RU2748595C1 - Способ получения алюмосиликатного сорбента для очистки природных и сточных вод от ионов тяжелых металлов - Google Patents
Способ получения алюмосиликатного сорбента для очистки природных и сточных вод от ионов тяжелых металлов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2748595C1 RU2748595C1 RU2020134214A RU2020134214A RU2748595C1 RU 2748595 C1 RU2748595 C1 RU 2748595C1 RU 2020134214 A RU2020134214 A RU 2020134214A RU 2020134214 A RU2020134214 A RU 2020134214A RU 2748595 C1 RU2748595 C1 RU 2748595C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sorbent
- temperature
- brick
- treated
- fraction
- Prior art date
Links
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 title claims abstract description 68
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 title claims abstract description 15
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 13
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 title claims abstract description 6
- 238000000746 purification Methods 0.000 title description 17
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 title description 8
- 239000011449 brick Substances 0.000 claims abstract description 38
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 32
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 30
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 13
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N Fe3+ Chemical compound [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N Zinc dication Chemical compound [Zn+2] PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N Cu2+ Chemical compound [Cu+2] JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- WAEMQWOKJMHJLA-UHFFFAOYSA-N Manganese(2+) Chemical compound [Mn+2] WAEMQWOKJMHJLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- BFGKITSFLPAWGI-UHFFFAOYSA-N chromium(3+) Chemical compound [Cr+3] BFGKITSFLPAWGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- XLJKHNWPARRRJB-UHFFFAOYSA-N cobalt(2+) Chemical compound [Co+2] XLJKHNWPARRRJB-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- MYWUZJCMWCOHBA-VIFPVBQESA-N methamphetamine Chemical compound CN[C@@H](C)CC1=CC=CC=C1 MYWUZJCMWCOHBA-VIFPVBQESA-N 0.000 abstract 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 8
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 8
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 6
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- -1 iron ions Chemical class 0.000 description 5
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 5
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 5
- CFXQEHVMCRXUSD-UHFFFAOYSA-N 1,2,3-Trichloropropane Chemical compound ClCC(Cl)CCl CFXQEHVMCRXUSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 4
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 4
- 229910052631 glauconite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 description 3
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 description 3
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000010458 rotten stone Substances 0.000 description 3
- HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 2-Aminoethan-1-ol Chemical compound NCCO HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N Magnesium ion Chemical compound [Mg+2] JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEQPNABPJHWNSG-UHFFFAOYSA-N Nickel(2+) Chemical compound [Ni+2] VEQPNABPJHWNSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 2
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229910001453 nickel ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N (2s)-2,6-diaminohexanoic acid;(2s)-2-hydroxybutanedioic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](O)CC(O)=O.NCCCC[C@H](N)C(O)=O NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N 0.000 description 1
- 241000208125 Nicotiana Species 0.000 description 1
- 235000002637 Nicotiana tabacum Nutrition 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007385 chemical modification Methods 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 229910001431 copper ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N hydrazine monohydrate Substances O.NN IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 239000008213 purified water Substances 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/10—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate
- B01J20/16—Alumino-silicates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
- B01J20/32—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/58—Treatment of water, waste water, or sewage by removing specified dissolved compounds
- C02F1/62—Heavy metal compounds
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу получения алюмосиликатного сорбента для очистки природных и сточных вод от ионов Pb(II), Cd(II), Mn(II), Zn(II), Cu(II), Co(II), Ni(II), Fe(III) и Cr(III), причем в качестве исходного алюмосиликатного материала применяется бой керамического кирпича, а термообработка заключается в нагреве сорбента до температуры 250°С в течение 45 мин и выдержке при этой температуре в течение 45 мин, при следующей технологии получения сорбента: кирпичный бой измельчается с отбором фракции с размером частиц 1-2 мм, которая затем высушивается до постоянной массы при температуре не менее 100°С; для указанной фракции кирпичного боя проводится термообработка, затем фракция кирпичного боя обрабатывается раствором соляной кислоты концентрацией 0,5 моль/л при соотношении 1 г сорбента на 30 мл раствора в течение 1,5 ч при температуре 30°С, вновь проводится ее термообработка, после этого фракция кирпичного боя обрабатывается раствором гидроксида натрия концентрацией 0,5 моль/л при соотношении 1 г сорбента на 40 мл раствора при температуре 30°С, а по завершении проводится ее термообработка. 2 табл., 4 пр.
Description
Изобретение относится к области очистки воды от ионов тяжелых металлов методом сорбции и может быть использовано в процессах водоочистки и водоподготовки технической и питьевой воды.
Известны состав и способ для получения гранулированного комбинированного наноструктурированного сорбента [1], который содержит мелкодисперсные сорбционные наполнители: обогащенный глауконит, фуллеренсодержащий шунгит, диатомит, терморасширенный углерод, интеркаллированный графит, активированный уголь или цеолит и связующее - суспензию глауконитовой и бентонитовой муки на водной основе при соотношении от 1:3 до 3:5, соответственно, при влажности суспензии не более 95%. Сорбент получают перемешиванием компонентов при содержании наполнителей от 20 до 60 масс. %, гранулированием массы с последующими сушкой, обжигом при температуре 700°С в течение часа и охлаждением.
Преимуществом данных сорбентов является возможность использования алюмосиликатного сырья (глауконита, бентонитовой глины диатомита, цеолита) с высоким содержанием обменных катионов. Недостатками получаемого сорбента является использование природного сырья высокого качества (бентонитовой глины), использование в ряде случаев дефицитного углеродного сырья с трудоемкой предварительной подготовкой (фуллеренсодержащий шунгит, терморасширенный углерод, интеркаллированный графит), низкая степень десорбции основного компонента (глауконита) и сравнительно высокая температура обработки, повышающая энергоемкость производства. Для данного сорбента в зависимости от соотношения компонентов и применяемых наполнителей характерны низкие значения степеней очистки для одних ионов и высокие степени очистки для других с большим разбросом между значениями с неэффективными минимальными значениями (например, степени очистки от ионов железа изменяются в диапазоне от 45 до 98%).
Известен способ получения сорбента для очистки сточных вод от многокомпонентных загрязнений [2], заключающийся в смешивании 30-50 мас. % водной суспензии бентонитовой глины (состав, %: SiO2=49,58; Al2O3=18,55; Fe2O3=5,75; MgO=4,89; CaO=2,24; TiO2=0,558; K2O=0,952; Na2O=3,159; Cr2O3=0,041), имеющей соотношение глина : вода = 3: 5, и 50-70 мас. % отходов табачно-махорочного производства в виде табачной пыли и гранулировании получаемой массы. Гранулы подвергают химической обработке при помощи 5-25%-го раствора серной кислоты в течение 45-60 мин и термической обработке при температуре 300-750°С в течение 210-240 мин. После остывания сорбент промывают и ведут сушку в естественных условиях до влажности 2-3%.
Преимуществами данного сорбента является использование глинистого сырья с высоким содержанием обменных катионов, возможность использования вторичного сырья для его получения, повышение сорбционной емкости за счет термокислотной модификации и достаточно высокие степени очистки от ионов железа (95%) и меди (97%). Недостатками данного сорбента являются использование высококачественного природного сырья, многостадийность и длительность производства сорбента, продолжительность которого лимитируется сушкой в естественных условиях, а также высокая энергоемкость производства из-за длительной обработки при сравнительно высокой температуре.
Известен способ получения сорбента для извлечения соединений тяжелых металлов из сточных вод [3]. Для получения сорбента предварительно получают смесь гидразингидрата и моноэтаноламина в мольном соотношении 10: 1 и растворяют в нем серу при мольном соотношении сера : моноэтаноламин = 6:1 при температуре 60-65°С. Цеолит клиноптиолитового типа вводят в полученный раствор при температуре 20-25°С и мольном соотношении цеолит : сера = 5:1. Затем проводят обработку всей смеси 1,2,3-трихлорпропаном при мольном соотношении 1,2,3-трихлорпропан : сера = 1: 3 с последующими фильтрованием, промывкой и сушкой сорбента.
Преимуществом данного сорбента является использование алюмосиликатного сырья (цеолита клиноптиолитового типа) с высоким содержанием обменных катионов формирование на поверхности сорбента сетки из серосодержащего полимера с высоким сродством к ионам тяжелых металлов. Недостатками данного материала являются многостадийность процесса получения и многокомпонентный набор реагентов для активации. При использовании данного сорбента получают достаточно высокие степени очистки от ионов никеля (80-98%), свинца (86-92%) и ртути (75-87%) при низких степенях очистки от ионов меди (44-57%), кадмия (50-52%) и цинка (42-54%).
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ очистки воды от ионов тяжелых металлов [4]. Способ заключается в получении сорбента на основе цеолитсодержащего трепела (состав, %: SiO2=62,6; Al2O3=19,6; СаО=8,17%; MnO=2,2%; Na2O=1,5%; K2O=1,82%) [4]. Сначала цеолит прокаливают при температуре 800-900°С в течение 45 мин. Затем прокаленный сорбент обрабатывают раствором кислоты с концентрацией 0,5-1 моль/л в течение 1,5 ч при температуре 30°С. Затем сорбент прокаливают в течение 1,5 ч при температуре 600°С и обрабатывают раствором щелочи с концентрацией 0,5-1 моль/л в течение 1,5 ч при температуре 30°С. Обработанный щелочью сорбент прокаливают при температуре 600°С в течение 1,5 ч.
Преимуществами данного сорбента являются применение природного алюмосиликатного сырья (цеолитсодержащего трепела) с высоким содержанием обменных катионов повышение сорбционной емкости за счет комплексной термохимической модификации поверхности и высокие степени очистки от ионов никеля (98,1%), кобальта (97,5%), цинка (98,5%) и меди (99,4%). Недостатками данного сорбента являются многостадийность получения и высокая температура обработки, что повышает энергоемкость получения материала.
Задачами, на решение которых направлено предлагаемое изобретение, являются применение техногенных отходов на основе алюмосиликатов и снижение температуры термообработки для утилизации отходов с получением сорбента низкой стоимости и высокой эффективностью очистки воды от ионов Pb(II), Cd(II), Mn(II), Zn(II), Cu(II), Co(II), Ni(II), Fe(III) и Cr(III).
Для достижения поставленных задач в заявляемом изобретении предлагается в качестве исходного сырья вместо цеолитсодержащего трепела применять кирпичный бой и проводить его термообработку при температуре 250°С. В заявляемом способе получения сорбента предлагается применять бой керамического кирпича, в частности рядового керамического кирпича, который измельчается в шаровой мельнице с отбором фракции с размером частиц от 1 до 2 мм, которая затем высушивается до постоянной массы при температуре не менее 100°С. Указанную фракцию кирпичного боя нагревают в термошкафу или муфельной печи до 250°С в течение 45 мин и выдерживают при этой температуре в течение 45 мин. Затем указанная фракция кирпичного боя обрабатывается раствором соляной кислоты концентрацией 0,5 моль/л при соотношении 1 г сорбента на 30 мл раствора в течение 1,5 ч при температуре 30°С в термостате. После этого указанную фракцию кирпичного боя повторно нагревают в термошкафу или муфельной печи до 250°С в течение 45 мин и выдерживают при этой температуре в течение 45 мин. Затем указанную фракцию кирпичного боя обрабатывают раствором гидроксида натрия концентрацией 0,5 моль/л при соотношении 1 г сорбента на 40 мл раствора в течение 1,5 ч при температуре 30°С в термостате. Потом указанную фракцию кирпичного боя вновь нагревают в термошкафу или муфельной печи до 250°С в течение 45 мин и выдерживают при этой температуре в течение 45 мин.
Применение кирпичного боя в качестве исходного сырья для получения сорбента позволяет вместо природного алюмосиликатного сырья применять техногенный отход, который также является алюмосиликатным материалом, содержит гидроксильную оболочку, способствующую электростатическому притяжению ионов тяжелых металлов к поверхности сорбента, содержит обменные катионы кальция и магния. Микропористая структура частиц кирпичного боя обеспечивает высокую площадь контакта между поверхностью сорбента и очищаемой водой. В тоже время применения кирпичного боя способствует снижению стоимости сорбента, дает возможность вместо регенерации сорбента проводить замены отработанного сорбента на свежие порции сорбента. Кроме того, предлагаемый способ способствует решению проблемы утилизации кирпичного боя, являющегося крупнотоннажным отходом с высокими темпами накопления и недостаточно большой востребованностью в различных технологиях переработки отходов.
Выбор температуры обработки кирпичного боя направлен на снижение энергоемкости способа получения сорбента. Сорбент, обработанный при температуре 250°С, обладает более высокой адсорбционной емкостью по сравнению с необработанным кирпичным боем и сорбентами, обработанными при более высоких температурах. Термообработка кирпичного боя способствует удалению структурно и адсорбционно связанной воды в микропорах частиц кирпичного боя, что способствует проникновению очищаемой воды в микропоры, свободные от остаточной влажности. Термообработка при более высоких температурах приводит к спеканию сорбента, что снижает его микропористость и понижает площадь контакта между поверхностью сорбента и очищаемой водой. Влияние температуры обработки на эффективность применения получаемого сорбента без химической модификации на примере очистки модельных растворов от ионов Fe3+ показано в табл. 1.
Выбор стадий термохимической обработки и их последовательность направлены на получение высоких степеней очистки воды от ионов тяжелых металлов. При обработке поверхности сорбента раствором соляной кислоты или раствором гидроксида натрия происходит частичное растворение поверхностного слоя, что способствует формированию развитой поверхности частиц сорбента, увеличению объема и размеров пор, открытию части закрытых пор, а, следовательно, повышает площадь контакта между поверхностью сорбента и очищаемой водой.
Кроме того, при обработке кирпичного боя раствором соляной кислоты происходит замещение ионов кальция и магния, входящих в состав минеральных фаз кирпичного боя, в поверхностном слое частиц и пор частиц кирпичного боя на ионы водорода кислоты, что способствует получению выраженной H-формы поверхности сорбента, повышению скорости и сорбционной емкости керамического материала. В свою очередь при обработке кирпичного боя раствором гидроксида натрия происходит замена ионов водорода на ионы натрия в гидроксильных оболочках на поверхности частиц и пор частиц кирпичного боя, что также способствует улучшению сорбционных характеристик и обеспечивает получение наружного слоя сорбента в Na-форме. Термообработка, проводимая после реагентной обработки, наряду с удалением остаточной влажности позволяет исключить стадию промывки сорбента.
В тоже время последовательное проведение термообработки, обработки соляной кислотой, термообработки, обработки гидроксидом натрия, термообработки позволяет получить сорбент с поверхностным слоем в H-форме и наружным слоем в Na-форме. При последовательном проведении термообработки, обработки гидроксидом натрия, термообработки, обработки соляной кислотой, термообработки будет происходить обмен между ионами водорода кислоты и ионами натрия в наружном слое, а также ионами кальция и магния в поверхностном слое - в результате будет образовываться наружный слой в ОН-форме, как у исходного кирпичного боя, и поверхностный слой в H-форме которая будет менее выраженной и с поверхностным слоем меньшей толщины по сравнению с термокислотной обработкой.
Обоснованность и преимущества заявляемого изобретения основаны на измерении степеней очистки модельных растворов от ионов Pb(II), Cd(II), Mn(II), Zn(II), Cu(II), Co(II), Ni(II), Fe(III) и Cr(III) при помощи сорбентов, полученных по разным методам термохимической обработки, могут быть проиллюстрированы следующими примерами:
1. Предварительно высушенную фракцию кирпичного боя с размером частиц 1-2 мм подвергают термообработке при температуре 250°С, обрабатывают раствором соляной кислоты и вновь проводят термообработку при температуре 250°С по предлагаемому способу и применяют в качестве сорбента.
2. Предварительно высушенную фракцию кирпичного боя с размером частиц 1-2 мм подвергают термообработке при температуре 250°С, обрабатывают раствором гидроксида натрия и вновь проводят термообработку при температуре 250°С по предлагаемому способу и применяют в качестве сорбента.
3. Предварительно высушенную фракцию кирпичного боя с размером частиц 1-2 мм подвергают термообработке при температуре 250°С, обрабатывают раствором соляной кислоты, вновь проводят термообработку при температуре 250°С, обрабатывают раствором гидроксида натрия, снова проводят термообработку при температуре 250°С по предлагаемому способу и применяют в качестве сорбентаю.
4. Предварительно высушенную фракцию кирпичного боя с размером частиц 1-2 мм подвергают термообработке при температуре 250°С, обрабатывают раствором гидроксида натрия, вновь проводят термообработку при температуре 250°С, обрабатывают раствором соляной кислоты, снова проводят термообработку при температуре 250°С по предлагаемому способу и применяют в качестве сорбента.
Степени очистки модельных растворов от ионов Pb(II), Cd(II), Mn(II), Zn(II), Cu(II), Co(II), Ni(II), Fe(III) и Cr(III) сорбентами, полученных разными методами термохимической обработки, представлены в табл. 2.
Технико-экономическая эффективность заявляемого изобретения по сравнению с известным способом позволяет получить сорбент для эффективной очистки природных и сточных вод от ионов тяжелых металлов при одновременном снижении энергоемкости способа получения сорбента за счет снижения температуры термообработки и уменьшении стоимости сорбента за счет использования в качестве исходного сырья кирпичного боя, являющегося техногенным отходом алюмосиликатного состава. Кроме снижения стоимости сорбента применение кирпичного боя по предлагаемому способу способствует решению проблемы утилизации данного крупнотоннажного отхода и позволяет не проводить регенерации сорбента в виду его низкой стоимости и доступности сырья для его получения.
Источники информации
1. Патент на изобретение №2482911, кл. B01J 20/00, B01J 20/12, B01J 20/30, В82В 3/00, 2013.
2. Патент на изобретение №2644880, кл. B01J 20/24, B01J 20/12, B01J 20/30, 2018.
3. Патент на изобретение №2624319, кл. B01J 20/18, B01J 20/32, 2017.
4. Патент на изобретение №2567650, кл. C02F 1/62, C02F 1/28, B01J 20/14, C02F 101/20, 2015.
Claims (3)
- Способ получения алюмосиликатного сорбента для очистки природных и сточных вод от ионов Pb(II), Cd(II), Mn(II), Zn(II), Cu(II), Co(II), Ni(II), Fe(III) и Cr(III), отличающийся тем, что в качестве исходного алюмосиликатного материала применяется бой керамического кирпича, а термообработка заключается в нагреве сорбента до температуры 250°С в течение 45 мин и выдержке при этой температуре в течение 45 мин, при следующей технологии получения сорбента:
- - кирпичный бой измельчается с отбором фракции с размером частиц 1-2 мм, которая затем высушивается до постоянной массы при температуре не менее 100 °С;
- - для указанной фракции кирпичного боя проводится термообработка, затем фракция кирпичного боя обрабатывается раствором соляной кислоты концентрацией 0,5 моль/л при соотношении 1 г сорбента на 30 мл раствора в течение 1,5 ч при температуре 30°С, вновь проводится ее термообработка, после этого фракция кирпичного боя обрабатывается раствором гидроксида натрия концентрацией 0,5 моль/л при соотношении 1 г сорбента на 40 мл раствора при температуре 30°С, а по завершении проводится ее термообработка.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020134214A RU2748595C1 (ru) | 2020-10-17 | 2020-10-17 | Способ получения алюмосиликатного сорбента для очистки природных и сточных вод от ионов тяжелых металлов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020134214A RU2748595C1 (ru) | 2020-10-17 | 2020-10-17 | Способ получения алюмосиликатного сорбента для очистки природных и сточных вод от ионов тяжелых металлов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2748595C1 true RU2748595C1 (ru) | 2021-05-27 |
Family
ID=76033990
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020134214A RU2748595C1 (ru) | 2020-10-17 | 2020-10-17 | Способ получения алюмосиликатного сорбента для очистки природных и сточных вод от ионов тяжелых металлов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2748595C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2797375C1 (ru) * | 2022-06-20 | 2023-06-05 | Елена Александровна Деньгина | Способ получения композитного сорбента для очистки сточных вод на основе отходов горно-обогатительных комбинатов |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130037488A1 (en) * | 2010-07-14 | 2013-02-14 | King Abdulaziz City For Science And Technology | Adsorbent for adsorption of heavy metals in waste water |
| RU2482911C1 (ru) * | 2011-12-22 | 2013-05-27 | Виктор Геннадиевич Сержантов | Состав для получения гранулированного комбинированного наноструктурированного сорбента и способ его получения |
| RU2567650C1 (ru) * | 2014-06-04 | 2015-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный университет-учебно-производственный комплекс" (ФГБОУ ВПО "Госуниверситет-УНПК") | Способ очистки воды от ионов тяжелых металлов |
| RU2624319C1 (ru) * | 2016-03-30 | 2017-07-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Способ получения сорбента для извлечения соединений тяжелых металлов из сточных вод |
| RU2644880C1 (ru) * | 2017-03-14 | 2018-02-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Способ получения сорбента для очистки сточных вод от многокомпонентных загрязнений |
-
2020
- 2020-10-17 RU RU2020134214A patent/RU2748595C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130037488A1 (en) * | 2010-07-14 | 2013-02-14 | King Abdulaziz City For Science And Technology | Adsorbent for adsorption of heavy metals in waste water |
| RU2482911C1 (ru) * | 2011-12-22 | 2013-05-27 | Виктор Геннадиевич Сержантов | Состав для получения гранулированного комбинированного наноструктурированного сорбента и способ его получения |
| RU2567650C1 (ru) * | 2014-06-04 | 2015-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный университет-учебно-производственный комплекс" (ФГБОУ ВПО "Госуниверситет-УНПК") | Способ очистки воды от ионов тяжелых металлов |
| RU2624319C1 (ru) * | 2016-03-30 | 2017-07-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Способ получения сорбента для извлечения соединений тяжелых металлов из сточных вод |
| RU2644880C1 (ru) * | 2017-03-14 | 2018-02-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Способ получения сорбента для очистки сточных вод от многокомпонентных загрязнений |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2797375C1 (ru) * | 2022-06-20 | 2023-06-05 | Елена Александровна Деньгина | Способ получения композитного сорбента для очистки сточных вод на основе отходов горно-обогатительных комбинатов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9382133B2 (en) | Adsorbent composite from natural raw materials to remove heavy metals from water | |
| Deng et al. | Formation of NaP zeolite from fused fly ash for the removal of Cu (II) by an improved hydrothermal method | |
| AU3429399A (en) | Water treatment product and method | |
| RU2482911C1 (ru) | Состав для получения гранулированного комбинированного наноструктурированного сорбента и способ его получения | |
| JP2007506535A (ja) | 焼結破砕ガラスからなる粒状体 | |
| Hasan et al. | Synthesis of KCC-1 using rice husk ash for Pb removal from aqueous solution and petrochemical wastewater | |
| RU2277013C1 (ru) | Способ получения сорбентов для очистки воды | |
| Li et al. | Utilization of electrolytic manganese residue and bauxite to synthesize zeolite a for pickle liquor adsorption: Characterization, mechanisms and performance | |
| RU2111172C1 (ru) | Способ адсорбционной очистки воды | |
| RU2031705C1 (ru) | Способ получения сорбента | |
| RU2748595C1 (ru) | Способ получения алюмосиликатного сорбента для очистки природных и сточных вод от ионов тяжелых металлов | |
| CN102963951A (zh) | 一种处理造纸废水的方法 | |
| CN112371080A (zh) | 一种介孔吸附材料及其制备方法和用途 | |
| JP2683225B2 (ja) | 活性炭の製造方法及び水処理用にその活性炭を使用する方法 | |
| CN102951697A (zh) | 一种处理电镀废水的方法 | |
| WO2006011191A1 (ja) | 陰イオン吸着材およびその製造方法並びに水処理方法 | |
| RU2187459C2 (ru) | Способ адсорбционной очистки сточных вод от нефтепродуктов и ионов металлов | |
| JP2002003208A (ja) | 水素ガスの精製方法 | |
| CN113603256A (zh) | 一种高效除磷的生活污水处理剂及其制备方法 | |
| Fayzullaev et al. | Synthesis of NaA-type Zeolite and its sorption properties | |
| Paramitha et al. | Performance evaluation of coal fly ash based zeolite a for heavy metal ions adsorption of wastewater | |
| JPS5824338A (ja) | 吸着剤 | |
| RU2797375C1 (ru) | Способ получения композитного сорбента для очистки сточных вод на основе отходов горно-обогатительных комбинатов | |
| CN114768754B (zh) | 一种吸附选择性的Mg/Al层状双金属氢氧化物成型吸附颗粒的制备、再生方法和应用 | |
| RU2141374C1 (ru) | Способ получения сорбента |