СПОСОБ АДСОРБЦИИ ИОНОВ ИЗ РАСТВОРОВ Российский патент 1997 года по МПК C02F1/28 C02F1/42 

Изобретение относится к области извлечения веществ ионообменными материалами и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков.

Известен способ извлечения веществ ионообменными материалами в колоннах (Вольдман Г. М. А. Н. Зеликман А. Н. Теория гидрометаллургических процессов. М. Металлургия, 1993, с. 271 275). При ионном обмене в колоннах раствор пропускают через колонну, заполненную ионообменной смолой. Зарядка адсорбента в определенную форму и заданием pH исходного раствора создают определенную величину pH в начальный момент контакта исходного раствора с адсорбентом.

Недостатком способа является отсутствие регулирования pH в процессе адсорбции, что увеличивает продолжительность процесса, ухудшает показатели адсорбции.

Наиболее близким к изобретению является способ адсорбции ионов из пульп (Вольдман Г. М. Зеликман А. Н. Теория гидрометаллургических процессов. М. Металлургия, 1993, с. 275 276), включающий обработку адсорбента и раствора, контакт адсорбента и раствора.

Недостатком прототипа является то, что при контакте раствора с адсорбентом величину pH не регулируют, что ухудшает кинетические характеристики адсорбции, увеличивает расход адсорбента.

Задача изобретения ускорение процесса адсорбции за счет регулирования величины pH в процессе адсорбции.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в улучшении кинетических характеристик процесса и величины сорбционной обменной емкости (СОЕ) адсорбента.

Технический результат достигается тем, что в известном способе адсорбции ионов из растворов, включающем обработку адсорбента и раствора, контакт адсорбента и раствора, в процессе адсорбции отклонение величины pH адсорбции от оптимального значения в зависимости от времени адсорбции поддерживают согласно следующей зависимости:
ΔpH = ΔpH_о•exp(-kt^m), (1)
где ΔpH - отклонение pH от оптимального значения;
t время адсорбции;
ΔpH_о- максимальное отклонение величины pH от оптимального значения в начальный момент времени;
k и m константы, определяемые по экспериментальным данным.

Величина pH среды является интегрирующим показателем сложного физико-химического процесса адсорбции, регулированием которого до оптимального значения улучшали качественные характеристики процесса.

Непрерывную нейтрализацию раствора до оптимальных значений pH осуществляли небольшими порциями нейтрализатора, так как при добавлении значительных количеств последнего можно перейти в область pH, в которой адсорбция осуществляется медленно.

На фиг. 1 и 2 даны показатели адсорбции хрома (VI) из водного раствора на адсорбентах АМ-2б (фиг. 1) и активированном костном угле (фиг. 2) в SO2-4

-формах; на фиг. 3 и 4 показатели адсорбции вольфрама (VI) из водного раствора на адсорбенте АМ-2б в H₂O-форме (фиг. 3) и в SO2-4 -форме (фиг. 4) при нейтрализации раствора до заданной величины pH_адс и поддержании ее постоянной во времени адсорбции в соответствии с уравнением (1), которое для процессов, представленных на фиг. 1 4, имело вид
ΔpH = ΔpH_о•exp(-0,01t^3,5), (2)
где t в минутах.

Примеры конкретного выполнения способа. Адсорбцию осуществляли из 200 мл исходного раствора K₂Cr₂O₇ и Na₂WO₄ с концентрацией 100 мг/л в расчете на MeO₃ (Me Cr, W).

Исходный раствор готовили растворением в воде солей K₂Cr₂O₇ и Na₂WO₄ марки х. ч. концентрацию металла определяли на фотокалориметре КФК-3, кислотно-основные характеристики раствора контролировали pH-метром.

Показатели адсорбции представлены в виде C, в мг/л в расчете на MeO₃- концентрации металла (Me Cr, W) в данный момент времени от начала адсорбции, pH_адс постоянной величины pH раствора в процессе адсорбции, СОЕ, в мг/л сорбционной емкости ионита, в мг адсорбента на 1 г адсорбента.

Концентрация адсорбента в растворе соответствовала величине pH раствора в данный момент времени адсорбции.

Адсорбент (вес сухого ионита 2 г) заряжали противоионами насыщением из 0,1 н растворов H₂SO₄ или NaOH (SO2-4

, OH^--формы) или выдерживали в дистиллированной воде (H₂O-форма).

Пример 1 (фиг. 1). Адсорбент АМ-2б обрабатывали зарядкой в SO2-4

-форму. Постоянную величину pH_адс в процессе адсорбции поддерживали нейтрализацией раствора щелочью NaOH в соответствии с уравнением (2), в котором I<ΔpH_о<5 при оптимальном значении pH_адс, находящемся в пределах 3 - 8.

Из графика (фиг. 1) следует, что адсорбция предлагаемым способом Cr(VI) завершалась за время менее часа, адсорбция осуществлялась в интервале 1≅pH≅11.

Пример 2 (фиг. 2). Активированный костный уголь обрабатывали зарядкой в SO2-4

--форму. Постоянную величину pH_адс в процессе адсорбции поддерживали нейтрализацией раствора щелочью NaOH в соответствии с уравнением (2), в котором I<ΔpH_о<2 при оптимальном значении pH_адс, находящемся в пределах значений 3 5.

Из графика на фиг. 2 следует, что адсорбция предлагаемым способом Cr(VI) завершалась за время менее суток, адсорбция осуществлялась в интервале 2<pH<7.

Пример 3 (фиг. 3). Адсорбент АМ-2б обрабатывали зарядкой в H₂O-форму. Постоянную величину pH_адс. в процессе адсорбции поддерживали нейтрализацией раствора щелочью NaOH или кислотой H₂SO₄ в соответствии с уравнением (2), в котором 0,1<ΔpH_о<0,5 при оптимальном значении pH_адс, находящемся в пределах значений 2 5.

Из графика (фиг. 3) следует, что адсорбция предлагаемым способом W(VI) завершалась за время менее 5 ч, адсорбция осуществлялась в интервале 1<pH<6.

Пример 4 (фиг. 4). Адсорбент АМ-2б обрабатывали зарядкой в SO2-4

-форму. Постоянную величину pH_адс в процессе адсорбции поддерживали нейтрализацией раствора щелочью NaOH в соответствии с уравнением (II), в котором 0,5<ΔpH_о<1,0 при оптимальном значении pH_адс, находящемся пределах 2 4.

Из графика фиг. 4 следует, что адсорбция предлагаемым способом W(VI) завершалась за время менее 5 ч, адсорбция осуществлялась в интервале 1<pH<6.

В таблице представлены величины СОЕ исследованных адсорбентов для различных условий адсорбции хрома (VI) по предлагаемому способу и по прототипу при концентрации исходного раствора 100 мг/л по CrO₃.

Из данных таблицы следует, что предлагаемый способ по сравнению с прототипом резко увеличивает скорость адсорбции и величину СОЕ.

Аналогичные результаты получены для Mo(VI), W(VI) и ряда других элементов.

Использование: очистка промышленных и бытовых стоков в цветной и черной металлургии. Сущность изобретения: адсорбцию ионов из растворов осуществляют при регулированном pH, причем отклонение величины pH адсорбции от оптимального значения в зависимости от времени поддерживают согласно следующей зависимости:
ΔH = ΔpH_о•exp(-k•t^m),
где ΔpH - отклонение величины pH от оптимального значения; t - время адсорбции;
ΔpH_о - максимальное отклонение величины pH от оптимального значения в начальный момент времени;
k и m - коэффициенты, определяемые по экспериментальным данным.

Способ обеспечивает ускорение процесса адсорбции за счет улучшения кинетических характеристик процесса. 4 ил., 1 табл.

Способ адсорбции ионов из раствора, включающий обработку адсорбента и раствора, контакт адсорбента и раствора, отличающийся тем, что в процессе адсорбции отклонение величины рН адсорбции от оптимального значения в зависимости от времени адсорбции поддерживают согласно следующей зависимости:
ΔpH = ΔpH_o•exp(-k•t^m),
где ΔpH - отклонение величины рН от оптимального значения;
t время адсорбции;
ΔpH_o - максимальное отклонение величины рН от оптимального значения в начальный период времени;
k, m константы, определяемые по экспериментальным данным.