30%, bentonite clay 15%, thermally expanded carbon 37%,
Воду добавляют в процессе смешивания компонентов в таком количестве, чтобы обеспечить образование пластической массы консистенции пластилина. Например, при смешивании 500 г сухих исходных компонентов добавляют около 15-16 г воды. Смешивание осуществляют в автоматическом режиме, определяя готовность пластической массы визуально. Терморасширенный углерод используют в измельченном до мелкодисперсной фракции состоянии, при этом обеспечивают такую величину фракции, чтобы фракция бентонитовой глины и глауконита была в несколько раз крупнее фракции терморасширенного углерода. Терморасширенный углерод при смешивании с другими исходными компонентами покрывает фракции бентонитовой глины и глауконит, повышая тем самым удельную поверхность, а значит, и сорбционную емкость наносорбента. Таким образом, в результате смешивания исходных компонентов (глауконит, бентонитовая глина и терморасширенный углерод) и воды получают пластическую массу, которую затем подвергают гранулированию. Форма и размер гранул также определяются требуемыми параметрами фильтрации и сорбции получаемого наносорбента. Цилиндрические гранулы получают диаметром 0,5-3 мм и высотой не более 7 мм, а сферические гранулы - диаметром 0,5-3 мм. Гранулирование осуществляют, например, при помощи горизонтального одношнекового экструдера. По окончании процесса гранулирования вся пластическая масса разделена на гранулы определенной формы и размера, содержащие воду и воздух. Для того чтобы высушить гранулы наносорбента, то есть удалить излишнюю влагу и воздух, их подвергают термической обработке, включающей два этапа. В течение первого этапа гранулы сушат посредством инфракрасного излучения при температуре 70-150°С в течение 5-10 минут. Для инфракрасного излучения характерно, что тепловое излучение, аналогично обычному свету, не поглощается воздухом, поэтому вся энергия от прибора без потерь достигает обогреваемого объекта. В результате сушки гранул посредством инфракрасного излучения получают гранулы, содержащие остаточную влажность в размере 30-50%. Затем гранулы подвергают более интенсивной и быстрой термической обработке, которую реализуют, например, СВЧ-нагревом гранул. Для СВЧ-нагрева гранулы помещают в замкнутый термоизолирующий объем, выполненный из кварцевой керамики и снабженный штуцерами, позволяющими подавать внутрь объема, в зону размещения гранул, инертный газ, который замещает атмосферный воздух и испаряющуюся в результате термического воздействия влагу. В качестве инертного газа используют аргон или азот, с молекулами которых углерод, входящий в состав гранул наносорбента, не вступает в реакцию и, как следствие, остается в составе гранул в терморасширенном виде. Частота излучения СВЧ-устройства составляет 2450 МГц, мощность от 1 до 10 кВт. Гранулы подвергают СВЧ-облучению в течение 1-3 минут при температуре 700-1000°С. Оставшаяся в гранулах влага испаряется, образуя пористость структуры гранулы, что способствует повышению ее удельной поверхности, а значит, и сорбционной емкости. По окончании термической обработки гранулы охлаждают до температуры окружающей среды обдувом направленным воздушным потоком.Water is added in the process of mixing the components in such an amount as to ensure the formation of a plastic mass of plasticine consistency. For example, when mixing 500 g of dry starting components, about 15-16 g of water is added. Mixing is carried out in automatic mode, determining the readiness of the plastic mass visually. The thermally expanded carbon is used in a state finely divided to a finely divided fraction, and the fraction is such that the fraction of bentonite clay and glauconite is several times larger than the thermally expanded carbon fraction. When mixed with other starting components, thermally expanded carbon covers the fractions of bentonite clay and glauconite, thereby increasing the specific surface area and, hence, the sorption capacity of nanosorbent. Thus, by mixing the starting components (glauconite, bentonite clay and thermally expanded carbon) and water, a plastic mass is obtained, which is then subjected to granulation. The shape and size of the granules are also determined by the required filtration and sorption parameters of the resulting nanosorbent. Cylindrical granules are obtained with a diameter of 0.5-3 mm and a height of not more than 7 mm, and spherical granules with a diameter of 0.5-3 mm. Granulation is carried out, for example, using a horizontal single screw extruder. At the end of the granulation process, the entire plastic mass is divided into granules of a certain shape and size containing water and air. In order to dry the nanosorbent granules, that is, to remove excess moisture and air, they are subjected to heat treatment, which includes two stages. During the first stage, the granules are dried by infrared radiation at a temperature of 70-150 ° C for 5-10 minutes. It is characteristic of infrared radiation that thermal radiation, similar to ordinary light, is not absorbed by air, so all the energy from the device without loss reaches the heated object. As a result of drying the granules by means of infrared radiation, granules containing a residual moisture content of 30-50% are obtained. Then the granules are subjected to more intense and faster heat treatment, which is realized, for example, by microwave heating of the granules. For microwave heating, the granules are placed in a closed thermally insulating volume made of quartz ceramics and equipped with fittings that allow feeding inert gas into the granule placement zone, which replaces atmospheric air and moisture evaporating as a result of thermal exposure. Argon or nitrogen is used as an inert gas, with the molecules of which the carbon, which is part of the nanosorbent granules, does not react and, as a result, remains in the thermally expanded form of the granules. The radiation frequency of the microwave device is 2450 MHz, power from 1 to 10 kW. The granules are subjected to microwave irradiation for 1-3 minutes at a temperature of 700-1000 ° C. The moisture remaining in the granules evaporates, forming the porosity of the granule structure, which contributes to an increase in its specific surface, and, hence, sorption capacity. At the end of the heat treatment, the granules are cooled to ambient temperature by blowing with a directed air flow.
При гранулировании пластической массы в цилиндрические гранулы после прокаливания и охлаждения их подвергают дроблению и просеиванию с отделением более мелкой (менее 0,5 мм) фракции.When granulating the plastic mass into cylindrical granules after calcining and cooling, they are crushed and sieved to separate a finer (less than 0.5 mm) fraction.
Таким образом, в результате реализации заявляемого способа получают гранулированный в виде цилиндрических или сферических гранул наносорбент, содержащий в качестве исходных компонентов - глауконит, терморасширенный углерод и бентонитовую глину - как связующий исходный компонент. Процентное соотношение компонентов, входящих в состав заявляемого наносорбента, определяется сферой его применения и необходимыми фильтрационными и сорбционными характеристиками.Thus, as a result of the implementation of the proposed method, a nanosorbent granular in the form of cylindrical or spherical granules is obtained, containing glauconite, thermally expanded carbon and bentonite clay as initial components as a binder starting component. The percentage ratio of the components that make up the inventive nanosorbent is determined by the scope of its application and the necessary filtration and sorption characteristics.
Пример конкретного выполнения.An example of a specific implementation.
Заявляемый способ реализован при получении наносорбента, используемого при очистке питьевой воды в составе фильтрующей загрузки бытового фильтра.The inventive method is implemented upon receipt of nanosorbent used in the purification of drinking water as part of the filter load of a household filter.
В качестве исходных компонентов использованы: бентонитовая глина - 30%, глауконит - 30%, терморасширенный углерод - 39%. При таком соотношении компонентов для приготовления наносорбента использовано 1% воды. Для получения наносорбента исходные компоненты смешали до получения однородной пластической массы, способной к гранулированию. После смешивания массу гранулируют, придавая сферическую форму гранулам диаметром 2 мм, и подвергают воздействию инфракрасного излучения и СВЧ-нагреву при температуре 700°С в течение 1 минуты, после чего охлаждают до темепературы 25°С. Охлажденные гранулы наносорбента фасуют для дальнейшей реализации.As the initial components used: bentonite clay - 30%, glauconite - 30%, thermally expanded carbon - 39%. With this ratio of components for the preparation of nanosorbent used 1% water. To obtain nanosorbent, the starting components were mixed until a homogeneous plastic mass capable of granulation was obtained. After mixing, the mass is granulated, giving a spherical shape to granules with a diameter of 2 mm, and subjected to infrared radiation and microwave heating at a temperature of 700 ° C for 1 minute, after which it is cooled to a temperature of 25 ° C. Chilled nanosorbent granules are packed for further sale.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009126840/05A RU2428249C2 (en) | 2009-07-13 | 2009-07-13 | Granulated nanosorbent and method of its production |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009126840/05A RU2428249C2 (en) | 2009-07-13 | 2009-07-13 | Granulated nanosorbent and method of its production |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009126840A RU2009126840A (en) | 2011-01-20 |
| RU2428249C2 true RU2428249C2 (en) | 2011-09-10 |
Family
ID=44757774
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009126840/05A RU2428249C2 (en) | 2009-07-13 | 2009-07-13 | Granulated nanosorbent and method of its production |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2428249C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2482911C1 (en) * | 2011-12-22 | 2013-05-27 | Виктор Геннадиевич Сержантов | Composition for producing pelletised nanostructured sorbent and method to this end |
| RU2503496C2 (en) * | 2012-03-11 | 2014-01-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Саратовский Государственный Университет Имени Н.Г. Чернышевского" | Granular modified nanostructured sorbent, method of its obtaining and composition for its obtaining |
| RU2644880C1 (en) * | 2017-03-14 | 2018-02-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Method for obtaining sorbent for purifying wastewater from multicomponent pollutants |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5283219A (en) * | 1990-04-11 | 1994-02-01 | Societe Nationale Elf Aquitaine | Active composite and its use as reaction medium |
| US5282975A (en) * | 1989-12-25 | 1994-02-01 | Technion Research And Development Foundation Ltd. | Removal of oil from water |
| US5569534A (en) * | 1994-01-19 | 1996-10-29 | Elf Aquitaine | Reactant in the form of granules for thermochemical systems |
| US5607889A (en) * | 1994-01-19 | 1997-03-04 | Elf Aquitaine | Process for producing an active composite and active composite produced by this process |
| RU2126714C1 (en) * | 1996-07-05 | 1999-02-27 | Акционерное общество открытого типа Специализированное проектное монтажно-наладочное управление СПМНУ-11 | Sorbent for treatment of water to remove petroleum and petroleum derivatives |
| RU2186728C2 (en) * | 2000-10-05 | 2002-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная компания "Карбон" | Method of production of unfolded graphite and sorbent made of unfolded graphite obtained by this method |
| US6790390B2 (en) * | 2000-01-27 | 2004-09-14 | Centre National De La Recherche Scientifique | Composite material comprising activated carbon and expanded graphite |
| RU2323769C1 (en) * | 2006-08-04 | 2008-05-10 | Андрей Аронович Золотушкин | Method of gas emission filtering and device for its realization |
| RU2327517C1 (en) * | 2007-02-14 | 2008-06-27 | Владимир Николаевич Буравцев | Sorbent based on ultra-fine graphite for detoxication and sterilisation of liquid or gaseous media and method of obtaining it |
-
2009
- 2009-07-13 RU RU2009126840/05A patent/RU2428249C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5282975A (en) * | 1989-12-25 | 1994-02-01 | Technion Research And Development Foundation Ltd. | Removal of oil from water |
| US5283219A (en) * | 1990-04-11 | 1994-02-01 | Societe Nationale Elf Aquitaine | Active composite and its use as reaction medium |
| US5569534A (en) * | 1994-01-19 | 1996-10-29 | Elf Aquitaine | Reactant in the form of granules for thermochemical systems |
| US5607889A (en) * | 1994-01-19 | 1997-03-04 | Elf Aquitaine | Process for producing an active composite and active composite produced by this process |
| RU2126714C1 (en) * | 1996-07-05 | 1999-02-27 | Акционерное общество открытого типа Специализированное проектное монтажно-наладочное управление СПМНУ-11 | Sorbent for treatment of water to remove petroleum and petroleum derivatives |
| US6790390B2 (en) * | 2000-01-27 | 2004-09-14 | Centre National De La Recherche Scientifique | Composite material comprising activated carbon and expanded graphite |
| RU2186728C2 (en) * | 2000-10-05 | 2002-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная компания "Карбон" | Method of production of unfolded graphite and sorbent made of unfolded graphite obtained by this method |
| RU2323769C1 (en) * | 2006-08-04 | 2008-05-10 | Андрей Аронович Золотушкин | Method of gas emission filtering and device for its realization |
| RU2327517C1 (en) * | 2007-02-14 | 2008-06-27 | Владимир Николаевич Буравцев | Sorbent based on ultra-fine graphite for detoxication and sterilisation of liquid or gaseous media and method of obtaining it |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2482911C1 (en) * | 2011-12-22 | 2013-05-27 | Виктор Геннадиевич Сержантов | Composition for producing pelletised nanostructured sorbent and method to this end |
| RU2503496C2 (en) * | 2012-03-11 | 2014-01-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Саратовский Государственный Университет Имени Н.Г. Чернышевского" | Granular modified nanostructured sorbent, method of its obtaining and composition for its obtaining |
| RU2644880C1 (en) * | 2017-03-14 | 2018-02-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Method for obtaining sorbent for purifying wastewater from multicomponent pollutants |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009126840A (en) | 2011-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11602728B2 (en) | Composite adsorbents and method of making them | |
| Boudrahem et al. | Batch sorption dynamics and equilibrium for the removal of lead ions from aqueous phase using activated carbon developed from coffee residue activated with zinc chloride | |
| Mariyam et al. | Adsorption behaviour of Chrysoidine R dye on a metal/halide-free variant of ordered mesoporous carbon | |
| Visa | Tailoring fly ash activated with bentonite as adsorbent for complex wastewater treatment | |
| Ratnamala et al. | Removal of remazol brilliant blue dye from dye-contaminated water by adsorption using red mud: equilibrium, kinetic, and thermodynamic studies | |
| RU2482911C1 (en) | Composition for producing pelletised nanostructured sorbent and method to this end | |
| Soco et al. | Comparison of adsorption of Cd (II) and Pb (II) ions on pure and chemically modified fly ashes | |
| KR101570130B1 (en) | Multiple odor absorbents by using mixing the natural zeolite and method of fabricating the same | |
| Pachana et al. | Sustainable utilization of water treatment residue as a porous geopolymer for iron and manganese removals from groundwater | |
| WO2017186478A1 (en) | A granular composition and filter for purification of water | |
| RU2428249C2 (en) | Granulated nanosorbent and method of its production | |
| RU2429906C1 (en) | Complex granular nanosorbent | |
| Tumrani et al. | Coal fly ash driven zeolites for the adsorptive removal of the ceftazidime drug | |
| Pan et al. | The investigation into the adsorption removal of ammonium by natural and modified zeolites: kinetics, isotherms, and thermodynamics | |
| Samad et al. | Adsorption studies and effect of heat treatment on porous glass microspheres | |
| Li et al. | Investigation of the adsorption characteristics of Cr (VI) onto fly ash, pine nut shells, and modified bentonite | |
| Gu et al. | Phosphorus and Nitrogen Removal Using Novel Porous Bricks Incorporated with Wastes and Minerals. | |
| Onutai et al. | The adsorption of cadmium ions on fly ash based geopolymer particles | |
| Adamczuk et al. | Utilization of fly ashes from the coal burning processes to produce effective low-cost sorbents | |
| Darmayanti et al. | Removal of copper (II) ions in aqueous solutions by sorption onto alkali activated fly ash | |
| Medina-Rodríguez et al. | Removal of Pb (II) in aqueous solutions using synthesized zeolite X from ecuadorian clay | |
| RU2429907C1 (en) | Natural glauconite granules, composition and method of preparing composition for producing granules | |
| Zhang et al. | Synthesis of hierarchically porous Na-P zeotype composites for ammonium removal | |
| RU2503496C2 (en) | Granular modified nanostructured sorbent, method of its obtaining and composition for its obtaining | |
| Das et al. | Removal of methyl orange and mythelene blue dyes from aqueous solution using low cost adsorbent zeolite synthesized from fly ash |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140714 |