Изобретение относится к области химической технологии, в частности к получению сорбентов из полисахаридсодержащего сырья, которые могут быть использованы для удаления радионуклидов и тяжелых металлов из водных растворов.
Известны способы получения сорбентов катионов металлов, включающие обработку свекловичного жома окислителями окислами азота, йодной кислотой и др. (а. с. СССР N 295770, МКИ5 С О8 В 37/06, 1971). Однако, этот способ требуют использования агрессивных или токсичных агентов, что приводит к необходимости утилизации большого объема экологически вредных стоков.
Известен также способ получения сорбента, включающий коксование скорлупы орехов с последующей активацией ее перегретым паром (патент США N 4616001, МКИ5 B OI J 20/20, 1986). Однако, полученный в результате данного способа активированный уголь не обладает избирательной сорбцией по отношению к радионуклидам и тяжелым металлам.
Известен адсорбент для разложения мочевины (заявка Японии N 62-57381, МКИ5 B OI J 20/24, 1987), получаемый окислением полисахаридов, но он также не обладает избирательной сорбцией по отношению к радионуклидам и тяжелым металлам.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ получения адсорбента для поглощения тяжелых металлов из водного раствора (заявка Японии N 61-16504, МКИ5 B O1 J 20/24, 1986), включающий термообработку органического сырья в присутствии формальдегида или его производного. Однако, известный способ связан с образованием токсичных и экологически вредных отходов.
Задачей настоящего изобретения является разработка простого и экологически чистого способа получения селективного сорбента тяжелых металлов и радионуклидов с высокими сорбционными характеристиками.
Сущность заявленного способа заключается в следующем.
Полисахаридсодержащее сырье (свекловичный жом, солодовые ростки, пшеничные отруби, биомасса мицелиальных грибов Тrichoderma или Aspergillus) измельчают до размера частиц не более 3 мм и подвергают термообработке при температуре 300-600oС. Выход за указанные пределы приводит к снижению сорбционных свойств. Термообработка проводится до потери 70-75% массы, о чем можно судить визуально (прекращается выделение низкомолекулярных продуктов термоокисления в виде дыма) или по отбору проб. В среднем, термоокисление в тонком слое заканчивается через 10-15 минут. После термоокисления продукт охлаждают для предотвращения золообразования, после чего при необходимости сушат и измельчают.
Заявленный способ иллюстрируют следующие примеры.
Пример 1. 50 г свекловичного жома с размером частиц не более 3 мм загружают в тигли. Тигли с жомом помещают в печь для термоокисления и выдерживают при температуре 500oС, при этом происходит термоокисление жома с потерей массы до 13,5 г, затем остаток охлаждают промывкой 200 мл дистиллированной воды, сушат и измельчают.
Пример 2. 50 г пшеничных отрубей с размером частиц не более 3 мм загружают в тигли. Тигли помещают в печь для термообработки и выдерживают при температуре 400oС, при этом происходит термоокисление отрубей с потерей массы до 12,5 г. Остаток охлаждают холодным воздухом и измельчают.
Пример 3. Согласно примеру 1, но в качестве сырья используют солодовые ростки.
Пример 4. 50 г биомассы Aspergillus foetidus М-45 (ВКМ F-81 ) с размером частиц не более 3 мм загружают в тигли. Тигли помещают в печь для термообработки и выдерживают при температуре 600oС, при этом происходит термоокисление биомассы с потерей массы до 15 г (до прекращения выделения летучих продуктов термоокисления). Остаток охлаждают промывкой 200 мл дистиллированной воды и сушат.
Пример 5.
Согласно примеру 4, но в качестве сырья используют биомассу Trichoderma viride 13/10 (ВКМ F-120).
Пример 6. Согласно примеру 4, но в качестве сырья используют биомассу Aspergillus awamori ВКМ F-122, а термоокисление осуществляют при 1,300oС
Пример 7
Согласно примеру 1, но после термоокисления остаток обрабатывают острым паром, полученным при испарении двукратного объема дистиллированной воды, сушат и измельчают.
Пример 8.
Согласно примеру 7, но после термоокисления остаток обрабатывают острым паром, полученным при испарении пятикратного объема дистиллированной воды и сушат.
При определении сорбционных характеристик основное внимание уделялось коэффициенту распределения (Kd) так как специфика сорбента, получаемого по заявляемому способу, заключается в его селективности по отношению к тяжелым металлам и радионуклидам, концентрация которых в обрабатываемой среде может быть относительно мала (на уровне нескольких ПДК). При таких условиях емкость сорбента оказывается менее существенным параметром по сравнению со степенью сродства сорбента с извлекаемым элементом, которая количественно характеризуется коэффициентом распределения (Kd), определяемым по стандартной методике. В частности 50 мг сорбента и 1 мл раствора соляной кислоты с индикаторным количеством радиоактивного элемента (1-100 кБк) помещали в пробирку с притертой пробкой и интенсивно перемешивали при комнатной температуре в течение 6-8 часов, за которые достигалось практически полное равновесие. Содержание сорбируемого элемента в растворе составляло доли микрограмма, т.е. была исключена возможность насыщения биосорбента данным элементом, что составляет необходимое условие при определении коэффициента распределения, величина которого рассчитывалась из соотношения:
где Мтв и Мвод количество сорбируемого элемента в твердой и водной фазах, соответственно;
Vвод объем водной фазы (мл);
Ртв вес сухого сорбента (г).
При определении емкости сорбентов, получаемых по предлагаемому способу, использовали метод радиоактивных индикаторов. Сорбент насыщался стабильным элементом, помеченным его радиоактивным изотопом. В частности 100 мг биосорбента помещали в пробирку с притертой пробкой, добавляли 0,5 мл водного раствора, содержащего 2-10 мг стабильного элемента, и 1 мл раствора соляной кислоты (pH= 5) с радиоактивным индикатором (1-100 Бк) и непрерывно встряхивали в течение 6-8 часов. После этого разделяли твердую и жидкую фазы путем центрифугирования, наносили 0,1 мл раствора на полированный диск из нержавеющей стали, упаривали его под сушильной лампой, остаток заклеивали липкой лентой и определяли его γ-активность. По разности активностей исходного и обработанного сорбентом растворов определяли долю активности, (и, соответственно, долю сорбируемого элемента) перешедшей в сорбент. Оставшийся в пробирке раствор с сорбентом опять встряхивали в течение нескольких часов и снова измеряли g-активность. После центрифугирования раствор полностью отбирали пипеткой, твердую фазу дважды промывали порциями воды по 1 мл, добавляли в нее 1 мл 0.2N НСl и встряхивали смесь в течение 4-6 часов, что обеспечивало десорбцию элемента из биосорбента. После центрифугирования на мишень наносили 0,1 мл раствора и измеряли его g-активность. По трем измерениям определяли среднее значение емкости сорбента. Для меди эта величина составляет 13-15 мг элемента/г биосорбента, для стронция 9-12 мг/г, для цезия 11-15 мг/г.
При исследовании сорбционных свойств биосорбентов, полученных по заявленному способу, по отношению к цезию, стронцию, кобальту, церию, кадмию и меди в растворы солей данных элементов с концентрацией 1 мг/л (для цезия 4 мг/л), pH=6, помещали навески сорбента в соотношении 0,1 г сорбента на 10 мл раствора и через 1 час измеряли в нем содержание указанных элементов. Измерения проводились на приборах: FLА-FО-4 (Cs), ААС (Cu), Плазма-100 (остальные элементы). Ошибка измерений составляла 10-15% В таблице 1 описания изобретения указаны значения коэффициента распределения и емкости, рассчитанные по результатам испытаний. ТТТ1
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТОВ РАДИОНУКЛИДОВ И ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ | 1993 |
|
RU2062647C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТОВ | 1995 |
|
RU2079359C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА КОМПОНЕНТОВ ТАБАЧНОГО ДЫМА | 1994 |
|
RU2096005C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ | 1999 |
|
RU2151639C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА | 1993 |
|
RU2077571C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОСОРБЕНТА ИОНОВ РАДИОАКТИВНОГО ПЛУТОНИЯ | 1990 |
|
SU1824758A1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОДУКТОВ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО СИНТЕЗА | 1992 |
|
RU2027758C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОСОРБЕНТА ИОНОВ РАДИОАКТИВНЫХ ЕВРОПИЯ И АМЕРИЦИЯ | 1990 |
|
SU1827862A1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА | 1994 |
|
RU2071668C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТОВ РАДИОНУКЛИДОВ | 2000 |
|
RU2163505C1 |
Область применения: прикладная экология, в частности производство сорбентов для очистки загрязненных сред от радионуклидов и тяжелых металлов.
Сущность изобретения: термообработка полисахаридсодержащего сырья путем термоокисления измельченного сырья при температуре 300- 600<198>С до потери 70-75% массы, охлаждение для предотвращения золообразования, при необходимости сушка, измельчение.
Способ получения сорбентов, включающий термообработку органического сырья, отличающийся тем, что термообработку осуществляют путем термоокисления полисахаридсодержащего сырья, измельченного до размера частиц не более 3 мм, при температуре 300 600oC до потери 70 75% массы сырья, охлаждают для предотвращения золообразования, при необходимости сушат и измельчают.
Печь для непрерывного получения сернистого натрия | 1921 |
|
SU1A1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТИОНИТА | 0 |
|
SU295770A1 |
Топка с несколькими решетками для твердого топлива | 1918 |
|
SU8A1 |
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов | 1917 |
|
SU2A1 |
Патент США N 4616001, кл | |||
Печь для непрерывного получения сернистого натрия | 1921 |
|
SU1A1 |
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. | 1921 |
|
SU3A1 |
Способ крашения тканей | 1922 |
|
SU62A1 |
Печь для непрерывного получения сернистого натрия | 1921 |
|
SU1A1 |
Очаг для массовой варки пищи, выпечки хлеба и кипячения воды | 1921 |
|
SU4A1 |
Устройство для сортировки каменного угля | 1921 |
|
SU61A1 |
Печь для непрерывного получения сернистого натрия | 1921 |
|
SU1A1 |
Авторы
Даты
1996-06-27—Публикация
1993-07-15—Подача