СПОСОБ АДСОРБЦИИ ХРОМА (VI) НА АКТИВИРОВАННОМ УГЛЕ Российский патент 1997 года по МПК C02F1/28 

Изобретение касается способа адсорбции хрома (VI) из растворов на активированном угле (АУ), относится к области извлечения веществ ионообменными материалами и может быть использован в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков.

Известны способы адсорбции хрома (III) катионитами КУ-1, КУ-2, КРФ-5п, КФ-1, КФп-8 [1]
Недостатком способа является необходимость перевода хрома из окисленной в восстановленную форму.

Наиболее близким к изобретению является исследование по удалению из воды соединений хрома (VI) активированным углем [2] в котором установлено, что при адсорбции хрома (VI) из питьевой воды, содержащей 50-500 мкг Cr(VI)/л, на АУ с уменьшением pH с 6 до 3 адсорбционная способность АУ возрастает почти в 10 раз.

Недостатком способа является то, что получены данные об адсорбции на АУ хрома (VI) из растворов с весьма малым содержанием хрома (VI), порядка 0,05
0,5 мг/л, в то время как в стоках гальванических и других производств содержания хрома (VI) могут быть на два и более порядков выше. Кроме того, показатели адсорбции даны только в зависимости от величины pH исходного раствора и не учитывалось изменение pH в процессе адсорбции, что влияет не результаты адсорбции.

Задача изобретения нахождение оптимальных условий для быстрой и эффективной адсорбции хрома (VI) из промышленных и бытовых стоков на АУ.

Техническим результатом изобретения является улучшение кинетических характеристик процесса при одновременной высокой степени извлечения адсорбата из раствора, увеличение сорбционной обменной емкости (СОЕ) адсорбента, снижение расхода реагентов, использование сравнительно дешевых адсорбентов, подавление окислительно-восстановительных процессов, развивающихся в системе при длительном контакте адсорбена и адсорбата.

Технический результат достигается тем, что в известном способе адсорбции хрома (VI) из раствора, включающем контакт АУ и раствора при pH 3 6, в процессе адсорбции отклонение величины pH от оптимального значения поддерживают согласно следующей зависимости:
ΔpH = ΔpH_о•exp(-kt^m), (1)
где ΔpH - отклонение величины pH от оптимального значения;
t время;
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.

В качестве АУ использовали костный уголь с размерами частиц по фракциям
Размер частиц, мм:
+2,5 +2,0 +0,8 +0,315 +0,125 +0,08 -0,08
Вес, г:
0,7 28,8 14,4 5,5 0,5 0,1 -
Вес,
1,4 57,6 28,8 11,0 1,0 0,2 -
Сущность способа поясняется чертежами, где на фиг. 1 3 даны показатели адсорбции хрома (VI) из водного раствора на АУ в SO2-4

(фиг. 1)-, H₂O (фиг. 2)- и OH^- (фиг.3) -формах 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 3, имело вид
ΔpH = ΔpH_о•exp(-0,01t^3,5), (2)
где t время, мин
Примеры конкретного выполнения способа.

Адсорбцию осуществляли из 200 мл исходного раствора K₂Cr₂O₇ с концентрацией 100 мг/л в расчете на CrO₃.

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

Показатели адсорбции представлены в виде С, в мг/л в расчете на CrO₃-концентрации хрома в данный момент времени от начала адсорбции, pH_адс постоянной величины pH раствора в процессе адсорбции, СОЕ, в мг/г в расчете на CrO₃ сорбционной обменной емкости ионита, в мг адсорбата CrO₃ на 1 г адсорбента.

Концентрация адсорбата в растворе соответствовала величине pH раствора в данный момент времени адсорбции. На фиг. 1 3 зависимость концентрации общего хрома от pH_адс представлена сплошной линией, а восстановленного хрома - пунктирной.

Адсорбент (вес сухого АУ 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). АУ 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 (фиг. 1) следует, что адсорбция хрома (VI) предлагаемым способом завершалась за время менее суток, адсорбция осуществлялась в интервале 2<pH<7.

Пример 2 (фиг. 2). АУ 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 0,5<ΔpH_о<1,0 при оптимальном значении pH_адс, находящемся в пределах 3 4.

Из графика на фиг. 2 следует, что адсорбция хрома (VI) предлагаемым способом завершалась за время менее суток, адсорбция осуществлялась в интервале 1≅pH≅5.

Пример 3 (фиг. 3). АУ обрабатывали зарядкой OH^--форму. Постоянную величину pH_адс в процессе адсорбции поддерживали нейтрализацией раствора кислотой H₂SO₄ в соответствии с уравнением (2), в котором 6<ΔpH_о<7 при оптимальном значении pH_адс, находящемся в пределах 3-5.

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

Из графиков на фиг. 1 3 следует, что при pH<3 развиваются окислительно-восстановительные процессы между адсорбатом и адсорбентом, приводящие к появлению в растворе восстановительных форм хрома. Эти процессы тем эффективнее, чем меньше величина pH_адс и больше время контакта адсорбента и адсорбата.

В таблице приведена величина СОЕ АУ для различных условий адсорбции. Из данных таблицы следует, что предлагаемый способ резко увеличивает скорость адсорбции и величину СОЕ.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет адсорбировать хром (VI) на дешевом адсорбенте активированном угле с высокой степенью извлечения и с большой скоростью.

Процесс экологически чист, эффективен; раствор не загрязняется посторонними катионами. За счет большой скорости адсорбции не успевают развиться окислительно-восстановительные процессы, приводящие к деструкции адсорбента.

Оптимальный интервал pH_адс находится в пределах значений 2 6.

Использование: извлечение хрома (VI) и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков. Сущность изобретения: адсорбция хрома (VI) включает обработку адсорбента и раствора, контакт адсорбента и раствора, адсорбцию на активированном угле в слабокислой или кислой среде при регулировании pH непрерывной нейтрализацией раствора до оптимальных значений, причем в процессе адсорбции отклонение величины pH адсорбции от оптимального значения поддерживают согласно следующей зависимости: ΔpH = ΔpH_о•exp(-kt^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 - константы, определяемые по экспериментальным данным. Предлагаемый способ может найти применение в производстве хрома и его соединений, в других производствах, использующих хром, в аналитической химии, для очистки стоков гальванических, кожевенных и других производств. 3 ил., 1 табл.

Способ адсорбции хрома (VI) из раствора, включающий контакт активированного угля и раствора при 2 < рН < 6, отличающийся тем, что в процессе адсорбции отклонение величины рН адсорбции от оптимального значения 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 момент времени;
k, m константы, определяемые по экспериментальным данным.