СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ИЗ РАСТВОРОВ Российский патент 1998 года по МПК B01J20/30 C02F1/62 

Предлагаемое изобретение относится к способам доочистки сточных вод от ионов тяжелых металлов и может быть использовано в электрохимической, машиностроительной, металлургической и других отраслях промышленности. Известны реагентные способы очистки промышленных сточных вод от ионов железа, олова, цинка, меди, хрома, когда ионы металлов осаждают в виде гидроксидов при pH растворов порядка 9 - 10 путем введения в сточные воды гидроксида или карбоната натрия. При этом общее остаточное содержание тяжелых металлов в очищенной воде составляет 5 - 7 мг/л, в том числе медь 1 - 2 мг/л, цинк 2 мг/л (1).

Однако этот способ не обеспечивает очистки промышленных сточных вод до предельно допускаемых концентраций (ПДК) вредных веществ в воде и водоемах.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ доочистки сточных вод от солей тяжелых металлов (2). Согласно этому способу сточные воды, содержащие ионы тяжелых металлов, фильтруют через сорбент на основе кокса. Для получения сорбента сначала через фильтр, загруженный шамотной крошкой, пропускают сточные воды, содержащие нефтепродукты, затем загрузку прокаливают при температуре 320 - 600^oC, пропуская дымовые газы, и только потом через слой образовавшегося кокса фильтруют сточные воды гальванического цеха, поступающие со станции нейтрализации. Способ позволяет очищать сточные воды от ионов тяжелых металлов до уровня ПДК, и это выгодно отличает его от других применяемых с той же целью способов. Однако технология получения сорбента для осуществления способа сложна, длительна и осуществима только при наличии шамотной крошки, нефтепродуктов и дымовых газов, позволяющих достигать температуры 320 - 600^oC, что резко снижает возможность применения способа. Задачей изобретения является повышение степени очистки сточных вод, упрощение процесса и расширение возможности применения способа.

Поставленная задача решается тем, что в способе доочистки промышленных сточных вод от ионов тяжелых металлов, включающем фильтрацию очищенных сточных вод через слой сорбента, в качестве сорбента используют оксиды марганца (III, IV), иммобилизованные путем осаждения из растворов перманганата калия в матрицу волокон нитрона, предварительно омыленного 5%-ным раствором KOH, высушенного и облученного гамма-квантами с экспозиционной дозой 2,58•10³ Кл/кг, а сорбцию осуществляют при pH сточных вод 7,2 - 9,5.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ доочистки сточных вод от ионов тяжелых металлов отличается тем, что в качестве сорбента используют оксиды марганца (III, IV), иммобилизованные путем осаждения из растворов перманганата калия в матрицу волокон нитрона, предварительно обработанного 5%-ным раствором KOH, высушенного и облученного гамма-квантами с экспозиционной дозой 2,58•10⁺³ Кл/кг, а сорбцию осуществляют при pH сточных вод 7,2 - 9,5.

Предварительные эксперименты по сорбции цинка железа при pH 6 - 9 показали их малую сорбируемость на неомыленном нитроне, поэтому была введена дополнительная операция омыления волокна нитрон с целью повышения степени доочистки сточных вод.

Суть способа поясняется следующими примерами. Предварительно проводят модификацию волокон нитрона.

Пример модификации волокна нитрон.

Готовят раствор едкого калия из расчета 16,8 г сухого KOH в 300 мл дистиллированной воды. В подготовленный раствор при комнатной температуре помещают 8,05 г волокна нитрон. Затем раствор вместе с волокном нагревают до 80^oC и выдерживают при этой температуре (80^oC) в течение 1 ч. Омыленное волокно нитрон тщательно промывают дистиллированной водой и сушат на воздухе. Затем омыленное волокно облучают гамма-лучами экспозиционной дозой 2,58•10⁺³ Кл/кг. Омыленные и облученные волокна нитрон обрабатывают в 0,1 М растворе перманганата калия в течение 5 - 10 мин при температуре 80^oC. Доза облучения 2,58•10⁺⁴ Кл/кг (модуль ванны 1:100) и последующая обработка окислителем (перманганатом калия) приводят к сильной деструкции волокна, а при дозе 2,58•10⁺² Кл/кг количество окислов марганца, иммобилизованных на волокне, слишком мало для сорбции ионов железа и цинка из раствора. Т.е. при выборе дозы облучения, температуры, концентрации раствора перманганата калия и времени обработки волокна руководствовались экспериментальными данными, показавшими, что с ростом дозы облучения, температуры и концентрации раствора перманганата калия, а также времени обработки увеличивается количество иммобилизованных на волокне оксидов марганца, но протекают деструктивные процессы, которые приводят к тому, что в результате обработки нитрон теряет волокнистую структуру. Обработанное таким способом волокно содержит оксиды марганца (III, IV), которые являются сорбентами для ионов металлов. Модифицированное таким способом волокно применяется в дальнейших примерах в качестве сорбента.

Пример 1. В стаканчик емкостью 50 мл вводят 1 мл 1 М нитрата натрия, содержащего 10^-6 - 10^-8 М Zn⁺² и имеющего pH 6,8; добавляют 0,067 г омыленного нитрона, облученного дозой 2,58•10⁺³ Кл/кг и обработанного 0,1 М раствором KMnO₄ в течение 5 - 10 мин при t = 80^oC, встряхивают в течение 30 мин, отбирают аликвотную часть раствора и определяют остаточное содержание цинка.

Степень извлечения цинка 83%.

Пример 2. Аналогичен примеру 1, но pH раствора равно 8,3.

Степень извлечения цинка 86%.

Пример 3. Аналогичен примеру 1, но раствор содержит 10^-6 - 10^-8 М ионы Fe⁺³.

Степень извлечения железа 93%.

Пример 2. Аналогичен примеру 3, но pH раствора равно 8,3.

Степень извлечения железа 96%.

Пример 6. Аналогичен примерам 1 - 4, но ионы Zn⁺² и Fe⁺³ извлекают из предварительной очищенной сточной воды гальванического цеха, имеющей pH 7,2 и содержащей одновременно 8•10^-7 М Zn⁺² и 5•10^-7 М Fe⁺³.

Степень извлечения цинка 85%, железа - 94%.

На этих примерах показана возможность извлечения малых количеств цинка и железа из водных растворов, т.е. этот способ может быть применен для извлечения малых количеств цинка и железа из промышленных сточных вод, и таким образом можно проводить их доочистку.

Экспериментальные данные по зависимости извлечения малых количеств цинка и железа в зависимости от pH растворов представлены в таблице.

Анализ экспериментальных данных показывает (таблица), что в интервале значений pH, регламентируемых для сточных вод, возможно количественное извлечение из растворов малых (10^-6 - 10^-8 М) количеств ионов Zn⁺² и Fe⁺³ путем сорбции их на омыленном, высушенном, облученном дозой 2,58•10³ Кл/кг и обработанном раствором KMnO₄ волокне нитрон.

Использование предлагаемого способа извлечения тяжелых металлов из их растворов сорбцией иммобилизованными в модифицированных волокнах нитрона окислами марганца (III, IV) имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом:
способ осуществляется в одну стадию с использованием обычных реагентов;
достигается достаточно высокая степень извлечения (порядка 86%) тяжелых металлов (на примере ⁶⁵Zn) из растворов при pH, допустимом для сточных вод в сравнении с прототипом;
способ прост по своему выполнению, не требует специального оборудования и высоких температур, осуществляется в течение непродолжительного времени.

Область использования: доочистка сточных вод от ионов тяжелых металлов в электрохимической, металлургической, машиностроительной отраслях промышленности. Сущность изобретения: проводят фильтрацию сточных вод через слой сорбента, в качестве сорбента используют оксиды марганца (III, IV), иммобилизованные путем осаждения из растворов перманганата калия в матрицу волокон нитрона, предварительно омыленного 5%-ным раствором KOH, высушенного и облученного гамма-квантами с экспозиционной дозой 2,58•10^-3 Кл/кг, а сорбцию осуществляют при pH сточных вод 6,5 - 8,5. 1 табл.

Способ доочистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, включающий фильтрацию очищенных сточных вод через слой сорбента, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют оксиды марганца, иммобилизованные осаждением из растворов перманганата калия в матрицу волокна нитрон, предварительно обработанного 5%-ным раствором гидроксида калия, высушенного и облученного гамма-квантами с экспозиционной дозой 2,58 • 10³ Кл/кг, а сорбцию ведут при pH сточных вод 6,5 8,5.