способ получения сорбентов на основе гидроксида железа и сульфата кальция на носителе из целлюлозных волокон

Классы МПК:B01J20/30 способы получения, регенерации или реактивации
B01J20/02 содержащие неорганические материалы
B01J20/06 содержащие оксиды или гидроксиды металлов, не отнесенных к рубрике  20/04
B01J20/28 отличающиеся их формой или физическими свойствами
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Мазитов Леонид Асхатович (RU),
Финатов Алексей Николаевич (RU),
Финатова Ирина Леонидовна (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2013-02-05
публикация патента:

Изобретение относится к получению сорбентов, которые могут быть использованы в процессах очистки вод, содержащих фтор и другие загрязнители. Сорбенты получают взаимодействием сернокислого железа и гидроксида кальция в водной среде, содержащей фибриллированные целлюлозные волокна. Образующиеся в результате взаимодействия частицы гидроксида железа и сульфата кальция иммобилизуются на волокнах с образованием сорбента. Изобретение обеспечивает повышенное содержания активной фазы в сорбенте. 1 з.п. ф-лы, 4 пр.

Способ получения сорбентов на основе гидроксида железа и сульфата кальция на носителе из целлюлозных волокон

Способ относится к технологиям химического осаждения из водных растворов трудно растворимых неорганических соединений на различные подложки-носители и может быть использован в процессах очистки сточных и природных вод, содержащих фтор и другие загрязнители.

Известен способ получения тонкослойных неорганических сорбентов на носителе из целлюлозных волокон (Н.Д.Бетенков, «Применение тонкослойных неорганических сорбентов в гидрометаллургии и радиохимии», Межвузовский сборник научных трудов, Пермский политехнический институт, 1980 г., стр.115-120). В этом способе из волокон древесной целлюлозы готовят носитель в виде гранул размером 0,2-0,5 мм. При получении сорбентов на основе гидроксида железа гранулы диспергируют в водном растворе соли железа. Дисперсию обрабатывают щелочным реагентом-осадителем, например NaOH. В результате реакций образуются и выделяются в виде твердой фазы частицы трудно растворимого гидроксида железа, которые иммобилизуются на носителе с образованием частиц сорбента, состоящего из целлюлозных волокон в виде гранул, и частиц гидроксида железа. По мнению авторов осажденные частицы образуют на гранулах тонкий слой с хорошей его адгезией к подложке.

Частицы сорбента отделяют от жидкой фазы отстаиванием или фильтрацией.

Недостаток способа заключается в том, что полученные по нему сорбенты имеют низкое содержание активного компонента (АК) в виде гидроксида железа (5-30 мг на 1 г сорбента). Вследствие этого, основное назначение таких сорбентов - это извлечение из растворов веществ в разбавленном и ультраразбавленном состоянии, когда полное использование ионообменной емкости недостижимо.

Новыми техническими результатами от использования предлагаемого изобретения являются повышение содержания активного компонента в сорбенте и, соответственно, его емкости, а также расширение областей его использования, например, для очистки воды от сероводорода, сульфидов и фтора или фосфатов и фтора.

Указанные результаты достигаются тем, что в способе получения сорбентов на основе гидроксида железа и сульфата кальция на частицах носителя из целлюлозных волокон, включающем приготовление исходной водной дисперсии, содержащей частицы носителя и растворенное сернокислое железо, обработку ее щелочным реагентом-осадителем с образованием трудно растворимых соединений металлов из ряда, содержащего гидроксид железа, и их иммобилизацией на носителе с образованием частиц сорбента, состоящего из носителя и трудно растворимых соединений металлов, отделение частиц сорбента от жидкой фазы, согласно изобретению в качестве носителя используют фибриллированные целлюлозные волокна, содержащие, в мас.%, не менее 95% волокон с длиной не более 1,20 мм и не менее 55% волокон с длиной не более 0,60 мм, в качестве щелочного реагента используют гидроксид кальция, ряд трудно растворимых соединений металлов дополнительно включает сульфат кальция, при этом сорбент состоит из носителя в виде целлюлозных волокон высокой дисперсности и иммобилизованных ими частиц гидроксида железа и сульфата кальция при их количестве 100-800 мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. волокон, а сернокислое железо и гидроксид кальция берут в их стехиометрически равных количествах.

Фибриллированные целлюлозные волокна (ФЦВ) с указанными выше характеристиками обладают в водной их дисперсии очень высокой сорбционной способностью по отношению к образующимся в дисперсии при ее реагентной обработке нерастворимым частицам различных соединений металлов в момент их образования. В наших экспериментах было обнаружено, что сорбционная емкость волокон превышает 1500 мас.ч. соединений металлов на 100 мас.ч. волокон.

Эти волокна в водной среде обладают также высокой активностью к взаимодействию друг с другом и способностью быстро (в 10-20 сек) образовывать даже при низкой концентрации (20-30 мг/л) флокулы и хлопья, хорошо удерживающие пузырьки воздуха и поэтому легко флотируемые к поверхности воды.

Такими же свойствами обладают частицы сорбентов даже при высоком содержании в них частиц соединений металлов - активных компонентов и/или продуктов очистки стоков. Поэтому для выведения частиц из жидкой фазы следует использовать технологию напорной флотации, причем без применения вспомогательных веществ, таких как коагулянты, флокулянты, флотоагенты.

Сорбенты получают с соотношением в них, в мас.ч, активных компонентов (АК)-гидроксида железа и сульфата кальция, к ФЦВ, равным 50-800:100, в зависимости от условий использования сорбента. Соотношение между гидроксидом железа и сульфатом кальция в сорбенте соответствует стехиометрическому равенству в реакционной смеси между ионами железа и кальция.

Способ осуществляют следующим образом. Готовят суспензию ФЦВ, содержащую, в мас %, не менее 95% волокон с длиной не более 1,20 мм и не менее 55% волокон с длиной не более 0,60 мм, с заданной концентрацией. Готовят также растворы сернокислого железа (II) или (III) и суспензию гидроксида кальция с заданными концентрациями.

Для получения сорбента используют установку непрерывного действия, содержащую смеситель, реактор, сатуратор и флотатор.

В смеситель подают при равных объемных скоростях суспензию ФЦВ с их содержанием 150-600 мг/л и раствор сернокислого железа с содержанием соли 111-1965 мг/л. Полученную исходную дисперсию направляют в реактор, в который подают также с такой же объемной скоростью суспензию реагента-осадителя - гидроксида кальция - с его содержанием 45-1095 мг/л. В реакторе в результате реакций образуются 50-1020 мг/л частиц нерастворимых соединений активных компонентов (АК) в виде частиц гидроксида железа и сульфата кальция. Частицы иммобилизуются на ФЦВ с образованием сорбента в количестве 100-1150 мг/л. Далее дисперсию сорбента направляют в сатуратор, насыщают ее воздухом при его давлении 2-3 атм и из сатуратора направляют в камеру флотатора, в которой сорбент выводят из жидкой фазы в виде флотошлама.

Следующие примеры иллюстрируют возможности предлагаемого способа.

Пример 1. В смеситель подают с равными объемными скоростями суспензию ФЦВ, содержащую, в мас. %, не менее 95% волокон с длиной не более 1,20 мм и не менее 55% с длиной волокон не более 0,60 мм, с их содержанием 150 мг/л и раствор FeSO4 с содержанием этой соли 113,5 мг/л и получают исходную дисперсию. Ее направляют в реактор, в который с такой же скоростью подают в качестве осадителя суспензию Ca(ОН)2 с содержанием 49,5 мг/л. В результате реакций в реакторе в качестве АК образуются 20,0 мг/л частиц Fe(OH)2 и 30,3 мг/л частиц CaSO4. Указанные частицы иммобилизуются на ФЦВ с образованием 100,3 мг/л сорбента, в котором соотношение АК : ФЦВ равно 100 :1 00. Сорбент выводят из жидкой фазы методом флотации.

Пример 2. В отличие от примера 1, используют суспензию ФЦВ с их содержанием 600 мг/л, раствор FeSO4 с содержанием соли 1135 мг/л, суспензию Ca(ОН)2 с его содержанием 495 мг/л. В результате реакций в дисперсии в качестве АК образуются частицы Fe(OH)2 в количестве 200 мг/л и CaSO4 в количестве 3О 3 мг/л. Частицы иммобилизуются на ФЦВ с образованием 703 мг/л сорбента, в котором соотношение АК : ФЦВ равно 250 : 100.

Пример 3. В отличие от примера 1, используют суспензию ФЦВ с их содержанием 300 мг/л, Fe2(SO4)3 с содержанием соли 1347 мг/л и суспензию Ca(ОН)2 с его содержанием 736,7 мг/л. В результате реакций в дисперсии в качестве АК образуются 240 мг/л частиц Fe(OH)3 и 458,6 мг/л частиц CaSO4 Эти частицы иммобилизуются на ФЦВ с образованием 799 мг/л сорбента, в котором соотношение АК : ФЦВ равно 566 : 100.

Пример 4. В отличие от примера 1 используют суспензию ФЦВ с их содержанием 375 мг/л, раствор Fe2(SC>4)3 с содержанием соли 1964,43 мг/л и суспензию Ca(ОН)2 с его содержанием 1092 мг/л. В результате реакций в дисперсии в качестве АК образуются 350 мг/л частиц Fe(OH)3 и 668,78 мг/л частиц CaSO4. Эти частицы иммобилизуются на ФЦВ с образованием 1143,78 мг/л сорбента, в котором соотношение АК : ФЦВ равно 815 : 100.

В примерах 1-4 жидкая фаза после выведения сорбента содержит в растворенном виде некоторое количество CaSO4. Ее можно использовать в качестве воды для приготовления, например, суспензии Ca(ОН)4 и/или раствора соли железа, и/или суспензии ФЦВ.

Емкость сорбентов по примерам 1-4, в расчете на 1 г сорбента, по фтору равна 87,1, 119,7, 159,6 и 163,2 мг соответственно. Эти же сорбенты могут сорбировать из растворов, содержащих, кроме фтора, соединения восстановленной серы или фосфаты, эти элементы в количествах, пропорционально равных содержанию в сорбентах гидроксида железа. Емкость образцов по сере равна соответственно по примерам, 67,3, 101,8, 150,2 и 152,7 мг или по фосфору (в пересчете на Р2O 5) - 99,5,150,6,199,9 и 203,2 мг на г сорбента.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ получения сорбента на основе гидроксида железа и сульфата кальция на носителе из целлюлозных волокон, включающий приготовление исходной водной дисперсии, содержащей частицы носителя в виде фибриллированных целлюлозных волокон, содержащих, в мас.%, не менее 95% волокон с длиной не более 1,20 мм и не менее 55% волокон с длиной не более 0,60 мм, и растворенное сернокислое железо, обработку дисперсии гидроксидом кальция с образованием трудно растворимых частиц гидроксида железа и сульфата кальция и их иммобилизацией на носителе с получением частиц сорбента, отделение частиц сорбента от жидкой фазы, при этом полученный сорбент содержит активные компоненты в виде иммобилизованных на волокнах частицах гидроксида железа и сульфата кальция в количестве 100-800 мас. частей на 100 мас. частей упомянутых волокон.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сернокислое железо и гидроксид кальция берут в их стехиометрически равных количествах.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2523466

patent-2523466.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс B01J20/30 способы получения, регенерации или реактивации

Патенты РФ в классе B01J20/30:
способ получения углеродминерального сорбента -  патент 2529535 (27.09.2014)
способ получения сорбентов на основе zn(oh)2 и zns на носителе из целлюлозных волокон -  патент 2528696 (20.09.2014)
гуминово-глинистый стабилизатор эмульсии нефти в воде -  патент 2528651 (20.09.2014)
способ получения полимер-неорганических композитных сорбентов -  патент 2527217 (27.08.2014)
способ получения плавающего углеродного сорбента для очистки гидросферы от нефтепродуктов -  патент 2527095 (27.08.2014)
адсорбент для очистки газов от хлора и хлористого водорода и способ его приготовления -  патент 2527091 (27.08.2014)
способ получения сорбента для извлечения соединений ртути из водных растворов -  патент 2525416 (10.08.2014)
способ получения фильтрующей гранулированной загрузки производственно-технологических фильтров для очистки воды открытых источников водоснабжения -  патент 2524953 (10.08.2014)
способ получения адсорбирующего элемента -  патент 2524608 (27.07.2014)
способ получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода -  патент 2524607 (27.07.2014)

Класс B01J20/02 содержащие неорганические материалы

Патенты РФ в классе B01J20/02:
способ очистки водных растворов от эндотоксинов -  патент 2529221 (27.09.2014)
способ получения сорбентов на основе zn(oh)2 и zns на носителе из целлюлозных волокон -  патент 2528696 (20.09.2014)
способ получения полимер-неорганических композитных сорбентов -  патент 2527217 (27.08.2014)
нанокомпозитная газопоглощающая структура и способ ее получения -  патент 2523718 (20.07.2014)
сорбент для диализа -  патент 2514956 (10.05.2014)
спеченный неиспаряющийся геттер -  патент 2513563 (20.04.2014)
плазмосорбент селективный по отношению к свободному гемоглобину и способ его получения -  патент 2509564 (20.03.2014)
способ получения сорбента на основе микросфер зол-уноса для очистки жидких радиоактивных отходов (варианты) -  патент 2501603 (20.12.2013)
фильтрующий элемент, применяемый в сфере очистки природных вод -  патент 2498844 (20.11.2013)
способ детоксикации грунта, загрязненного нефтепродуктами -  патент 2497609 (10.11.2013)

Класс B01J20/06 содержащие оксиды или гидроксиды металлов, не отнесенных к рубрике  20/04

Патенты РФ в классе B01J20/06:
способ получения сорбентов на основе zn(oh)2 и zns на носителе из целлюлозных волокон -  патент 2528696 (20.09.2014)
способ получения гранулированной фильтрующей загрузки производственно-технологических фильтров для очистки скважинной воды -  патент 2528253 (10.09.2014)
способ получения сорбентов на основе гидроксида трехвалентного железа на носителе из целлюлозных волокон -  патент 2527240 (27.08.2014)
адсорбент для очистки газов от хлора и хлористого водорода и способ его приготовления -  патент 2527091 (27.08.2014)
магнитоуправляемый сорбент для удаления билирубина из биологических жидкостей -  патент 2524620 (27.07.2014)
способ получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода -  патент 2524607 (27.07.2014)
способ удаления бария из воды -  патент 2524230 (27.07.2014)
сорбент для очистки водных сред от мышьяка и способ его получения -  патент 2520473 (27.06.2014)
способ получения сорбента с магнитными свойствами для сбора нефтепродуктов с водной поверхности -  патент 2518586 (10.06.2014)
способ очистки проточной воды от загрязнителей -  патент 2516634 (20.05.2014)

Класс B01J20/28 отличающиеся их формой или физическими свойствами

Патенты РФ в классе B01J20/28:
способ получения сорбента на основе сульфата кальция на носителе из целлюлозных волокон -  патент 2523465 (20.07.2014)
способ инактивации вирусов в водных средах -  патент 2506232 (10.02.2014)
способ получения сорбента для сбора нефти и нефтепродуктов с водных и твердых поверхностей -  патент 2487751 (20.07.2013)
сорбционно-фильтрующий многослойный материал и содержащий его фильтр -  патент 2487745 (20.07.2013)
устройство для фильтрации вод различного генезиса и способ подготовки сорбирующего материала -  патент 2484021 (10.06.2013)
поглощающая кислород пластиковая структура -  патент 2483931 (10.06.2013)
способ получения гибких композиционных сорбционно-активных материалов -  патент 2481154 (10.05.2013)
композитный абсорбирующий лист, рулон из такого листа, пакет из таких листов и способ изготовления такого листа -  патент 2480342 (27.04.2013)
сорбент для сбора нефти и способ его получения -  патент 2479348 (20.04.2013)
лекарственное средство с замедленным высвобождением, адсорбент, функциональный пищевой продукт, маска и поглощающий слой -  патент 2476230 (27.02.2013)


Наверх