Способ сорбционной очистки водных растворов от мышьяка



Способ сорбционной очистки водных растворов от мышьяка
Способ сорбционной очистки водных растворов от мышьяка
Способ сорбционной очистки водных растворов от мышьяка

Владельцы патента RU 2682569:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук (ИМЕТ УрО РАН) (RU)

Изобретение относится к способам очистки сточных вод от мышьяка. Способ включает контактирование раствора в статических условиях с сорбентом, в качестве которого используют рутил, подвергнутый механоактивации до размеров кристаллитов менее 20 нм. Контактирование раствора с сорбентом ведут при ультразвуковой обработке в диапазоне частот 30-35 кГц, рН 1-1.5 и массовом отношении мышьяка к диоксиду титана не более 1:100. Изобретение обеспечивает снижение времени очистки при высокой степени поглощения мышьяка. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к способам очистки сточных вод от мышьяка и может найти применение на предприятиях цветной металлургии и химической промышленности.

Выбросы металлургических предприятий - один из источников поступления в окружающую среду, в частности, питьевую воду, такого высокотоксичного элемента, как мышьяк. Мышьяк вызывает серьезные проблемы со здоровьем, в том числе поражение кожи и рак. Сорбция является одним из популярных методов очистки сточных и природных вод от мышьяка. Оксид титана и материалы на его основе - многообещающие сорбенты для удаления мышьяка благодаря высокой сорбционной активности, физической и химической стабильности, нетоксичности и коммерческой доступности.

Известен способ очистки кислых растворов от мышьяка и сурьмы с использованием титансодержащего сорбента, в качестве которого применяют гидратированную окись титана (IV), при весовом соотношении титана к мышьяку 4-7:1, температуре раствора 40-90°С и рН от -0,3 до -0,9 (а.с. 305742, МПК С01в 27/02, оп. 05.01.1975).

Этот способ требует большого расхода титана и длительного времени для обеспечения степени очистки растворов от мышьяка порядка 90%.

Известен способ удаления мышьяка из водных растворов с использованием в качестве сорбента гидратированного диоксида титана, при этом сорбция 1 мг/л мышьяка (III) и мышьяка (V) проводится в статическом режиме из водного раствора при рН=4, соотношении 0.1 г сорбента на 1000 мл раствора (Т : Ж=1:10000) (М. Pirila et al. Removal of aqueous As(III) and As(V) by hydrous titanium dioxide // Journal of Colloid and Interface Science. 2011. V. 353. P. 257-262).

Недостатком является низкая скорость достижения степени сорбции более 95% - 4 ч. и низкая сорбционная емкость - 31.8 мг мышьяка (III) и 33.4 мг мышьяка (V) на 1 г сорбента

Известен способ сорбционной очистки водных растворов от мышьяка (III) и мышьяка (V) в статических условиях с использованием в качестве сорбента нанотрубок титаната натрия, приготовленных из диоксида титана гидротермальным методом, при соотношении сорбент : раствор 25 мг на 25 мл (Т : Ж=1000) (Niu H.Y. et al. Adsorption behavior of arsenic onto protonated titanate nanotubes prepared via hydrothermal method // Microporous and Mesoporous Materials. 2009. V. 122. P. 28-35). Максимум степени сорбции мышьяка (III) из раствора с содержанием 25 мг/л (около 90%) наблюдается при рН от 7 до 10, тогда как такая же степень сорбции мышьяка (V) из раствора с содержанием 5 мг/л наблюдается при рН=2.5-3. Сорбционная емкость - 59.5 мг мышьяка (III) и 204.1 мг мышьяка (V) на 1 г сорбента.

Недостатком способа является неполнота сорбции мышьяка (около 90%) при указанных его концентрациях в растворе, низкая емкость сорбента по отношению к мышьяку (III) и длительность процесса - установление сорбционного равновесия в течение 8 часов.

Известен способ извлечения мышьяка (III) и мышьяка (V) из водных растворов с рН=7 при концентрации мышьяка 50 мг/л, включающий перемешивание раствора в статических условиях с сорбентом, в качестве которого используют диоксид титана модификации анатаз с размером кристаллитов около 7 нм, и соотношении сорбент : раствор 1 г на 1 л (Т : Ж=1000), принятый за прототип (Z. Xu, X. Meng, Size effects of nanocrystalline TiO2 on As(V) and As(III) adsorption and As(III) photooxidation, J. Hazard. Mater. 2009. V. 168. P. 747-752). При проведении сорбции мышьяка (V) растворы перемешивают с сорбентом 24 ч, при этом сорбционная емкость составляет 30.5 мг мышьяка на 1 г сорбента, а при сорбции мышьяка (III) (4 часа) - 30 мг мышьяка на 1 г сорбента.

Недостаток способа - длительное время сорбции и низкая сорбционная емкость сорбента.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение сорбционной емкости сорбента и снижение времени проведения сорбции при обеспечении высокой степени очистки растворов от мышьяка.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе сорбционной очистки водных растворов от мышьяка, включающем контактирование раствора в статических условиях с сорбентом на основе диоксида титана при поддержании определенного соотношения сорбент : раствор и показателя рН с последующим отделением сорбента, согласно изобретению в качестве сорбента на основе диоксида титана используют рутил, подвергнутый механоактивации до размеров кристаллитов менее 20 нм, а контактирование раствора с сорбентом ведут при ультразвуковой обработке в диапазоне частот 30-35 кГц при рН 1-1.5 и обеспечении массового соотношения мышьяка и диоксида титана не более 1:100. При этом контактирование раствора с сорбентом проводят в течение не менее 30 минут.

Использование в качестве сорбента механоактивированного рутила с размером кристаллитов менее 20 нм позволяет повысить сорбционную емкость сорбента за счет, в том числе, увеличения удельной поверхности и извлекать мышьяк из водных растворов со степенью сорбции выше 94% при невысоком расходе сорбента. При этом рН раствора влияет как на заряд поверхности частиц диоксида титана, так и на форму существования и заряд частиц мышьяка в водном растворе, что обуславливает возможность взаимодействия и сорбции.

Как правило, более токсичный мышьяк (III) хуже адсорбируется, чем мышьяк (V) (X. Guan et al. Application of titanium dioxide in arsenic removal from water: A review //Journal of Hazardous Materials. 2012. V. 215-216. P. 1-16), однако предлагаемый в данном способе сорбент обладает высокой емкостью по отношению к мышьяку в обеих степенях окисления (максимальная статическая сорбционная емкость: As(III) - 164 мг/г, As(V) -101 мг/г).

Проведение процесса при поддержании заявляемого массового соотношения мышьяка и диоксида титана не более 1:100 позволяет достичь степени сорбции мышьяка из растворов более 96% за короткое время. Проведение сорбции при соотношении мышьяка и диоксида титана более 1:100 не гарантирует достаточно полного удаления мышьяка из раствора.

Зависимости степени сорбции мышьяка (III) и мышьяка (V) от рН с использованием механоактивированного рутила (размер кристаллитов 15 нм) и коммерчески доступного рутила (размер кристаллитов 220 нм) продемонстрированы на рисунке 1.

Проведение сорбции при ультразвуковой обработке в диапазоне частот 30-35 кГц в течение не менее 30 минут позволяет дезагрегировать частицы механоактивированного рутила, что приводит к увеличению удельной поверхности сорбента и повышению степени сорбции. Зависимость сорбционной емкости механоактивированного рутила от времени сорбции под действием и без воздействия ультразвука при рН=1 приведена на рисунке 2.

Способ осуществляют следующим образом.

Сорбцию мышьяка (III) и мышьяка (V) из водных растворов проводят в статическом режиме. В раствор помещают навеску механоактивированного рутила (0.05 г на 50 см3 раствора) с размером кристаллитов 14-16 нм (установленного на основании размера областей когерентного рассеяния по данным рентгеновской дифракции). Требуемое значение рН=1-1.5 растворов устанавливают раствором 0,1 М НСl. Сорбцию проводят в течение в течение 30 мин, с использованием обработки ультразвуковым излучением частотой 30-35 кГц. После проведения сорбции отделяют сорбент центрифугированием.

Пример 1. Механоактивацию ТiO2 (квалификация - ос.ч., 100% модификация рутил) проводили в высокоэнергетической планетарной шаровой мельнице Pulverisette 7 PremiumLine с гарнитурой из карбида вольфрама (диаметр шаров - 10 мм, скорость вращения основного диска - 800 об/мин). Продолжительность механоактивации - 150 мин. Режим помола - сухой, через каждые 15 минут стаканы остужались на воздухе. Рентгенодифракционный анализ механоактивированных порошков ТiO2 выполнен с помощью рентгеновского дифрактометра XRD-7000, размер кристаллитов сорбента установлен с использованием формулы Шеррера. Навеску сорбента - 0.05 г механоактивированного рутила с размером кристаллитов 16 нм, с момента механоактивации которого прошло не более 2 месяцев, поместили в полипропиленовую пробирку с 50 мл водного раствора с рН=1, содержащего 10 мг/л мышьяка. Массовое соотношение мышьяка и диоксида титана - 1:100. Значение рН установили с помощью 0,1 М раствора НСl. Пробирку опустили в ультразвуковую ванну ПСБ-2835-05 и провели обработку ультразвуковым излучением частотой 35 кГц в течение 30 минут. После проведения обработки раствор отделили от сорбента центрифугированием в течение 15 мин на скорости 8000 об/мин. Содержание мышьяка в растворе определили с помощью атомно-эмиссионного спектрометра «Optima 2100 DV» (Perkin Elmer). Степень извлечения составила 97%.

Результаты опытов по прототипу и согласно изобретению приведены в таблице.

Основными преимуществами предлагаемого способа перед другими являются высокая емкость используемого сорбента по отношению к мышьяку в обеих степенях окисления ((III) и (V)) и высокая степень сорбции, достигаемая за короткий промежуток времени.

1. Способ сорбционной очистки водных растворов от мышьяка, включающий контактирование раствора в статических условиях с сорбентом на основе диоксида титана при поддержании определенного соотношения сорбент : раствор и показателя рН с последующим отделением сорбента, отличающийся тем, что в качестве сорбента на основе диоксида титана используют рутил, подвергнутый механоактивации до размеров кристаллитов менее 20 нм, а контактирование раствора с сорбентом ведут при ультразвуковой обработке в диапазоне частот 30-35 кГц, рН 1-1.5 и обеспечении массового соотношения мышьяка и диоксида титана не более 1:100.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что контактирование раствора с сорбентом проводят в течение не менее 30 мин.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к декальцинирующему устройству. Декальцинирующее устройство для декальцинации водного раствора, содержащее секцию электролитической ячейки, выполненную с возможностью размещения водного раствора, причем секция электролитической ячейки содержит конструкцию первого электрода и конструкцию второго электрода, где конструкция первого электрода содержит первый электросорбирующий электрод, а конструкция второго электрода содержит второй электросорбирующий электрод; ион-генерирующее тело; при этом декальцинирующее устройство выполнено с возможностью работы в первом рабочем состоянии для удаления ионов из водного раствора, и декальцинирующее устройство выполнено с возможностью работы во втором рабочем состоянии для регенерации ионов в водный раствор, причем во втором рабочем состоянии ион-генерирующее тело помещено в секцию электролитической ячейки, причем первое рабочее состояние и второе рабочее состояние отстоят друг от друга в пространстве и/или во времени.

Изобретение может быть использовано в области биологической очистки промышленных и бытовых сточных вод для создания материалов, обладающих иммобилизационной способностью при использовании в качестве носителя активной биомассы.

Изобретение относится к дегазаторам. Способ удаления газа из жидкости, протекающей через последовательность камер в резервуаре, и причем последовательность паровых пространств определена в камерах выше жидкости, данный способ включает: направление жидкости во впуск для жидкости резервуара и протекание жидкости через последовательность камер, сформированных в резервуаре; направление движущейся жидкости в один или более эдукторов, связанных с резервуаром; причем движущаяся жидкость, направленная в один или более эдукторов, вызывает перемещение отдувочного газа в один или более эдукторов; смешивание движущейся жидкости с отдувочным газом в одном или более эдукторах, чтобы образовывать смесь движущейся жидкости - отдувочного газа; причем один или более эдукторов подают смесь движущейся жидкости - отдувочного газа в жидкость, протекающую через камеры резервуара, и смешивают движущуюся жидкость - отдувочный газ с жидкостью, протекающей через камеры; вытеснение газа из жидкости, протекающей через камеры, и причем газ, вытесненный из жидкости, протекающей через камеры, смешивается с отдувочным газом, чтобы образовывать газовую смесь; причем газовая смесь поднимается в паровые пространства в камерах; причем паровые пространства в камерах находятся в сообщении по текучей среде; обеспечивают протекание газовой смеси вверх по потоку через последовательность паровых пространств таким образом, что в ходе данного процесса газовая смесь протекает из одного парового пространства, расположенного ниже по потоку, к другому паровому пространству, расположенному выше по потоку; после перемещения газовой смеси вверх по потоку и через последовательность паровых пространств выпуск газовой смеси из резервуара; и после того как газ был удален из жидкости, выпуск дегазированной жидкости из резервуара.

Изобретение касается легированных алюминием, содержащих группы иминодиуксусной кислоты хелатообразующих смол. Описан способ получения легированной алюминием, содержащей группы иминодиуксусной кислоты хелатообразующей смолы, содержащей функциональные группы формулы , причем представляет собой полимерный скелет, а Х является любым одновалентным анионом; согласно изобретению a) капли мономера из по меньшей мере одного моновинилароматического соединения и по меньшей мере одного поливинилароматического соединения, а также из по меньшей мере одного порогена и по меньшей мере одного инициатора подвергают взаимодействию с получением сшитого гранулированного продукта полимеризации, b) указанный сшитый гранулированный продукт полимеризации со стадии а) подвергают фталимидометилированию с помощью производных фталимида и при этом взаимодействии производное фталимида используют в соотношении от 0,7 моль до 1,7 моль на один моль гранулированного продукта полимеризации, c) указанный фталимидометилированный гранулированный продукт полимеризации со степенью первичного замещения фталимидометильными группами от 0,6 до 1,5 со стадии b) подвергают превращению в аминометилированный гранулированный продукт полимеризации и d) указанный аминометилированный гранулированный продукт полимеризации со стадии с) подвергают взаимодействию с хлоруксусной кислотой или ее солями с получением хелатообразующих смол, имеющих группы иминодиуксусной кислоты, со степенью функционализации аминогрупп группами уксусной кислоты от 1,4 до 1,65, а молярное соотношение для хлоруксусной кислоты или ее солей составляет от 1,8:1 до 2,5:1, в пересчете на количество использованного аминометилированного гранулированного продукта полимеризации, и е) указанную хелатообразующую смолу, содержащую группы иминодиуксусной кислоты, со стадии d) приводят в контакт с раствором алюминиевой соли трехвалентного иона алюминия.

Изобретение относится к водоочистке. Система (100) фильтрации воды содержит впуск (100а) для исходной воды, выпуск (100b) для чистой воды, выпуск (100c) для очищенной воды, выпуск (100d) для сточной воды, объединенный фильтрующий картридж (1) и путь (101) возвратного потока.

Изобретение предназначено для фильтрации воды. Система фильтрации воды содержит впуск неочищенной воды, выпуск чистой воды, выпуск очищенной воды, выпуск сточной воды и объединенный фильтровальный картридж.
Изобретение может быть использовано в целлюлозно-бумажной, химической и гидролизной промышленности для обработки шлам-лигнина. Для осуществления способа на структуру связей твердой фазы осадка с водой производят воздействие вращающимся магнитным полем внутри трубы из немагнитного материала, в которую вводят ферромагнитные частицы.

Изобретение относится к обработке воды. Установка для электрохимической активации воды содержит расположенные вертикально наружный 1 и внутренний 5 электроды, закрепленные взаимно неподвижно и коаксиально при помощи втулок 6 из диэлектрического материала, диафрагму 16 из эластичного ультрафильтрационного материала, размещенную между электродами 1, 5, которая разделяет межэлектродное пространство на электродные камеры 17, 18, магистрали для подачи 20 и отвода 21 воды.

Изобретение предназначено для фильтрации воды. Система (100) фильтрации воды включает блок (10) фильтрующего картриджа, трубопровод (20) для впуска воды, трубопровод (30) для очищенной воды, трубопровод (40) для чистой воды, трубопровод (50) для выпуска загрязняющих веществ и циркуляционный трубопровод (70).

Группа изобретений может быть использована в производственных процессах для регулирования концентрации обрабатывающих химических реагентов в системах водяного охлаждения с открытой рециркуляцией воды.

Изобретение относится к области получения анионоактивных полимерных сорбентов с магнитными свойствами и может быть использовано для локализации мышьяксодержащих соединений и предусматривает возможность последующей детоксикации земель различного назначения.

Изобретение относится к способам получения фильтрующих материалов для очистки вод от марганца и гидросульфид-иона. Для получения фильтрующего материала используют природный цеолит с содержанием клиноптилолита не менее 70 мас.%.

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано при получении сорбентов сернистых соединений, используемых для очистки газов. Способ включает взаимодействие оксида цинка с аммиачно-карбонатным раствором с получением основного карбоната цинка, приготовление формовочной массы, содержащей оксид магния и пластификатор, формование гранул, сушку и рассев.

Изобретение относится к области очистки нефтей и нефтепродуктов, от серо-, азот- и кислородсодержащих соединений путем контактирования с неорганическим сорбентом и обработки ультразвуком, и может быть использовано в подготовке нефти к транспортировке и/или в цикле подготовки сырой нефти к переработке или очистке нефтепродуктов перед использованием.

Изобретение относится к области получения полимер-неорганических сорбентов. Предложен способ, включающий насыщение катионообменного сорбента ионами железа (III) и последующую обработку сорбента в растворе хлорида натрия при повышенной температуре с формированием в структуре композита наноразмерных кристаллов оксигидрата железа β-модификации (акаганеита).

Изобретение относится к адсорбентам для очистки газов. Предложен структурированный слой адсорбента для очистки потока сырьевого газа, содержащий подложку с плотностью ячеек от примерно 1040 cpsi (161 яч./см2) до примерно 4000 cpsi (620 яч./см2) и покрытие на подложке.

Изобретение относится к сорбентам для селективной сорбции мышьяка из вод. Предложен гибридный сорбент на основе анионообменной полимерной матрицы с гидратированными оксидами железа.
Изобретение относится к области получения магнитовосприимчивых сорбентов, применяемых при очистке жидких и газовых сред. Предложен способ получения адсорбента, который включает смешение углеродсодержащего компонента, выбранного из гидролизного лигнина или опилок, с железосодержащим компонентом с последующим пиролизом смеси при выдержке в атмосфере выделяющихся парогазов.

Изобретение относится к области получения высокотемпературных сорбентов диоксида углерода. Согласно способу активную фазу в виде цирконата или силиката лития формируют на поверхности носителя, представляющего собой карбид металла.

Изобретение относится к способу получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода. Гидроксид циркония смешивают с полимерным связующим и подвергают формованию экструзией.
Настоящее изобретение относится к области получения твердых синтетических гранулированных неорганических адсорбентов. Способ включает в приготовление гетерогенной композиции на основе водного раствора кристаллогидрата метасиликата натрия и твердого хлорида цезия.

Изобретение относится к способам очистки сточных вод от мышьяка. Способ включает контактирование раствора в статических условиях с сорбентом, в качестве которого используют рутил, подвергнутый механоактивации до размеров кристаллитов менее 20 нм. Контактирование раствора с сорбентом ведут при ультразвуковой обработке в диапазоне частот 30-35 кГц, рН 1-1.5 и массовом отношении мышьяка к диоксиду титана не более 1:100. Изобретение обеспечивает снижение времени очистки при высокой степени поглощения мышьяка. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Наверх