Способ получения углеродного сорбента для очистки сточных вод от нефтепродуктов
Владельцы патента RU 2735837:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет» (RU)
Изобретение относится к области охраны окружающей среды, к способам получения сорбентов из биоразлагаемого углеродного материала для очистки сточных вод от нефтепродуктов. Изобретение касается способа получения углеродного сорбента для очистки сточных вод от нефтепродуктов, который включает в себя карбонизацию измельченной скорлупы ореха в муфельной печи. В качестве исходного сырья используется скорлупа ореха пекан, который измельчают до получения навески крупностью от 2 до 5 мм и влажностью от 12 до 15%, карбонизацию проводят при температуре от 300 до 400°C в течение от 45 до 60 минут с последующим остужением в эксикаторе до температуры от 20 до 25°C и выдержкой не менее 24 часов. Техническим результатом является получение углеродного сорбента, полученного из экологически чистого растительного сырья с сорбционными свойствами по очистки от нефтепродуктов. 4 табл., 3 пр.
Изобретение относится к области охраны окружающей среды, к способам получения сорбентов из биоразлагаемого углеродного материала для очистки сточных вод от нефтепродуктов.
Известен способ получения активированного угля из косточек плодов и скорлупы орехов (патент РФ №2622660, опубл. 19.06.2017 г.), включающий карбонизацию исходного сырья в интервале температур 600-750°С и парогазовую активацию при повышенной температуре, причем предварительно высушенное исходное сырье при температуре 200-250°С пропитывают насыщенным раствором мочевины или тиомочевины в количестве 5-10 мас.% по отношению к исходному сырью, подвергают карбонизации при повышенной температуре, полученный материал дробят до фракции 0,8-1,6 мм, после чего отсев менее 0,8 мм измельчают до фракции с размером частиц порошка менее 0,05 мм с получением осветляющего активированного угля, а основную фракцию активируют водяным паром при температуре 800-850°С в течение 1,5-2 часов с получением активированного модифицированного угля.
Недостатком данногоспособа является многостадийность процесса, а именно необходимость предварительного высушивания сырья, необходимость его термообработки при высоких температурах дважды и в течение 8-10 часов.
Известен способ получения сорбента из золошлаковых отходов (патент РФ №2708604, опубл. 09.12.2019 г.), накопленных на золоотвалах по схеме гидрозолоудаления,включающий измельчение сырья, его термическую обработку и выдерживание, охлаждение, а в качестве сырья для получения сорбента используют золошлаковые отходы, накопленные на золоотвалах по схеме гидрозолоудаления, измельчение золошлака осуществляют до размера частиц 0,25-0,5 мм, а термическую обработку и выдерживание осуществляют в два этапа, на первом этапе нагревают до 110-120°С и выдерживают при заданной температуре 30-35 минут, а на втором этапе нагревают до 600-630°С и выдерживают при указанной температуре 40-45 минут.
Недостатком данного сорбента является опасность повторного загрязнения очищаемой сорбентом воды из-за содержания в исходном сырье золошлаков катионов железа, марганца, меди, свинца.
Известен способ получения сорбента (патент РФ №2172209, опубл. 20.08.2001 г.) на основе природного полимера растительного происхождения в виде скорлупы орехов, включающий дробление последних, импрегнирование и обработку скорлупы до образования сорбционной углеродной поверхности, причем операции импрегнирования и обработки скорлупы совмещают и осуществляют сначала путем выдерживания ее в растворе концентрированной соляной кислоты в течение 15-30 ч, а затем после промывки водой до нейтральной среды повторно выдерживают скорлупу в 33%-ном растворе едкого натрия в течение 2-2,5 ч, промывают до нейтральной рН, измельчают и сушат при 100°С.
Недостатком данного способа получения сорбента являются длительность обработки исходного сырьяот 15 до 30 часов и использование агрессивных реагентов, а именно концентрированной соляной кислоты и едкого натра, от которых впоследствии требуется отмыть обработанное сырье, что приводит к использованию большого количества очищенной пресной воды.
Известен способ получения гранулированного сорбента (патент РФ №2552449, опубл. 10.06.2015 г.), включающий высушивание дисперсного порошка оксид-гидроксида железа, в качестве которого используют осадок, выделенный из подземных вод на станциях обезжелезивания, а дисперсный порошок суспендируют в аполярной среде (нонан, или октан, или нефрас, или четыреххлористый углерод) с добавлением полярного водного раствора полимера путем перемешивания мешалкой со скоростью 300-2000 оборотов в минуту в течение 5-10 мин до получения гранул.
Недостатком данного способа является возможность повторного загрязнения очищаемой сорбентом воды из-за содержания железа в составе исходного сырья.
Известен способ получения сорбента (патент РФ №2459660, опубликован 27.08.2012 г.), включающий термообработку лузги зерен риса при 200-430°С в плазме высокочастотного разряда пониженного давления, а в плазмообразующий газ дополнительно подают порошок оксида кремния с размером частиц 50-250 нм, и процесс ведут при подаче плазмообразующего газа с расходом 0,04-0,08 г/с, лузги зерен риса с расходом 8-10 г/с, порошка оксида кремния с расходом 0,5-1 мг/с.
Недостатком данного способа является необходимость добавки к исходному сырью порошка оксида кремния, что приводит кпотенциальному повторному загрязнению очищаемой сорбентом воды механическими примесями.
Известен способ получения углеродного сорбента (патент на изобретение РФ №2565194, опубл. 20.10.2015 г.), принятый за прототип, которыйзаключается в карбонизации измельченной скорлупы грецкого ореха в муфельной печи при доступе воздуха при температуре 700-800°C в течение 2 ч и имеющий средний размер пор 2,2 нм, средний объем пор 0,14 см3/г и удельную поверхность 1336,96 м2/г.
Недостатком данного способа является длительность процесса и высокие температуры карбонизации продукта.
Техническим результатом является получение углеродного сорбента для очистки сточных вод от нефтепродуктов из экологически чистого растительного сырья с сорбционными свойствами по очистки от нефтепродуктов.
Технический результат достигается тем, что в качестве исходного сырья используется скорлупа ореха пекан, который измельчают до получения навески крупностью от 2 до 5 мм и влажностью от 12 до 15%, карбонизацию проводят при температуре от 300 до 400°C в течение от 45 до 60 минут с последующим остужением в эксикаторе до температуры от 20 до 25°C и выдержкой не менее 24 часов.
Способ получения углеродного сорбента для очистки сточных вод от нефтепродуктов осуществляется следующим образом.
Скорлупа ореха пекан измельчается в шаровой мельнице до получения навески крупностью от 2 до 5 мм и влажностью от 12 до 15%. Навеска скорлупы ореха равномерным слоем помещается в керамические тигли и карбонизируется в муфельной печи при температуре от 300 до 400°C в течение от 45 до 60 минут. Полученный углеродный сорбент остужается до температуры от 20 до 25°C в эксикаторе и выдерживается в нормальных условиях в течение 24 часов до нормализации влажности.
После получения готового продукта производится тестирование влажности, насыпной плотности, содержание общего углерода, удерживающая способность, адсорбционная активность и адсорбция нефтепродуктов полученного углеродного сорбента по стандартным методикам РФ.
Способ получения углеродного сорбента для очистки сточных вод от нефтепродуктов поясняется следующими примерами.
Пример 1. Скорлупа ореха пекан измельчается в шаровой мельнице до получения навески крупностью 2 мм. Навеска скорлупы ореха равномерным слоем помещается в керамические тигли и карбонизируется при температуре 300°C в течение 60 минут в муфельной печи. Сорбент остужается до комнатной температуры в эксикаторе, затем выдерживается в нормальных условиях в течение 24 часов до нормализации влажности. Измеряются влажность, насыпная плотность, содержание общего углерода, удерживающая способность, адсорбционная активность и адсорбция нефтепродуктов полученного сорбента.
Эффективность данного способа доказана путем проверки сорбционных свойств полученного сорбента лабораторными испытаниями, результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Характеристики сорбента полученного в примере 1.
| Характеристика сорбента | Единица измерения | Значение |
| Удерживающая способность | г/г | 0,65 |
| Адсорбция НП | г/г | 1,42 |
| Адсорбционная активность | мг/г | 36,25 |
| Насыпная плотность | г/дм3 | 581,40 |
| Влажность | % | 4,64 |
| Содержание общего углерода | % | 76,60 |
Пример 2. Скорлупа ореха пекан измельчается в шаровой мельнице до получения навески крупностью 3 мм. Навеска скорлупы ореха равномерным слоем помещается в керамические тигли и карбонизируется при температуре 350°C в течение 50 минут в муфельной печи. Сорбент остужается до комнатной температуры в эксикаторе, затем выдерживается в нормальных условиях в течение 24 часов до нормализации влажности. Измеряются влажность, насыпная плотность, содержание общего углерода, удерживающая способность, адсорбционная активность и адсорбция нефтепродуктов полученного сорбента. Эффективность данного способа доказана путем проверки сорбционных свойств полученного сорбента лабораторными испытаниями, результаты представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Характеристики сорбентаполученного в примере 2.
| Характеристика сорбента | Единица измерения | Значение |
| Удерживающая способность | г/г | 0,70 |
| Адсорбция НП | г/г | 1,40 |
| Адсорбционная активность | мг/г | 39,75 |
| Насыпная плотность | г/дм3 | 553,70 |
| Влажность | % | 5,03 |
| Содержание общего углерода | % | 79,80 |
Пример 3. Скорлупа ореха пекан измельчается в шаровой мельнице до получения навески крупностью 5 мм. Навеска скорлупы ореха равномерным слоем помещается в керамические тигли и карбонизируется при температуре 400°C в течение 45 минут в муфельной печи. Сорбент остужается до комнатной температуры в эксикаторе, затем выдерживается в нормальных условиях в течение 24 часов до нормализации влажности. Измеряются влажность, насыпная плотность, содержание общего углерода, удерживающая способность, адсорбционная активность и адсорбция нефтепродуктов полученного сорбента. Эффективность данного способа доказана путем проверки сорбционных свойств полученного сорбента лабораторными испытаниями, результаты представлены в таблице 3.
Таблица 3 - Характеристики сорбентаполученного в примере 3.
| Характеристика сорбента | Единица измерения | Значение |
| Удерживающая способность | г/г | 0,73 |
| Адсорбция НП | г/г | 1,44 |
| Адсорбционная активность | мг/г | 43,75 |
| Насыпная плотность | г/дм3 | 518,30 |
| Влажность | % | 5,11 |
| Содержание общего углерода | % | 82,90 |
По итогам проведенных исследований, был получен углеродный сорбент из скорлупы ореха пекан с высокими сорбционными свойствами (таблица 4).
Таблица 4 - Эффективность полученного сорбента
| Характеристика сорбента | Единица измерения | Значение |
| Удерживающая способность | г/г | 0,65-0,73 |
| Адсорбция НП | г/г | 1,40-1,44 |
| Адсорбционная активность | мг/г | 36,25-43,75 |
| Насыпная плотность | г/дм3 | 518,30-581,40 |
| Влажность | % | 4,64-5,11 |
| Содержание общего углерода | % | 76,60-82,90 |
Полученные характеристики углеродного сорбента позволяют использовать его для очистки сточных вод, загрязненных нефтепродуктами.
Способ получения углеродного сорбента для очистки сточных вод от нефтепродуктов, включающий карбонизацию измельченной скорлупы ореха в муфельной печи, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используется скорлупа ореха пекан, который измельчают до получения навески крупностью от 2 до 5 мм и влажностью от 12 до 15%, карбонизацию проводят при температуре от 300 до 400°C в течение от 45 до 60 минут с последующим остужением в эксикаторе до температуры от 20 до 25°C и выдержкой не менее 24 часов.
