Способ получения силикатного сорбента


 


Владельцы патента RU 2550188:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) (RU)
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Владивостокский государственный университет экономики и сервиса (ВГУЭС) (RU)

Изобретение относится к переработке отходов борсодержащего минерального сырья и может быть использовано для производства высокоэффективных сорбентов. Способ включает обработку отходов борного производства (борогипса), содержащих дигидрат сульфата кальция и аморфный кремнезем. Обработку отходов осуществляют стехиометрическим количеством гидроксида калия или гидроксида натрия при соотношении твердой и жидкой фаз 1:(19-20). Технический результат заключается в получении сорбента с высокой емкостью по отношению к ионам тяжелых металлов. 1 з.п. ф-лы, 2 пр.

 

Изобретение относится к технологии получения функциональных материалов из отходов переработки борсодержащего минерального сырья и может быть использовано для производства высокоэффективных сорбентов для очистки водных растворов от ионов тяжелых металлов.

Известен способ получения синтетического волластонита из фосфогипса, диоксида кремния и кокса с одновременным получением сернистого газа для производства серной кислоты (а.с. СССР №827386, опубл. 1981.05.07), включающий приготовление шихты, состоящей из кремнеземсодержащего сырья и фосфогипса, взятых в соотношении окислов SiO2:CaO, равном (1-1,5):1, с последующим обжигом шихты при 1000-1200°C в течение 1-2 ч в присутствии 3,6-10 вес.% кокса в расчете на сульфат кальция в фосфогипсе. Недостатками известного способа являются высокая температура обжига, что приводит к значительным энергетическим затратам, а также усложняющая способ необходимость внесения в фосфогипсовую шихту диоксида кремния из другого источника.

Известен способ получения силиката кальция в форме ксонотлита и волластонита (пат. RO №93046, опубл. 1987.12.01) из метасиликата натрия и природного гипса или фосфогипса путем их взаимодействия в стехиометрическом соотношении с последующей фильтрацией образующегося ксонотлита, который сушат для непосредственного использования, либо дополнительно обжигают в течение 15 мин при температуре 800°C, переводя его в β-волластонит, а из оставшегося фильтрата охлаждением выкристаллизовывают Na2SO4·10H2O. Недостатком предлагаемого способа является необходимость предварительного получения метасиликата натрия, используемого в составе исходного сырья.

В патенте Румынии №94695, опубл. 1988.08.16, предложен способ получения силиката кальция в форме ксонотлита и синтетического волластонита с одновременным получением сульфатов натрия и аммония путем взаимодействия сульфата кальция с эквимолекулярным количеством водного раствора метасиликата натрия или калия с силикатным модулем m>1, предварительно смешанного с концентрированным аммиаком в отношении 1:2(m-1), сначала в течение 15 мин при 40-50°C, затем 30 мин при 120-150°C. Полученный сырой ксонотлит после сушки увлажняют водой в количестве, необходимом для образования близкого к насыщению концентрированного раствора силиката кальция с молекулярным отношением Na2SO4:(NH4)2SO4 1:2,3, и отфильтровывают. Для получения β-волластонита ксонотлит обжигают в течение 15-30 мин при 800-900°C. К недостаткам известного способа относится необходимость предварительного получения метасиликатов натрия и калия. Кроме того, получение ксонотлита представляет собой многостадийный и трудоемкий процесс, требующий расхода значительных количеств аммиака.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ получения гидросиликатов кальция и тонкодисперсного волластонита, который, в частности, может быть использован при производстве силикатных сорбентов (пат. РФ №2090501, опубл. 1997.09.20), путем низкотемпературного гидрохимического синтеза из техногенных отходов - фосфогипса и кремнегеля - в присутствии гидроксидов металлов I и II групп, аммония или их смесей и хлорида натрия при температуре 70-100°C в течение 1-3 ч при соотношении твердой и жидкой фаз, равном 1:3-1:5.

Недостатками известного способа являются необходимость использования хлорида натрия и взятого из другого техногенного источника кремнегеля, что влечет за собой дополнительные расходы, а также достаточно высокая температура процесса, требующая дополнительных энергетических затрат. Кроме того, полученный известным способом гидромоносиликат кальция не обладает достаточно высокой сорбционной способностью по отношению к ионам некоторых тяжелых металлов, в частности, Pb2+, Sr2+.

Задачей изобретения является создание экономичного способа получения обладающего высокими сорбционными свойствами силикатного сорбента на основе гидромоносиликата кальция.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в улучшении сорбционной способности получаемого силикатного сорбента по отношению к ионам тяжелых металлов при одновременном повышении экономичности способа его получения.

Указанный технический результат обеспечивается способом получения силикатного сорбента из кальций- и кремнийсодержащих техногенных отходов путем низкотемпературного синтеза, в котором, в отличие от известного, в качестве кальций- и кремнийсодержащих техногенных отходов используют отходы борного производства (борогипс), содержащие одновременно дигидрат сульфата кальция CaSO4·2H2O и аморфный кремнезем SiO2·nH2O, при этом синтез осуществляют путем обработки исходного сырья стехиометрическим количеством щелочи при соотношении твердой и жидкой фаз 1:(19-20) в течение 1-3 часов при комнатной температуре.

В оптимальном варианте осуществления изобретения обработку исходного сырья осуществляют раствором гидроксида калия KOH либо раствором гидроксида натрия NaOH.

Способ осуществляют следующим образом.

Отходы борного производства (борогипс), содержащие дигидрат сульфата кальция CaSO4·2H2O (до 70 мас.%) и аморфный кремнезем SiO2·nH2O (до 30 мас.%) в соотношении 0,81:1 в пересчете на оксиды CaO и SiO2, смешивают при комнатной температуре (20-25°C) с раствором щелочи (KOH либо NaOH). Исходные компоненты берут в стехиометрическом соотношении по уравнению реакции:

при m и n, равных 1, обеспечивающих образование гидромоносиликата кальция Ca(OH)2SiO2.

При этом используют раствор щелочи с концентрацией, обеспечивающей при смешивании исходных компонентов соотношение твердой и жидкой фаз 1:(19-20). Процесс ведут в условиях непрерывного перемешивания исходных компонентов в течение 1-3 ч. Образующийся продукт низкотемпературного синтеза промывают водой, нагретой до 60-70°C, фильтруют и сушат при температуре 85°C в течение нескольких часов. Из фильтрата в качестве побочного продукта выделяют сульфат щелочного металла, натрия или калия, в зависимости от используемого гидроксида.

Предлагаемый способ позволяет получить сорбент на основе гидромоносиликата кальция с выходом целевого продукта от 60 до 67% в зависимости от времени контакта борогипса и гидроксидов, обладающий высокими сорбционными свойствами по отношению к ионам тяжелых металлов, в частности, к ионам Pb2+ и Sr2+.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

В качестве исходного сырья были взяты отходы борного производства (борогипс) состава (масс.%): SiO2 32,2; CaO 28,4; SO3 31,3; Fe2O3 2,7 и использован гидроксид калия (технический) и гидроксид натрия (технический).

Для перемешивания реакционной смеси использовали лабораторный встряхиватель типа 358 S (Польша) (с частотой встряхивания 200 циклов/мин).

Пример 1

В пластиковый реакционный сосуд вносили навеску борогипса 3,39 г и добавляли 70 мл раствора гидроксида калия с концентрацией 21,6 г/л (Т:Ж=1:20). Реакционную смесь перемешивали в закрытом сосуде при 20°C в течение 3 ч. Образовавшийся продукт реакции промывали водой (от сульфата калия), нагретой до 60°C, фильтровали и высушивали при температуре 85°C в течение 4 часов. Выход гидромоносиликата кальция при указанных условиях составляет 67%. Из фильтрата был выделен сульфат калия. Полученный силикатный сорбент использовали для извлечения ионов Sr2+ (условия сорбции: сорбат - SrCl2·6H2O квалификации «ч.д.а.», соотношение твердой и жидкой фаз Т:Ж=1:50, температура 20°C, время сорбции 5 ч). Максимальная сорбционная емкость сорбента при указанных условиях по отношению к ионам стронция составляет 2,45 ммоль·г-1.

Пример 2

В пластиковый реакционный сосуд вносили навеску борогипса 3,39 г и добавляли 70 мл раствора гидроксида натрия с концентрацией 15,43 г/л (Т:Ж=1:19). Смесь перемешивали при 20°C в течение 1 ч. Образовавшийся продукт реакции промывали (70°C), фильтровали и сушили по примеру 1 в течение 3 часов. Выход гидросиликата кальция при указанных условиях составляет 61,4%. Из фильтрата выделяют сульфат натрия. Полученный силикатный сорбент использовали для извлечения ионов Pb2+ (условия сорбции: сорбат - PbCl2·2,5 реакции промывали (70°C), фильтровали и сушили по примеру 1 в течение 3 часов). Количество гидромоносиликата кальция в составе полученного сорбента при указанных условиях составляет 61,4%. Из фильтрата выделяли сульфат натрия.

Полученный силикатный сорбент использовали для извлечения ионов Pb2+ из водного раствора (условия сорбции: сорбат - PbCl2·2,5 H2O квалификации «х.ч.», соотношение твердой и жидкой фаз Т:Ж=1:1000, температура 20°C, время сорбции 3 ч). Максимальная сорбционная емкость сорбента при указанных условиях по отношению к ионам свинца составляет 2,75 ммоль·г-1.

Для сравнения: сорбционная емкость сорбента, полученного по способу-прототипу, по отношению к ионам свинца варьирует от 1,3 до 1,5 ммоль·г-1, к ионам стронция - от 0,2 до 0,3 ммоль·г-1 (условия сорбции: соотношение твердой и жидкой фаз Т:Ж=1:250, температура 25°C, время сорбции 40 мин).

1. Способ получения силикатного сорбента из кальций- и кремнийсодержащих техногенных отходов путем низкотемпературного синтеза, отличающийся тем, что в качестве кальций- и кремнийсодержащих техногенных отходов используют отходы борного производства (борогипс), содержащие одновременно дигидрат сульфата кальция (CaSO4·2H2O) и аморфный кремнезем (SiO2·nH2O), при этом синтез осуществляют путем обработки исходного сырья стехиометрическим количеством щелочи при соотношении твердой и жидкой фаз 1:(19-20) в течение 1-3 часов при комнатной температуре.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку исходного сырья осуществляют раствором гидроксида калия (KOH) либо раствором гидроксида натрия (NaOH).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к получению композиционных сорбентов, предназначенных для использования в процессах очистки сточных и природных вод. Способ включает соосаждение при pH 8,9 гидроксидов магния и алюминия, взятых в мольном соотношении 4:1, формирование осадка, гранулирование методом высушивания.

Изобретение относится к области сорбционной очистки воды. Предложен способ получения сорбента, включающий смешивание предварительно активированной солью натрия бентонитовой глины и измельченного парафина.

Изобретение относится к области получения ферромагнитных углеродных сорбентов, предназначенных для очистки вод. Целлюлозосодержащее сырье пропитывают водным раствором соли железа, отделяют избыток влаги и полученную смесь подвергают пиролизу.
Изобретение относится к технологии получения магнитных сорбентов. Сорбент содержит полимерное связующее в виде гуминовых кислот и магнитный наполнитель-магнетит.

Изобретение относится к получению сорбента для средств защиты органов дыхания. Способ изготовления сорбента включает смешение порошкообразного гидроксида или оксида кальция с водой при массовом соотношении Са2+/H2O, равном (0,7÷0,3)/1.

Изобретение относится к способам получения сорбентов для хроматографического разделения фуллеренов. Проводят термическую обработку многослойных углеродных нанотрубок при 800-1000°C.
Изобретение относится к получению адсорбента для удаления сероводорода из газообразных потоков. Предложен адсорбент, состоящий из смеси железомарганцевых конкреций, гамма-оксида алюминия и поливинилового спирта.

Изобретение относится к синтезу цеолитов. Предложен BaKX цеолитный адсорбент без связующего.
Изобретение относится к области сорбции. Предложен способ получения сорбента для газохроматографического разделения ароматических полициклических углеводородов.

Изобретение относится к сорбенту, получаемому из композиционных материалов, для обработки и очистки жидких сред, зараженных токсичными и радиоактивными веществами.

Изобретение относится к способам получения сорбентов для очистки воды. Отходы производства риса в виде рисовой шелухи обрабатывают 1 н.
Изобретение относится к способам получения сорбента. Производят смешивание осадочной породы - диатомита, органического компонента - влагонасыщенного отработанного активного ила и портландцемента.

Изобретение относится к области получения силикатных материалов. Предложен способ получения обращенно-фазовых гидрофобизированных полисиликатных сорбентов, включающий взаимодействие в водной среде гидрофильного силикатного компонента с амфифильным силикатным компонентом.

Изобретение относится к сорбционной очистке сточных вод от катионов меди из проточных водных растворов и может быть использовано на заводах металлоизделий и предприятиях цветной металлургии, горнорудной, химической, машиностроительной и электронной промышленности, а также в коммунальном хозяйстве.

Изобретение относится к области природоохранных технологий и химии кремнийорганических соединений и может быть использовано для очистки загрязненных грунтовых вод, донных отложений и почв путем установки реакционных барьеров.

Изобретение относится к способам получения сорбционных материалов на основе силикагеля, пригодных для извлечения металлов в аналитических целях. Предложен способ получения силикагеля с иммобилизованной формазановой функциональной группой из 3-аминопропилсиликагеля, включающий ацилирование хлорангидридом нитробензойной кислоты в среде хлороформа в присутствии триэтиламина при температуре не более 50°C в течение 24 часов, далее восстановление дитионитом натрия в среде вода-этилцеллозольв при кипении в течение не менее 3 часов, затем диазотирование и введение во взаимодействие с соединением с гидразонной функциональной группой при температуре не более -5°C.

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано для концентрирования и определения микроколичеств металлов в питьевой воде с использованием твердых сорбентов, содержащих органический материал.

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.
Группа изобретений относится к области биохимии, экологии, охране окружающей среды. Предложен препарат для очистки воды и почвы от нефтяных загрязнений, содержащий микроорганизмы - деструкторы нефти, сорбент, криопротектор - глицерин, микроудобрения - азотнокислый натрий 0,5% и фосфорнокислый калий 0,5%.
Изобретение относится к области очистки воды. В качестве средства для очистки воды используют объемный материал из стеклянных волокон диаметром от 100 до 400 нм с объемной плотностью 12-26 кг/м3.

Изобретение относится к оборудованию для получения адсорбента диоксида углерода. Устройство для изготовления адсорбента диоксида углерода включает узел дозированной подачи исходного продукта, узел подачи подложки, узел пропитки, узел перемещения и узел сушки.
Наверх