RU2840972C1 - Method of producing modified carbon sorbent - Google Patents
Method of producing modified carbon sorbent Download PDFInfo
- Publication number
- RU2840972C1 RU2840972C1 RU2025102256A RU2025102256A RU2840972C1 RU 2840972 C1 RU2840972 C1 RU 2840972C1 RU 2025102256 A RU2025102256 A RU 2025102256A RU 2025102256 A RU2025102256 A RU 2025102256A RU 2840972 C1 RU2840972 C1 RU 2840972C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon
- sorbent
- carbon sorbent
- solution
- modification
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к способам получения модифицированных углеродных сорбентов при наложении поляризации от внешнего источника тока, что позволяет увеличить их сорбционную способность в очистке сточных вод предприятий химической промышленности, содержащих ионы металлов.The invention relates to methods for producing modified carbon sorbents by applying polarization from an external current source, which makes it possible to increase their sorption capacity in the purification of wastewater from chemical industry enterprises containing metal ions.
Наиболее важным показателем углеродных сорбентов является их сорбционная способность, которая зависит от удельной поверхности, состояния поверхности и наличия функциональных групп на поверхности сорбента. Для повышения сорбционной способности углеродных сорбентов их подвергают модификации.The most important indicator of carbon sorbents is their sorption capacity, which depends on the specific surface, surface condition and the presence of functional groups on the surface of the sorbent. To increase the sorption capacity of carbon sorbents, they are subject to modification.
Известен способ получения модифицированного активного угля, который включает приготовление раствора модификатора, пропитку угля и его сушку. В качестве модификатора используют кверцетин, альгиновую кислоту или ее соли щелочных металлов, причем используют активный уголь с отношением объема микропор к суммарному объему пор 0,3÷0,4, а пропитку ведут водным раствором модификатора при соотношении объемов пропитки и угля 0,8÷1,0 [Патент № 2104927 C1, Российская Федерация, МПК C01B 31/16, B01J 20/20. Способ получения модифицированного активного угля : № 96124758/25 : заявл. 31.12.1996 : опубл. 20.02.1998].A method for producing modified activated carbon is known, which includes preparing a modifier solution, impregnating the carbon and drying it. Quercetin, alginic acid or its alkali metal salts are used as a modifier, and activated carbon with a ratio of the volume of micropores to the total pore volume of 0.3÷0.4 is used, and impregnation is carried out with an aqueous solution of the modifier with a ratio of the volumes of impregnation and carbon of 0.8÷1.0 [Patent No. 2104927 C1, Russian Federation, IPC C01B 31/16, B01J 20/20. Method for producing modified activated carbon: No. 96124758/25: declared 31.12.1996: published 20.02.1998].
Недостатком этого способа является низкая эффективность сорбции по катионам тяжелых металлов, использование специальных модификаторов для пропитки сорбентов, трудоемкость способа.The disadvantage of this method is the low efficiency of sorption of heavy metal cations, the use of special modifiers for impregnating sorbents, and the labor intensity of the method.
Известен способ электросорбции ионов цезия из водного раствора на активированном угле марки ДАК при одновременной катодной поляризации угля [Свешникова Д.А., Хамизов Р.Х., Атаев М.Б., Амиров А.М. и др. Исследование закономерностей электросорбции ионов цезия активированным углем ДАК // Сорбционные и хроматографические процессы. 2016. Т.16. №3. С.270-280].A method is known for the electrosorption of cesium ions from an aqueous solution on activated carbon of the DAK brand with simultaneous cathodic polarization of the carbon [Sveshnikova D.A., Khamizov R.Kh., Atayev M.B., Amirov A.M. et al. Study of the patterns of electrosorption of cesium ions by activated carbon DAK // Sorption and chromatographic processes. 2016. Vol. 16. No. 3. Pp. 270-280].
Недостатком способа служит энергоемкость процесса электросорбции, что не позволяет извлекать ионы тяжелых металлов из сточных вод больших объемов.The disadvantage of this method is the energy intensity of the electrosorption process, which does not allow the extraction of heavy metal ions from large volumes of wastewater.
Известен способ модифицирования углеродных сорбентов [Гимаева А.Р., Валинурова Э.Р., Игдавлетова Д.К., Петрова О.П., Кудашева Ф.Х. Исследование процессов сорбции ионов свинца и цинка из воды активированными углеродными адсорбентами // Сорбционные и хроматографические процессы. 2012. Т.12. №2. С.267 - 273], в котором в качестве окислителей широко применяются соляная и серная кислоты. Модифицированные таким образом углеродные сорбенты являются катионообменниками, обладают сорбционной активностью по отношению к ионам металлов благодаря тому, что содержат карбоксильные, лактонные, фенольные группы на поверхности.A method for modifying carbon sorbents is known [Gimaeva A.R., Valinurova E.R., Igdavletova D.K., Petrova O.P., Kudasheva F.Kh. Study of the processes of sorption of lead and zinc ions from water by activated carbon adsorbents // Sorption and chromatographic processes. 2012. Vol. 12. No. 2. Pp. 267-273], in which hydrochloric and sulfuric acids are widely used as oxidizing agents. Carbon sorbents modified in this way are cation exchangers, have sorption activity with respect to metal ions due to the fact that they contain carboxyl, lactone, phenolic groups on the surface.
Недостатки способа связаны с большим расходом высококонцентрированных реагентов, затратами электроэнергии на термообработку, а также характеризуется длительностью процесса модификации и токсичностью используемых реагентов, наличием вредных отходов.The disadvantages of the method are associated with the high consumption of highly concentrated reagents, energy costs for heat treatment, and are also characterized by the duration of the modification process and the toxicity of the reagents used, and the presence of hazardous waste.
Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности модификации углеродного сорбента является способ получения окисленного угля из растительного сырья для очистки сточных вод от ионов меди (прототип) [Патент № 2329948 C1 Российская Федерация, МПК C01B 31/08, B01J 20/20. Способ получения окисленного угля из растительного сырья для очистки сточных вод от ионов меди : № 2007103696/15 : заявл. 30.01.2007 : опубл. 27.07.2008], включающий обработку углеродного сорбента азотной кислотой в течение 3 ч при температуре 75-85 °C или перекисью водорода химическим способом с использованием 15% раствора или электрохимическим в ячейке с анодом из платиновой сетки, электролитом 5 М раствором серной кислоты при плотности тока 14±1 мА/см2 в течение 20 мин. На эффективность модифицирования углеродного сорбента, т.е. на степень его окисления заметное влияние оказывают условия проведения реакции окисления, а именно: концентрация реагента, температура и время обработки. Этот способ выбран за прототип.The closest to the claimed method in terms of the technical essence of modification of the carbon sorbent is the method for obtaining oxidized carbon from plant materials for the purification of waste water from copper ions (prototype) [Patent No. 2329948 C1 Russian Federation, IPC C01B 31/08, B01J 20/20. Method for obtaining oxidized carbon from plant materials for the purification of waste water from copper ions: No. 2007103696/15: declared. 30.01.2007: published. [27.07.2008], which includes the treatment of carbon sorbent with nitric acid for 3 hours at a temperature of 75-85 °C or hydrogen peroxide by a chemical method using a 15% solution or electrochemically in a cell with a platinum mesh anode, an electrolyte of 5 M sulfuric acid solution at a current density of 14±1 mA/ cm2 for 20 min. The efficiency of modification of the carbon sorbent, i.e. the degree of its oxidation, is noticeably affected by the conditions of the oxidation reaction, namely: the concentration of the reagent, the temperature and the time of treatment. This method was chosen as a prototype.
Недостатками указанного способа являются энергозатратность для нагрева раствора электролита, использование дорогостоящих платиновых электродов и агрессивных концентрированных кислот, необходимость в промывке угля после модифицирования, в результате которой образуются сточные воды.The disadvantages of this method are the energy consumption for heating the electrolyte solution, the use of expensive platinum electrodes and aggressive concentrated acids, and the need to wash the coal after modification, which results in the formation of waste water.
Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка способа модифицирования углеродного сорбента, снижение энергозатрат на его реализацию, повышение экологичности способа при сохранении сорбционной способности сорбента без снижения эффективности очистки сточных вод от ионов металлов.The technical task of the proposed invention is to develop a method for modifying a carbon sorbent, reducing energy costs for its implementation, increasing the environmental friendliness of the method while maintaining the sorption capacity of the sorbent without reducing the efficiency of wastewater treatment from metal ions.
Поставленная задача достигается путем разработки способа получения модифицирования углеродного сорбента, который заключается в электрохимической обработке углеродного сорбента в ячейке с катионообменной мембраной, разделяющей анодное и катодное пространства, с использованием нерастворимых электродов ОРТА (оксидный рутениево-титановый электрод) при наложении катодной поляризации и плотности тока 1 А⋅г-1 в течение 15 минут в растворе 5 % NaCl при объемном соотношении углеродный сорбент : раствор католита, равном 1:5.The set task is achieved by developing a method for obtaining a modified carbon sorbent, which consists of electrochemical treatment of the carbon sorbent in a cell with a cation-exchange membrane separating the anode and cathode spaces, using insoluble ORTA electrodes (oxide ruthenium-titanium electrode) with the imposition of cathode polarization and a current density of 1 A⋅g -1 for 15 minutes in a 5% NaCl solution at a volume ratio of carbon sorbent: catholyte solution equal to 1:5.
Наложение катодной поляризации приводит к смещению электрокинетического потенциала углеродного сорбента в отрицательную область потенциалов, что приводит к росту сорбционной емкости угля в отношении катионов металлов.The imposition of cathodic polarization leads to a shift in the electrokinetic potential of the carbon sorbent into the negative potential region, which leads to an increase in the sorption capacity of carbon with respect to metal cations.
В предлагаемом способе исключается использование агрессивных реагентов - концентрированных кислот, что приводит к повышению экологичности способа. Затраты процесса снижаются за счет использования менее дорогих нерастворимых электродов ОРТА.The proposed method eliminates the use of aggressive reagents - concentrated acids, which leads to an increase in the environmental friendliness of the method. The costs of the process are reduced due to the use of less expensive insoluble ORTA electrodes.
Способ подтверждается следующими примерами.The method is confirmed by the following examples.
Пример 1. Углеродный сорбент смачивают в растворе 5 % NaCl (католит) в объемном соотношении 1:5 и помещают в ячейку с катионообменной мембраной и катодом ОРТА. Ячейку и катод опускают в раствор 5 % NaCl. Модифицирование углеродного сорбента проводят в ячейке при наложении катодной поляризации при плотности тока 1 А⋅г-1 в течение 15, 20 и 40 минут. После модифицирования углеродный сорбент высушивают при 100 °С. Далее проводили сорбцию ионов Cu2+ на модифицированном сорбенте в статическом режиме в течение 60 мин при соотношении углеродный сорбент : раствор 50 мг/л Cu2+, равном 1:125 . Результаты приведены в таблице 1.Example 1. The carbon sorbent is wetted in a 5% NaCl solution (catholyte) in a volume ratio of 1:5 and placed in a cell with a cation-exchange membrane and an ORTA cathode. The cell and cathode are lowered into a 5% NaCl solution. The carbon sorbent is modified in the cell by applying cathodic polarization at a current density of 1 A⋅g -1 for 15, 20 and 40 minutes. After modification, the carbon sorbent is dried at 100 °C. Then, Cu 2+ ions are sorbed on the modified sorbent in a static mode for 60 min at a carbon sorbent: 50 mg/l Cu 2+ solution ratio of 1:125. The results are presented in Table 1.
Таблица 1 - Влияние продолжительности процесса модифицирования углеродного сорбента на эффективность сорбционной очистки раствора от ионов Cu2+ Table 1 - Effect of the duration of the carbon sorbent modification process on the efficiency of sorption purification of the solution from Cu 2+ ions
Из результатов видно, что катодная обработка позволяет увеличить сорбционную способность угля в шесть раз. Увеличение продолжительности катодной обработки практически не приводит к увеличению эффективности очистки раствора, обработка в течение 15 минут является оптимальной.The results show that cathodic treatment increases the sorption capacity of coal sixfold. Increasing the duration of cathodic treatment practically does not increase the efficiency of solution purification; treatment for 15 minutes is optimal.
Пример 2. Модифицирование углеродного сорбента проводят в последовательности и условиях, описанных в примере 1, с тем отличием, что процесс модифицирования осуществляют при плотности тока 1-3 А⋅г-1 в течение 15 мин.Example 2. The modification of the carbon sorbent is carried out in the sequence and under the conditions described in Example 1, with the difference that the modification process is carried out at a current density of 1-3 A⋅g -1 for 15 min.
Далее проводилась сорбция ионов Cu2+ из раствора как описано в примере 1. Результаты приведены в таблице 2.Next, the sorption of Cu 2+ ions from the solution was carried out as described in Example 1. The results are presented in Table 2.
Таблица 2 - Влияние плотности тока процесса модифицирования углеродного сорбента на эффективность сорбционной очисткиTable 2 - Effect of current density of the carbon sorbent modification process on the efficiency of sorption purification
Из результатов видно, что увеличение плотности тока при катодной обработке от 1 до 3 А⋅г-1 не приводит к существенному увеличению эффективности очистки раствора, обработка при плотности тока 1 А⋅г-1 является оптимальной.The results show that increasing the current density during cathodic treatment from 1 to 3 A⋅g -1 does not lead to a significant increase in the efficiency of solution purification; treatment at a current density of 1 A⋅g -1 is optimal.
В таблице 3 представлены сравнительные условия процесса модифицирования углеродного сорбента по заявляемому способу и прототипа, а также последующей очистки сточных вод на примере сорбции ионов Cu2+.Table 3 presents comparative conditions for the process of modifying a carbon sorbent using the claimed method and the prototype, as well as subsequent purification of wastewater using the example of sorption of Cu 2+ ions.
Таблица 3 - Сравнительные данные модифицированию углеродного сорбента и последующей сорбции на нем ионов Cu2+ заявляемого способа и прототипаTable 3 - Comparative data on the modification of the carbon sorbent and subsequent sorption of Cu 2+ ions on it using the claimed method and the prototype
89 (рН = 6 - 7)66 (pH = 4)
89 (pH = 6 - 7)
Таким образом, заявляемый способ позволяет сократить продолжительность модифицирования углеродного сорбента с 20 до 15 минут, отказаться от агрессивных реагентов (серной кислоты), тем самым повысить экологичность процесса, при повышении сорбционной способности углеродного сорбента (эффективности очистки сточных вод от катионов металлов).Thus, the claimed method allows to reduce the duration of modification of carbon sorbent from 20 to 15 minutes, to refuse aggressive reagents (sulfuric acid), thereby increasing the environmental friendliness of the process, while increasing the sorption capacity of carbon sorbent (efficiency of wastewater treatment from metal cations).
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2840972C1 true RU2840972C1 (en) | 2025-05-30 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2217389C2 (en) * | 2001-12-27 | 2003-11-27 | Ивановский государственный химико-технологический университет | Method of extraction of ions of heavy metals from water solutions |
| RU2233794C1 (en) * | 2003-07-14 | 2004-08-10 | Авдеев Виктор Васильевич | Method of production of cellular graphite and cellular graphite produced by this method |
| RU2445157C2 (en) * | 2010-06-01 | 2012-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method of preparation and activation of sorbent granules and device to this end |
| US9579635B2 (en) * | 2012-12-13 | 2017-02-28 | Basf Corporation | Carbon bodies and ferromagnetic carbon bodies |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2217389C2 (en) * | 2001-12-27 | 2003-11-27 | Ивановский государственный химико-технологический университет | Method of extraction of ions of heavy metals from water solutions |
| RU2233794C1 (en) * | 2003-07-14 | 2004-08-10 | Авдеев Виктор Васильевич | Method of production of cellular graphite and cellular graphite produced by this method |
| RU2445157C2 (en) * | 2010-06-01 | 2012-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method of preparation and activation of sorbent granules and device to this end |
| US9579635B2 (en) * | 2012-12-13 | 2017-02-28 | Basf Corporation | Carbon bodies and ferromagnetic carbon bodies |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Похвалитова А.А., Гайдукова А.М., Стоянова А.Д. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА УГЛЕРОДНОГО СОРБЕНТА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СОРБЦИОННОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД, Успехи в химии и химической технологии, т. 36, N 4 (253), 2022, сс. 110-112. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2064440C1 (en) | Method of treating water | |
| Bagastyo et al. | Electrochemical oxidation of electrodialysed reverse osmosis concentrate on Ti/Pt–IrO2, Ti/SnO2–Sb and boron-doped diamond electrodes | |
| US10221491B2 (en) | Process and apparatus for generating or recovering hydrochloric acid from metal salt solutions | |
| JP5482917B2 (en) | Water recovery device for closed system space | |
| de Araujo et al. | Improving the catalytic effect of peroxodisulfate and peroxodiphosphate electrochemically generated at diamond electrode by activation with light irradiation | |
| Allat et al. | Mitigation of an anion exchange membrane fouling by coupling electrodialysis to anodic oxidation | |
| JP3227921B2 (en) | Apparatus and method for treating wastewater containing oil composed of ester | |
| CA2716560A1 (en) | Electrodiaphragmalysis | |
| CN116789236B (en) | Electrolytic resource utilization method for sodium sulfate type high-salt wastewater | |
| RU2840972C1 (en) | Method of producing modified carbon sorbent | |
| RU2842617C1 (en) | Method of modifying carbon sorbent | |
| JPH07256297A (en) | Purification treatment of livestock excretion | |
| RU2136604C1 (en) | Method of production of desalted water | |
| CN209835874U (en) | A waste water treatment combined with MVR crystallization and salt separation device | |
| KR101914027B1 (en) | Method for electrochemical water treatment using carbon electrodes and system thereof | |
| RU2322394C1 (en) | Device for processing drinking water | |
| CN110734179A (en) | waste water treatment and MVR crystallization salt separation process and device | |
| SU975583A1 (en) | Process for purifying effluents containing ammonia and ethylene diamine | |
| JP2002053990A (en) | Method of manufacturing hydrogen peroxide water | |
| RU2494972C2 (en) | Method of purifying water from iron | |
| SU1723047A1 (en) | Method of cleaning sewage from dissolved impurities | |
| SU1318536A1 (en) | Method for removing hydrogen sulfide from waste water | |
| JP3293475B2 (en) | Method for concentrating nitric acid aqueous solution and its concentrating device | |
| SU566776A1 (en) | Method of purifying waste water | |
| SU905203A1 (en) | Method for treating effluents containing hexavalent chromium |