專(zhuān)利名稱(chēng)：含碳浮石及其生產(chǎn)方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及浮石、浮石的生產(chǎn)方法及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
浮石是一種淺色玻璃質(zhì)火山巖。它整體表現(xiàn)出內(nèi)部封閉和外部開(kāi)口的特性。它極其多孔，所以密度低，外觀如同海綿。
浮石抗寒、耐火以及抗惡劣天氣，且它不含水溶性鹽。
它是一種包含可以阻塞浮石細(xì)孔的玄武巖顆粒(灰)的硅鋁化合物。
法國(guó)專(zhuān)利FR2 105 752A公開(kāi)了一種顆粒尺寸為0.5mm至4mm、密度為350kg/m3的浮石。
德國(guó)專(zhuān)利DE 1941199A則提供浮石對(duì)油的吸附方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種新型浮石。
該浮石含碳量以重量計(jì)在5％至15％之間，優(yōu)選在10％至13％之間，其特征在于，它的顆粒尺寸在3mm至8mm之間，密度大于500kg/m3，小于或等于570kg/m3。
該碳含量采用杜馬斯法(Dumas method)的完全燃燒測(cè)定，該方法通過(guò)把碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳，然后根據(jù)二氧化碳的含量確定碳含量。
該含碳浮石能吸附烴類(lèi)化合物并具有疏水性。因此它特別可以用于凈化被油污染的水層。由于在吸附烴類(lèi)化合物后，它能脫離水并被點(diǎn)燃煅燒，以破壞吸附在其上的烴類(lèi)化合物，生成的碳黑將被吸附在其小孔壁上，從而恢復(fù)疏水性并可以再次用于凈化水層。
對(duì)于上述的應(yīng)用，優(yōu)選顆粒尺寸小于6mm、SiO2含量以重量計(jì)在60％至70％之間、Al2O3含量以重量計(jì)約為17％，其余為雜質(zhì)的浮石。本發(fā)明的含碳浮石的密度大于500kg/m3，小于或等于570kg/m3。顆粒尺寸在3mm至8mm之間，優(yōu)選平均粒度為6mm的浮石，由于具有更好的吸附烴類(lèi)化合物或凈化水層的表面，所以吸附效果更好。其SiO2和Al2O3含量為前述含量的浮石，可以獲得上述的密度，這意味著浮石漂浮在水面上。它的吃水線高。因此能更有效地吸附在水面上的烴類(lèi)化合物，且在吸附完成后更容易回收。
經(jīng)驗(yàn)表明，最好是在水面上放置厚度在1cm至4cm之間，特別是3cm，的浮石，其3分鐘能吸附30％體積的烴類(lèi)化合物，半小時(shí)吸附80％體積的烴類(lèi)化合物。本發(fā)明的浮石可以任何適當(dāng)?shù)姆绞缴⒉荚诒晃廴镜乃?，例如用手、利用鏟子或利用干法或濕法投射裝置。
吸附有烴類(lèi)化合物的浮石可以用撇去浮物的器具、回收網(wǎng)或液壓抽取器或其他方式回收。
回收所得的浮石后，可以在現(xiàn)場(chǎng)燒毀或在港長(zhǎng)辦公室的指導(dǎo)下在岸上處理或者在加熱設(shè)備或用于產(chǎn)生能量的蒸汽設(shè)備內(nèi)處理。
通過(guò)燃燒烴類(lèi)化合物，浮石的再生率為100％。
本發(fā)明的浮石可以通過(guò)很簡(jiǎn)單的方式制備使浮石吸附烴類(lèi)化合物，然后點(diǎn)燃浮石以燒棄碳?xì)浠衔?，燃燒所得的碳黑?nèi)襯在小孔中，從而得到所需的碳含量。最好首先清除掉浮石小孔中的粉粒、玄武巖、磁鐵礦和火山灰。這可以利用水噴射器將至少20％重量的水噴射置于濾網(wǎng)上的浮石來(lái)實(shí)現(xiàn)。水噴射器噴射浮石顆粒，水流滲入小孔，使雜質(zhì)與之脫離，雜質(zhì)則穿過(guò)用于分離凈化的浮石的濾網(wǎng)，接著在干燥器中干燥浮石，例如在溫度為200℃～250℃的水蒸汽加熱的干燥器中干燥，直至浮石的含水量以重量計(jì)小于或等于10％。通常可以得到以重量計(jì)水分含量為2％的浮石。
為了制備本發(fā)明的浮石或者用于凈化，烴類(lèi)化合物的吸附率至少為其總體積的20％，直至達(dá)到飽和。
本發(fā)明目的在于提供一種制備方法將本發(fā)明的浮石散布在水中，使其在水中停留2分鐘至8小時(shí)，優(yōu)選3分鐘至2小時(shí)，然后回收浮石，點(diǎn)燃之，以燒棄其含有的烴類(lèi)化合物。
以下試驗(yàn)對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
1)向底面積0.5m2的塑料盆中注滿海水(50升)。
2)將處理過(guò)的浮石樣品(含有以重量計(jì)11.60％的碳)用火焰燒，以表明不發(fā)生燃燒。
3)將一升紅色民用燃油倒進(jìn)盆內(nèi)，隨后將大約3升處理后的浮石散布在盆表面，實(shí)現(xiàn)顆粒與油完全接觸。
油在水面上形成細(xì)膜(類(lèi)似浮油)。
4)散布浮石兩分鐘后，利用撇去浮物的金屬器具回收浮石并將其倒進(jìn)水推車(chē)。
5)回收完畢后，用火焰點(diǎn)燃吸附了油的浮石，并持續(xù)燃燒10分鐘。
6)再次將油倒進(jìn)小盆，且將燃燒后的浮石再次散布在水面。
再次用金屬推車(chē)回收浮石，并點(diǎn)燃。
7)吸附效果比第一次好(肉眼檢驗(yàn))，海水和沉淀物分離，其透明度增加。
8)重復(fù)以上操作15次，被油污染的水每次均被凈化。
在二氯甲烷里每克浮石可萃取出的有機(jī)化合物量在180毫克至220毫克之間，這可通過(guò)加速溶解萃取法(ASE 200)確定，該法是高壓(200巴)和高溫(130℃)下的液相-固相萃取。二元酸在浮石表面下1mm厚的表層內(nèi)的含量高于在浮石中心的含量，這可利用GC-MS法按下列方法分析極性硅烷來(lái)確定1.1.樣品的制備處理浮石樣品，以分離浮石表面和核心。用經(jīng)二氯甲烷預(yù)先清潔的金屬刀分出約1mm厚的表面層。用這種方法處理大約20至30個(gè)浮石。分離出的表面和剩余的核心儲(chǔ)存在玻璃瓶?jī)?nèi)，以防止任何污染。
1.2.高壓萃取加速溶解萃取法(ASE200)使得有機(jī)萃取物與固體基質(zhì)分離(不溶性有機(jī)物和無(wú)機(jī)物)。它基于液-固萃取法，利用溶劑或混合溶劑，在高壓和高溫下萃取有機(jī)物。高壓(高達(dá)200巴)下溶劑保持液態(tài)。在高溫下，相比低溫下的溶劑，萃取物的分解和擴(kuò)散加劇。使得溶解能力提高，進(jìn)而引起所用溶劑量的減少，以及萃取時(shí)間縮短。
萃取設(shè)備包括一個(gè)鋼制萃取池，其與均由電控制的加熱系統(tǒng)和泵連接，以保持恒溫和恒壓。
在萃取前，在萃取池的底部安裝硅土類(lèi)過(guò)濾器，以防止樣品顆粒漏出。隨后放入玻璃珠子以更好地分散樣品，從而獲得最佳的萃取率。隨后用與萃取時(shí)同樣的溶劑(二氯甲烷)淌洗萃取池，以保證萃取池、過(guò)濾器、玻璃珠完全干凈(清洗)。萃取過(guò)程所用的參數(shù)如表I所示。

表IASE 200的萃取池的清洗和萃取參數(shù)[表中“淌洗量”表示用于沖洗萃取池的體積(占萃取池體積的百分比)]在裝進(jìn)萃取池之前先稱(chēng)重樣品。按照表I中預(yù)先設(shè)定的參數(shù)萃取每個(gè)樣品。該方法規(guī)定了萃取池加熱的時(shí)間、烘箱的溫度、萃取池保持的壓力和清洗萃取池的所需溶劑量(％淌洗量)。
萃取完后，采用Turbovap濃縮儀在35℃下濃縮有機(jī)萃取物，之后在室溫和氬氣環(huán)境下干燥，以防止化合物的氧化。
1.3有機(jī)萃取物的分餾將有機(jī)萃取物稱(chēng)重，隨后通過(guò)液相色譜法在氧化鋁和硅土微柱上將有機(jī)萃取物分餾成三類(lèi)化合物脂肪族烴(也稱(chēng)飽和烴)芳烴極性化合物稱(chēng)重采用天平Mettler AT201，其精度為0.01mg。
1.3.1無(wú)機(jī)物相的活化各種用于分餾的無(wú)機(jī)物相(氧化鋁和硅土)被活化。每個(gè)無(wú)機(jī)物相(大約100g)用環(huán)己胺和二氯甲烷漂洗。隨后，三種物相放在烘箱內(nèi)(120℃)過(guò)夜。
1.3.2.氧化鋁柱將經(jīng)二氯甲烷稀釋的萃取物注入含有活性氧化鋁的微柱。濾液包括飽和烴、芳烴和一部分極性化合物，該濾液用燒瓶回收。用二氯甲烷/甲醇(體積比50/50)混合液漂洗截留在柱上層的極性化合物。氧化鋁柱上的第一相可以隔離極性化合物(高分子)的復(fù)雜餾分，其中該極性化合物會(huì)干擾硅土柱的分離第二階段。
1.3.3.硅土柱干燥從氧化鋁柱上分離產(chǎn)生的第一餾分，隨后浸漬在正戊烷內(nèi)以被注入到硅土微柱內(nèi)。在燒瓶?jī)?nèi)回收含有飽和烴的洗出液。芳烴和極性化合物留在柱上層。利用正戊烷/二氯甲烷(65％/35％)的混合液萃取芳烴，并在燒瓶?jī)?nèi)回收。在甲醇/二氯甲烷(50％/50％)混合液中洗滌該極性化合物。
完成分餾后，在室溫和氬氣環(huán)境下對(duì)每個(gè)燒瓶進(jìn)行脫水，并再次稱(chēng)重。從而，每個(gè)樣品可以確定組成化合物的各成分的比例(飽和烴，芳烴和極性化合物)。
1.4.氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)飽和烴、芳烴和極性化合物由Hewlett-Packard HP 5890 series II氣相色譜分析議聯(lián)用Hewlett-Packard 5972質(zhì)譜分析儀分析。所用的注射器為一直加熱在300℃的分流-非分流注射器。色譜分離采用DB-5J&W熔融石英毛細(xì)管(長(zhǎng)度60m，直徑0.25mm；膜厚0.1μm)，并帶有非極性相(5％的苯甲基硅氧烷)，溫度按照60℃-130℃，15℃/分鐘；在300℃恒溫15分鐘。載氣是氦氣，在整個(gè)分析過(guò)程中保持流速恒定在1ml/分鐘。氣相色譜分析議通過(guò)傳輸線與只質(zhì)譜分析儀聯(lián)用。
各有機(jī)餾分在全掃描模式下分析。這種分析模式使得可以記錄質(zhì)荷比(m/z)在50至450之間的離子。該方法用于識(shí)別存在的化合物。每個(gè)色譜峰產(chǎn)生一個(gè)表征化合物結(jié)構(gòu)的質(zhì)譜，該質(zhì)譜包括分子離子和與電子相撞擊形成的碎片的譜圖。極性化合物溶解在BSTFA中，使得可以進(jìn)行硅烷化作用，以利于在此餾分中的分辨極性分子(羧酸，乙醇)。
權(quán)利要求
1.一種含碳量以重量計(jì)在5％至15％之間，特別是在10％至13％之間，的浮石，其特征在于其顆粒尺寸在3mm至8mm之間，密度大于500kg/m3，小于或等于570kg/m3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮石，其特征在于其平均顆粒尺寸為6mm。
3.根據(jù)以上任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的浮石，其特征在于含有以重量計(jì)60％～70％的SiO2和以重量計(jì)約為17％的Al2O3，余量為雜質(zhì)。
4.根據(jù)以上任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的浮石的生產(chǎn)方法，包括使浮石吸附烴類(lèi)化合物，點(diǎn)燃吸附了烴類(lèi)化合物的浮石，其特征在于包括在使浮石吸附烴類(lèi)化合物之前，用水清除浮石小孔內(nèi)的粉粒、玄武巖、磁鐵礦、火山灰。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的浮石的應(yīng)用，其特征在于用于凈化被烴類(lèi)化合物污染的水。
6.一種凈化水的方法，其特征在于先將權(quán)利要求1至3所述的浮石散布在水面上，并使其在水中停留2分鐘至8小時(shí)，優(yōu)選3分鐘至2小時(shí)，隨后回收這些浮石，燒棄浮石上的烴類(lèi)化合物，重復(fù)以上操作。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述凈化水的方法，其特征在于浮石散布的厚度為1cm至4cm。
全文摘要
一種含碳量為以重量計(jì)5％至15％的浮石，可以吸附烴類(lèi)化合物，但具有疏水性。該浮石可以用于凈化水層。
文檔編號(hào)C09K3/32GK1972873SQ200580016936
公開(kāi)日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2005年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月28日
發(fā)明者吉恩-皮埃爾·坎普, 瑟基·本沙德 申請(qǐng)人:西姆斯通公司, 吉恩-皮埃爾·坎普, 瑟基·本沙德