Способ получения сорбента мышьяка

Изобретение относится к области получения неорганических сорбентов для очистки вод от мышьяка. Гидроксид магния смешивают с гидратированным хлоридом железа в мольном отношении магния к железу от 1,5 до 6,0. Смесь подвергают перемешиванию для взаимодействия хлорида железа и гидроксида магния. Сорбент промывают и высушивают. Техническим результатом является получение сорбента, позволяющего снижать концентрацию мышьяка от 3 мг/л. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области получения неорганических сорбентов и может быть использовано для синтеза неорганических сорбентов мышьяка, предназначенных для очистки питьевой воды в централизованных и нецентрализованных системах водоснабжения, а также для создания геохимических барьеров мышьяка. Заявляемый способ позволяет получать сорбент с высокой емкостью по ионам As(III), обеспечивающий очистку воды от ионов мышьяка с исходной концентрацией единицы мг/л до уровня ниже ПДК на этот элемент (0,01 мг/л).

Из всех примесей, присутствующих в питьевой воде, мышьяк является одним из наиболее опасных токсикантов, имеющих низкое значение ПДК (0,01 мг/л по рекомендации ВОЗ). Наиболее опасная форма мышьяка, присутствующего в питьевой воде - As(III). Наиболее перспективным методом удаления мышьяка из природных вод и технологических растворов является сорбция на сорбентах различного химического состава и структуры. Имеется значительное количество патентов и научных работ по способам получения сорбентов мышьяка.

Так, известен способ получения сорбента мышьяка, основанный на осаждении гидроксида железа на оксиде алюминия (1. M. Hódi et al. Removal of pollutants from drinking water by combined ion exchange and adsorption methods. // Environment International. Volume 21, Issue 3, 1995, Pages 325-331). Способ включает в себя пропитку предварительно синтезированного пористого носителя на основе оксида алюминия водными растворами солей железа с последующей обработкой полученной смеси водными растворами и щелочей. Сорбционная емкость сорбента составляет 0,10 мг As(III)/г сорбента при равновесном значении концентрации мышьяка 0,05 мг/л. Недостаток указанного метода синтеза сорбента заключается в необходимости предварительного получения гранулированной формы носителя, тщательной его пропитки водным раствором соли, а также в низкой емкости сорбента при низкой равновесной концентрации мышьяка.

Известен метод получения сорбента мышьяка (2. Патент US №6921732, МПК B01J 20/06, опубл. 26.07.2005 г.), который включает в себя следующие операции. На первом этапе синтеза сорбента получают водный раствор солей железа и марганца с необходимым соотношением двух металлов. Далее в полученный водный раствор добавляют необходимое количество носителя, в качестве которого может выступать цеолит. Полученную суспензию тщательно перемешивают в течение 30 минут, добавляют к ней водный раствор гидроксида натрия для создания необходимой величины рН. Образующуюся суспензию выдерживают при определенном значении рН раствора при перемешивании в течение 30 минут и отфильтровывают. После фильтрации осадок тщательно промывают и высушивают на воздухе.

Недостатком указанного метода синтеза сорбента является многостадийность процесса. Кроме того, судя по данным, приведенным в патенте, сорбция мышьяка из растворов с концентрацией As(III) выше 1 мг/л в условиях эксперимента не позволяет снизить концентрацию мышьяка ниже ПДК (0,01 мг/л). Степень адсорбции As(III) мышьяка может быть увеличена за счет предварительного окисления As(III) в As(V), однако использование этой операции существенно усложняет процедуру сорбции мышьяка из раствора. Следует отметить, что в процессе очистки водных растворов от As(III) происходит их загрязнение ионами Mn(II), переходящими из сорбента в раствор.

Известен метод получения сорбента мышьяка (3. Патент RU №2520473 С2, МПК B01J 20/06, B01J 20/26, B01J 20/30, опубл. 10.01.2014 г.). Способ получения сорбента включает смешивание отходов станций обезжелезивания, содержащих 10-12% оксигидроксида железа, с водным раствором полимера и глицерином. Смесь обрабатывают ультразвуком, выдерживают 24 часа. Образовавшийся осадок высушивают при 50-60°С. Основным недостатком метода синтеза является то, что образующийся сорбент обладает чрезвычайно низкой сорбционной емкостью (не более 0,5 мг As(III)/г сорбента) при равновесном значении концентрации мышьяка в области 0,5 мг/л.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ синтеза сорбента мышьяка, включающий в термическую обработку гидроксида магния при температурах 500-600°С (4. Коваленко К.А. Использование природного сорбента для удаления мышьяка из водных сред / К.А. Коваленко // Проблемы геологии и освоения недр: Сборник научных трудов XII международного симпозиума им. акад. М.А. Усова студентов и молодых ученых - Томск: ТПУ, 2008. - С. 756-758). Предварительная термическая обработка гидроксида магния позволяет существенно улучшить сорбционных характеристики сорбента и получать сорбент, сырьем для которого является дешевый и доступный материал - гидроксид магния. Основным недостатком метода синтеза является то, что образующийся сорбент обладает чрезвычайно низкой сорбционной емкостью (не более 0,01 мг As(III)/г сорбента) при равновесном значении концентрации мышьяка в области 0,01 мг/л. Такое маленькое значение сорбционной емкости в области низких концентраций мышьяка практически не позволяет использовать данный сорбент для очистки водных растворов от As(III) с относительно высоким содержанием этого элемента (единицы мг/л). Способ получения указанных материалов требует специальной термической подготовки носителя, в связи с чем требуется дорогая, сложная аппаратура и подвод электроэнергии.

Задача, решаемая заявляемым техническим решением, заключается в получении сорбента с более высокой сорбционной емкостью, который позволял бы очищать водные растворы от As(III) до уровня концентраций ниже ПДК (0,01 мг/л) даже для исходных концентраций мышьяка в единицы мг/л.

Поставленная задача решается тем, что для получения сорбента с высоким сродством к мышьяку гидроксид магния обрабатывается гидратированным хлоридом железа (3+). Мольное отношение магния к железу при такой обработке варьируется в интервале от 1,5 до 6.

Время обработки, необходимое для полного взаимодействия гидроксида магния с гидратированным хлоридом железа (3+), варьируется преимущественно от 0,5 до 4 часов.

Для интенсификация процесса взаимодействия между компонентами процесс осуществляют при перемешивании смеси компонентов в мельницах различного типа. После проведения взаимодействия смесь промывается водой и высушивается при температурах, не превышающих 60°С.

Существенными отличительными признаками заявляемого технического решения являются:

- смешивают гидроксид магния и гидратированный хлорид железа в мольном отношении магния к железу от 1,5 до 6;

- полученную смесь подвергают перемешиванию для взаимодействия гидроксида магния с гидратированным хлоридом железа;

- полученный после взаимодействия продукт промывают водой для удаления не прореагировавшего хлорида железа и образующихся водорастворимых продуктов реакции;

- после промывки полученный сорбент сушат.

Предпочтительно, время обработки, необходимое для полного взаимодействия гидроксида магния с гидратированным хлоридом железа (3+), варьируется от 0,5 до 4 часов.

Предпочтительно, полученный сорбент высушивают на воздухе при температуре не выше 60°С.

Совокупность существенных отличительных признаков позволяет получить эффективный и емкий сорбент мышьяка, не известный из существующего уровня техники, значительно более простым и дешевым способом.

Заявляемый способ получения сорбента мышьяка соответствует критерию новизна, что подтверждается проведенным патентным поиском.

Как было нами впервые экспериментально выяснено, обработка гидроксида магния гидратированным хлоридом железа приводит к образованию смеси, состоящей из железосодержащего двойного гидроксида магния - железа и гидроксидных соединений железа. Образующиеся продукты, ввиду особенностей их структуры, химического состава и высокой дефектности твердого тела, о чем свидетельствуют данные рентгенофазового анализа, обладают высокой сорбционной активностью по отношению к ионам As(III). В то же время, наличие достаточно крупных агрегированных частиц микронных размеров, из которых состоят сорбенты, обеспечивает хорошую фильтруемость и высокую скорость сорбции на полученных сорбентах.

Примеры осуществления изобретения

Для получения сорбента брали навеску гидроксида магния Mg(OH)2 (32,8 г) смешивали эту навеску с 120 мл H2O и добавляли 75 мл водного раствора FeCl3⋅6H2O с концентрацией 30%. Мольное отношение магния к железу в системе составляло 2. После этого проводили перемешивание смеси в течение одного часа на лабораторной шаровой мельнице МШЛ-1П. Полученную смесь отфильтровали на водоструйном насосе, промыли 150 мл воды и осадок высушили при комнатной температуре. Судя по данным рентгенофазового анализа, ИК-спектроскопии и термического анализа полученный сорбент не содержит рефлексов исходного гидроксида магния и состоит из двойного гидроксида магния-железа и оксида-гидроксида железа в форме акаганеита.

Испытания полученных образцов сорбента на адсорбционную способность по отношению к ионам проводили следующим образом. Навеску сорбента (50 мг) помещали в 50 мл модельного раствора с концентрацией As(III) 3-5 мг/л и рН, равным 7, перемешивали на магнитной мешалке в течение суток при температуре 20±1°С. Затем раствор отфильтровывали и в нем определяли остаточное содержание As(III) методом масс-спектрометрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Процент сорбции вычислен при принятии за 100% исходной концентрации As(III).

Данные по сорбционной способности заявляемого сорбента с разным атомным соотношением магния к железу в исходной системе приведены в табл. 1.

Как видно из табл. 1, заявляемый сорбент позволяет снижать концентрацию мышьяка от 3 мг/л до значений существенно ниже ПДК на этот элемент (менее 0,01 мг/л). Емкость такого сорбента составляет примерно 5 мг/г сорбента, что в 500 раз выше емкости прототипа. Такой сорбент может быть использован для удаления ионов As(III) из грунтовых вод, поверхностных водных систем и может найти применение на предприятиях химической и металлургической промышленности.

1. Способ получения сорбента мышьяка, отличающийся тем, что гидроксид магния смешивают с гидратированным хлоридом железа в мольном отношении магния к железу от 1,5 до 6.0, смесь подвергают перемешиванию для взаимодействия хлорида железа и гидроксида магния с последующей промывкой и сушкой.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перемешивание смеси проводят в течение 0,5-4 часов в зависимости от интенсивности перемешивания.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сушку проводят при температуре не выше 60°С.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к сорбентам для восстановления нефтезагрязненных земель, ликвидации аварийных разливов нефти, утилизации отходов бурения. Предложен сорбент-активатор аборигенных почвенных нефтеокисляющих микроорганизмов, представляющий собой наноструктурированный углерод-кремнеземный композит.
Изобретение относится к области очистки воды от катионов металлов. Предложены гуминовые вещества, выделенные из черноольхового низинного торфа, имеющие молекулярную массу 98 кДа, общую кислотность 3,2 ммоль/г, содержание карбоксильных групп 0,3 ммоль/г, содержание фенольных групп 2,9 ммоль/г.

Изобретение относится к способам получения химического поглотителя диоксида углерода, используемого в индивидуальных дыхательных аппаратах. Способ получения химического поглотителя диоксида углерода заключается в приготовлении суспензии гидроксидов щелочных и/или щелочноземельных металлов путем растворения в воде гидроксидов щелочных металлов с последующим добавлением гидроксидов щелочных и/или щелочноземельных металлов.
Изобретение относится к получению сорбентов для извлечения ионов металлов из водных сред. Предложен способ получения сорбента рутения, заключающийся в осуществлении процесса сорбции сульфид-ионов на гранулированном макропористом анионите с последующей конденсацией сорбированных сульфид-ионов с формальдегидом.

Изобретение относится к технологии получения полимерных сорбентов, используемых для локализации, ликвидации, сбора и очистки загрязненной среды от нефти и нефтепродуктов.

Изобретение относится к получению углеродных сорбентов. Способ получения углеродного сорбента включает измельчение угля до фракции 5-10 мм, обработку 20% раствором негашеной извести в уксусной кислоте, термообработку при температуре 380-420°C с выдержкой в течение 15-20 минут и охлаждение.
Изобретение относится к углеродным сорбентам. Предложен способ получения углеродного сорбента, заключающийся в термическом разложении аминофторидов графита общего состава C2Fx(NH2)y, где x=0,22-0,02, y=0,15-0,41.

Группа изобретений относится к макропористым композитам, наполненным дисперсными частицами сорбента, включенного в полимерную фазу стенок макропор. Композиция для получения заявленного материала содержит полиэлектролит, дисперсный наполнитель, представляющий собой частицы сверхсшитого полистирола сорбента и воду.

Изобретение относится к способу получения селективно связывающих переходный металл частиц на основе фосфина, применению макропористых частиц в качестве реакционноспособного агента, к связывающему металл частицам на основе фосфина, применению связывающих металл частиц для связывания атомов переходного металла и к способу захвата атомов переходного металла с использованием частиц на основе фосфина.

Изобретение относится к способам получения поглотителей диоксида углерода. Осуществляют приготовление водной суспензии гидроксидов щелочных и/или щелочноземельных металлов, наносят суспензию на подложку из пористого материала, проводят формование и сушку.

Изобретение относится к области сорбционной очистки вод от мышьяка. Предложен сорбент, содержащий оксогидроксид железа на носителе, состоящем из смеси газобетона и гематита.

Изобретение относится к разработке состава сорбента, используемого для сорбции соединений хрома(VI). Сорбент для очистки сточных вод от соединений хрома(VI) представляет собой смесь оксидов церия(IV) и олова(IV).

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.

Настоящее изобретение относится к способу синтеза адсорбционного материала, состоящего из однофазного четырехвалентного марганцевого фероксигита (δ-Fe(1-x)MnxOOH), в котором 0,05-25% железа изоморфно замещено атомами марганца.

Изобретение относится к получению сорбента, применяемого для тонкой очистки технологических и отходящих газов. Способ получения включает смешение в ультразвуковом устройстве гидроксида алюминия, негашеной извести и основного карбоната цинка в молярном соотношении Al2O3:CaO:ZnO=1:(0,5÷2):(0,5÷2), пластификацию смеси водой, формование гранул и сушку при температуре 110÷120°С.
Изобретение относится к материалам, предназначенным для осуществления адсорбционных процессов, в частности к адсорбентам для улавливания, концентрирования и хранения диоксида углерода Адсорбент изготовлен на основе мезопористой металлорганической каркасной структуры, выбранной из структур IRMOF-3, MOF-177, HKUST-1 (MOF-199), ZIF-8, MIL-100, MOF-200, MOF-210, MIL-101 или MIL-53.
Изобретение относится к материалам, предназначенным для осуществления адсорбционных процессов, в частности к адсорбентам для улавливания, концентрирования и хранения диоксида углерода (CO2) в составе отходящих газов теплоэнергетических установок, химических и металлургических производств, в биогазе.

Изобретение относится к способу получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода на основе гидроксида циркония и может быть использовано в технологии получения регенерируемых поглотителей диоксида углерода.

Изобретение относится к получению магнитного материала, содержащего диоксид кремния и оксид железа, и может быть использовано в производстве магнитных сорбентов.

Изобретение относится к сорбционно-фильтрующим материалам и может быть использовано при очистке хозяйственно-питьевых и промышленных сточных вод предприятий различных отраслей промышленности.

Изобретение относится к способам получения химического поглотителя диоксида углерода, используемого в индивидуальных дыхательных аппаратах. Способ получения химического поглотителя диоксида углерода заключается в приготовлении суспензии гидроксидов щелочных и/или щелочноземельных металлов путем растворения в воде гидроксидов щелочных металлов с последующим добавлением гидроксидов щелочных и/или щелочноземельных металлов.

Изобретение относится к области получения неорганических сорбентов для очистки вод от мышьяка. Гидроксид магния смешивают с гидратированным хлоридом железа в мольном отношении магния к железу от 1,5 до 6,0. Смесь подвергают перемешиванию для взаимодействия хлорида железа и гидроксида магния. Сорбент промывают и высушивают. Техническим результатом является получение сорбента, позволяющего снижать концентрацию мышьяка от 3 мгл. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Наверх