СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ПРИРОДНОГО СОРБЕНТА ШУНГИТА Российский патент 1996 года по МПК B01J20/30 B01J20/02 

Изобретение относится к химической технологии, а именно к способам получения сорбентов для очистки сточных вод от загрязняющих компонентов, например от нефтепродуктов.

В настоящее время для этих целей опробован природный материал карельский шунгит, представляющий собой углеродистую горную породу, содержащую кремнезем. Оба главных компонента шунгита углерод и кремнезем, находятся в наиболее химически активной форме: углерод в форме, близкой к стеклоуглероду, кремнезем в виде α -кварца, что обеспечивает шунгиту повышенную абсорбционную способность. Удельная поверхность шунгитов в исходном состоянии сравнительно невелика, поэтому их использование в качестве сорбентов неизбежно связано с модифицированием природных материалов.

Известен способ очистки промышленных сточных вод от органических примесей [1] в котором в качестве кремнийсодержащего адсорбента использован шунгит, модифицированный щелочным раствором. Указанный метод позволяет повысить степень очистки стоков от олеиновой кислоты и фенолов, однако это не способствует улучшению адсорбционных свойств материала по отношению к другим загрязняющим компонентам, например нефтепродуктам [2]
Известен также способ очистки промышленных сточных вод от органических примесей [3] при котором для адсорбции применяют шунгит, модифицированный основным нитратом алюминия и содержащий жидкое стекло в количестве 3-5% от веса сорбента.

Кроме того, известен способ получения гранулированного адсорбента [4] при котором шунгит, обработанный основным нитратом алюминия при нагревании, дополнительно обрабатывают смесью, содержащей жидкое стекло и оксид магния, с последующим прокаливанием и обработкой серной кислотой.

Описанные методы позволяют повысить механическую прочность продукта и его сорбционную емкость по отношению к некоторым компонентам, например фенолам и олеиновой кислоте.

Однако химическая обработка не улучшает адсорбционные свойства шунгита по отношению к нефтепродуктам, видимо, из-за того, что нефтепродукты адсорбируются не только углеродом, но и алюмосиликатной составляющей [2] Кроме, того, добавление химических реагентов, например нитрата алюминия, вызывает повышение их концентрации в воде, в связи с чем возникает необходимость дополнительного контроля за содержанием в воде добавленных элементов, например алюминия.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является способ очистки сточных вод от нефтепродуктов [5] при котором в качестве фильтра применяют смесь, состоящую из модифицированного шунгита, содержащего 10-30% углерода и термообработанного при 150-200^оС, и углеродного волокна при следующем соотношении компонентов, об. Шунгит 70-90 Углеродное волокно 10-30
Данный способ позволяет повысить степень очистки сточных вод от нефтепродуктов за счет использования в составе смеси для фильтрации углеродсодержащих компонентов. Однако термообработка шунгита при температуре 150-200^оС обеспечивает только сушку материала, но не увеличивает количество мезопор, способствующих улучшению его адсорбционных свойств. Кроме того, углеродистое волокно дефицитный и дорогостоящий материал и его применение увеличивает стоимость очистки воды.

Целью изобретения является повышение адсорбционной емкости и удельной поверхности шунгита.

Для достижения этой цели в способе модифицирования природного сорбента шунгита, включающем его дробление, сортировку и термообработку, согласно изобретению термообработку шунгита проводят при температуре 500-550^оС в течение 2-3 ч.

В соответствии с данными, приведенными в работе [2] при 300^оС происходит перестройка структуры пор шунгита, возрастает доля замкнутых пор и поверхность в значительной мере теряет гидрофильные и адсорбционные свойства. Однако исследования показали, что при дальнейшей термообработке в интервале температур 500-550^оС происходит резкое изменение в сторону увеличения количества пор размерами 80-200 , наиболее благоприятных для сорбционного извлечения нефтепродуктов. При этом значительно возрастает суммарный объем пор, а также удельная поверхность образцов шунгита.

Способ осуществляют следующим образом.

Предварительно раздробленный шунгит подвергают сортировке для получения однородного материала с размерами зерен 3-5 мм. Затем этот материал помещают в муфельную печь и осуществляют его прокаливание при температуре 500-550^оС в течение 2-3 ч. Далее различными физико-химическими методами осуществляют контроль структурных характеристик модифицированного шунгита.

П р и м е р ы осуществления способа.

Раздробленные и отсортированные образцы шунгита с размерами зерен 3-5 мм помещали в муфельную печь и осуществляли их прокаливание при температурах 400, 450, 500, 550, 600, 650^оС. При каждой температуре время прокаливания составляло 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 3,5 ч (см. чертеж, на котором приведен график термообработки).

После прокаливания методом насыщения гексаном в образцах определяли суммарный объем пор, методом ртутной порометрии удельный вес пор в интервале 80-200 , т.е. в области, наиболее благоприятной для сорбционного взаимодействия, и методом тепловой десорбции азота удельную поверхность образцов шунгита.

Модифицированный шунгит помещали в адсорбционную колонку диаметром 45 мм, где образовывался слой шунгита высотой 450 мм. Через эту колонку пропускали сточную воду, содержащую 1,1 мг/л нефтепродуктов, с линейной скоростью 0,95 м/с. На выходе из колонки методом инфракрасной спектрометрии определяли содержание нефтепродуктов в очищенной воде.

Термообработке подвергался шунгит, имевший в исходном состоянии суммарный объем пор 0,17 см³/г и удельную поверхность 27 м²/г.

Результаты исследований приведены в таблице и на графике термообработки.

Данные, приведенные в таблице, показывают, что в результате термической обработки по заявленному способу суммарный объем пор шунгита возрос в 1,7-1,8 раза, а удельная поверхность увеличилась в 2,2-2,3 раза.

На графике видно, что количество пор размером 80-200 достигает максимума при прокаливании в течение 2-3 ч при температуре 500-550^оС.

Исследования показали, что при использовании модифицированного шунгита в качестве сорбента содержание нефтепродуктов в воде на выходе из адсорбционной колонки составило 0,03 мг/л, в то время как при очистке с помощью природного шунгита концентрация нефтепродуктов в воде достигает 0,12 мг/л, т.е. в 4 раза выше. Динамическая емкость модифицированного шунгита 0,4 мг нефтепродуктов на 1 г сорбента, а исходного только 0,16 мг/г.

Заявленный способ позволяет значительно увеличить удельную поверхность и суммарный объем пор шунгита, что в итоге дает возможность улучшить качество очистки воды от загрязняющих веществ, например от нефтепродуктов.

Использование: в химической технологии, а именно в способах получения сорбентов для очистки сточных вод от загрязняющих веществ, например от нефтепродуктов. Сущность изобретения: шунгит модифицирован путем прокаливания при 500 - 550^oС в течение 2 - 3 ч. 1 ил., 1 табл.

Способ модифицирования природного сорбента шунгита, включающий дробление, сортировку и термообработку, отличающийся тем, что термообработку проводят при 500 550^oС в течение 2 3 ч.