Способ извлечения йода из жидкой или газовой фазы


 


Владельцы патента RU 2534250:

Открытое акционерное общество "Ведущий научно-исследовательский институт химической технологии" (RU)

Изобретение относится к химии и технологии йода и может быть использовано для извлечения йода из природных и техногенных растворов или из газовоздушной смеси. Способ заключается в сорбции йода и последующей десорбции. В качестве сорбента используют активный уголь, полученный из косточек плодов и скорлупы орехов, подвергнутый двухстадийной карбонизации в потоке диоксида углерода. Для десорбции йода применяют 0,5-1 н раствор щелочного реагента. В качестве щелочного реагента используют раствор гидроокиси аммония или смесь сульфита натрия и гидроокиси аммония или натрия. Технический результат заключается в повышении степени очистки растворов и газовых смесей от йода. 2 з.п. ф-лы, 6 табл., 4 пр.

 

Изобретение предназначено для химической промышленности, относится к химии и технологии йода для его извлечения из природных и техногенных растворов или газовоздушной смеси активным углем.

Известен способ извлечения йода из минеральных вод сорбцией активным углем, причем уголь предварительно модифицируют ыфторсодержащим соединением. В качестве фторсодержащего соединения испоьзуют раствор плавиковой кислоты. [Авт. св. №1643451, МПК C01B 7/14].

Недостатком способа является использование раствора плавиковой кислоты.

Известен угольно-адсорбционный способ извлечения йода из рассолов с использованием активного угля КАД, полученного специальной обработкой каменноугольного обогащенного полукокса перегретым паром при T=800-1000°C, включающий сорбцию йода из жидкой фазы, десорбцию растворами щелочи (NaOH), соды (Na2CO3), сульфита натрия (Na2SO3), смеси сульфита натрия с щелочью, и отмывку водой [Ксензенко В.И., Стасиневич Д.С. Химия и технология брома, йода и их соединений. -М.:Химия, 1979]. Этот способ выбран нами за прототип.

Угольно-адсорбционный способ обладает рядом недостатков:

- уголь в цикле сорбция-десорбция используется только 2-4 раза, что связано с низкой механической и химической устойчивостью твердых активных углей типа КАД;

- выделение йода из фазы угля проводят 10-15% раствором щелочи при температуре 90-100°C в течение 2-6 часов;

- отмывку угля ведут горячей водой. Остаточное содержание щелочи в промводе до 0,4%. Длительность процесса 36-48 часов;

- применение соды для десорбции йода сопровождается сильным вспениванием (газовыделением);

- сульфитная десорбция требует проводить процесс в кислотоупорной аппаратуре или добавлять щелочь для нейтрализации.

Известен способ очистки воздушных смесей от паров элементарного йода, который осуществляется сорбентом из торфа, полученным последовательной обработкой торфа растворами щелочей и Al2(SO4)3. [Патент 2085261 РФ, МПК6 B01D 53/02. Способ очистки газа от паров йода / Масленников Б.И.; Мазунова Т.И.; Гурко П.М. // Опубл. 27.07.1997.].

Недостатком предложенного технического решения является ограничение по скорости пропускания газа через сорбент 0,02-0,03 м/с и то, что работоспособность сорбента обеспечивается его постоянной влажностью 75-80%.

Технический результат предложенного изобретения заключается в том, что повышается степень очистки растворов и газовых смесей от йода за счет повышения адсорбционной емкости угля по йоду.

Технический результат достигается тем, что в качестве сорбента используют активный уголь, полученный из косточек плодов и скорлупы орехов, подвергнутый двухстадийной карбонизации в потоке диоксида углерода, а для десорбции йода применяют 0,5-1 н. раствор щелочных реагентов при температуре 20-30°C, время контакта 1-3 часа, расход 4-6 V/V угля. В качестве щелочного реагента используют раствор гидроокиси аммония или смесь сульфита натрия и гидроокиси аммония или натрия.

Активный уголь (ВСК-4) [Патент РФ 2111923, C01B 31/10. Способ получения активного угля из косточек плодов и скорлупы орехов / Голубев В.П.; Мухин В.М.; Тамамьян А.Н. // Опубл. 27.05.1998.], полученный из дробленых косточек плодов и скорлупы орехов, подвергнутый двухстадийной карбонизации в потоке диоксида углерода в интервале температур 40-750°C и 750-900°C.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что процесс извлечения йода (I2) осуществляется активным углем ВСК-4. Предлагаемый сорбент на основе косточек плодов и скорлупы орехов, подвергнутых двухстадийной карбонизации в потоке диоксида углерода, является экологически безвредным. Карбонизация косточкового сырья дает возможность получать плотный монолитный углеродный каркас с короткими неразветвленными каналами и микропорами 0,5-0,7 нм.

Короткие неразветвленные каналы способствуют эффективному удалению йода из фазы угля (ВСК-4) 0,5-1 н щелочными реагентами:

сульфитом натрия, смесями сульфита натрия со щелочными реагентами (аммония или натрия) при температуре 20-30°C за 1-3 часа 4-6 объемами на 99%. Снижение концентрации щелочи в десорбирующем растворе позволяет проводить эффективно отмывку угля водой при температуре 20-30°C за 30-60 минут 2-3 объемами на 100%.

Плотный углеродный каркас дает высокую механическую, химическую устойчивость активного угля ВСК-4 и обеспечивает эффективность и многократность его использования в технологическом цикле сорбции-десорбции йода (I2).

Пример 1. Сравнение сорбционной способности активных углей. Опыты проводили в статических условиях контактирования навески угля (1 г) с объемом йодсодержащего раствора (дм3) при соотношении 1:1000 в течение 5 часов при перемешивании и температуре 20-25°C.

Таблица 1
Физико-химические характеристики активных углей Марка активного угля
Показатель Ед. изм. КАД (каменноугольный) ВСК-4 (косточка)
Фракционный состав мм 1,0-3,5 0,1-1,5
Прочность при истирании % 60 >80
Насыпная плотность г/дм3 350-400 410
Предельный объем адсорбционного пространства см3 1,01 >0,85
Массовая доля золы % не более 9-14 2,0
Удельная поверхность микропор м2 350-850 -
Объем микропор см3 0,292 0,4
Влажность % 10 13
Адсорбционная способность по йоду в растворе 1 г/л г/г 1,03 1,0
Адсорбционная способность по йоду в растворе 0,15 г/л г/г - 0,118

Пример 2. Выделение йода из фазы сорбента в динамических условиях (десорбция). Насыщение угля йодом проводили в статических условиях при температуре 20-30°C. Десорбирующий раствор подавали сверху вниз в стеклянную колонку, заполненную углем, насыщенным йодом.

Таблица 2
Марка угля Содержание йода, мг/л Условия Показатели
Температу
ра, °С
Вре
мя, ч
Реагент Выход десорба
та, V/V
Содержа
ние йода, %
Полнота десорб
ции, %
Вид Концентрация
% N, г-экв./л
КАД (про
тотип)
250-520 90 4-6 NaOH 10-15 2,5-3,5 - 20/35 99
ВСК-4 510 20-30 3 NaOH 2 0,5 6 27,0 99
ВСК-4 445 20-30 3 NaOH 1 0,25 6 27,0 99
ВСК-4 330 20-30 1 NH4OH 1,6 0,5 6 26,1 99
ВСК-4 330 20-30 1 Na2SO3 3,1 0,5 4 32,6 99
ВСК-4 415 20-30 2 Na2SO3+NaOH 2+3,1 0,5+0,5 6 26,8 99
ВСК-4 330 20-30 1 Na2SO3+NH4OH 2+3,1 0,5+0,5 5 26,1 99

Пример 3. Отмывка угля после десорбции йода в динамических условиях.

Таблица 3
Марка угля Остаточное содержание щелочи Условия Показатели
Вид N, г-экв./л Темпе
рату
ра, °C
Время, ч Выход десорба
та, V/V
Содержание йода, % Полнота десорбции, %
КАД
(прототип) NaOH 2,5-3,5 >60 40 -20 0,1 100
ВСК-4 NaOH 0,26 20-30 1 3 0,09 100
ВСК-4 NaOH 0,35 20-30 1 3 0,13 100
ВСК-4 NaOH 0,5 20-30 0,5 3 0,23 100
ВСК-4 NaOH 0,5 20-30 0,5 2 0,24 100
ВСК-4 NH4OH 0,45 20-30 0,5 3 0,14 100
ВСК-4 NH4OH 0,45 20-30 0,5 2 0,22 100

Пример 4. Ресурсные испытания угля ВСК-4 в цикле сорбция-десорбция йода. Сорбцию йода проводили из йодсодержащих технологических растворов в стеклянных колонках. Скорость фильтрации раствора 8,85 м/ч, удельная нагрузка раствора составляла 33,9 Vр-ра/Vугля, температура 25°C. Десорбцию проводили раствором 0,5 н. Na2SO3+0,5 н. NaOH при температуре 25°C в течение двух часов шестью объемами раствора на объем угля.

Результаты циклических испытаний процесса сорбции-десорбции представлены в таблице.

Таблица 4
Показатели Ед. измерения Уголь ВСК-4
Исходный После 8 цикла
Предельный объем адсорбционного пространства см3 1,30 1.34
Адсорбционная способность по йоду в растворе 0,2 г/л г/г 0,557 0,525
Полнота десорбции йода 6 V/V раствора раствором 0,5 н. Na2SO3+0,5 н. NaOH % 99,8 99,0

Проведенные испытания показали, что активный уголь ВСК-4 после 8 циклов сорбции-десорбции сохраняет сорбционную способность, не теряет емкость по йоду.

Физико-химические характеристики исходного угля и прошедшего 8 циклов сорбции-десорбции представлены в таблице.

Таблица 5
Фракционный состав Уголь ВСК-4
Исходный После 8 цикла
-0,4 мм 0,04 0,12
+0,4 мм 1,97 1,51
+0,63 мм 43,63 42,23
+1,0-1,6 мм 54,36 56,14

Фракционный состав угля практически не изменился.

Пример 5. Поглощение йода из газовоздушной смеси проводили при скорости потока 3 дм3/мин (0,1 м/с).

Таблица 6
Марка сорбента Температура, °C Характеристика сорбента Содержание йода в сорбенте, г/г
Тип Средний диаметр, мм
Прототип 25 Торф 1,3 0,106
ВСК-4 40 Косточка 1,2 1,06

Изобретение позволит ликвидировать потери йода в технологическом цикле производства, исключить загрязнение окружающей среды и воздушного бассейна и сделать процесс более экономичным и безопасным. Также позволит снизить температуру процесса с 90°C до 25°C, концентрацию десорбирующих реагентов с 2,5-3 н. до 0,5 н., расход реагента в 7 раз, расход воды в 10 раз на стадии десорбции и отмывки.

1. Способ извлечения йода из жидкой или газовой фазы, включающий его сорбцию твердым активным углем и десорбцию йода, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют активный уголь, полученный из косточек плодов и скорлупы орехов, подвергнутый двухстадийной карбонизации в потоке диоксида углерода, а десорбцию йода осуществляют 0,5-1 Н раствором щелочного реагента при температуре 20-30°C, времени контакта 1-3 часа, расходе 4-6 объемов раствора на 1 объём угля.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве щелочного реагента используют раствор гидроокиси аммония.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве щелочного реагента используют смесь сульфита натрия с гидроокисью аммония или натрия.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии получения йода, в частности к технологии извлечения йода из природного сырья - подземных минерализованных вод и попутных вод нефтегазовых месторождений.
Изобретение относится к способам десорбции йода из анионитов и может быть использовано в технологии извлечения йода из природных рассолов нефтегазовых месторождений и техногенных растворов, где используются ионообменные смолы.
Изобретение относится к ионообменной технологии извлечения йода из природных рассолов нефтегазовых месторождений и техногенных растворов. .

Изобретение относится к области исследования грунта особыми способами и предназначено для обеспечения непрерывного процесса простого и высокоэффективного выделения йода (прежде всего йода-129) из большого количества грунта и его концентрирования в заданном объеме.
Изобретение относится к способам извлечения йода из природных и техногенных растворов. .
Изобретение относится к способам извлечения йода из природных и техногенных растворов. .
Изобретение относится к технологии йода, в частности к технологии концентрирования радиоактивного йода, используемого для синтеза радиофармпрепаратов. .
Изобретение относится к технологии йода, в частности к технологии извлечения йода из природного сырья - подземных минерализованных вод (рассолов). .

Изобретение относится к массообменным аппаратам, а именно к колоннам сорбции, и может быть использовано для извлечения йода из малоконцентрированных растворов, например из пластовых вод.

Изобретение относится к области исследования или анализа грунта особыми способами. .
Наверх