Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов



Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов

 


Владельцы патента RU 2633913:

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

Изобретение может быть использовано в мембранных и сорбционных технологиях, в водоподготовке, при разработке технологий утилизации ионов тяжелых металлов из водных растворов и сточных вод. Для осуществления способа водные растворы, содержащие ионы тяжелых металлов, контактируют при комнатной температуре в течение 1-20 мин с модифицированными полимерными сорбентами при модуле раствор/сорбент, равном 50-200. В качестве полимерных сорбентов используют отходы валяльно-войлочного производства, например шерстяное волокно. Для модифицирования сорбентов их предварительно обрабатывают в водном растворе соли Мора с концентрацией 1,5-2,5% от массы сорбента при 20°С и рН 5-5,5, при модуле 25-50 в течение 1,5-2 ч, тщательно отмывают подкисленной водой до отсутствия в промывных водах ионов двухвалентного железа, затем их обрабатывают при перемешивании при 60-80°С и модуле 25-50 в течение 15-45 мин модифицирующим раствором. Для получения модифицирующего раствора в 100 мл воды растворяют 1-3 г акриламида, 1,25-3,75 г гидроксида натрия и 1,25-3,75 г солянокислого гидроксиламина и нагревают при температуре 90-95°С в течение 30-60 мин, затем добавляют 0,1-0,5 г/л 30% H2O2, выдерживают при перемешивании 1-3 мин, затем промывают, отжимают и высушивают до влажности 8-14%. Способ обеспечивает повышение степени извлечения ионов тяжелых металлов при одновременном снижении температуры модификации сорбентов. 1 табл.

 

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-ОН-2 при массовом соотношении опилки - реагент 1: 0,05÷0,1 [А.с. 1819669 СССР, МКИ5 В 01 J 20/22, 20/30. Способ получения сорбента для очистки сточных вод меди // Тимофеева С.С., Кухарев Б.Ф., Станкевич В.К., Клименко Г.Р.; заявитель Иркутский институт органической 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 также 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°С, 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% [Патент №2258560 РФ, МПК7 B01J 20/24. Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов // Никифорова Т.Е., Багровская Н.А., Лилин С.А., Козлов В.А. Заявители ГОУВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет» и Институт химии растворов РАН. - №2004102130/15; заявл. 26.01.2004; опубл. 20.08.2005 г., Бюл. №23].

Однако этот способ предполагает 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 В1 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 [Патент №2495830 РФ. Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов // Никифорова Т.Е., Козлов В.А., Ефимов Н.А. Заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет». - №2012117931/05; заявл. 28.04.2012; опубл. 20.10.2013 г., Бюл. №29].

Недостатками прототипа являются:

- недостаточно высокая степень извлечения ионов тяжелых металлов;

- высокая температура обработки сорбентов (150-200°С).

Техническим результатом изобретения является повышение степени извлечения ионов тяжелых металлов при одновременном снижении температуры обработки сорбентов.

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 при модуле раствор / сорбент, равном 50-200, согласно изобретению в качестве полимерных сорбентов используют отходы валяльно-войлочного производства (шерстяное волокно), а для модифицирования сорбентов их предварительно обрабатывают в водном растворе соли Мора с концентрацией 1,5-2,5% от массы сорбента при 20°С и рН 5-5,5 при модуле 25-50 в течение 1,5-2 ч, тщательно отмывают подкисленной водой до отсутствия в промывных водах ионов двухвалентного железа, затем их обрабатывают при перемешивании при 60-80°С и модуле 25-50 в течение 15-45 мин модифицирующим раствором, для получения которого в 100 мл воды растворяют 1-3 г акриламида (1-3%), 1,25-3,75 г гидроксида натрия (1,25-3,75%) и 1,25-3,75 г (1,25-3,75%) гидроксиламина солянокислого и нагревают при температуре 90-95°С в течение 30-60 мин, затем добавляют 0,1-0,5 г/л 30% H2O2, выдерживают при перемешивании 1-3 мин, затем промывают, отжимают и высушивают до влажности 8-14%.

Для осуществления заявляемого изобретения используют следующие реагенты:

Гидроксид натрия NaOH ГОСТ 4328-77. Натрия гидроокись.
Технические условия
Перекись водорода H2O2 ГОСТ 177-88. Реактивы. Технические условия
Соль Мора ГОСТ 4208-72. Реактивы. Соль закиси железа
FeSO4⋅(NH4)2SO4⋅6H2O и аммония двойная сернокислая (соль Мора).
Технические условия
Акриламид
Гидроксиламин ГОСТ 5456-79. Реактивы. Гидроксиламина
солянокислый NH2OH⋅HCl гидрохлорид. Технические условия

В качестве сорбентов использовали отходы валяльно-войлочного производства (шерстяное волокно).

Изобретение осуществляют следующим образом.

Пример 1.

10 г волокнистых отходов валяльно-войлочного производства (шерстяное волокно) погружают в стакан с 500 мл водного раствора (модуль 50), содержащего 0,15 г соли Мора (1,5% от массы сорбента), выдерживают при перемешивании при 23°С в течение 2 ч при рН 5, после чего промывают подкисленной водой для удаления ионов железа (II), затем их заливают 500 мл (модуль 50) модифицирующего раствора, содержащего 1% акриламида, 1,25% гидроксида натрия и 1,25% гидроксиламина солянокислого, подвергнутого нагреванию при температуре 95°С в течение 30 мин, и выдерживают в этом растворе при перемешивании при 60°С в течение 45 мин, добавляют 0,25 г/л 30% H2O2, выдерживают при перемешивании 2 мин. Затем сорбент вынимают из стакана, промывают, отжимают и высушивают до влажности 14%.

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

Концентрация ионов меди в растворе после контактирования с сорбентом составила 0,273 ммоль/л (степень извлечения 81,8%).

Пример 2.

10 г волокнистых отходов валяльно-войлочного производства (кератинсодержащих отходов) погружают в стакан с 250 мл водного раствора (модуль 25), содержащего 0,25 г соли Мора (2,5% от массы сорбента), выдерживают при перемешивании при 20°С в течение 1,5 ч при рН 5,5, после чего промывают подкисленной водой для удаления ионов железа (II), затем их заливают 250 мл (модуль 25) модифицирующего раствора, содержащего 1% акриламида, 1,25% гидроксида натрия и 1,25% гидроксиламина солянокислого, подвергнутого нагреванию при температуре 95°С в течение 30 мин, и выдерживают при перемешивании при 75°С в течение 30 мин, добавляют 0,1 г/л 30% H2O2, выдерживают при перемешивании 3 мин. Затем сорбент вынимают из стакана, промывают, отжимают и высушивают до влажности 14%.

Обработанный сорбент заливают 1,5 л водного раствора при комнатной температуре (модуль 150), рН 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 0,2985 ммоль/л (степень извлечения 80,1%).

Пример 3.

10 г волокнистых отходов валяльно-войлочного производства (кератинсодержащих отходов) погружают в стакан с 250 мл водного раствора (модуль 25), содержащего 0,2 г соли Мора (2,0% от массы сорбента), выдерживают при перемешивании при 25°С в течение 1,5 ч при рН 5,3, после чего промывают подкисленной водой для удаления ионов железа (II), затем их заливают 400 мл (модуль 40) модифицирующего раствора, содержащего 1% акриламида, 1,25% гидроксида натрия и 1,25% гидроксиламина солянокислого, подвергнутого нагреванию при температуре 95°С в течение 30 мин, и выдерживают при перемешивании при 80°С в течение 15 мин, добавляют 0,5 г/л 30% H2O2, выдерживают при перемешивании 1 мин. Затем сорбент вынимают из стакана, промывают, отжимают и высушивают до влажности 14%.

Обработанный сорбент заливают 2 л водного раствора при комнатной температуре (модуль 200), рН 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 0,303 ммоль/л (степень извлечения 79,8%).

Пример 4.

10 г волокнистых отходов валяльно-войлочного производства (кератинсодержащих отходов) погружают в стакан с 500 мл водного раствора (модуль 50), содержащего 0,15 г соли Мора (1,5% от массы сорбента), выдерживают при перемешивании при 20°С в течение 2 ч при рН 5,4, после чего промывают подкисленной водой для удаления ионов железа (II), затем их заливают 350 мл (модуль 35) модифицирующего раствора, содержащего 3% акриламида, 3,75% гидроксида натрия и 3,75% гидроксиламина солянокислого, подвергнутого нагреванию при температуре 90°С в течение 30 мин, и выдерживают при перемешивании при 75°С в течение 40 мин, добавляют 0,3 г/л 30% Н2О2, выдерживают при перемешивании 2 мин. Затем сорбент вынимают из стакана, промывают, отжимают и высушивают до влажности 14%.

Обработанный сорбент заливают 1 л водного раствора при комнатной температуре (модуль 100), рН 7, содержащего 1,5 ммоль/л ионов кадмия. Через 10 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов Cd(II). Концентрация ионов кадмия в растворе после контактирования с сорбентом составила 0,2925 ммоль/л (степень извлечения ионов Cd(II) 80,5%).

Пример 5.

10 г волокнистых отходов валяльно-войлочного производства (кератинсодержащих отходов) погружают в стакан с 500 мл водного раствора (модуль 50), содержащего 0,2 г соли Мора (2,0% от массы сорбента), выдерживают при перемешивании при 22°С в течение 2 ч при рН 5,5, после чего промывают подкисленной водой для удаления ионов железа (II), затем их заливают 300 мл (модуль 30) модифицирующего раствора, содержащего 2% акриламида, 2,5% гидроксида натрия и 2,5% гидроксиламина солянокислого, подвергнутого нагреванию при температуре 92°С в течение 30 мин, и выдерживают при перемешивании при 70°С в течение 35 мин, добавляют 0,3 г/л 30% H2O2, выдерживают при перемешивании 2 мин. Затем сорбент вынимают из стакана, промывают, отжимают и высушивают до влажности 14%.

Обработанный сорбент заливают 0,75 л водного раствора при комнатной температуре (модуль 75), рН 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 0,3285; 0,336; 0,3345 и 0,3975 ммоль/л соответственно (степень извлечения 78,1; 77,6; 77,7 и 73,5%).

Результаты опытов в сравнении с прототипом представлены в таблице.

Из приведенных в таблице данных следует, что предлагаемый способ позволяет решить поставленную задачу, а именно: повысить степень извлечения ионов тяжелых металлов на 2-5% и снизить температуру обработки сорбентов с 150-200°С до 60-80°С.

Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов, заключающийся в контактировании их при комнатной температуре в течение 1-20 мин с модифицированными полимерными сорбентами при модуле раствор/сорбент, равном 50-200, отличающийся тем, что в качестве полимерных сорбентов используют отходы валяльно-войлочного производства, например шерстяное волокно, а для модифицирования сорбентов их предварительно обрабатывают в водном растворе соли Мора с концентрацией 1,5-2,5% от массы сорбента при 20°C и рН 5-5,5, при модуле 25-50 в течение 1,5-2 ч, тщательно отмывают подкисленной водой до отсутствия в промывных водах ионов двухвалентного железа, затем их обрабатывают при перемешивании при 60-80°C и модуле 25-50 в течение 15-45 мин модифицирующим раствором, для получения которого в 100 мл воды растворяют 1-3 г акриламида (1-3%), 1,25-3,75 г гидроксида натрия (1,25-3,75%) и 1,25-3,75 г (1,25-3,75%) гидроксиламина солянокислого и нагревают при температуре 90-95°C в течение 30-60 мин, затем добавляют 0,1-0,5 г/л 30% H2O2, выдерживают при перемешивании 1-3 мин, далее промывают, отжимают и высушивают до влажности 8-14%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к химическим средствам обработки воды из природных источников и может быть использовано в питьевом водоснабжении в быту или в полевых условиях.

Изобретение относится к области очистки воды от загрязнения углеводородами нефти, маслами. Гидрофобный фильтр для сбора нефтепродуктов с поверхности воды, состоящий из кассеты, в которой размещены отдельные, соединенные между собой высокопористые гидрофобные блоки, выполненные из высокотемпературных оксидных материалов с плотностью 0,4-0,6 г/см3, внешние поверхности высокопористых гидрофобных блоков и внутренние поверхности пор которых покрыты сплошной углеродной пленкой.

Изобретение относится к конструкции аппарата получения и хранения дистиллированной воды, используемой в медицинской, фармацевтической, биотехнической, электронной, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к очистке сточных вод. Установка включает флотокамеру 1 с нерастворимыми электродами 2, плавающую фильтрующую загрузку 3, плавающую сорбционно-активную загрузку, растворимый электрод 4.

Изобретение относится к области очистки подземных вод с повышенным содержанием железа и может быть применено в процессах водоподготовки для питьевых и технических целей, а также для утилизации удаляемого железа с целью его промышленного использования.

Изобретение может быть использовано на предприятиях машиностроительной, химической, горнодобывающей промышленности и в коммунальном хозяйстве. Способ включает сорбцию адсорбентом, в качестве которого используют экологически чистый, технологичный композитный сорбент, содержащий 80 мас.% 95%-ного концентрата глауконита Бондарского месторождения Тамбовской области и 20 мас.% SiO2.

Изобретение предназначено для очистки технологических жидкостей, например воды, загрязненной плавучей жидкой средой, например нефтепродуктами и осаждающимися дисперсными механическими примесями, например твердыми частицами, плотность материала которых выше плотности жидкости, и может быть использовано в любой отрасли промышленности, где возникает такая необходимость.

Изобретение относится к способу очистки воды, в том числе нефтесодержащей, от соединений серы. Способ заключается в окислении сульфидной серы в широком диапазоне значений рН кислородсодержащим газом с применением водорастворимого органического катализатора формулы R-Men+, имеющего в составе ионы поливалентных металлов, в частности Са, Ni, Fe, Hg, Со, Mn, Cu, Cr, Mo, Ti или V, где R представляет собой остаток полиаминокарбоновой кислоты.

Группа изобретений относится к области очистки сточных вод, а именно к фильтрующим патронам, устанавливаемым в ливневые колодцы, и способам монтажа фильтрующих патронов, в частности непосредственно через канализационный люк.

Изобретение относится к области обратноосмотического опреснения морских и природных солоноватых вод. Может быть использовано в энергетике, химической, пищевой и других областях промышленности.

Изобретение относится к способу получения модифицированного монтмориллонита. Способ получения органомодифицированного монтмориллонита с полифторалкильными группами включает обработку природного монтмориллонита смесью 1,1,3-тригидроперфторпропанола-1, 1,1,5-тригидроперфторпентанола-1 и 1,1,7-тригидроперфторгептанола-1 в н-гептане при 50°C, при следующем соотношении компонентов, масс.

Изобретение относится к технологии получения органоминеральных сорбентов, которые могут быть использованы для очистки водных растворов и сточных вод от тяжелых металлов.

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для очистки сточных вод от соединений тяжелых металлов. Способ получения сорбента осуществляют путем модификации природного цеолита клиноптилолитового типа.

Изобретение относится к неорганическим сорбентам, используемым для адсорбции и фиксации мышьяка и тяжелых металлов. Предложен материал, включающий пористую керамическую подложку с пористостью 35-85% и наночастицы нуль-валентного железа, сформированные внутри пористой керамической подложки.

Изобретение относится к производству композитных сорбентов на основе гексацианоферратов переходных металлов и органических носителей. Способ включает иммобилизацию гексацианоферрата переходного металла в матрицу хитозана и ее термообработку при 100-120°С.

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.

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 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.
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 сорбционной очистки вод. Предложен сорбент для очистки водных сред от мышьяка.
Наверх