Каталитический сорбент для очистки водных сред



Каталитический сорбент для очистки водных сред
Каталитический сорбент для очистки водных сред

 


Владельцы патента RU 2617492:

Общество с ограниченной ответственностью "Политек" (RU)

Изобретение относится к очистке природных и сточных вод и может быть использовано на водозаборах, промышленных предприятиях и в индивидуальных системах очистки питьевой воды. Предложен состав сорбента, который содержит носители в виде природного цеолита клиноптилолитового ряда, вулканической пемзы и минерала манганита с содержанием марганца не менее 50%. В качестве активного каталитического компонента сорбент содержит диоксид марганца на упомянутых носителях. Изобретение обеспечивает повышение степени очистки воды от ионов железа и марганца. 1 табл.

 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к очистке природных и сточных вод от соединений железа и марганца.

Известен сорбент, очищающий воду от ионов мышьяка с разной валентностью (патент US №6921732, МПК B01J 20/06, опубл. 26.07.2005 г.). Сорбент представляет собой цеолит, покрытый нанофазными оксидами железа и марганца, причем сорбент содержит 0,25-10% оксида железа с молярным соотношением Mn/(Mn+Fe), равным 0,10. Сорбент получают путем добавления цеолита к железо-марганцевому раствору, приготовленному смешением раствора оксида железа с марганецсодержащим соединением. Эту смесь фильтруют и из отфильтрованного продукта методом сушки получают сорбент в виде цеолита, покрытого нанофазными гидроксидами железа и марганца.

Однако данный материал позволяет удалять из воды только ионы мышьяка и не применяется для очистки воды от ионов железа и марганца. При этом наибольшая концентрация загрязнения воды, при которой достигается высокая степень очистки, сравнительно мала: 1,57 мг/дм3 (ppm). Кроме того, в процессе очистки от As (III), широко распространенного в природных условиях, высвобождаются ионы марганца Mn (II), которые также являются загрязнителями воды.

Известен способ получения гранулированного фильтрующего материала (патент RU №2162737, опубл. 10.02.2001). Доломит подвергают измельчению и классификации до фракции 0,3-1,5 мм. Полученный полупродукт подвергают отжигу в атмосфере воздуха при температуре 500-900°C в течение 1-3 ч. Затем остужают до комнатной температуры и обрабатывают раствором, содержащим ионы двухвалентного марганца (Mn2+~0,01-0,2 моль/л). После этого раствор сливают, а материал подвергают сушке при 100-200°C. К недостаткам данного способа относится то, что обработка по данному способу является энергоемкой, поскольку производится при высокой температуре 900°C. Другим недостатком является то, что при разложении марганца двухлористого выделяется хлор, который не утилизируется, а непосредственно выбрасывается в атмосферу.

Известно изобретение (патент RU №2229336, опубл. 27.05.2004), в котором используется носитель - бентонитовая глина, которую термообрабатывают при температуре 1200°C, затем проводят активацию азотной кислотой. Предложен сорбционно-фильтрующий материал для очистки воды, содержащий диоксид марганца на алюмосиликатной основе, в качестве которого он содержит бентонитовую глину, подвергнутую последовательно термической и кислотной активации, при этом он содержит компоненты при следующем соотношении, мас. %: диоксид марганца - 10-14, активированная бентонитовая глина - остальное. Способ получения заключается в термоактивации бентонита, кислотной обработке и обработке растворами Mn и KMnO. Недостаток - в использовании кислоты, которую необходимо нейтрализовать. Кроме того, бентонитовая глина в процессе приготовления сорбционно-фильтрующего материала проходит термообработку, что влечет затраты на электроэнергию.

Известен обезжелезивающий фильтрующий материал (патент RU №2184600, опубл. 10.07.2002). Обезжелезивающий фильтрующий материал содержит, мас. %: мел 13-36, пиролюзит 10-33, жидкое стекло 48,96-52,18, кремнефтористый натрий 1,82-5,04. Недостатком которого является искусственное получение фильтрующего материала, кроме того, он трудоемок в изготовлении, поскольку сушка длится 1 сутки, а термообработка длится 20-30 часов при температуре 120-130°C, это энергозатратно, также этот материал дорог в изготовлении, поскольку получается искусственным путем.

Известен способ получения сорбента [RU 2031705 C1, 1995], включающий дробление пористого силикатного носителя, насыщение раствором модифицирующего реагента и последующую термообработку при температуре разложения модифицирующего реагента. В одном из примеров способа минеральный материал, раздробленный до размера естественных гранул, подвергают насыщению в течение 20 мин 1% раствором KMnO4, в процессе насыщения образовывался MnO2, который насыщает поры минерального сорбента, и осуществляют термическую доводку сорбента при температуре 200-210°C.

К недостаткам данного способа получения диоксида марганца на поверхности природного пористого гранулированного материала можно отнести такую технологическую операцию, как термообработка при высоких температурах для получения на поверхности стабильного соединения диоксида марганца, являющегося катализатором окисления железа и марганца.

В качестве прототипа выбран фильтрующий материал для очистки воды от марганца и железа (патент RU №2275335, опубл. 27.04.2006).

В этом фильтрующем материале в качестве носителя используется зернистый материал природного происхождения - горелая порода, а на поверхности горелой породы образован каталитически активный слой, состоящий из смеси оксидов MnO, Mn2O3 и MnO2. Данный зернистый материал хорошо работает при pH 7,8-9,0.

К недостаткам данного модифицированного фильтрующего материала можно отнести следующее: модифицированная горелая порода хорошо удаляет из воды железо при pH 6,3-6,5. Однако при этих значениях pH происходит растворение оксидов марганца, что приводит к увеличению содержания в воде ионов марганца выше ПДК.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка нового каталитического сорбента на основе природных материалов, обладающего высокими очистными свойствами в отношении ионов железа и марганца.

Техническим результатом заявляемого изобретения является создание эффективного каталитического сорбента, очищающего воду от железа и марганца, имеющего каталитически активный слой на внешней и внутренней (пористой) поверхности материала.

Поставленная задача достигается тем, что каталитический сорбент для очистки воды от соединений железа и марганца включает в свой состав минеральные носители и каталитическую добавку в виде диоксида марганца. Материал отличается тем, что в качестве носителей он содержит природный цеолит клиноптилолитового ряда, обладающий развитой пористой структурой, вулканическую пемзу, имеющую макропоры, и минерал манганит, обладающий каталитическими свойствами. На внутренней и внешней поверхностях носителей образован каталитический слой в виде диоксида марганца.

Выбор природного цеолита клиноптилолитового ряда, имеющего развитую систему пор, вулканической пемзы имеющей макропоры и минерала манганита, обладающего каталитическими свойствами, обусловлен оптимальным сочетанием их технико-эксплуатационных характеристик (развитая пористая структура, механическая прочность, сорбционные и каталитические свойства). А оптимальная пропорция носителей с модификацией их диоксидом марганца обеспечивает повышенные характеристики при извлечении из воды соединений железа и марганца. Данная композиция способна более эффективно окислять двухвалентное железо до нерастворимого Fe3+, а также двухвалентный марганец до нерастворимых соединений Mn4+и Mn3+, которые будут удерживаться слоем каталитического сорбента. Продукты окисления загрязнений в воде, находящиеся на слое сорбционной загрузки в нерастворимой форме, можно удалять с фильтра посредством обратной промывки слоя каталитического сорбента.

Повышенная сорбционно-каталитическая способность заявляемого материала по железу и марганцу достигается благодаря равномерному и оптимальному распределению каталитического агента диоксида марганца по внешней и внутренней (в порах) поверхности. Это обеспечивает более полное участие диоксида марганца в процессах окисления и сорбции продуктов окисления Fe2+и Mn2+, тем самым идет повышение сорбционно-каталитических свойств разработанного каталитического сорбента. Заявляемый каталитический сорбент для очистки воды от соединений железа и марганца получали следующим образом.

В стеклянный стакан объемом 1000 см3 помещали минеральные носители в виде природного цеолита (размер гранул 1-2 мм) в количестве 135 граммов и вулканической пемзы (размер гранул 1-2 мм) массой 45 граммов. Заливали к находящимся в стакане носителям раствор хлорида марганца концентрацией 7%, в количестве 300 см3 и выдерживали в течение 2 часов. Далее избыток хлорида марганца сливали из стакана и заливали в него раствор перманганата калия с концентрацией 1% в количестве 300 см3. Выдерживали в течение 3 часов и сливали раствор перманганата марганца с дальнейшей промывкой загрузки водой, от остатков диоксида марганца и перманганата калия, которые не закреплены на носителях. Далее проводилась сушка данных носителей при температуре 200°C в течение 4 часов. После процесса сушки к модифицированным образцам природного цеолита и вулканической пемзы добавили 45 граммов минерала манганита (размер частиц 1-2 мм) и тщательно перемешали.

Полученный каталитический сорбент исследовали на извлечение с его помощью ионов железа и марганца из модельного раствора. Для этого разработанный материал (размер частиц 1-2 мм) загружали в колонку с площадью сечения 10 см2 и высотой 0,8 м (высота слоя загрузки) и пропускали модельный раствор сверху вниз, со скоростью 10 м/ч. Модельный раствор готовился на водопроводной воде с использованием железа (II) сернокислого 7-водного (ХЧ) и марганца (II) сернокислого 5-водного (ЧДА). Концентрации модельного раствора составляли по железу 13,3 мг/дм3 и по марганцу 0,5 мг/дм3. Исходный модельный раствор и фильтрат анализировали на содержание железа и марганца с использованием фотоколориметрии. Результаты исследований физико-химических характеристик заявляемого каталитического сорбента по сравнению с материалом-прототипом представлены в таблице 1. Из таблицы 1 видно, что у заявляемого каталитического сорбента величина удельной поверхности и удельный объем пор значительно выше, чем у материала-прототипа. Результаты испытаний заявляемого каталитического сорбента на основе модифицированных минеральных носителей и материала-прототипа при очистке модельного раствора, содержащего ионы железа и марганца, показаны в таблице 2. Из таблицы 2 видно, что заявляемый каталитический сорбент имеет значительно лучшие свойства при извлечении из водного раствора ионов железа и марганца по сравнению с материалом-прототипом, что позволяет увеличить продолжительность цикла и качество очистки воды.

Каталитический сорбент для очистки воды от соединений железа и марганца, содержащий носители в виде природного цеолита клиноптилолитового ряда, вулканической пемзы и минерала манганита (бурая марганцевая руда) MnO(OH), имеющего содержание марганца не менее 50%, и диоксид марганца в качестве активного компонента, при этом сорбент характеризуется следующим соотношением компонентов, мас. %:

природный цеолит 57,5
вулканическая пемза 20
минерал манганит 20
диоксид марганца 2,5



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу очистки углеводородного сырья, содержащего олефины и по меньшей мере одну примесь, содержащую по меньшей мере один гетероатом, в котором осуществляют стадию контактирования сырья с адсорбентом, содержащим от 93 мас.% до 99,8 мас.% цеолита и от 0,2 до 7 мас.% связующего, причем цеолит относится к типу 12MR, причем указанный цеолит содержит кремний и элемент T, выбранный из группы, состоящей из алюминия, бора, галлия и железа, и атомное отношение Si/T в цеолите меньше 20.
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 цеолитным адсорбентам. Адсорбент метилйодида включает цеолит, содержащий по меньшей мере один металл, адсорбирующий йодид, или его соединение.

Изобретение относится к способу бескислородного сочетания метана в олефины, в котором: метан в качестве исходного газа можно напрямую конвертировать в олефины и совместно получать ароматические соединения и водород; указанные катализаторы представляют собой катализаторы, в которых элементы-металлы легированы в каркас аморфных материалов в расплавленном состоянии, изготовленных из Si, связанного с одним или более атомами из С, N и О; количество легирующих металлов в легированном каркасе катализаторов составляет более чем 0,001 массового %, но менее чем 10 массовых % от общей массы катализатора.

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 способу получения потока алкилированного ароматического соединения из по меньшей мере частично необработанного потока способного к алкилированию ароматического соединения, содержащего каталитические яды, и потока алкилирующего агента, включающего следующие стадии: (а) контактирование указанного потока способного к алкилированию ароматического соединения, содержащего указанные каталитические яды, с обрабатывающей композицией в зоне обработки, отдельной от реакционной зоны алкилирования, в условиях обработки с целью удаления по меньшей мере части указанных каталитических ядов и получения обработанного отходящего потока, который включает обработанное способное к алкилированию ароматическое соединение и сниженное количество каталитических ядов, причем указанная обрабатывающая композиция представляет собой пористый кристаллический материал, который имеет отношение площади поверхности к объему, составляющее более 30 дюймов-1 (12 см-1), указанные условия оработки включают температуру от 30 до 300°С; (б) периодическую подачу потока алкилирующего агента в указанную зону обработки совместно с указанным по меньшей мере частично необработанным способным к алкилированию ароматическим соединением, чтобы достичь увеличения температуры, вызванного экзотермической реакцией между указанным алкилирующим агентом и указанным по меньшей мере частично необработанным способным к алкилированию ароматическим соединением в присутствии указанной обрабатывающей композиции при указанных условиях обработки, причем указанное увеличение температуры определяет степень старения указанной обрабатывающей композиции; причем периодическая подача алкилирующего агента означает, что алкилирующий агент подают в зону обработки с интервалами от 1 секунды до 24 часов или более, и затем прекращают подавать на периоды времени от 1 минуты до 15 суток или более; и (в) контактирование указанного обработанного способного к алкилированию ароматического соединения в указанном отходящем потоке и потока алкилирующего агента с каталитической композицией в указанной реакционной зоне алкилирования, отдельной от указанной зоны обработки, при по меньшей мере частично жидкофазных условиях каталитического превращения с получением алкилированного отходящего потока, который включает дополнительное количество алкилированного ароматического соединения, причем указанная каталитическая композиция включает пористый кристаллический материал, имеющий каркасный структурный тип, выбранный из группы, включающей FAU, BEA, MOR, MWW и их смеси, причем указанные по меньшей мере частично жидкофазные условия каталитического превращения включают температуру от 100 до 300°С, давление от 689 до 4601 кПа, молярное отношение обработанного способного к алкилированию ароматического соединения к алкилирующему агенту от 0,01:1 до 25:1 и массовую часовую объемную скорость подачи сырья (МЧОС), составляющую в расчете на алкилирующий агент от 0,5 до 500 ч-1.

Изобретение относится к получению цеолитных адсорбентов. Предложены варианты гранулированного цеолитного адсорбента, содержащего в поверхностном слое гранул глубиной 5-300 микрон кристаллическую фазу цеолита типа А.
Группа изобретений относится к адсорбентам для очистки углеводородов. Предложен адсорбент для очистки потоков углеводородов, содержащий компонент оксида алюминия, компонент цеолита с размером входного окна 5-10 Å и добавочный компонент металла.

Изобретение относится к цеолитным адсорбентам. Предложен цеолит-X, имеющий молярное отношение Si/Al от 1,0 до 1,5, средний диаметр не более чем 2,7 микрон и относительную интенсивность LTA не более чем 0,35, определяемую методом рентгеновской дифракции (XRD).

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.

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 способу получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода и может быть для очистки атмосферы от диоксида углерода герметичных объектов, для создания контролируемой газовой среды, для очистки атмосферного воздуха в топливных элементах. Способ заключается во взаимодействии соли циркония и вещества, образующего гидроксид циркония с добавлением карбоната аммония и перекиси водорода. В качестве исходных веществ используют оксид цинка и основной карбонат циркония. В качестве связующего используют акриловый лак в количестве (5±0,5)% в расчете на сухие вещества. Полученные гранулы подвергают гидротермальной обработке. Изобретение позволяет увеличить динамическую активность поглотителя по диоксиду углерода и повысить прочность гранул поглотителя. 1 табл., 5 пр.
Наверх