способ регенерации углеродного сорбента, загрязненного органическими веществами

Формула изобретения

1. СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ УГЛЕРОДНОГО СОРБЕНТА, ЗАГРЯЗНЕННОГО ОРГАНИЧЕСКИМИ ВЕЩЕСТВАМИ, включающий электрохимическую обработку, отличающийся тем, что обработку осуществляют анодной поляризацией при потенциале (+0,9)-(+1,3) В относительно хлорсеребряного электрода сравнения или катодной поляризацией при потенциале (-0,9)-(-1,2) В относительно хлорсеребряного электрода сравнения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработке подвергают углеродный сорбент, загрязненный красителями, используемыми на текстильных и красильно-отделочных предприятиях.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу регенерации углеродного сорбента и может быть использовано при очистке сточных вод на текстильных и красильно-отделочных предприятиях, цехах крашения тканей и т. д. а также на стадии доочистки общих стоков этих предприятий.

Известен способ регенерации активированного угля (АУ) путем электрохимического превращения адсорбента. Этот способ пригоден для регенерации углей после адсорбции на них гидроксиароматических соединений, в которых как минимум одна ОН-группа присоединена к ароматическому кольцу. В систему, содержащую активированный уголь, загрязненный органическим соединением, вводят раствор электролита и на уголь подают положительный потенциал (Е=+0,8-+2 В) по сравнению с насыщенным каломельным электродом, величина которого должна быть достаточной для превращения сорбата в соединение, которое обладает либо высокой способностью адсорбироваться на угле, либо низким сродством к раствору электролита. Однако этот потенциал должен быть меньше, чем требуется для полного окисления адсорбата. Затем приложенный потенциал снимают и через слой АУ снова прокачивают раствор, содержащий загрязняющее органическое соединение. Процедуру повторяют до тех пор, пока уголь не потеряет способность поглощать дополнительное количество вещества из раствора.

Этот способ не лишен недостатков. Он основан на неполном окислении гидроксиароматического соединения, что обеспечивает некоторое увеличение адсорбционной емкости сорбента, в результате чего электрохимическая регенерация не заменяет термическую, а лишь продлевает срок эксплуатации активированного угля (АУ) до термической регенерации. Кроме того, этот способ пригоден для регенерации сорбентов после очистки растворов с низкой (не более 0,5 г/л, но предпочтительнее менее 10^-4 г/л) концентрацией органического вещества.

Для устранения указанных недостатков предлагается способ регенерации АУ после адсорбции на нем красителей, применяемых на текстильных и красильно-отделочных предприятиях, согласно которому технический результат достигается тем, что углеродный сорбент (УС) поляризуют до потенциалов прохождения электрокаталитических реакций, что приводит либо к полному окислению красителей, либо к их частичной деструкции с десорбцией образующихся при этом продуктов.

Изобретение относится к способу регенерации углеродных сорбентов путем поляризации их внешним источником тока. Выбранный режим электрохимической поляризации и потенциал проведения процесса позволяют провести либо полное окисление адсорбционных красителей, либо частичную деструкцию красителей с десорбцией концентрата продуктов деструкции в небольшой объем. В этом способе слой УС контактирует с раствором электролита, содержащим краситель или смесь красителей до установления адсорбционного равновесия (насыщения адсорбента красителя). Затем углеродный сорбент поляризуют внешним источником тока (потенциостат ПИ-50). Для равномерного заряжения пор УС поляризацию проводят в гальванодинамическом режиме. Программа изменения величины тока определяется пористой структурой сорбента.После установления определенного значения катодного или анодного потенциала на УС начинается окислительно-восстановительная деструкция красителей при потенциалах гораздо более низких, чем в случаях проведения процесса на металлических (Pt) электродах. Катодная поляризация сорбента (Е=-0,9- -1,2 В) относительно хлорсеребряного электрода) приводит к частичной электрокаталитической восстановительной деструкции с десорбцией продуктов реакции в раствор, результатом чего является регенерация УС. Глубина деструкции и степень регенерации УС в анодной области определяются величиной потенциала и природой конкретного красителя. В области потенциалов Е=+0,6- +0,9 В относительно хлорсеребрянного электрода происходит неполное окисление красителя с десорбцией продуктов реакции в раствор. При потенциалах Е> +0,9 В осуществляется полное окисление красителей, о чем свидетельствует отсутствие органических веществ в растворе и полное восстановление адсорбционной емкости сорбента. Оптимальная для работы анодная область потенциалов Е=+0,9- +1,3 В. Использование потенциалов аноднее +1,3 В и катоднее -1,2 В нерационально, т. е. приводит к неоправданным энергозатратам при той же степени регенерации. Плотность тока в рекомендуемом способе невелика и составляет (0,02-2,4) 10^-5 А/м².

Выбранный для осуществления процесса регенерации потенциал выдерживают определенное время (0,5-3 ч) в зависимости от природы и содержания красителя на поверхности сорбента. Затем УС возвращают к исходному потенциалу, после чего он готов к повторному проведению адсорбционного процесса.

Отличительными признаками заявляемого способа являются:

возможность многократного использования сорбента без термической регенерации;

каталитическая деструкция адсорбата при поляризации углеродных сорбентов как в анодной, так и в катодной области потенциалов;

выбранный режим поляризации позволяет осуществлять электрокаталитическую деструкцию адсорбата на всей внутренней поверхности углеродного сорбента;

регенерация сорбентов с высокой (до 100%) степенью заполнения поверхности органическим сорбатом;

способ наиболее пригоден для углеродных сорбентов с удельной поверхностью 200-500 м²/г;

регенерация углеродных сорбентов после адсорбции ими иного класса органических соединений, а именно красителей, применяемых на текстильных и красильно-отделочных предприятиях. Отличительные признаки в совокупности с известными обеспечивают решению новое техническое свойство, заключающееся в каталитическом окислении адсорбированных красителей на поверхности поляризованного углеродного сорбента с десорбцией продуктов деструкции в раствор и, соответственно, в восстановлении адсорбционной способности сорбента, что позволяет исключить его термическую регенерацию.

Заявляемый способ может быть использован для регенерации углеродных сорбентов после очистки окрашенных сточных вод текстильных и красильно-отделочных производств, предприятий производства красителей и т. п. Он дает возможность многократно использовать углеродные сорбенты без их термической регенерации, обеспечивая восстановление их адсорбционной способности при низких плотностях тока и отсутствии вторичных загрязнений. Это позволяет сделать вывод о промышленной применимости заявляемого способа.

Способ осуществляют следующим образом. В электросорбционную колонку, выполненную из инертного материала с разделенным катодным и анодным пространством и графитовыми токоподводами, помещают 5 г углеродного сорбента с удельной поверхностью 250 м²/г фракции 0,16-0,25 мм и через колонку в замкнутом цикле прокачивают 500 мл 0,1 н раствора Na₂SO₄, содержащего краситель (прямой алый, активный ярко-красный СХ-5, кислотный ярко-синий) или их смесь, с исходной концентрацией С_о. Прокачивание осуществляют до установления адсорбционного равновесия, раствор при этом обесцвечивается. Затем насыщенный красителем адсорбент заряжают, в зависимости от выбранного режима, анодным или катодным током со ступенчатым увеличением силы тока от 5 до 30 мА до потенциала электрокаталитической деструкции красителя. После этого прекращают прокачивание раствора, переходят на потенциостатический режим и выдерживают систему при этом потенциале время, необходимое для прохождения процесса (0,5-3 ч). После этого возобновляют прокачивание и отбирают по 15 мл поступающего элемента для анализа, причем объем промывного раствора не превышает 60 мл. Затем в случае анодной регенерации сорбент возвращают катодным током и исходному потенциалу. После катодной регенерации возвращение к исходному потенциалу происходит самопроизвольно. При завершении вышеописанного цикла УС готов к повторному проведению адсорбционного процесса. Степень регенерации сорбентов определяют из изотерм адсорбции, полученных на исходном и регенерированном образцах.

В табл. 1 приведены данные зависимости степени регенерации углеродных сорбентов от условий их поляризации для красителя активного ярко-красного.

При сравнении данных табл. 1 видно, что полное восстановление адсорбционной емкости после адсорбции красителя достигается при анодной поляризации углеродного сорбента до потенциалов > 0,9 В относительно хлорсеребряного электрода сравнения. Увеличение потенциала поляризации сорбента до +1,3 В сокращает время проведения регенерации. Использование же более высоких потенциалов поляризации, превышающих + 1,3 В нерентабельно, т. е. при этом на поверхности углеродного сорбента начинается электролиз воды, сопровождающийся неоправданным увеличением энергозатрат. Таким образом, оптимальные значения потенциалов проведения процесса регенерации для данного красителя находится в области Е= +0,9-+1,3 В.

В табл. 2 показана зависимость степени регенерации углеродного сорбента от природы красителя и степени заполнения поверхности. Экспериментальные данные показывают, что величина потенциала регенерации сорбента определяется природой красителя. Так, в случае красителя кислотного ярко-синего эффективная регенерация сорбента осуществляется при потенциале поляризации +1,0 В. Для красителя прямого алого процесс регенерации рационально осуществлять при потенциале +0,9 В.

В промышленных условиях при регенерации УС после адсорбции на их поверхности красителей часто приходится иметь дело с наличием в растворе смеси красителей. В этом случае восстановление адсорбционной емкости сорбентов следует проводить при потенциале деструкции наиболее трудно окисляемого красителя. Как видно из табл. 2, после извлечения углеродными сорбентами из раствора смеси красителей активного ярко-красного СХ-5, кислотного ярко-синего и прямого алого регенерацию сорбентов необходимо проводить при потенциале Е= +1,3 В, где происходит каталитическая деструкция активного ярко-красного. Увеличение содержания красителя на поверхности сорбента требует более длительной поляризации с тем, чтобы пропустить необходимое для деструкции красителя количество электричества. Так, в случае полного заполнения поверхности прямым алым для достижения степени регенерации 99,8% необходимо время регенерации увеличить до 3 ч.

Возможность многократного использования углеродного сорбента в циклах адсорбция электрохимическая регенерация показана в табл. 3. Углеродный сорбент насыщали красителем активным ярко-красным с исходной концентрацией 1,24 г/л в условиях, описанных выше. Регенерацию каждого цикла осуществляли при потенциале +1,3 В в течение 1 ч. Как свидетельствуют экспериментальные данные, после проведения десяти циклов адсорбция регенерация адсорбционная емкость углеродного сорбента по красителю активному ярко-красному СХ-5 восстанавливалась на 97,2%

Таким образом, приведенные экспериментальные данные регенерации углеродных сорбентов подтверждают наличие преимуществ у заявляемого способа по сравнению с существующими:

способ позволяет осуществлять полную регенерацию углеродных сорбентов и отказаться от их термической регенерации; это приводит к значительному увеличению срока эксплуатации УС (в 15 и более раз);

способ исключает потери сорбента, обеспечивая при этом полную его регенерацию;

выбранный режим поляризации позволяет осуществлять электрокаталитическую деструкцию сорбата на всей внутренней поверхности углеродного сорбента;

способ позволяет регенерировать сорбент после адсорбции на нем органических веществ из высококонцентрированных растворов;

процесс регенерации по заявленному способу поддается автоматизации, может быть проведен в том же реакторе, что и процесс адсорбции.