сорбент для очистки водных сред от мышьяка и способ его получения

Формула изобретения

1. Сорбент для очистки водных сред от мышьяка, включающий нанофазный оксигидроксид железа (ОГЖ), отличающийся тем, что он содержит оксигидроксид железа (ОГЖ), выделенный из отходов станций обезжелезивания подземных вод, водорастворимый полимер и глицерин при следующем соотношении компонентов, %

ОГЖ (дисперсный)	45,9-53,3
Полимер	2,2-6,8
Глицерин	остальное

2. Сорбент по п.1, отличающийся тем, что в качестве водорастворимого полимера он содержит поливиниловый спирт, или полиакриламид, или метилцеллюлозу, или полиэтиленгликоль.

3. Способ получения сорбента для очистки водных сред от мышьяка, отличающийся тем, что отходы станций обезжелезивания с содержанием оксигидроксида железа 10-12% смешивают с водным раствором полимера и глицерином, обрабатывают ультразвуком, выдерживают 24 часа, образующийся осадок высушивают при 50-60°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сорбентам и способам очистки воды от мышьяка и может быть использовано для очистки как промстоков, так и воды для бытовых нужд. Вода во многих странах загрязнена мышьяком и без очистки не пригодна для использования в бытовых целях. При отравлении мышьяком поражается сосудистая система, центральная и периферическая нервная система, кожа. Известно, что неорганические соединения мышьяка более опасны, чем органические, и трехвалентный As(III) более опасен, чем As(V). Главным источником As в воде являются промстоки.

Известны различные способы очистки воды от As.

Известен способ осаждения As нанокристаллами акагенита, который получают путем осаждения гидроксида железа(III) карбонатом аммония (пат.2323988, опубл. 2009 г.), и полученный осадок сушат сублимационным способом при комнатной температуре. К недостаткам метода следует отнести многостадийность получения и применения. Вначале получают акагенит в дисперсном состоянии, сушат и полученный осадок используют для осаждения ионов мышьяка.

Предложен способ очистки сточных вод от As путем сорбции на композиционном сорбенте, содержащем в своем составе гидроксид железа и перхлорвиниловую смолу (пат.2136607, 1999 г.). К недостаткам данного способа следует отнести многостадийный способ получения адсорбента. Вначале перхлорвиниловую смолу растворяют в диметилформамиде, к полученному раствору добавляют порошок гидроксида железа, полученную органоминеральную суспензию распыляют в воде, дисперсный осадок выделяют и используют для адсорбции ионов As из водных сред. При получении композиционного дисперсного адсорбента промстоки загрязняются диметилформамидом.

Наиболее близким к предлагаемому является сорбент для очистки воды от ионов тяжелых металлов, в том числе от ионов мышьяка разной валентности, и способ его получения (пат.2328341, опубл. 10.07.2008 г.). Сорбент состоит из измельченного цеолита, нанофазного гидроксида железа и нанофазного бемита. К недостаткам способа получения сорбента следует отнести его многостадийность и сложность получения адсорбента, что приводит к его дороговизне. Вначале получают нанофазный бемит гидролизом нанопорошка алюминия. Затем получают нанофазный гидроксид железа гидролизом раствора хлорида железа раствором гидроксида аммония. Далее измельченный цеолит смешивают с Н₂О, нанофазным порошком бемита и гидроксида железа, перетирают и далее полученную смесь сушат 2 часа при 50-75°С, а затем 6 часов при 190°С. Во всех известных способах гидроксид железа получают гидролизом солей железа, что является многоступенчатым способом. Вначале получают соли железа, а затем из солей Fе(ОН)₃.

Задачей предлагаемого изобретения является получение сорбента для извлечения мышьяка из водных сред и разработка способа его получения.

Технический результат заключается в упрощении способа получения сорбента и увеличении степени очистки технологических растворов и сточных вод от мышьяка.

Сорбент для очистки водных сред от мышьяка содержит оксигидроксид железа (ОГЖ), выделенный из отходов станций обезжелезивания подземных вод, водорастворимый полимер и глицерин при следующем соотношении компонентов, %

ОГЖ (дисперсный)	45,9-53,3
Полимер	2,2-6,8
Глицерин	остальное

В качестве водорастворимого полимера он содержит поливиниловый спирт, или полиакриламид, или метилцеллюлозу, или полиэтиленгликоль.

В качестве исходного сырья для получения сорбента использовали отходы, выделенные на станциях обезжелезивания подземных вод, которые представляют собой гелеобразную массу (пасту), содержащую в своем составе оксигидроксид железа (ОГЖ) в количестве 10-12% сухого ОГЖ с размером частиц 30-50 нм, которую модифицируют водорастворимыми полимерами, содержащими пластификатор. В качестве водорастворимого полимера рекомендуется использовать поливиниловый спирт (ПВС), полиакриламид (ПАА), метилцеллюлозу (МЦ), полиэтиленгликоль (ПЭГ), а в качестве пластификатора - глицерин.

Примеры конкретного выполнения

Пример 1

1,6 г ПВС (6,1%) растворяют в 100 мл воды, добавляют 12,6 г (48%) глицерина и при перемешивании добавляют 100 г гелеобразной массы (пасты) ОГЖ, содержащей 12 г дисперсного ОГЖ (45,9%). Все тщательно перемешивают, обрабатывают ультразвуком и оставляют полученную массу на 24 часа при комнатной температуре. При этом происходит расслаивание, верхний прозрачный водный слой сливают, а осадок распределяют слоем 8-10 см и выдерживают в течение 24 часов при комнатной температуре. При добавлении к сухому осадку воды происходит растрескивание с образованием гранул размером 0,2-0,5 см. Их промывают водой, высушивают при 50-60°С и исследуют в качестве сорбента для извлечения мышьяка из водной среды в статических и динамических условиях. Результаты испытаний представлены в таблице.

Анализ на мышьяк выполнялся в соответствии с ФЗ 1.31.2005, 01.553 (по Госстандарту методик, допущенных к применению). Исходная концентрация мышьяка в модельном растворе составляла 0,5 мг/л.

Пример 2

Гранулы получали по способу, описанному в примере 1, с той лишь разницей, что в качестве водорастворимого полимера использовали полиакриламид. Соотношение всех компонентов - как указано в примере 1. Результаты испытаний представлены в таблице.

Пример 3

Сорбент получали по способу, описанному в примере 1, с той лишь разницей, что в качестве водорастворимого полимера использовали полиэтиленгликоль (ПЭГ-15). Соотношения компонентов и результаты испытаний представлены в таблице.

Пример 4

0,5 г метилцеллюлозы растворяют в 100 мл воды, добавляют 10 г глицерина, перемешивают и постепенно при перемешивании добавляют 100 мл пасты ОГЖ (содержащей 12 г сухого ОГЖ). Все тщательно перемешивают, обрабатывают ультразвуком и оставляют на 24 часа при комнатной температуре. При этом происходит расслаивание. Верхний светлый прозрачный слой сливают, осадок слоем 5-10 см высушивают, обрабатывают водой и образовавшиеся при растрескивании гранулы тщательно промывают водой, высушивают при температуре 50-60°С и исследуют на адсорбцию мышьяка. Результаты испытаний представлены в таблице.

Таким образом, предлагаемое изобретение превосходит по степени извлечения ионов мышьяка прототип и позволяет увеличить степень очистки технологических растворов и сточных вод от мышьяка.

Содержание мышьяка в стоках при этом снижается до современных уровней ПДК (0,05 мг/дм³). Предлагаемый метод может найти применение при извлечении мышьяка из сточных вод промышленных предприятий.

Пример	Полимер	ОГЖ		Полимер		Глицерин		Степень извлечения мышьяка, %, в условиях
		г	%	г	%	г	%	динамических	статических
1	ПВС	12	45,9	1,6	6,1	12,6	48,0	96,1	99,5
2	ПАА	12	45,9	1,6	6,1	12,6	48,0	95,9	99,0
3	ПЭГ	12	45,9	1,6	6,1	12,6	48,0	96,2	-
4	Метилцеллюлоза	12	53,3	0,5	2,2	10	44,5	96,4	96,7
5	ПВС	12	50,8	1,6	6,8	10	42,4	96,5	97,8

Исходная концентрация AS 0,5 мг/л.