способ очистки сточных вод от тяжелых металлов методом адсорбции, фильтрующий материал (сорбент) и способ получения сорбента

Классы МПК:B01J20/18 синтетические цеолитные молекулярные сита
B01J20/22 содержащие органический материал
B01J20/30 способы получения, регенерации или реактивации
C02F1/28 сорбцией
Автор(ы):, , , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение профессионального образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВПО ИрГУПС) (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-01-10
публикация патента:

Изобретение относится к области очистки промышленных сточных вод. Для очистки используют модифицированный природный цеолит. Модификацию природного цеолита осуществляют раствором гексаметилдисилазана в толуоле. Модифицированный цеолит высушивают последовательно на открытом воздухе и в муфельной печи при температуре 110°С. Изобретение позволяет получить модифицированный цеолит, который обладает сорбционной емкостью по цинку 95 мг/г, по никелю 94 мг/г. 3 н.п. ф-лы, 4 пр.

Изобретение относится к области очистки промышленных сточных вод и касается твердых сорбентов, которые могут быть использованы для обезвреживания сточных вод металлообрабатывающих предприятий до требуемых нормативов качества.

В процессах обработки металлических деталей (мойка, травление поверхности, нанесение гальванических покрытий, химическое оксидирование и других операций) образуется большое количество металлсодержащих сточных вод. Образующиеся стоки содержат такие высокотоксичные металлы, как цинк, кадмий, свинец, хром, медь, никель, а в некоторых случаях даже ртуть [1]. В отличие от органических примесей, соединения тяжелых металлов не подвергаются биоразложению, поэтому для их удаления используют реагентную обработку, электрохимические методы или сорбционную очистку [2]. Адсорбционные методы с использованием твердых сорбентов обеспечивают наиболее глубокую очистку сточных вод [3]. К промышленным сорбентам, применяемым для очистки сточных вод, помимо высокой эффективности, предъявляются дополнительные требования, связанные с их доступностью, ценой, механической прочностью, дальнейшей переработкой использованных сорбентов [4].

В некоторых случаях осуществляют направленное получение сорбентов. Например получен полисульфидный сорбент из полисульфида натрия и хлорорганических отходов. Полисульфидный сорбент, полученный из Na2Sn, n=3-4 [5], обладает сорбционной емкостью 30 мг цинка на 1 г сорбента. Однако для его получения требуется специальная технология, использование едкого вещества NaOH и его сорбционная активность относительно низка.

Авторами работы [6] были исследованы угли, коксы и полукокс как природного происхождения, так и полученные в результате термической обработки фитосорбентов (древесных опилок, коры, шлам-лигнина). Удельная сорбционная емкость испытанных материалов по никелю составила от 0,02 до 1,12 мг/г в зависимости от используемого материала. Такая сорбционная емкость недостаточно велика.

Все большее внимание в практике очистки сточных вод привлекает использование известных природных сорбентов (например, группы слоистых силикатов) в области их модифицирования различными способами [7]. В настоящих исследованиях в качестве исходного цеолитсодержащего сырья были изучены цеолитсодержащие туфы Восточного Забайкалья. Месторождения этих минералов территориально расположены вблизи подразделений ВСЖД (промышленных объектов), что определяет целесообразность вовлечения в переработку цеолитов для получения эффективных сорбционных материалов [8]. Природные цеолиты - новое минеральное сырье многоцелевого назначения, представляющее собой алюмо-кремне-кислородные соединения. Уникальные адсорбционные, каталитические и ионообменные свойства, механическая, химическая, кислотная и радиационная стойкость обуславливают большие перспективы их применения в отраслях промышленности, сельского хозяйства и охране окружающей природной среды [9]. Месторождения цеолитизированных туфов, характеризующиеся значительными мощностями и высоким содержанием полезного компонента в породе, открыты и частично эксплуатируются в основном к востоку от Урала (Западная и Восточная Сибирь, Дальний Восток, Камчатка, Сахалин). Наибольший интерес для исследований сорбционной активности минералов по отношению к тяжелым металлам представляют Шивыртуйское, Холинское и Талан-Гозагорское месторождения цеолитов [10].

Известно использование природного цеолита Ягодинского месторождения (Камчатка), химически модифицированного хлоридом аммония. Такой сорбент обладает сорбционной емкостью по никелю 1.97 мг/г [11] (прототип). Недостатком такого сорбента является относительно низкая сорбционная емкость.

В данном техническом решении предлагается использование в качестве сорбента цеолита клиноптиллолитового типа Холинского месторождения Восточного Забайкалья. Цеолит подвергают модификации воздействием гексаметилдисилазана [(CH3)3Si-]2 NH (ГМДС) в массовом соотношении 1-1,5 г ГМДС на 100 г цеолита в толуоле при температуре 20°С в течение 30 минут. Полученный модифицированный цеолит после отделения толуола высушивали на открытом воздухе и затем в течение 6 часов - в муфельной печи при температуре 110°С.

Увеличение соотношения ГМДС:цеолит выше 1,5:100 требует больший расход ГМДС и снижает сорбционную емкость получаемого цеолита. Уменьшение соотношения менее 1:100 также приводит к снижению сорбционной активности.

Нашими исследованиями установлено, что природный цеолит, модифицированный гексаметилдисилазаном, при очистке сточных вод, содержащих тяжелые металлы, такие как цинк и никель, обладает сорбционной емкостью 95 мг/г для цинка и 99 мг/г для никеля. Следует отметить, что при хорошей сорбционной емкости нового сорбента по никелю способ при малых концентрациях металла в растворе (от 1 мг/л и ниже) обеспечивает 100% поглощение никеля из растворов.

Заявляемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Модифицировали цеолит воздействием гексаметилдисилазана [(CH3)3Si-]2NH (ГМДС) в массовом соотношении 1 г ГМДС на 100 г цеолита в толуоле при температуре 20°С в течение 30 минут. Было взято 0,2 г модифицированного сорбента и 0,020 литра раствора, содержащего 1 г/л ионов Zn 2+, из расчета 1 г сорбента на 0,100 л. Раствор при температуре 20°С встряхивали 3 часа на шейкере S-3.02.08M, орбент отделяли и в растворе определяли остаточное содержание Zn2+ (Zn2+ экстрагировали дитизоном, и экстракт фотометрировали на микрофотометре МКМФ-02). Сорбционная емкость сорбента составила 95 мг/г. Поглощение этим сорбентом при разных концентрациях составляет от 95 до 99%.

Пример 2. При модифицировании цеолита в условиях примера 1, но при использовании 1,5 г ГМДС на 100 г цеолита, получен модифицированный сорбент, 0.2 г которого исследовали на поглощение Zn2+ по условиям примера 1. Сорбционная емкость сорбента составила 89 мг/г.

Пример 3. При модифицировании цеолита в условиях примера 1, но при использовании 1,7 г ГМДС, получен модифицированный сорбент, 0.2 г которого исследовали на поглощение Zn2+ по условиям примера 1. Сорбционная емкость сорбента составила 73 мг/г.

Пример 4. При модифицировании цеолита в условиях примера 1, но при использовании 0,8 г ГМДС, получен модифицированный сорбент, 0.2 г которого исследовали на поглощение Zn2+ по условиям примера 1. Сорбционная емкость сорбента составила 65 мг/г.

Пример 5. Взяли 0,2 г сорбента, модифицированного по примеру 1, и 0,020 литра раствора, содержащего 1 г/л ионов Ni2+, из расчета 1 г сорбента на 0,100 л. Раствор при температуре 20°С поставили на 3 часа на шейкер S-3.02.08M, после отделения сорбента в растворе определяли остаточное содержание никеля (Ni2+ определили при помощи диметилглиоксима и окислителя - персульфат аммония, а концентрацию замерили на МКМФ-02). Сорбционная емкость сорбента составила 99 мг/г, при этом идет 99,5% поглощение ионов Ni2+ из раствора.

Таким образом, предлагается новый сорбент для эффективной очистки сточных вод от тяжелых металлов (Zn, Ni).

Литература

1. Грушко Я.М. Ядовитые металлы и их неорганические соединения в промышленных сточных водах. М.: Медицина. 1972. 122 с.

2. Виноградов С.С. Экологически безопасное гальваническое производство / Под. ред. В.Н.Кудрявцева. М.: Глобус. 2002. 352 с.

3. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. М.: Химия. 1984. 592 с.

4. Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников Н.С. Техника защиты окружающей среды. М.: Химия. 1989. 512 с.

5. Патент РФ № 2324536. Способ получения сорбента для очистки сточных вод от тяжелых металлов. Запорожских Т.А., Третьякова Я.К., Корабель И.В., Руссавская Н.В., Силинская Я.Н., Корчевий Н.А. Опубл. 20.05.2008. Бюл. № 14.

6. Лыкова О.В. Исследование и разработка технологии локальной сорбционной очистки металлсодержащих сточных вод. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

7. Тарасевич Ю.И. Физико-химические основы и технологии применения природных и модифицированных сорбентов в процессах очистки воды // Химия и технология воды, 1998, т.20, № 1. С 42-51.

8. Обуздина М.В. Комплексная экономическая оценка экологических факторов на примере предприятий железнодорожного транспорта // Интеллект 2008, сборник материалов Всерос. науч. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. Часть II. - Красноярск: КРО НС «Интеграция», 2008, с.164-170.

9. Челищев Н.Ф. Цеолиты - новый тип минерального сырья. - М.: Недра, 1987. - 172 с.

10. Корсун Л.Н. Химия и технология минерального сырья. - Улан-Удэ. - 1991. - 169 с.

11. Белова Т.П., Латкин А.С. Разработка сорбентов для решения экологических проблем Камчатки: Монография. - Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2006. - 116 с.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Сорбент для очистки сточных вод от тяжелых металлов, представляющий собой природный цеолит, подвергнутый модифицированию в растворе гексаметилдисилазана, характеризующийся сорбционной емкостью по цинку 95 мг/г и сорбционной емкостью по никелю 94 мг/г.

2. Способ получения сорбента, охарактеризованного в п.1, заключающийся в перемешивании в течение 30 минут 100 г природного цеолита с раствором, содержащим 1 г гексаметилдисилазана в 100 мл толуола, сливания остатка толуола и сушки полученного сорбента вначале в течение 3 суток на открытом воздухе и затем в течение 6 часов в муфельной печи при 110°C.

3. Способ очистки сточных вод путем адсорбции, включающий контактирование раствора, содержащего ионы цинка или ионы никеля, с сорбентом, охарактеризованным в п.1 и полученным способом, охарактеризованным в п.2.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2524111

patent-2524111.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс B01J20/18 синтетические цеолитные молекулярные сита

Патенты РФ в классе B01J20/18:
способ очистки водных растворов от эндотоксинов -  патент 2529221 (27.09.2014)
гуминово-глинистый стабилизатор эмульсии нефти в воде -  патент 2528651 (20.09.2014)
поглощение летучих органических соединений, образованных из органического материала -  патент 2516163 (20.05.2014)
поверхностно-модифицированные цеолиты и способы их получения -  патент 2506226 (10.02.2014)
адсорбенты без связующего и их применение для адсорбционного выделения пара-ксилола -  патент 2497932 (10.11.2013)
цеолитовый катализатор с цеолитовой вторичной структурой -  патент 2493909 (27.09.2013)
способ отделения мета-ксилола от ароматических углеводородов и адсорбент для его осуществления -  патент 2490245 (20.08.2013)
цеолит y -  патент 2487756 (20.07.2013)
способ получения гибких композиционных сорбционно-активных материалов -  патент 2481154 (10.05.2013)
адсорбент для очистки воздуха в помещениях -  патент 2471548 (10.01.2013)

Класс B01J20/22 содержащие органический материал

Патенты РФ в классе B01J20/22:
биоразлагаемый композиционный сорбент нефти и нефтепродуктов -  патент 2528863 (20.09.2014)
способ очистки проточной воды от загрязнителей -  патент 2516634 (20.05.2014)
композиции на основе хлорида брома, предназначенные для удаления ртути из продуктов сгорания топлива -  патент 2515451 (10.05.2014)
сорбент для диализа -  патент 2514956 (10.05.2014)
пеллеты и брикеты из спрессованной биомассы -  патент 2510660 (10.04.2014)
сорбирующие композиции и способы удаления ртути из потоков отходящих топочных газов -  патент 2509600 (20.03.2014)
способ подготовки образцов для анализа и картридж для него -  патент 2508531 (27.02.2014)
способ получения энтеросорбента -  патент 2497537 (10.11.2013)
композиция каликс[4]аренов для сорбции азо-красителей из водных растворов -  патент 2489205 (10.08.2013)
способ получения композиционного сорбента на основе сульфида свинца -  патент 2488439 (27.07.2013)

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 C02F1/28 сорбцией



Наверх