Патент на изобретение №2359751
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РЕГЕНЕРИРУЕМОГО ПОГЛОТИТЕЛЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА
(57) Реферат:
Изобретение относится к способу получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода на основе гидроксида циркония и может быть использовано для очистки от диоксида углерода атмосферы герметичных объектов, для создания контролируемой газовой среды и т.п. Способ заключается во взаимодействии соли циркония и вещества, образующего гидроксид циркония, при этом в качестве соли циркония используют основной карбонат циркония, а в качестве вещества, образующего гидроксид циркония, используют оксид и/или гидроксид цинка при мольном соотношении металла цинка к цирконию от 1:0,33 до 1:2,5, предпочтительно от 1:1,0 до 1:2,0. Изобретение позволяет упростить технологию изготовления поглотителя и увеличить динамическую активность поглотителя по диоксиду углерода. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к способу получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода на основе гидроксида циркония и может быть использовано в технологии получения регенерируемых поглотителей диоксида углерода для очистки атмосферы от диоксида углерода герметичных объектов, для создания контролируемой газовой среды в плодоовощехранилищах, для очистки атмосферного воздуха в топливных элементах и других областях техники, где необходимо получение газов, свободных от диоксида углерода. Известен способ получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода на основе гидроксида циркония, основанный на взаимодействии растворов солей циркония: оксихлоридов, оксинитратов или нитратов с растворами гидроксидов щелочных металлов или аммиаком (Бойчинова Е.С. Автореферат диссертации «Иониты и окислительно-восстановительные полимеры на основе циркония». Л., ЛТИ им. Ленсовета, 1973 г.). Способ заключается во взаимодействии разбавленных солей циркония (оксинитрат циркония и хлорид циркония) с растворами гидроокиси натрия, калия, цезия и аммония. Известен способ получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода на основе гидроксида циркония, основанный на взаимодействии растворов солей циркония с растворами щелочей (АС СССР Готовят растворы азотнокислого цирконила и растворы щелочи (КОН или NaOH). Крепкий 3-4 н. раствор азотнокислого цирконила вводят при перемешивании в 8-20 н. раствор щелочи. Образующийся осадок гидроксида циркония отделяют от маточного раствора, сушат при температуре 50-60°С, обрабатывают раствором щелочи, промывают водой до отрицательной реакции на анионы, сушат. Для получения гранул порошок подвергают формованию известными способами. Недостатками обоих известных способов являются трудоемкость изготовления, заключающаяся в большом количестве операций, и использование дорогостоящих солей циркония азотнокислого цирконила оксихлорида циркония. Известен способ получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода из влажной атмосферы герметичных объемов на основе гидратированной двуокиси циркония (АС СССР Однако этот способ характеризуется большой трудоемкостью, обусловленной многостадийностью процесса и необходимостью операций отмывки образующейся гидратированной двуокиси циркония от анионов, а также использованием большого количества реагентов на единицу конечного продукта. Задачей изобретения является упрощение технологии изготовления поглотителя и снижение его себестоимости, а также увеличение динамической активности регенерируемого поглотителя по диоксиду углерода. Техническим результатом изобретения является сокращение количества используемых в процессе реагентов, уменьшение количества операций способа и увеличение динамической активности поглотителя по двуокиси углерода. Технический результат достигается тем, что в способе получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода, включающем взаимодействие соли циркония и вещества, образующего гидроксид циркония, в качестве соли циркония используют основной карбонат циркония, а в качестве вещества, образующего гидроксид циркония, используют оксид и/или гидроксид цинка. Изменение типа исходных компонентов в способе получения поглотителя диоксида углерода позволяет, во-первых, исключить операцию приготовления исходных растворов, так как указанные компоненты взаимодействуют в твердой фазе, во-вторых, исключить операцию отмывки от анионов, так как анионом является ион карбоната, который взаимодействует с исходными компонентами, а избыток удаляется в виде газовой фазы. Кроме того, образующиеся карбонат цинка являются структурирующей добавкой, улучшающей диффузионные характеристики конечного продукта. При этом адсорбционные свойства конечного продукта увеличиваются. Наряду с этим используемые компоненты имеют более низкую стоимость, чем нитраты и хлориды циркония (в частности, в настоящее время стоимость оксинитрата циркония 2400 руб/кг, оксихлорида циркония 2700 руб/кг, основного карбоната циркония 230 руб/кг). Использование в качестве вещества взаимодействующего с основным карбонатом циркония и образующего гидроксид циркония оксида и/или гидроксида цинка позволяет значительно увеличить динамическую активность получаемого поглотителя. Данный результат достигается за счет того, что оксид и/или гидроксид цинка являются более дисперсными продуктами и более активно взаимодействуют с основным карбонатом циркония с образованием гидроксида циркония и карбоната цинка. Способ осуществляется следующим образом. Смешивают порошок основного карбоната циркония и порошок одного из следующих веществ: окиси или гидроокиси цинка при мольном соотношении цинка к цирконию от 1:0,33 до 1:2,5. Смешение осуществляют в любом пригодном для смешения порошкообразных материалов, например, в двухлопастном смесителе, в течение 1,0-1,5 часов. В процессе смешения компоненты взаимодействуют друг с другом с образованием твердой фазы гидроксида циркония. Полученный продукт смешивают с обычным связующим, например поливиниловым спиртом или поливинилацетатной эмульсией, в количестве 1-3% в расчете на сухие вещества. Затем осуществляют формование гранул любым известным способом (шнекование, таблетирование, закатка), полученные гранулы рассеивают и подвергают сушке при температуре 20-110°С. При смешении порошка основного карбоната циркония и порошков окиси или гидроокиси цинка протекает твердофазная химическая реакция с образованием гидроксида циркония и карбоната цинка. ZrO(ОН)СО3+Zn(OH)2=ZrO(OH)2+ZnCO3+Н2О ZrO(ОН)СО3+ZnO+Н2О=ZrO(OH)2+ZnCO3 Образующийся карбонат цинка является высокодисперсным, нерастворимым в воде веществом, который оказывает структурирующее действие и улучшает кинетические характеристики поглотителя и повышает стабильность работы поглотителя в циклических условиях. Пример 1 150 г основного карбоната циркония, содержащего 0,52 моля ZrO2, смешивают с 126 г ZnO, содержащего 1,56 моля ZnO перемешивают в течение 60 мин, добавляют 64,82 г 5% раствора поливинилового спирта, перемешивают в течение 20 мин, формуют гранулы путем продавливания через фильеры диаметром 2 мм, гранулы сушат при температуре (50-80)°С, рассеивают на ситах, отбирают фракцию 1,5-2,0 мм. Пример 2 180 г основного карбоната циркония, содержащего 0,62 моля ZrO2, смешивают с 101 г ZnO, содержащего 1,24 моля ZnO, перемешивают в течение 40-60 мин, добавляют 29,64 г 5% раствора поливинилового спирта, перемешивают в течение 20 мин, формуют гранулы путем продавливания через фильеры диаметром 2 мм, гранулы сушат при температуре (50-80)°С, рассеивают на ситах, отбирают фракцию 1,5-2,0 мм. Пример 3 186 г основного карбоната циркония, содержащего 0,64 моля ZrO2, смешивают с 85 г ZnO, содержащего 1,05 моля ZnO, перемешивают в течение 40-60 мин, добавляют 18,75 г 5% раствора поливинилового спирта, перемешивают в течении 20 мин, формуют гранулы путем продавливания через фильеры диаметром 2 мм, гранулы сушат при температуре (50-80)°С, рассеивают на ситах, отбирают фракцию 1,5-2,0 мм. Пример 4 250 г основного карбоната циркония, содержащего 0,87 моля ZrO2, смешивают с 71,0 г ZnO, содержащего 0,87 моля ZnO, перемешивают в течение 60 мин, добавляют 51,57 г 5% раствора поливинилового спирта, перемешивают в течение 20 мин, формуют гранулы путем продавливания через фильеры диаметром 2 мм, гранулы сушат при температуре (50-80)°С, рассеивают на ситах, отбирают фракцию 1,5-2,0 мм. Пример 5 250 г основного карбоната циркония, содержащего 0,87 моля ZrO2, смешивают с 44,0 г ZnO, содержащего 0,54 моля ZnO, перемешивают в течение 60 мин, добавляют 20,0 г 5% раствора поливинилового спирта, перемешивают в течение 20 мин, формуют гранулы путем продавливания через фильеры диаметром 2 мм, гранулы сушат при температуре (50-80)°С, рассеивают на ситах, отбирают фракцию 1,5-2,0 мм. Пример 6 250 г основного карбоната циркония, содержащего 0,87 моля ZrO2, смешивают с 36,0 г ZnO, содержащего 0,44 моля ZnO, перемешивают в течение 60 мин, добавляют 25,5 г 5% раствора поливинилового спирта, перемешивают в течение 20 мин, формуют гранулы путем продавливания через фильеры диаметром 2 мм, гранулы сушат при температуре (50-80)°С, рассеивают на ситах, отбирают фракцию 1,5-2,0 мм. Пример 7 250 г основного карбоната циркония, содержащего 0,87 моля ZrO2, смешивают с 28,2,0 г ZnO, содержащего 0,35 моля ZnO, перемешивают в течение 60 мин, добавляют 33,87 г 5% раствора поливинилового спирта, перемешивают в течение 20 мин, формуют гранулы путем продавливания через фильеры диаметром 2 мм, гранулы сушат при температуре (50-80)°С, рассеивают на ситах, отбирают фракцию 1,5-2,0 мм. Пример 8 250 г основного карбоната циркония, содержащего 0,87 моля ZrO2, смешивают с 144,0 г Zn(OH)2, содержащего 1,45 моля ZnO, перемешивают в течение 60 мин, добавляют 10,2 г 5% раствора поливинилового спирта, перемешивают в течение 20 мин, формуют гранулы путем продавливания через фильеры диаметром 2 мм, гранулы сушат при температуре (50-80)°С, рассеивают на ситах, отбирают фракцию 1,5-2,0 мм. Пример 9 250 г основного карбоната циркония, содержащего 0,87 моля ZrO2, смешивают с 125,0 г Zn(OH)2, содержащего 0,87 моля ZnO, перемешивают в течение 60 мин, добавляют 13,7 г 5% раствора поливинилового спирта, перемешивают в течение 20 мин, формуют гранулы путем продавливания через фильеры диаметром 2 мм, гранулы сушат при температуре (50-80)°С, рассеивают на ситах, отбирают фракцию 1,5-2,0 мм. Пример 10 250 г основного карбоната циркония, содержащего 0,87 моля ZrO2, смешивают с 43,0 г Zn(OH)2, содержащего 0,435 моля ZnO, перемешивают в течение 60 мин, добавляют 27,85 г 5% раствора поливинилового спирта, перемешивают в течение 20 мин, формуют гранулы путем продавливания через фильеры диаметром 2 мм, гранулы сушат при температуре (50-80)°С, рассеивают на ситах, отбирают фракцию 1,5-2,0 мм. Испытания полученного заявляемым способом регенерируемого поглотителя диоксида углерода осуществлялись на установке, имитирующей условия работы поглотителя для очистки воздуха герметичного объекта, регенерация поглотителя осуществлялась продувкой водяным паром. Условия проведения испытаний: – объем навески поглотителя 150 см3; – расход воздуха через слой поглотителя (16±1) л/мин; – объемная доля диоксида углерода в газовоздушной среде (0,3±0,02)%; – температура газовоздушной среды (20-65)°С; – относительная влажность воздуха (30-80)%. Результаты испытаний поглотителей представлены в таблице.
Изобретение позволяет увеличить динамическую активность поглотителя на основе гидроксида циркония по диоксиду углерода в 1,5-2,0 раза по сравнению с прототипом.
Формула изобретения
1. Способ получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода, включающий взаимодействие соли циркония и вещества, образующего гидроксид циркония, где в качестве соли циркония используют основной карбонат циркония, отличающийся тем, что в качестве вещества, образующего гидроксид циркония, используют оксид и/или гидроксид цинка. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что взаимодействие компонентов осуществляют при мольном соотношении металла цинка к цирконию от 1:0,33 до 1:2,5, предпочтительно от 1:1,0 до 1:2,0.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
865381, МКИ B01J 20/06, 1981 г.). Способ состоит в следующем.