Способ электрохимически управляемой сорбции растворимых органических веществ и ионов тяжелых металлов из водных растворов и устройство для его реализации

 

Группа изобретений относится к обработке водных растворов электрохимическим путем и получению сорбентов, а именно к способу электрохимически управляемой сорбции органических веществ и ионов тяжелых металлов из водных растворов и устройству для его реализации. Способ включает пропускание водных растворов, содержащих органические вещества и ионы тяжелых металлов, через пористый углеродный сорбент, при этом пористый углеродный сорбент-фильтр с удельной поверхностью 100-1200 кв.м/г помещают в электролизер-массообменник, разделенный неэлектропроводной диафрагмой на анодную и катодную камеры, через которые пропускают электролит со скоростью 100-300 мм/мин, состоящий из 0,1-10%-ного водного раствора минеральной соли для анодной камеры - анолит, и тот же раствор с добавкой 10^-6 - 10^-8%-ного раствора солей тяжелых металлов для катодной камеры - католит, при помощи источника постоянного тока проводят электрохимическую обработку углеродных материалов в диапазоне плотностей 1-10 А/ч в течение 30-90 мин, промывают поляризованные углеродные материалы водой, не содержащей примесей органических и неорганических веществ, в течение 5-10 мин, при помощи вольтметра и электрода сравнения измеряют величины потенциалов Ест поляризованных углеродных материалов, диапазон Ест= 0,2-0,4 В Аg/АgСl для анодно модифированного образца и Ест= (-0,1) - (-0,5) В Аg/АgСl для катодно модифицированного образца свидетельствуют о готовности к применению указанных материалов. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способам обработки водных растворов электрохимическим путем и получению сорбентов.

Известен способ извлечения токсических соединений из биологической среды при помощи сорбционных процессов [1]. Сорбционная детоксикация осуществляется путем контакта биологической жидкости с твердым гранулированным сорбентом, в качестве которого используются активированные угли. Однако данный способ не обеспечивает высокой сорбции вещества и регенерации сорбента.

Известен способ сорбции токсических веществ из биологических жидкостей [2] . При использовании данного способа токсические соединения извлекают из жидкости во время проведения гемосорбции. Однако данный способ не обеспечивает высокой сорбции вещества и детоксикации.

Известен способ получения сорбента для проведения селективной сорбции стронция и использования для концентрирования его из морской воды, сточных и природных высокоминерализованных вод [3]. Однако этот способ не позволяет извлекать из воды тяжелые металлы.

В изобретении показано, что при помощи изменения потенциала сорбента можно управлять процессом сорбции токсических веществ из водных и биологических сред, а также регенерировать сорбенты.

Известно устройство - электролизер для обработки гранул активированного угля, предназначенное для получения поляризованных гранул активированного угля [4]. Недостатком данного устройства является невозможность одновременно получать катодно и анодно поляризованные угли и использовать их для одновременной очистки воды от органических веществ и солей тяжелых металлов.

В предлагаемом изобретении поляризация осуществляется при помощи внешнего источника, а величины потенциалов фиксируют при помощи встроенного электрода сравнения.

Задача изобретения - одновременная очистка водных растворов от растворимых органических веществ и ионов тяжелых металлов.

Технический результат - увеличение ресурса углеродного сорбента за счет его регенерации в процессе работы, достигается благодаря устройству, схема которого изображена на чертеже, и способу, состоящему в следующем. Пористый углеродный материал (сорбент-фильтр) 2, 3 с удельной поверхностью 100- 1200 кв. м. помещается в электролизер-массообменник 1 с разделенными диафрагмой 5 катодной и анодной камерами 2 и 3. Углеродный материал снабжен токоподводами 4, выполненными из титана. Через катодную и анодную камеры пропускается водный раствор со скоростью 200 мл/мин. В качестве водного раствора может быть использован электролит - 2%-ный раствор NаСl (для анодной обработки) и тот же раствор с добавкой 10^-6 - 10^-8 %- ного раствора соли серебра или меди (для катодной обработки). Электрохимическая обработка углеродных материалов проводится в диапазоне плотностей тока 1-10 А/г в течение 30-90 мин. Промывают поляризованные углеродные материалы водой, не содержащей примесей органических и неорганических веществ, в течение 5-10 мин. При помощи вольтметра 9 с высоким входным сопротивлением и электрода сравнения 10 измеряются величины потенциалов катодно и анодно поляризованных углеродных фильтров.

Если Ест = 0,2 - 0,4 В (Аg/АgСl) для анодно модифицированного образца и Ест = -0,1-(-0,5) В (Аg/АgCl) для катодно модифицированного образца, то материалы готовы к использованию.

В случае, если Екат сместилась в положительную область до значений положительнее -0,1 В (Аg/АgCl), а Еан стала положительнее +0,5 В (Аg/АgCl), производится регенерация поляризованных углеродных фильтров. Для этого через массообменник пропускается чистая вода, и при помощи источника постоянного тока 8 на катодно поляризованный фильтр подается положительный потенциал, а на анодно поляризованный фильтр - отрицательный потенциал в течение 30 мин. Затем меняют полярность и выдерживают этот режим в течение еще 30 мин.

Если Екат сместилась в положительную область до значений положительнее -0,1 В (Аg/АgCl), а Еан стала положительнее +0,5 В (Аg/АgCl), производится регенерация поляризованных углеродных фильтров. После этого массообменник готов к работе. Предварительно обработанные фильтры - сорбенты повышают бактерицидные свойства очищаемого водного раствора.

Загрязненный растворимыми органическими веществами и ионами тяжелых металлов водный раствор подают в электролизер - массообменник через штуцер 6. Раствор проходит через пористые анодно и катодно поляризованные углеродные фильтры 2 и 3, которые адсорбируют органические вещества и ионы тяжелых металлов, находящиеся в водном растворе. Через выход 7 очищенный раствор уходит. При помощи вольтметра 9 и электрода сравнения 10 измеряются величины потенциалов катодно и анодно поляризованных фильтров.

Данный способ электрохимически управляемой сорбции растворимых органических веществ и ионов тяжелых металлов из водных растворов и устройство для его реализации могут быть применены и использованы в промышленности для очистки технологических растворов различных производств и доочистки питьевой воды путем подключения к соответствующим коммуникациям.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ 1. Гольдин М.М., Лужников Е.А. К вопросу о влиянии потенциала сорбента на сорбцию токсических соединений. Труды АН СССР. Электрохимия. Том ХV, N 9. - М., 1979.

2. Авт. свид. СССР N 784880, кл. А 61 М 1/03.

3. Абакаров А.Н., Свешникова Д.А., Дрибинский А.В., Гафуров М.М. Адсорбционные свойства поляризованных углей. Адсорбция ионов Sr²⁺ и Са²⁺ на предварительно поляризованных углях. - Журнал Физической Химии, 1993, том 67, N 7, с. 1444-1447.

4. Авт. свид. СССР N 1468858, кл. С 01 В 31/08, С 25 В 1/00, 9/00; А 61 М 1/36.

Формула изобретения

1. Способ электрохимически управляемой сорбции органических веществ и ионов тяжелых металлов из водных растворов, включающий пропускание водных растворов, содержащих органические вещества и ионы тяжелых металлов, через пористый углеродный сорбент, отличающийся тем, что пористый углеродный сорбент-фильтр с удельной поверхностью 100 - 1200 м²/г помещают в электролизер-массообменник, разделенный неэлектропроводной диафрагмой на анодную и катодную камеры, через которые пропускают электролит со скоростью 100 - 300 мм/мин, состоящий из 0,1 - 10%-ного водного раствора минеральной соли для анодной камеры - анолит и тот же раствор с добавкой 10^-6 - 10^-8%-ного раствора солей тяжелых металлов для катодной камеры - католит, при помощи источника постоянного тока проводят электрохимическую обработку углеродных материалов в диапазоне плотностей 1 - 10 А/ч в течение 30 - 90 мин, промывают поляризованные углеродные материалы водой, не содержащей примесей органических и неорганических веществ, в течение 5 - 10 мин, при помощи вольтметра и электрода сравнения измеряют величины потенциалов Е_ст поляризованных углеродных материалов, диапазон Е_ст = 0,2 - 0,4 В Ag/AgCl для анодно-модифицированного образца и Е_ст = (-0,1) - (-0,5) В Ag/AgCl для катодно-модифицированного образца свидетельствуют о готовности к применению указанных материалов.

2. Устройство для электрохимически управляемой сорбции из водных растворов, содержащее корпус электролизера, разделенный диафрагмой на анодную и катодную камеры, отличающееся тем, что пористый углеродный материал засыпают в анодную и катодную камеры для анодной и катодной поляризации, электролизер служит массообменником для удаления из воды органических веществ и ионов тяжелых металлов, способных адсорбироваться на аноде и катоде; встроенным электродом сравнения фиксируют величины потенциалов Е_ст.

РИСУНКИ

Рисунок 1