СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕОЛИТНОГО СОРБЕНТА ТИПА А Российский патент 1996 года по МПК B01J20/18 

Изобретение относится к химической технологии, а именно к способам получения цеолитных сорбентов, и может быть использовано при синтезе цеолитных сорбентов для выведения радионуклидов из биологических жидкостей и других объектов.

Известен способ получения цеолитных сорбентов с кубической решеткой с параметрами 12,24--12,27 А (цеолит группы "А") [1] Их получают из алюмосиликатного сырья путем его термохимической обработки (стадии кристаллизации) и последующего гранулирования порошкообразного продукта со связующими (как правило глинистыми материалами) в количестве 10-20 мас. и прокаливания гранул при 450-600^оС.

Данный способ является наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому и взят в качестве прототипа.

Сорбенты, полученные по данному способу, используются в нефтехимических и др. процессах, при разделении и очистке различных газовых смесей и конденсатов.

Их недостатком является относительная малая селективность при очистке от микроколичеств радионуклидов стронция [2]
Задачей изобретения является повышение селективности извлечения микроколичеств стронция в присутствии поверхностно-активных веществ (ПАВ).

Эта задача достигается способом получения цеолитного сорбента, включающем прокаливание при 450-650^оС кристаллического цеолитсодержащего сырья с кубической структурой в присутствии 0,5- 2 мас. мелкодисперсных углеродных продуктов.

Как показали эксперименты, присутствие на стадии обжига гранулированных цеолитов 0,5-2 мас. мелкодисперсного углеродного материала (например, сажи типа ПМ-15) приводит к формированию структуры, более селективной к радионуклидам стронция, чем обычные образцы. При этом удельная поверхность полученных образцов цеолитных сорбентов практически не отличалась от обычной и находилась на уровне 8-10 м²/г (по бензолу). Таким образом, получаемый эффект не может быть объясним увеличением удельной поверхности и поэтому является неочевидным.

П р и м е р 1. Иллюстрирует получение сорбента классическим путем. Смешивают раствор силиката натрия (28,4% SiO₂) c алюмосиликатом натрия с 50% гидроксидом натрия в следующих пропорциях (г): 1350:575:870 в 3130-3140 мл воды. Данную смесь нагревают при перемешивании до 100-105^оС и выдерживают при этой температуре в течение 4-5 ч. После двух-трехкратной промывки водой получают порошок цеолита "А" с кубической структурой d 12,27 (проверяется рентгенофазовым анализом). Затем полученный порошок в количестве 1 кг (в пересчете на сухой продукт) в виде суспензии смешивают с каолиновой глиной, взятой в количестве 10 мас. и сажей ПМ-15 в количестве 2 мас. гранулируют методом экструзии с диаметром гранул 1,0-1,5 мм и прокаливают при 450^оС в течение 5 ч.

В итоге получают гранулированный цеолит типа "А" d 12,27 , насыпным весом 0,8 г/см³, механической прочностью на раздавливание 2,5 кг/мм², удельной поверхностью (S_уд) 8,3 м²/г.

П р и м е р 2. Иллюстрирует получение цеолита на основе природного сырья каолиновой глины.

Берут 150 г каолина [Al₂Si₂(OH)] и прокаливают при 650-670^оС в течение 1-1,5 ч для его аморфизации. Затем берут 100 г прокаленного метакаолина, загружают в колбу с мешалкой и заливают 350 мл 12% раствора гидроксида натрия. При перемешивании выдерживают данную смесь при 100-105^оС в течение 1-1,5 ч. Затем полученный цеолит типа "А" промывают и обрабатывают 70 мл 10%-ного раствора фосфорной кислоты в течение 1-2 ч при перемешивании. Затем полученную суспензию смешивают с бентонитовой глиной в количестве 10 мас. и сажей ПМ-15 в количестве 1 мас. доводят до пастообразного состояния путем нагрева и гранулируют методом экструзии по примеру 1 и в заключение прокаливают при 500^оС в течение 4 ч. В итоге получают цеолит типа "А" с параметрами решетки d 12,29 , насыпным весом 0,88 г/см³, механической прочностью на раздавливание 2,8 кг/мм², S_уд 9,8 м²/г.

П р и м е р 3. Получение цеолита из отходов производства.

Берут 100 г отработанного (закоксованного цеолита К-3А (с размером гранул 2-3 мм), содержащего 0,5 мас. углеродных частиц, заливают 120 мл 10%-го щелочного раствора (смесь гидроксидов натрия и калия) и выдерживают в течение 3-4 ч при 100-105^оС при периодическом перемешивании.

Затем сорбент промывают водопроводной водой до рН 11, сушат и прокаливают при 600^оС в течение 4 ч. В итоге получают цеолит типа "А" с d 12,28 , насыпным весом 0,85 г/см³; механической прочностью 2,6 кг/мм²; S_уд 10,2 м²/г.

П р и м е р 4. Проводят получение сорбента по примеру 3, за исключением того, что используют цеолит К-3А, содержащий 0,3 мас. углерода. В итоге получают сорбент, по своим характеристикам сходный с приведенным в примере 3.

П р и м е р 5. Проводят получение сорбента по примеру 3 за исключением того, что используют цеолит К-3А, содержащий 3 мас. углерода. В итоге получают цеолит типа "А", имеющий механическую проч-ность на раздавливание ≈0,6 кг/мм², т. е. в 2,5-3 раза хуже, чем по примерам 1-3. Данный сорбент не пригоден для использования в гидродинамических процессах очистки жидкостей.

Полученным по примерам 1-3 сорбентам рекомендуется присвоить товарную марку ЦМП.

П р и м е р 6. Проводят испытания сорбционно-селективных свойств сорбентов по примерам 1-3 в сравнении с исходными цеолитами Na-А, К-3А, а также клиноптилолитом, имеющим моноклинную структуру на сточных водах спецпрачечных, содержащих ≈ по 10^-7 10^-8 Кu/л радионуклидов стронция и цезия, ПАВ 100-200 мг/г и рН 8-8,5.

Испытания проводят путем контактирования навески сорбента с раствором в статическом режиме при соотношении Т:Ж1:200 и перемешивании в течение 48 ч и затем определяют весовой коэффициент распределения (Кd), отражающий сорбционно-селективные свойства.

Результаты по определению Kd приведены в таблице.

Как видно из приведенных в таблице данных, сорбенты, полученные по предлагаемому способу, обладают в 3-5 раз лучшими сорбционно-селективными свойствами по отношению к радионуклидам стронция в присутствии ПАВ, чем стандартные цеолиты "А".

Изобретение относится к способам получения неорганических сорбентов. Цеолитсодержащее сырье кубической структуры, содержащее до 2% мелкодисперсного углерода, подвергают прокаливанию при 450 - 600^oС с получением цеолитного сорбента типа А. 1 табл.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕОЛИТНОГО СОРБЕНТА ТИПА А, включающий прокаливание кристаллического цеолитсодержащего сырья кубической структуры при 450-600^oС, отличающийся тем, что прокаливанию подвергают сырье, содержащее 0,5 2 мас. мелкодисперсного углерода.