Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов



Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов
Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов
Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов
Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов

 


Владельцы патента RU 2608029:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" (ИГХТУ) (RU)

Изобретение относится к способам извлечения ионов тяжелых металлов сорбцией на природных целлюлозосодержащих сорбентах, из растворов различного состава, образующихся в результате проведения разнообразных технологических процессов, и может быть использовано для совершенствования мембранных и сорбционных технологий, в водоподготовке, при разработке технологий утилизации ионов тяжелых металлов из водных растворов и сточных вод различной природы. Описан способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов, заключающийся в контактировании их при комнатной температуре в течение 1-20 мин с модифицированными полимерными сорбентами на основе целлюлозы при модуле водный раствор/сорбент, равном 50-200, в котором модифицирование сорбентов осуществляют нанесением на них динатриевой соли дисульфокислоты фталоцианина меди или кобальта при ультразвуковом воздействии рабочей частотой 22-44 кГц при температуре 90-95°С в течение 30-60 мин в водном растворе, содержащем динатриевую соль дисульфокислоты фталоцианина меди или кобальта 0,1-1,5% от массы сорбента и NaCl 3-15% от массы сорбента при рН 6-8 и модуле раствор/сорбент 10 с последующим отжимом и обработкой сорбентов в растворе поливинилпирролидона концентрацией 10-50 г/л при комнатной температуре в течение 5-15 с, отжимом и высушиванием при температуре 180-200°С до влажности 8-14%. Технический результат: повышение степени извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов и повышение устойчивости модифицированного сорбента при хранении. 1 табл., 5 пр.

 

Изобретение относится к способам извлечения ионов тяжелых металлов сорбцией на природных целлюлозосодержащих сорбентах, из растворов различного состава, образующихся в результате проведения разнообразных технологических процессов, и может быть использовано для совершенствования мембранных и сорбционных технологий, в водоподготовке, при разработке технологий утилизации ионов тяжелых металлов из водных растворов и сточных вод различной природы.

Известен способ очистки сточных вод промышленных предприятий от тяжелых металлов, в частности от ионов меди, путем сорбции на древесных опилках, обработанных 4-метил-8-оксо-5-азадекадиен-3,9-OH-2 при массовом соотношении опилки - реагент 1: 0,05÷0,1 [А.с. 1819669 СССР, МКИ5 B01J 20/22, B01J 20/30. Способ получения сорбента для очистки сточных вод меди [Текст] / Тимофеева С.С., Кухарев Б.Ф., Станкевич В.К., Клименко Г.Р.; Иркут. ин-т орган, химии СО АН СССР. - №4911863/05; заявл. 15.02.91.; опубл. 7.06.93, Бюл. №21].

Однако такой способ модифицирования опилок является неэкономичным, так как подразумевает применение дорогостоящего реагента в количестве 5-10% от массы сорбента, а также приводит к загрязнению окружающей среды.

Известен способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов путем контактирования их с полимерными сорбентами, содержащими целлюлозную компоненту и аминокислотные остатки при модуле раствор/сорбент, равном 50-200. В качестве сорбента используют шроты или жмыхи, предварительно обработанные в водных растворах ферментов при модуле раствор/сорбент 5-50 и концентрации ферментов 1-10% от массы сорбента в течение 1-3 ч при температуре 25-40°C, а контактирование обработанного сорбента осуществляют в течение 5-20 мин при комнатной температуре. В результате применения таких сорбентов степень извлечения ионов Cu(II), Zn(II) и Cd(II) для различных индивидуальных и смешанных образцов шротов и жмыхов составляла от 78,3 до 99,9% [Пат. РФ №2258560, МПК B01J 20/24. Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов / Никифорова Т.Е., Багровская Н.А., Лилин С.А., Козлов В.А. заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" (ГОУВПО "ИГХТУ") (RU), Институт химии растворов Российской академии наук (ИХР РАН) (RU). - №2004102130/15; заявл. 26.01.2004; опубл. 20.08.2005, Бюл. №23. - 6 с.].

Однако этот способ предлагает использование для предварительной обработки сорбентов дорогостоящих и дефицитных реагентов - ферментов и ферментных препаратов (100 мг липазы, полученной из Pseudomonada Cepacia, стоят 61,21 евро [Sigma. 2002-2003]); если липаза выпускается отечественной промышленностью, то ферментный препарат B1 mix представляет собой опытный образец, разработанный путем генной инженерии на кафедре энзимологии МГУ.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, то есть прототипом, является способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов путем контактирования их при комнатной температуре в течение 1-20 мин с полимерными сорбентами на основе целлюлозы, модифицированными при микроволновом облучении мощностью 300 Вт с частотой 2,45 ГГц при модуле раствор/сорбент, равном 50-200. При этом модифицирование сорбентов осуществляют путем их предварительного погружения в водный раствор капролактама или кубового остатка дистилляции капролактама с концентрацией 2-20 г/л при модуле 15-50 с последующим отжимом и микроволновым облучением в течение 1-5 мин при температуре 150-200°С, а контактирование модифицированных сорбентов с водными растворами проводят при рН раствора 3-7 [Пат. РФ №2495830, МПК C02F 1/62, (2006.01), C02F 1/28 (2006.01), B01J 20/24 (2006.01), B01J 20/32 (2006.01). Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов / Никифорова Т.Е., Козлов В.А., Ефимов Н.А.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" (RU). - №2012117931/05; заявл. 28.04.2012; опубл. 20.10.2013, Бюл. №29. - 6 с.].

Недостатками прототипа являются:

- недостаточно высокая степень извлечения ионов тяжелых металлов;

- недостаточно высокая устойчивость модифицированного сорбента при хранении.

Техническим результатом изобретения является:

- повышение степени извлечения ионов тяжелых металлов;

- повышение устойчивости модифицированного сорбента при хранении.

Указанный результат достигается тем, что в способе извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов, заключающемся в контактировании их при комнатной температуре в течение 1-20 мин с модифицированными полимерными сорбентами на основе целлюлозы при модуле водный раствор/сорбент, равном 50-200, согласно изобретению модифицирование сорбентов осуществляют нанесением на них динатриевой соли дисульфокислоты фталоцианина меди или кобальта при ультразвуковом воздействии рабочей частотой 22-44 кГц при температуре 90-95°С в течение 30-60 мин в водном растворе, содержащем 0,1-1,5% от массы сорбента динатриевой соли дисульфокислоты фталоцианина меди или кобальта и 3-15% от массы сорбента NaCl при рН 6-8 и модуле раствор/сорбент 10 с последующим отжимом и обработкой сорбентов в растворе поливинилпирролидона концентрацией 10-50 г/л при комнатной температуре в течение 5-15 с, отжимом и высушиванием при температуре 180-200°С до влажности 8-14%.

Технический результат достигается, так как с использованием предлагаемого модифицированного сорбента возрастает степень извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов и увеличивается устойчивость модифицированного сорбента при хранении.

Для осуществления заявляемого способа извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов используют следующие реагенты:

- Дисульфокислота фталоцианина кобальта динатриевая соль [ТУ 6-09-5508-80].

Однородный порошок синего цвета. Массовая доля динатриевой соли дисульфокислоты фталоцианина кобальта - не менее 35%. Массовая доля нерастворимых в воде веществ - не более 1%.

Массовая доля воды - не более 5%. Остаток после просеивания на сите с сеткой №056 (ГОСТ 3584-73) - не более 2,5%.

- Дисульфокислота фталоцианина меди динатриевая соль

[Кнунянц И.Л., Вонский Е.В., Гусев А.А., Жаворонков Н.М. Химический энциклопедический словарь: Справочник - М.: Советская энциклопедия, 1983. - 788 с.]

• Поливинилпирролидон - аморфный линейный полимер с молекулярной массой от 103 до 106. Гигроскопичен, растворим в воде, нетоксичен, имеет сродство к органическим полимерам.

Водные растворы обладают слабокислой реакцией (pH 5) [ТУ 9365002-46270704-2001. Поливинилпирролидон высокомолекулярный «Полидон»]. Полидон представляет собой воднополимерный состав в виде золя или геля высокомолекулярного поливинилпирролидона.

В качестве сорбентов использовали:

- короткое льняное волокно, представляющее собой вторичный продукт переработки льняной промышленности следующего состава, %: целлюлоза 75…78, гемицеллюлоза 9,4…11,9, лигнин 3,8, пектиновые вещества 2,9…3,2, воскообразные вещества 2,7, азотсодержащие вещества в расчете на белки 1,9…2,1, минеральные вещества 1,3…2,8 [Кричевский Г.Е., Корчагин М.В., Сенахов А.В. Химическая технология текстильных материалов. М., 1985. 640 с.];

- древесные опилки - отход деревообрабатывающей промышленности (состав, % от абсолютно сухой древесины: целлюлоза - 31,0-52,5; лигнин - 19,5-30,9; пентозаны - 5,3-28,3; маннан - 1,3-11,3; галактан - 0,7-14,4; уроновые кислоты - 2,9-8,6; вещества, экстрагируемые горячей водой - 1,4-22,6; вещества, экстрагируемые этиловым эфиром - 0,7-4,6; зола - 0,2-1,0) [Никитин В.М., Оболенская А.В. Щеголев В.П. Химия древесины и целлюлозы. М.: Лесная промышленность, 1978. - 368 с.];

- хлопковая целлюлоза [ГОСТ 595-79 «Целлюлоза хлопковая. Технические условия];

- древесная целлюлоза [ГОСТ 11208-82. Целлюлоза древесная (хвойная) сульфатная небеленая. Технические условия];

- стебли топинамбура представляют собой отход сельскохозяйственного производства следующего состава (в пересчете на сухое вещество): 55,8% углеводов (целлюлоза, гемицеллюлозы, инулин, пектиновые вещества), 10% белков, 18,1% безазотистых экстрактивных веществ 14,3% минеральных веществ и 1,8% жиров [Рязанова, Т.В. Химический состав вегетативной части топинамбура и ее использование / Т.В. Рязанова, Н.А. Чупрова, Л.А. Дорофеева, А.В. Богданов // Лесной журнал. - 1997. - №4. - С. 71-75]/.

Стебли топинамбура очищают от внешнего слоя и измельчают.

Изобретение осуществляют следующим образом.

Пример 1.

10 г древесных опилок погружают в стакан со 100 мл водного раствора (модуль 10) с pH 6, содержащего 0,15 г динатриевой соли дисульфокислоты фталоцианина меди или кобальта (1,5% от массы сорбента) и 1,5 г NaCl (15% от массы сорбента), нагревают до температуры 92°C и подвергают воздействию ультразвука рабочей частотой 22 кГц в течение 40 мин. Затем сорбент извлекают из стакана, отжимают и помещают в стакан с раствором поливинилпирролидона концентрацией 20 г/л на 7 с при комнатной температуре, отжимают и высушивают при температуре 185°C до влажности 14%.

Обработанный сорбент заливают 0,5 л водного раствора при комнатной температуре (модуль 50), pH 5, содержащего 1,5 ммоль/л ионов меди. Через 10 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов Cu(II).

Концентрация ионов меди в растворе после контактирования с сорбентом составила 0,268 ммоль/л (степень извлечения 82,1%).

Пример 2.

10 г хлопковой целлюлозы погружают в стакан со 100 мл водного раствора (модуль 10) с pH 7, содержащего 0,01 г динатриевой соли дисульфокислоты фталоцианина меди или кобальта (0,1% от массы сорбента) и 0,3 г NaCl (3% от массы сорбента), нагревают до температуры 93°C и подвергают воздействию ультразвука рабочей частотой 44 кГц в течение 50 мин. Затем сорбент извлекают из стакана, отжимают и помещают в стакан с раствором поливинилпирролидона концентрацией 30 г/л на 10 с при комнатной температуре, отжимают и высушивают при температуре 190°C до влажности 8%.

Обработанный сорбент заливают 1,5 л водного раствора при комнатной температуре (модуль 150), pH 3, содержащего 1,5 ммоль/л ионов никеля. Через 20 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов Ni(II). Концентрация ионов никеля в растворе после контактирования с сорбентом составила 0,279 ммоль/л (степень извлечения 81,4%).

Пример 3.

10 г короткого льняного волокна погружают в стакан со 100 мл водного раствора (модуль 10) с pH 8, содержащего 0,05 г динатриевой соли дисульфокислоты фталоцианина меди или кобальта (0,5% от массы сорбента) и 0,8 г NaCl (8% от массы сорбента), нагревают до температуры 90°C и подвергают воздействию ультразвука рабочей частотой 22 кГц в течение 30 мин. Затем сорбент извлекают из стакана, отжимают и помещают в стакан с раствором поливинилпирролидона концентрацией 10 г/л на 5 с при комнатной температуре, отжимают и высушивают при температуре 200°C до влажности 12%.

Обработанный сорбент заливают 2 л водного раствора при комнатной температуре (модуль 200), pH 6, содержащего 1,5 ммоль/л ионов цинка. Через 5 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов Zn(II). Концентрация ионов цинка в растворе после контактирования с сорбентом составила 0,297 ммоль/л (степень извлечения 80,2%).

Пример 4.

10 г древесной целлюлозы погружают в стакан со 100 мл водного раствора (модуль 10) с pH 7,5, содержащего 0,01 г динатриевой соли дисульфокислоты фталоцианина меди или кобальта (1,0% от массы сорбента) и 1,2 г NaCl (12% от массы сорбента), нагревают до температуры 94°C и подвергают воздействию ультразвука рабочей частотой 22 кГц в течение 60 мин. Затем сорбент извлекают из стакана, отжимают и помещают в стакан с раствором поливинилпирролидона концентрацией 40 г/л на 15 с при комнатной температуре, отжимают и высушивают при температуре 180°C до влажности 10%.

Обработанный сорбент заливают 1 л водного раствора при комнатной температуре (модуль 100), pH 7, содержащего 1,5 ммоль/л ионов кадмия. Через 1 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов Cd(II). Концентрация ионов кадмия в растворе после контактирования с сорбентом составила 0,291 ммоль/л (степень извлечения ионов Cd(II) 80,6%).

Пример 5.

10 г измельченных стеблей топинамбура погружают в стакан со 100 мл водного раствора (модуль 10) с pH 6,5, содержащего 0,08 г динатриевой соли дисульфокислоты фталоцианина меди или кобальта (0,8% от массы сорбента) и 0,7 г NaCl (7% от массы сорбента), нагревают до температуры 95°C и подвергают воздействию ультразвука рабочей частотой 44 кГц в течение 50 мин. Затем сорбент извлекают из стакана, отжимают и помещают в стакан с раствором поливинилпирролидона концентрацией 50 г/л на 12 с при комнатной температуре, отжимают и высушивают при температуре 195°C до влажности 8%.

Обработанный сорбент заливают 0,75 л водного раствора при комнатной температуре (модуль 75), pH 6, содержащего 1,5 ммоль/л ионов меди, никеля, цинка и кадмия в соотношении 1:1:1:1. Через 15 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов металлов. Концентрация ионов Cu(II), Ni(II), Zn(II) и Cd(II) в растворе после контактирования с сорбентом составила 0,322; 0,331; 0,333 и 0,400 ммоль/л соответственно (степень извлечения 78,5; 77,9; 77,8 и 73,3%).

Результаты опытов в сравнении с прототипом представлены в таблице.

Из приведенных в таблице данных следует, что предлагаемый способ позволяет достичь заявленного технического результата, а именно: повысить степень извлечения ионов тяжелых металлов на 5-9% и повысить устойчивость при хранении сорбентов, полученных по заявляемому способу, в 1,5 раза (до 18 месяцев) по сравнению с прототипом.

Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов, заключающийся в контактировании их при комнатной температуре в течение 1-20 мин с модифицированными полимерными сорбентами на основе целлюлозы при модуле водный раствор/сорбент, равном 50-200, отличающийся тем, что модифицирование сорбентов осуществляют нанесением на них динатриевой соли дисульфокислоты фталоцианина меди или кобальта при ультразвуковом воздействии рабочей частотой 22-44 кГц при температуре 90-95°С в течение 30-60 мин в водном растворе, содержащем динатриевую соль дисульфокислоты фталоцианина меди или кобальта 0,1-1,5% от массы сорбента и NaCl 3-15% от массы сорбента при рН 6-8 и модуле раствор/сорбент 10 с последующим отжимом и обработкой сорбентов в растворе поливинилпирролидона концентрацией 10-50 г/л при комнатной температуре в течение 5-15 с, отжимом и высушиванием при температуре 180-200°С до влажности 8-14%.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к получению органоминеральных сорбентов на основе природных алюмосиликатов. Способ получения гидрофобного сорбента из клиноптилолитового туфа включает термообработку клиноптилолитового туфа до постоянной массы, активирование при повышенной температуре в растворе 4,0 М соляной кислоты, промывку водой, сушку до постоянной массы, обработку раствором диметилдихлорсилана или триметилхлорсилана.

Изобретение относится к технологии изготовления адсорбента диоксида углерода, предназначенного для использования в средствах защиты органов дыхания. Установка для получения адсорбента диоксида углерода содержит узел дозированной подачи полимерного раствора, содержащего гидроксиды щелочных или щелочноземельных металлов 1, узел подачи подложки из волокнистого материала 2, узел формования 3 и узел сушки 4.

Изобретение относится к области сорбционных технологий. Предложен способ получения сорбента бихромат-иона, состоящего из инертного носителя и активного сорбирующего полимерного слоя из полианилина.

Изобретение относится к получению сорбентов, используемых для разделения органических веществ методом газовой хроматографии. Способ включает формирование на поверхности пористого носителя слоя мезопористого оксида кремния.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к сорбционным материалам для удаления соединений тяжелых металлов и мышьяка из вод. Способ получения сорбента включает пропитку пористого носителя водным раствором соединений железа при перемешивании, добавление раствора щелочи или концентрированного аммиака, промывку и сушку сорбента при 120-150°С.

Изобретение относится к производству регенеративных патронов. Предложен способ изготовления структурированного регенеративного продукта.

Изобретение относится к области очистки окружающей среды, в частности к изготовлению сорбента для сбора нефти и нефтепродуктов. Способ включает пропитку холста из базальтовых волокон гидрофобизирующей жидкостью и последующую сушку.

Настоящее изобретение относится к адсорбенту для десульфуризации углеводородного масла, его получению и использованию. Адсорбент десульфуризации для каталитического крекинг-бензина содержит следующие компоненты в расчете на общую массу адсорбента: Si-Al молекулярное сито со структурой A-FAU, где А представляет собой одновалентный катион, в количестве 3-20% масс., связующее, выбранное из диоксида титана, диоксида олова, диоксида циркония и оксида алюминия, в количестве 3-35% масс., источник диоксида кремния в количестве 5-40% масс., оксид цинка в количестве 10-80% масс., металл-промотор, выбранный из кобальта, никеля, железа и марганца, в количестве 5-30% масс., где по меньшей мере 10% масс.
Изобретение относится к адсорбентам для десульфуризации углеводородного масла, их получению и применению. Адсорбирующее вещество для десульфуризации каталитического крекинг-бензина содержит следующие компоненты в расчете на общую массу адсорбирующего вещества: Si-Al молекулярное сито со структурой ВЕА в количестве 3-20 мас.%, связующее, выбранное из группы, состоящей из диоксида титана, диоксида олова, диоксида циркония и оксида алюминия, в количестве 3-35 мас.%, источник диоксида кремния в количестве 5-40 мас.%, оксид цинка в количестве 10-80 мас.% и металл-промотор, выбранный из группы, состоящей из кобальта, никеля, железа и марганца в количестве 5-30 мас.%, при этом по меньшей мере 10 мас.% металла-промотора присутствует в состоянии пониженной валентности.

Изобретение относится к области сорбционной очистки воды. Способ получения сорбента включает обработку пористого носителя с поверхностно гидроксильными группами раствором хлорида меди, никеля или кобальта, сушку при 180-200°С, обработку ализарином в кислой среде и сушку при 160°С.

Изобретение относится к области сорбционной очистки вод от мышьяка. Предложен сорбент, содержащий оксогидроксид железа на носителе, состоящем из смеси газобетона и гематита. Для получения сорбента носитель обрабатывают 2%-ным раствором соляной кислоты, пропитывают водным раствором соли железа с последующим добавлением раствора щелочи или аммиака. Сорбент промывают, высушивают и активируют при 160°С. Полученный сорбент содержит (мас.%): оксогидроксид железа от 45 до 65, газобетон от 24 до 44, гематит 11. Изобретение обеспечивает получение сорбента, который способен извлекать из водной среды ионы мышьяка разной валентности. 2 н.п. ф-лы, 2 табл., 3 пр.

Изобретение относится к поглотителям газовых примесей. Способ нанесения поглощающего покрытия на субстрат, основу и/или субстрат, покрытый основой, включает:(i) необязательно, получение субстрата, покрытого основой, путем предварительной обработки основы суспензией, которая содержит:a. растворитель,b. связующее,c. основу иd. необязательный диспергатор; и(ii) обработку субстрата, основы и/или субстрата, покрытого основой, поглотителем. При этом субстрат представляет собой (а) монолитную или ячеистую структуру, выполненную из керамики, металла или пластмассы; (b) полиуретановую пену, полипропиленовую пену, полиэфирную пену, металлическую пену или керамическую пену; или (с) тканые или нетканые пластмассовые или целлюлозные волокна. Основа представляет собой оксид алюминия, диоксид кремния, алюмосиликат, оксид титана, оксид циркония, углерод, цеолит, металл-органический каркас (МОК) или их комбинации, причем основа имеет площадь поверхности от 150 м2/г до 250 м2/г и объем пористости от 0,7 см3/г до 1,5 см3/г. Поглотитель является полиэтиленимином (ПЭИ), поглощающим диоксид углерода, и присутствует в концентрации от 25 мас.% до 45 мас.% в перерасчете на массу ПЭИ, разделенную на массу из ПЭИ и основы. Изобретение обеспечивает получение эффективного поглотителя диоксида углерода. 7 н. и 50 з.п. ф-лы, 10 ил., 3 табл., 7 пр.
Наверх