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


 


Владельцы патента RU 2524111:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение профессионального образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВПО ИрГУПС) (RU)

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-]2NH (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 Zn2+, 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.

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.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к охране окружающей среды, а именно очистке поверхности водоемов от загрязнений нефтепродуктами, разлившихся на море или в озерах. Доставляют поглощающий агент, в частности торфяной мох, к разливу нефти на море или озере самолетом, вертолетом или кораблем.

Изобретение используется для защиты подводных конструкций и оборудования от их биологического обрастания. На выходе из отводного канала формируют и излучают энергетические, информационные, высокоградиентные и биорезонансные сигналы, которые воздействуют на рыб и изменяют их поведенческие характеристики.
Изобретение относится к технологии сорбционного извлечения радионуклидов цезия из водных растворов. Способ извлечения радионуклидов цезия включает фильтрацию водного раствора через селективный сорбент, представляющий собой ферроцианид железа-калия на носителе, десорбцию цезия из сорбента щелочным раствором, содержащим Трилон Б и оксалат калия.

Изобретение относится к обработке воды, включающей сочетание способов из группы, содержащей коагуляцию, седиментацию, флоккуляцию и балластную флоккуляцию, которую дополнительно улучшают посредством добавления системы упрощенной рециркуляции осадка.

Изобретение относится к энергосберегающим системам оборотного водоснабжения. Система оборотного водоснабжения для мойки автомашин содержит технологическое оборудование, связанное системой трубопроводов с аппаратами очистки сточной воды, и включает в себя накопительную емкость 47, в которую самотеком поступают сточные воды, насос 48 для подачи воды из накопительной емкости 47 в реактор 49, компрессор 52 для перемешивания среды в реакторе 49, насос-дозатор 51 рабочего раствора коагулянта, флотатор 54, накопительную емкость 59 для сбора очищенной воды после флотатора 54, фильтры грубой 61 и тонкой 66 очистки, накопительную емкость 63 для сбора очищенной воды после фильтров грубой очистки, диафрагменный насос 55 и сборник шлама 56.
Изобретение относится к области микробиологии. Предложен штамм бактерий Exiguobacterium mexicanum ВКПМ B-11011, обладающий способностью быстро утилизировать нефть, дизельное топливо, масло моторное, газовый конденсат.

Изобретение относится к области обработки неочищенной воды, содержащей загрязнения. Способ включает по меньшей мере одну стадию приведения воды во взаимодействие по меньшей мере с одним порошкообразным адсорбентом в зоне (2) предварительного взаимодействия с перемешиванием; стадию флокуляции с утяжеленными хлопьями; стадию осаждения; стадию извлечения смеси осадка, балласта и порошкообразного адсорбента из нижней части зоны (5) осаждения; стадию введения смеси в гидроциклон (11), а также стадию передачи верхнего продукта гидроциклона (11), содержащего смесь осадка и порошкообразного абсорбента, в переходную зону (14).

Изобретение относится к области получения сорбционных материалов для очистки сточных и природных вод. Сорбент получают путем термообработки сапропеля с содержанием минеральной составляющей 54-85%.

Изобретение относится к области аналитической химии объектов окружающей среды и направлено на разработку средств аналитического контроля параметров экосистем и полиэлементного фонового мониторинга природных вод и водных экосистем.

Изобретение может быть использовано для очистки природных поверхностных и подземных вод при получении питьевой воды. Для осуществления способа проводят осветление пропусканием воды через слой пенопластовых кубиков или вспененный полистирол, фильтруют через кварцевый песок с крупностью зерен 0,3-1,5 мм и гравий от 2 до 32 мм.

Изобретение относится к области получения сорбционных материалов для очистки сточных и природных вод. Сорбент получают путем термообработки сапропеля с содержанием минеральной составляющей 54-85%.
Изобретение относится к получению сорбентов, которые могут быть использованы в процессах очистки вод, содержащих фтор и другие загрязнители. Сорбенты получают взаимодействием сернокислого железа и гидроксида кальция в водной среде, содержащей фибриллированные целлюлозные волокна.
Изобретение относится к получению сорбентов. Сорбент содержит сульфат кальция на носителе из фибриллированных целлюлозных волокон, содержащих не менее 95 мас.% волокон с длиной не более 1,20 мм и не менее 55 мас.% волокон с длиной не более 0,60 мм.

Изобретение относится к получению сорбентов. Предложенный способ получения предусматривает нейтрализацию резорцина раствором гидроксида щелочного металла, введение формальдегида и карбоната кальция в реакционную смесь.
Изобретение относится к сорбентам для очистки воды от мышьяка. Сорбент для очистки водных сред от мышьяка содержит нанофазный оксигидроксид, выделенный из отходов станций обезжелезивания подземных вод, водорастворимый полимер и глицерин.
Изобретение относится к сорбентам, применяемым в области охраны окружающей среды для очистки водной поверхности от нефтепродуктов с использованием магнитного поля.

Группа изобретений относится к адсорбентам для удаления серы из крекинг-бензина или дизельного топлива. Адсорбент содержит от 10 до примерно 25 мас.% оксида алюминия, от 10 до 20 мас.% диоксида кремния, от 35 до 65 мас.% оксида металла, выбранного из групп IIB и VB, от 8 до 20 мас.% металлического катализатора, выбранного из группы VIIB и VIII, от 1 до 5 мас.% оксида металла, выбранного из группы IA.

Изобретение относится к синтетическим сорбентам и может быть использовано в ядерной энергетике и химико-металлургической промышленности при очистке жидких радиоактивных отходов и сточных вод от радионуклидов, в частности ионов цезия, а также может использоваться для детоксикации организмов животных и человека при радиохимическом заражении.

Изобретение относится к области ионного обмена. Предложен способ получения адаптивно-селективного ионообменного материала, который включает приготовление темплатсодержащей фазы, мономерной смеси, введение мономерной смеси в приготовленную темплатсодержащую фазу при перемешивании и повышенной температуре.

Изобретение относится к получению сорбентов, используемых для детоксикации организмов животных и человека при радиохимическом заражении цезием. Смешивают мелкодисперсный кремнезем с водным раствором гидрооксида калия и смесь подвергают гидротермальной обработке при температуре не менее 120°C в течение 2-3 часов.

Изобретение относится к способам очистки проточной воды от загрязнителей, содержащихся в воде в низкой концентрации, и может быть использовано для очистки рек и сточных вод от загрязнений антропогенного и природного происхождения, для очистки воды на водозаборах в системах коммунального водоснабжения и в бытовых системах водоочистки.
Наверх