способ извлечения ионов свинца из водного раствора

Формула изобретения

Способ извлечения ионов свинца (II) из водного раствора, включающий контакт водного раствора с сорбентом, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют кожицу фасоли, предварительно выдержанную в течение суток в 0,1 н растворе щелочи, а сорбцию осуществляют при рН 4-5.

Описание изобретения к патенту

Способ извлечения свинца (II) из водного раствора относится к области извлечения веществ ионообменными материалами и может быть использован в цветной и черной металлургии, при очистке промышленных и бытовых стоков, а также в сельском хозяйстве и медицине.

Известно применение катионитов и анионитов в гидрометаллургии для очистки растворов соответственно от катионов и анионов свинца [Р.Рипан, И.Четяну. Неорганическая химия. М.: Мир, 1972. ч.1, с.430-431].

Недостатком способа является то, что не указаны конкретные условия сорбции, а также возможности использования других анионитов для сорбции ионов свинца.

Наиболее близким техническим решением является способ извлечения ионов свинца (II) из водного раствора [Патент RU 2075444 С1, 20.03.1997 (D2)] сорбирующим материалом природного происхождения, включающий контакт водного раствора с сорбентом.

Недостатком способа является то, что неизвестны оптимальные условия сорбции ионов Рb (II) семенами фасоли и их составными частями.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является нахождение оптимальных условий для быстрого и эффективного способа извлечения Рb (II) из промышленных и бытовых стоков с использованием продуктов сельскохозяйственного производства.

Техническим результатом, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, является улучшение кинетических характеристик процесса извлечения Рb (II) из водного раствора при одновременной высокой степени его извлечения, снижение расхода реагентов, экономичность процесса за счет использования отходов сельскохозяйственного производства.

Данный технический результат достигается тем, что в известном способе извлечения иона свинца (II) из водного раствора фасолью, включающем контакт водного раствора с сорбентом, в качестве сорбента используют кожицу фасоли, предварительно выдержанную в течение суток в 0,1 н. растворе щелочи, а сорбцию осуществляют при рН 4-5.

Сущность способа поясняется табл.1-2 и чертежами на фиг.1-3, где даны результаты сорбции свинца (II) из водного раствора нитрата свинца.

Примеры конкретного выполнения способа.

Для исследования использовали семена фасоли урожая 2008 г. Предварительно сорбент в течение суток выдерживали в 0,1 н. растворах HNO₃ или NaOH, либо в дистиллированной воде.

Сорбцию свинца (II) осуществляли из 100 см³ исходного раствора Рb(NО₃)₂ , концентрацию иона металла определяли объемным методом. Массы сорбентов, в г, составили: фасоль 15, кожица 1, семядоли 14.

Сорбцию проводили в статических условиях при непрерывном перемешивании, в процессе сорбции поддерживали заданное значение рН растворов непрерывной нейтрализацией раствора щелочью NaOH или кислотой НМО₃. Коррекцию величины рН до заданного значения осуществляли в пределах двух часов и через сутки от начала сорбции.

Показатели сорбции даны в виде остаточной концентрации иона свинца в данный момент времени от начала сорбции С, мг/дм³, рН - постоянной величины рН в процессе сорбции, СОЕ, мг/г, - сорбционной обменной емкости сорбента, в мг сорбата на 1 г сорбента, при достижении системой равновесия.

Пример 1 (табл.1)

В табл. 1 даны результаты сорбции Рb (II) при рН 5 фасолью и ее составными частями. Сорбция осуществлялась из раствора Рb(NО ₃)₂ при комнатной температуре и исходной концентрации ионов свинца (II) 5,282-5,751 г/дм³.

Таблица 1
Результаты сорбции Рb (II) при рН 5 фасолью и ее составными частями, щелочная обработка сорбента
Время сорбции, ч	Концентрация Pb (II), г/дм3	СОЕ, мг/г
исходная	остаточная
Кожица, масса 1 г
1	5,453	3,513	190,0
24	5,453	3,513	190,0
Семядоли, масса 14 г
1	5,282	4,260	7,3
24	5,282	1,874	24,3
Фасоль, масса 15 г
1	5,751	2,556	21,3
24	5,751	0,852	32,7

Равновесие наступает за время 1 час.

Лучшие результаты сорбции получены при использовании в качестве сорбента кожицы фасоли (сорбция на порядок больше, чем при использовании семядолей и фасоли).

Пример 2 (фиг.1)

На фиг.1 даны результаты сорбции кожицы фасоли (масса 1 г, время сорбции 1 час) в зависимости от величины рН и предварительной обработки сорбента (1 - щелочная, 2 - кислая, 3 - водная). Сорбция осуществлялась из раствора Рb(NО ₃)₂ (температура комнатная), исходная концентрация ионов свинца (II) 0,954-1,140 г/дм³.

Лучшие результаты сорбции получены при щелочной обработке сорбента и рН-4-5.

Через сутки сорбции при рН 5 получено:

Обработка сорбента:	кислая	щелочная	водная
СОЕ, мг/г	78,6	102,5	78,6

Пример 3 (табл.2, фиг.2, 3)

Сорбция осуществлялась из раствора Рb(NО ₃)₂ кожицей фасоли (масса 1 г, время сорбции 1 час), температура комнатная.

В табл.2 даны результаты сорбции ионов свинца (II) в зависимости от рН раствора, предварительной обработки сорбента, исходной концентрации иона Pb(II) в растворе и времени сорбции.

На фиг.2 дана зависимость остаточной концентрации кожицы С, г/дм³, от исходной концентрации, г/дм³, и времени сорбции, ч, при рН 5 и щелочной обработке сорбента. Цифрами указаны исходные концентрации иона свинца (II).

Из данных табл.2 и фиг.2 следует, что результаты сорбции зависят от исходной концентрации раствора, равновесие наступает за время сорбции 1 ч, лучшие результаты получены при щелочной обработке сорбента.

На фиг.3 дана изотерма сорбции: зависимость СОЕ сорбента, мг/г, от равновесной концентрации раствора С_равн, г/дм³, в графической и аналитической форме, время сорции 1 ч.

Таблица 2
Результаты сорбции ионов свинца (II) в зависимости от рН раствора, предварительной обработки сорбента, исходной концентрации иона Pb(II) в растворе и времени сорбции
рН сорбции	Время орбции, ч	Концентрация Pb (II), г/дм3	СОЕ, мг/г
исходная	остаточная
1	2	3	4	5
Щелочная обработка сорбента
1	1	0,954	0,801	15,3
2	1	1,140	0,661	57,9
3	1	1,127	0,311	81,6
4	1	1,127	0,136	99,1
5	1	1,127	0,102	102,5
3	1	3,067	1,508	155,9
3	24	3,067	1,278	178,9
4	0,5	5,453	3,749	170,4
4	1,2	5,453	3,749	170,4
4	1,5	5,453	3,749	170,4
4	24	5,453	3,749	170,4
5	1	2,144	0,869	127,5
5	24	2,144	0,613	153,1
5	1	3,032	1,508	152,4
5	24	3,032	1,278	175,4
5	1	4,563	2,641	192,2
5	24	4,563	2,641	192,2
5	0,5	5,453	3,708	174,5
5	1	5,453	3,513	194,0
5	1,5	5,453	3,513	194,0
5	24	5,453	3,708	194,0
5	0,5	7,864	6,390	147,4
5	1	7,864	6,133	173,1
5	1,5	7,864	6,133	173,1
5	24	7,864	6,133	173,1
5	0,5	8,837	7,324	151,3
5	1	8,837	7,157	168,0
5	1,5	8,837	7,157	168,0
5	24	8,837	7,157	168,0
5	0,5	10,224	8,742	148,2
5	1	10,224	8,435	178,9
5	1,5	10,224	8,435	178,9
5	24	10,224	8,435	178,9

Таблица 2, продолжение
1	2	3	4	5
Кислая обработка сорбента
1	1	0,954	0,852	10,2
2	1	1,140	0,777	46,3
3	1	1,727	0,583	54,4
4	1	1,127	0,409	71,8
5	1	1,127	0,341	78,6
Водная обработка сорбента
1	1	0,954	0,835	11,9
2	1	1,140	0,777	46,3
3	1	1,127	0,583	54,4
4	1	1,127	0,477	65,0
5	1	1,127	0,341	78,6
5	1	5,282	4,260	102,2
5	24	5,282	4,260	102,2

Из данных фиг.3 следует, что полная обменная емкость сорбента находится в пределах ПОЕ = 168-194 мг/г.

Пример 4.

Сорбция осуществлялась из нагретого до 70°С раствора Рb(NО₃ )₂ кожицей фасоли (масса 1 г, время сорбции 1 час), исходная концентрация 5,751 г/дм³. Предварительная обработка сорбента - щелочная. Остаточная концентрация в горячем растворе составила 3,408 г/дм³, СОЕ = 234,3 мг/г. После охлаждения остаточная концентрация составила 3,152 г/дм ³, СОЕ = 259,9 мг/г. Через сутки концентрация охлажденного раствора и СОЕ сорбента не изменились.

Для сравнения результаты сорбции в тех же условиях при комнатной температуре (пример 1, табл.1) составили: время сорбции 1 ч, исходная концентрация С = 5,453 г/дм³, остаточная концентрация 3,513 г/дм ³, СОЕ = 190,0 мг/г, таким образом, в условиях эксперимента СОЕ сорбента в результате нагрева возросло в 1,2-1,4 раза. Нагрев увеличивает эффективность сорбции.

По сравнению с прототипом показаны возможности быстрого и эффективного извлечения Рb (II) из промышленных и бытовых стоков с использованием продуктов сельскохозяйственного производства.