СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ХРОМА (VI) НА АНИОНИТЕ АМ-2Б Российский патент 1997 года по МПК C02F1/28 C02F1/48 

Изобретение (способ адсорбции хрома (VI) из растворов на адсорбенте АМ-2б) относится к области извлечения веществ ионообменными материалами и может быть использован в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых отоков.

Известны способы адсорбции хрома (Ш) 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 техническим решением является адсорбция хрома (VI) анионитом АВ-17x8 [2]
Недостатком способа является то, что из-за окислительно-восстановительного процесса происходит падение емкостных характеристик адсорбента. Часть хромат-ионов восстанавливается до трехвалентного состояния. В таком виде он сорбируется анионитом, образуя химические узлы в матрице полимера. При избирательной десорбции хрома (III) растворами сильных кислот наблюдается быстрое разрушение анионита независимо от исходной его ионной формы. По мере десорбции трехвалентного хрома анионит в кислой среде окисляется гораздо глубже, что и служит причиной разрыва главных скелетных цепей полимера. Замена хромата на бихромат сопровождается более сильной дегидратацией анионита и усилением окисления обменных групп.

Задачей изобретения является подбор адсорбента, обладающего высокими адсорбционными свойствами, а также условий для быстрой и эффективной адсорбции хрома (VI).

Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, заключается в улучшении кинетических характеристик процесса при одновременной высокой степени извлечения адсорбента из раствора, увеличении сорбционной обменной емкости (СОЕ) адсорбента, снижении расхода реагентов, подавлении окислительно-восстановительных процессов.

Данный технический результат достигается тем, что в известном способе извлечения хрома (VI) из раствора анионитом, включающем предварительную обработку анионита и раствора, контакт анионита и раствора, в качестве анионита используют анионит марки АМ-2б, полученный аминированием хлорметилированного сополимера стирола и дивинилбензола смесью диметил- и триметиламинов и содержащий обменные группы -CH₂-N(CH₃)₂, извлечение ведут в интервале 1 ≅ pH ≅ 11, причем в процессе ионного обмена поддерживают оптимальное значение pH для данного раствора, а отклонение величины pH от ее оптимального значения регулируют в соответствии с уравнение вида:
ΔpH = ΔpH_o•exp(-k•t^m), (1)
где ΔpH отклонение величины pH от заданного значения;
t время;
ΔpH_o максимальное отклонение величины pH от заданного значения в начальный момент времени;
k, m константы, получаемые по экспериментальным данным.

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

Непрерывную нейтрализации 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.

Адсорбент представляет собой пористый анионит смешанной основности со сферическими гранулами, полученный аминированием хлорметилированного сополимера стирола и дивинилбензола смесью диметил- и триметиламинов, с обменными группами
-CH₂ N(CH₃)₂

Крупность гранул 0,63-1,6 мм; удельное набухание 2,7-3,2 см³/г; удельная поверхность 50-100 м²/г; общий объем пор 0,8-0,87 см³/г; механическая прочность 98-99% ПОЕ 3,3-3,7 мг-экв/г.

На фиг. 1 3 даны показатели адсорбции хрома (VI) из водного раствора на адсорбенте марки АМ-2б, 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_o•exp(-0,01t^3,5), (2)
где t в минутах.

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 консолидировали pH-метром.

Показатели адсорбции представлены в виде C, 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 сорбционной обменной емкости ионита, в мг адсорбата на 1 г адсорбента.

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

Абсорбент АМ-2б (вес сухого ионита -2 г) заряжали противоионами насыщением из 0,1 н растворов H₂SO₄ млм 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 1<ΔpH_o<5 при оптимальном значении pH_адс, находящемся в пределах 3-8.

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

Пример 2 (фиг.2). 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 5<ΔpH_o<7 при оптимальном значении pH_адс., находящемся в пределах 2-7.

Из графика (фиг.2) следует, что адсорбция хрома (VI) предлагаемым способом завершалась за время менее часа, адсорбция осуществлялась в интервале 1 ≅ pH ≅ 11.

Пример 3 (фиг. 3). Адсорбент АМ-2б обрабатывали зарядкой в OH^- форму. Постоянную величину pH_адс. в процессе адсорбции поддерживали нейтрализацией раствора кислотой H₂SO₄ в соответствии с уравнением (2), в котором 3<ΔpH_o<5 при оптимальном значение pH_адс., находящемся в пределах 1-3.

Из графика (фиг.3) следует, что адсорбция хрома (VI) предлагаемым способом завершалась за время менее часа, адсорбция осуществлялась в интервале 1 ≅ pH ≅ 11.

В таблице дана СОЕ адсорбента АМ-2б для различных условий адсорбции.

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

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет адсорбировать хром (VI) из раствора в широком диапазоне pH практически полностью 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.

Использование: в области извлечение веществ ионнообменными материалами и может быть и использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков для адсорбции хрома (VI) на АМП-2б, которую проводят в слабокислой или слабощелочной среде, причем регулируют оптимальное значение pH в соответствии с уравнением ΔpH = ΔpH_o•exp(-k•t^m), где ΔpH - отклонение величины pH от заданного значения; ΔpH_o - максимальное отклонение величины pH от заданного значения в начальный момент времени; k, m - константы, получаемые по экспериментальным данным, t - время. 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 извлечения хрома (VI) из раствора анионитом, включающий предварительную обработку анионита и раствора, контакт анионита и раствора, отличающийся тем, что в качестве анионита используют анионит марки АМ-2б, полученный аминированием хлорметилированного сополимера стирола и дивинилбензола смесью диметил- и триметиламинов и содержащий обменные группы - СН₂ N(CH₃)2, извлечение ведут в интервале 1 ≅ pН ≅ 11, причем в процессе ионного обмена поддерживают оптимальное значение pН для данного раствора, а отклонение величины pН от ее оптимального значения регулируют в соответствии с уравнением вида
ΔpH = ΔpH_o•exp(-k•t^m),
где ΔpH - отклонение величины pН от заданного значения;
ΔpH_o- максимальное отклонение величины pН от заданного значения в начальный момент времени;
k, m константы, получаемые по экспериментальным данным;
t время.