СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ХРОМА (VI) ИЗ ВОДНОГО РАСТВОРА Российский патент 1999 года по МПК C02F1/28 C02F1/62 

Способ удаления хрома (VI) из водного раствора относится к области извлечения веществ ионообменными материалами и может быть использован в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков.

Известен способ удаления хрома (VI) путем его адсорбции анионитом АB-178 [Э. К. Спирин и др. Общие свойства ионообменных материалов. 1992 г. С. 153 - 154].

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 окиcления обменных групп. При высокой стоимости сорбентов практическое применение этого способа удаления хрома (VI) из водных растворов становится менее предпочтительным.

Наиболее близким техническим решением является удаление из воды соединений хрома (VI) активированным углем [РЖХ 20 И 408, 1984, "Przem. Chem." 1983, 62, N 11, 628 - 631, 594 - 59454], в котором установлено, что при адсорбции хрома (VI) из питьевой воды, содержащей 50 - 50 мкг хрома (VI)/л, 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 - 0,50 мг/л, в то время как в стоках гальванических и других производств содержание хрома (VI) может 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 на результаты адсорбции.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является нахождение оптимальных условий для быстрого и эффективного способа удаления хрома (VI) из промышленных и бытовых стоков с использованием дешевых материалов, продуктов сельскохозяйственного производства.

Техническим результатом, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, является улучшение кинетических характеристик процесса удаления хрома (VI) из водного раствора при одновременной высокой степени его извлечения, снижение расхода реагентов, экономичность процесса за счет использования отходов сельскохозяйственного производства.

Данный технический результат достигается тем, что в известном способе удаления хрома (VI) из раствора, включающем обработку раствора до оптимальной величины pH, контакт раствора и адсорбента, в качестве адсорбента и/или восстановителя используют семена фасоли, а удаление хрома (VI) из раствора осуществляют при pH<7, причем, являясь восстановителями хрома (VI), кожица фасоли сорбирует преимущественно хром (VI), а ее семядоли - хром (III).

Семена фасоли предварительно обрабатывали водой для ускорения взаимодействия между адсорбентом и адсорбатом.

Сущность способа поясняется чертежами, где на фиг. 1 - 2 даны результаты удаления хрома (VI) из водного раствора кожицей (А), семядолями (Б)и семенами (В) фасоли.

Примеры конкретного выполнения способа.

Для исследования использовали семена фасоли урожая 1996 г.

Удаление хрома (VI) осуществляли из 200 дм³ исходного раствора K₂Cr₂O₇ с концентрацией 100 мг/дм³ 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 сорбции представлены в виде C, мг/дм³ в расчете на CrO₃ - концентрации металла в данный момент времени от начала сорбции, pH - постоянной величины pH в процессе сорбции и COE, мг/г - сорбционной обменной емкости сорбента, в мг сорбента на 1 г сорбента-семян фасоли или ее составных частей.

Заданную величину pH в процессе сорбции поддерживали непрерывной нейтрализацией раствора кислотой H₂SO₄ или щелочью NaOH.

Коррекцию величины pH до исходного значения осуществляли в пределах трех часов и через сутки от начала сорбции.

Через 1, 3 и 24 ч от начала сорбции осуществляли контроль концентрации металла.

Показатели окислительно-восстановительного процесса оценивались концентрациями в растворе хрома общего, окисленного и восстановленного в данный момент времени сорбции.

На графиках фиг. 1 -2 обозначены концентрации, в мг/дм³ по CrO₃:
•__•__• общего хрома,
°__°__° окисленного хрома (VI),
восстановленного хрома (III).

Пример 1 (фиг. 1 А)
На фиг. 1А показано, что кожица фасоли массой m=1,4365 г удаляют хром (VI) из водного раствора при pH <7: в интервале pH 2 - 6 хром (VI) сорбируется кожицей, при этом за время 2 ч лучше показатели сорбции получены при pH 2 (COE= 9,33) мг/г); при pH<2 за время менее часа в растворе содержится только восстановленный хром (III), причем его концентрация в растворе тем больше, чем меньше pH.

Пример 2 (фиг. 1 Б)
На фиг. 1Б показано, что семядоли фасоли массой m=18,5635 г удаляют хром (VI) из водного раствора при pH<3, при этом за время менее часа в растворе содержится только восстановленный хром (III), который за время менее 3 ч полностью сорбируется семядолями.

Пример 3 (фиг. 1 В).

На фиг. 1В показано, что семена фасоли массой m=20,0000 г удаляют хром (VI) при pH<7, причем результаты определяются совместным взаимодействием кожицы и семядолей с водным раствором хрома (VI).

Пример 4 (фиг. 2, А, Б, В).

На фиг. 2 даны результаты удаления хрома (VI) кожицей (А), семядолями (Б) и семенами (В) фасоли при pH 3 в зависимости от времени контакта семян и раствора хрома.

На фиг. 2 показано, что для кожицы массой m=1,4365 г процессы сорбции завершается за час, а восстановления за 3 ч; для семядолей массой m=18,5635 г восстановление и последующая сорбция хрома (III) осуществляется за время больше суток; для семян фасоли массой m=20,0000 г процессы сорбции и восстановления хрома в основном завершаются за время 24 ч.

В таблице даны результаты удаления хрома из водного раствора семенами фасоли и их составными частями через сутки взаимодействия раствора и фасоли.

Из данных таблицы следует, что в пределах времени от 2 ч до 24 ч в отсутствии регулирования pH происходит изменение pH по сравнению с исходным его значением, чем в значительной мере определяются результаты взаимодействия хрома с семенами фасоли и ее составляющими.

Из данных фиг. 1 - 2 и таблицы следует, что семена фасоли удаляют хром (VI) из водного раствора при pH<7, причем, являясь восстановителями хрома (VI), кожица семян фасоли сорбирует преимущественно хром (VI), а их семядоли - хром (III).

Сорбционные свойства азота, а также склонностью хрома к полимеризации и комплексообразованию.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет удалять хром (VI) из водных растворов на дешевых сорбентах с высокой степенью извлечения и с относительно большой скоростью.

Использование отбракованных семян, не пригодных для сельскохозяйственного производства, удешевляет процесс.

Предлагаемый способ экологически чист и эффективен.

Изобретение относится к области извлечения веществ сорбционными материалами и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков от хрома (VI). Для осуществления способа при очистке сточных вод в качестве адсорбента и восстановителя используют семена фасоли, а удаление хрома (VI) из раствора осуществляют при рН<7, причем, являясь восстановителями хрома (VI), кожица фасоли сорбирует преимущественно хром (VI), а ее семядоли - хром (III). Способ обеспечивает в оптимальных условиях быстро и эффективно удалить хром (VI) из промышленных и бытовых стоков с использованием дешевых материалов - продуктов сельского хозяйства. 1 c.п.ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Способ удаления (VI) из раствора, включающий обработку раствора до оптимальной величины рН, контакт раствора и адсорбента, отличающийся тем, что в качестве адсорбента и восстановителя используют семена фасоли, а удаление хрома (VI) из раствора осуществляют при рН < 7, причем, являясь восстановителями хрома (VI), кожица фасоли сорбирует преимущественно хром (VI), а ее семядоли - хром (III).