ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ
НОВЫЕ ПАТЕНТЫ, ЗАЯВКИ НА ПАТЕНТ
БИБЛИОТЕКА ПАТЕНТОВ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

способ извлечения мышьяка из водных растворов

Классы МПК:C01G28/00 Соединения мышьяка
B01J39/04 способы с использованием органических обменников
B01J39/08 использование материала в качестве катионообменников; обработка материала для улучшения катионообменных свойств
B01J39/16 органический материал
C02F1/42 ионообменом
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):Научно-исследовательский институт химии Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского
Приоритеты:
подача заявки:
1998-04-08
публикация патента:

Изобретение относится к очистке сточных вод, в частности к извлечению мышьяка из водных растворов, а также может быть использовано для концентрирования этой примеси с целью последующего определения. Способ включает использование сульфоксидного катионита для сорбции мышьяка из водных растворов и предварительное добавление к мышьяксодержащему раствору нитрата железа (III) в количестве 0,15-0,4 г (Fe3+) на 1 л, а также азотной кислоты до рН 1,3-1,5. Способ обеспечивает снижение концентрации мышьяка в очищаемых растворах до ПДК, то есть повышает эффективность очистки по сравнению с прототипом.

Предлагаемое изобретение относится к области очистки сточных вод, а именно к извлечению мышьяка из водных растворов. Изобретение может быть использовано для очистки этих растворов от мышьяка, а также для концентрирования этой примеси с целью последующего определения.

В ходе уничтожения химического оружия, в частности люизита (способ извлечения мышьяка из водных растворов, патент № 2152357-хлорвинилдихлорарсина), образуется некоторое количество сточных вод, загрязненных мышьяком в форме арсенат-ионов. Эти ионы могут содержаться в сточных водах в концентрации до 0,1 г/л. Предельно допустимая концентрация (ПДК) этой примеси в воде по санитарным нормам ВОЗ составляет 5способ извлечения мышьяка из водных растворов, патент № 215235710-5 г/л, то есть на 4 порядка ниже.

Это делает необходимой глубокую очистку сточных вод от соединений мышьяка перед их возвратом в природную среду, а также требует разработки методов концентрирования для последующего определения микроконцентраций этой примеси.

Известен способ извлечения мышьяка в форме арсенат-ионов из водных растворов путем сорбции его катионообменными смолами, содержащими карбоксильные ионообменные группы (-COOH) [1]. Предварительно такую смолу (например, марки АНКБ) переводят в "железную" форму. Для этого смолу помещают в колонку и обрабатывают водным раствором хлорида или нитрата железа (III). При этом ионы водорода в карбоксильных группах смолы замещаются ионами железа (III). Затем через колонку пропускают арсенатсодержащий раствор, подкисленный соляной кислотой до pH, равного 2. При этом образуется труднорастворимый в воде арсенат железа (III) FeAsO4, удерживаемый на поверхности смолы за счет невалентного взаимодействия с карбоксильными группами. В результате этого концентрация арсенат-ионов в очищаемом растворе снижается согласно приведенному примеру с 0,09 г/л до 0,0006 г/л, то есть примерно в 150 раз. Описываемый способ использован для удаления примеси мышьяка из растворов.

Этот известный способ выбран авторами в качестве прототипа предполагаемого изобретения как наиболее близкий к нему по назначению, технической сущности и достигаемому эффекту.

Основным недостатком известного способа является недостаточно высокая эффективность, не позволяющая понизить концентрацию арсенат-ионов в очищаемых или анализируемых растворах ниже 0,0006 г/л. Такое содержание мышьяка в водах на порядок превышает уровень ПДК для этой примеси (5способ извлечения мышьяка из водных растворов, патент № 215235710-5 г/л) и не соответствует санитарным нормам.

Целью предлагаемого изобретения является снижение концентрации мышьяка в очищаемых растворах, то есть повышение эффективности очистки.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе извлечения мышьяка из водных растворов путем сорбции арсенат-ионов катионитами в качестве сорбента используют катионит с сульфоксидными ионообменными группами (-SO3H), а перед сорбцией к мышьяксодержащему раствору добавляют раствор нитрата железа в количестве 0,15-0,40 г (Fe3+) на литр раствора и азотную кислоту до pH 1,3-1,7.

Замена карбоксильного катионита на сульфоксидный приводит к упрочнению связи между арсенатом железа и катионообменной смолой. Это обусловлено тем, что селективность сульфоксидного катионита в кислых средах к ионам железа (III) значительно выше, чем карбоксильного. В конечном итоге это приводит к тому, что сульфоксидный катионит сорбирует из мышьяксодержащего раствора больше арсенат-ионов и снижает их конечную концентрацию по сравнению с карбоксильным катионитом.

Добавление к очищаемому раствору нитрата железа перед сорбцией также приводит к снижению концентрации арсенат-ионов в очищенном растворе. Это обусловлено тем, что в соответствии с выражением произведения растворимости арсената железа (III) увеличение концентрации ионов железа (III) приводит к соответствующему снижению в этом растворе концентрации арсенат-ионов:

ПР(FeAsO4)=[Fe3+]способ извлечения мышьяка из водных растворов, патент № 2152357[AsO43-]= 5,8способ извлечения мышьяка из водных растворов, патент № 215235710-21 [2],

где ПР(FeAsO4) - произведение растворимости, [Fe3+] и [AsO43-] - концентрации ионов железа (III) и арсенат-ионов.

Максимальная степень извлечения мышьяка при предварительном введении нитрата железа (III) в очищаемый раствор достигается при концентрации ионов железа (III) больше 0,15 г/л. При меньшей концентрации этот эффект проявляется недостаточно выраженно. Введение в очищаемый раствор ионов железа (III) в концентрации, большей, чем 0,4 г/л, нецелесообразно из экономических соображений. Таким образом, оптимальное содержание ионов железа (III), обусловливающее снижение концентрации мышьяка, составляет 0,15-0,4 г/л.

Описанный эффект проявляется в растворах с pH 1,3-1,7. В более кислых растворах арсенат железа (III) не способен удерживаться на поверхности катионообменной смолы. В менее кислых растворах происходит частичный гидролиз нитрата железа (III) и глубина извлечения мышьяка снижается. Кислотность растворов регулируют, добавляя к мышьяксодержащему раствору одновременно с нитратом железа (III) соответствующее количество азотной кислоты.

Таким образом, замена карбоксильного катионита на сульфоксидный и добавление к исходному мышьяксодержащему раствору перед сорбцией нитрата железа (III) в количестве 0,15-0,4 г (Fe3+) на литр раствора и азотной кислоты до pH 1,3-1,7 являются существенными признаками предлагаемого изобретения, которые в совокупности обеспечивают повышение глубины извлечения мышьяка и соответствующее снижение концентрации мышьяка с 0,0006 г/л до уровня 2способ извлечения мышьяка из водных растворов, патент № 215235710-6 г/л.

Использование для сорбции арсенат-ионов из мышьяксодержащих растворов сульфоксидных катионитов и предварительное добавление к очищаемому раствору нитрата железа (III) в количестве 0,15-0,4 г (Fe3+) на литр раствора и азотной кислоты до pH 1,3-1,7 неизвестны из открытых источников научно-технической литературы и являются новыми признаками.

Предлагаемое изобретение осуществляют следующим образом. В колонку, изготовленную из полиэтилена, помещают сульфоксидную смолу в водородной форме. К арсенатсодержащему раствору добавляют нитрат железа (III) из расчета 0,15-0,4 г (Fe3+) на литр раствора, а затем азотную кислоту до pH 1,3-1,7. Кислотность раствора контролируют с помощью pH-метра марки pH-121.

Полученный раствор пропускают самотеком через заполненную катионитом колонку. Очищенный раствор собирают в приемную емкость.

Ниже приведены конкретные примеры осуществления предлагаемого изобретения - извлечения мышьяка из водных растворов - с целью концентрирования и дальнейшего определения мышьяка.

Для извлечения микроколичеств мышьяка в колонку диаметром 6 мм и длиной 30 мм, изготовленную из полиэтилена, помещают 250 мг катионообменной смолы марки КРС-4П в Н-форме. Готовят раствор с концентрацией арсенат-ионов 0,1 г/л. Непосредственно перед опытом 0,2 мл приготовленного раствора разбавляют дистиллированной водой до 500 мл. Концентрация арсенатов в приготовленном растворе составляет 4способ извлечения мышьяка из водных растворов, патент № 215235710-5 г/л. К полученному раствору добавляют 2 мл раствора нитрата железа (III) с концентрацией Fe3+ 100 мг/мл, а также 5-ти нормальный раствор азотной кислоты до pH 1,5. Приготовленный раствор пропускают самотеком через сорбционную колонку со скоростью 10 мл/мин.

Мышьяк, извлеченный из очищаемого раствора катионитом, элюируют, пропуская через колонку 10 мл 1-нормального раствора серной кислоты. В элюате, по данным анализа, содержится 19 мкг арсенат-ионов. Таким образом, в очищенном растворе содержится 1 мкг арсенат-ионов, что соответствует их концентрации 2способ извлечения мышьяка из водных растворов, патент № 215235710-6 г/л.

Пример 2.

Способ осуществляют, как в примере 1, но добавляют 3 мл раствора нитрата железа (III).

При этом масса арсенат-ионов, элюированных с катионообменной смолы, составляет 19 мкг, то есть в очищенном растворе содержится 1 мкг арсенат-ионов, что соответствует их концентрации 2способ извлечения мышьяка из водных растворов, патент № 215235710-6 г/л.

Пример 3.

Способ осуществляют, как в примере 1, но добавляют 0,25 мл раствора нитрата железа (III).

При этом масса арсенат-ионов, элюированных с катионообменной смолы, составляет 12 мкг, то есть в очищенном растворе содержится 8 мкг арсенат-ионов, что соответствует их концентрации 1,6способ извлечения мышьяка из водных растворов, патент № 215235710-5 г/л.

Пример 4.

Способ осуществляют, как в примере 1, но добавляют азотную кислоту до pH 2,0.

При этом, масса арсенат-ионов, элюированных с катионообменной смолы, составляет 16 мкг, то есть в очищенном растворе содержится 4 мкг арсенат-ионов, что соответствует их концентрации 8способ извлечения мышьяка из водных растворов, патент № 215235710-6 г/л.

Пример 5.

Способ осуществляют, как в примере 1, но добавляют азотную кислоту до pH 1,0.

При этом, масса арсенат-ионов, элюированных с катионообменной смолы, составляет 7 мкг, то есть в очищенном растворе содержится 13 мкг арсенат-ионов, что соответствует их концентрации 2,6способ извлечения мышьяка из водных растворов, патент № 215235710-5 г/л.

Из приведенных примеров видно, что использование сульфоксидного катионита и предварительное добавление к мышьяксодержащему раствору нитрата железа (III) в количестве 0,15-0,4 г (Fe3+) на литр и азотной кислоты до pH 1,3-1,7 позволяет извлекать мышьяк из более разбавленных растворов по сравнению с прототипом. Одновременно, предлагаемое изобретение обеспечивает упрощение процесса извлечения мышьяка за счет устранения стадии перевода катионообменной смолы в "железную" форму и его отмывки от излишнего железа.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР N 230796, кл. C 02 F 1/42, 1968.

2. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии: Справ, изд. - 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Химия, 1989, с. 75.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ извлечения мышьяка из водных растворов путем сорбции его ионов (As(V)) катионитами, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют катионообменную смолу с сульфоксидными ионогенными группами, а перед сорбцией к мышьяксодержащему раствору добавляют нитрат железа (III) из расчета 0,15 - 0,4 г (Fe3+) на 1 л и азотную кислоту до pH 1,3 - 1,7.

Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C01G28/00 Соединения мышьяка

Патенты РФ в классе C01G28/00:
способ переработки арсенита натрия гидролизного в товарную продукцию -  патент 2513846 (20.04.2014)
способ переработки отходов цветной металлургии, содержащих мышьяк и серу -  патент 2486135 (27.06.2013)
способ очистки сточной воды от мышьяка -  патент 2482074 (20.05.2013)
способ получения арсената натрия -  патент 2443632 (27.02.2012)
способ переработки реакционных масс, образующихся при щелочном гидролизе люизита, в технические продукты -  патент 2396099 (10.08.2010)
способ получения особо чистого мышьяка -  патент 2394769 (20.07.2010)
способ получения мышьяковой кислоты -  патент 2375309 (10.12.2009)
способ получения элементного мышьяка из водных и водно-органических растворов мышьяксодержащих соединений -  патент 2371391 (27.10.2009)
способ восстановления соединений мышьяка (v), содержащихся в продуктах щелочной детоксикации люизита, в соединения мышьяка (iii) -  патент 2359915 (27.06.2009)
способ получения гексафторарсената лития -  патент 2344081 (20.01.2009)

Класс B01J39/04 способы с использованием органических обменников

Патенты РФ в классе B01J39/04:
способ выделения бетаина -  патент 2445969 (27.03.2012)
способ удаления йодидного соединения из органической кислоты -  патент 2440968 (27.01.2012)
способ удаления корродирующих металлов из растворов катализаторов карбонилирования -  патент 2381836 (20.02.2010)
способ извлечения ионов металлов из растворов -  патент 2221752 (20.01.2004)
заряженные ионообменные смолы, способы их получения и их применение -  патент 2214994 (27.10.2003)
способ удаления ионов металлов из смесей крезолов -  патент 2202533 (20.04.2003)
способ извлечения уксусной кислоты из разбавленных водных потоков, образующихся в ходе процесса карбонилирования -  патент 2155183 (27.08.2000)
способ концентрирования, извлечения и отделения катионов цезия и полимерная смола -  патент 2135284 (27.08.1999)
способ получения муравьиной кислоты -  патент 2123995 (27.12.1998)
способ получения бисфенола-а -  патент 2119906 (10.10.1998)

Класс B01J39/08 использование материала в качестве катионообменников; обработка материала для улучшения катионообменных свойств

Класс B01J39/16 органический материал

Класс C02F1/42 ионообменом

Патенты РФ в классе C02F1/42:
композиция для получения катионообменного волокнистого материала -  патент 2524393 (27.07.2014)
способ очистки и установка для очистки сточных вод -  патент 2516746 (20.05.2014)
способ получения умягченной воды для нагнетания в пласт -  патент 2516531 (20.05.2014)
способ выносной регенерации смешанного слоя ионитов -  патент 2516167 (20.05.2014)
прерывание оценки измерительных величин в автоматической водоумягчительной установке при наличии заданных рабочих ситуаций -  патент 2516159 (20.05.2014)
способ удаления йодида -  патент 2509731 (20.03.2014)
способ получения реагента для очистки промышленных вод на основе торфа -  патент 2509060 (10.03.2014)
способ утилизации продувочной воды циркуляционной системы -  патент 2502683 (27.12.2013)
блок управления для водоумягчающего устройства -  патент 2493107 (20.09.2013)
способ очистки сточных вод от нитроэфиров -  патент 2485055 (20.06.2013)


Наверх