СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ ИОНОВ МЕДИ ИЗ РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ Российский патент 2002 года по МПК C02F1/62 C02F1/62 C02F1/28 C02F103/16 

Изобретение касается выделения ионов меди сорбцией из водных и водно-органических растворов электролитов с помощью набухающих в воде целлюлозосодержащих полимеров, в частности извлечения ионов меди из растворов индивидуальных и смешанных электролитов. Изобретение может быть использовано при регенерации вод промышленного происхождения (рудная, гальваническая промышленность и др.), содержащих ионы меди и других металлов.

Известен способ извлечения ионов железа, меди, хрома, кобальта, марганца и никеля целлюлозой и ее производными (нитрат, ацетат целлюлозы и натрийкарбоксиметилцеллюлоза - NaKMЦ) [Огивара Е., Кубота X. Адсорбция ионов трехвалентного железа на производных целлюлозы /Сэньи Гоккаи С4 (Хобум). - 1984. - Т. 30. - 5-6. - С. 109-113]. Однако, как следует из данной работы, величина адсорбции железа 90,5 ммоль/10 г NaKMЦ достигается при модуле сорбент - раствор 80 за время 8 ч при 60^oС, то есть требует нагревания водного раствора металлов и длительного времени контактирования производных целлюлозы с раствором, а значит и больших производственных площадей.

Известен способ извлечения ионов металлов из водных растворов с помощью водорастворимых полимеров [пат. Японии 57-45633, заявл. 08.12.73, 48-13995/7, опубл. 29.09.82, МКИ С 02 F 1/28, В 01 D 31/00. Тада Хисаси, Камада Кэнсукэ. Удаление ионов металлов из водных растворов путем добавления водорастворимых полимеров //Мицубиси рэйон к.к.]. Однако этот способ предполагает использование дорогих и дефицитных полимеров, таких как альгиновая и итаконовая кислоты и их соли, О-акрилоилтреонин, N-акрилоиллизин и др., а также требует проведения ультрафильтрации, что связано с применением сложного и дорогостоящего оборудования.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, то есть прототипом, является способ извлечения ионов меди из водных растворов ее солей с помощью целлюлозных материалов: хлопкового волокна (ХВ), бамбуковой целлюлозы (БЦ), джутового волокна (ДВ) и древесных опилок (ОП), окрашенных реакционноспособными красителями типа монохлортриазина [Shukla S.R., Sakhardande V.D. Cupric ion removal by dyed cellulosic materials //J. Appl. Polym. Sci. - 1990. - V. 41. - 11-12. - Р. 2655-2663]. В результате применения таких сорбентов степень сорбции (извлечения) ионов меди достигала 84,3-97,6%, возрастая в ряду ХВ<ДВ<БЦ<ОП.

Однако этот способ предполагает применение длительного многостадийного процесса подготовки и окрашивания целлюлозных материалов. Время предварительной обработки (кипячение в растворе, содержащем мыло и золу) составляло 4 ч, а обработка с применением красителя проводилась при температуре 70^oС в течение 1 ч. По завершении крашения целлюлозный материал удалялся из красильной ванны, тщательно промывался водой и высушивался на воздухе. Следует также отметить, что для сорбции ионов меди из водных растворов солей меди использовался окрашенный выше описанным способом целлюлозный материал при модуле раствор/сорбент 50 (то есть 20 г сорбента на 1 л раствора) и время сорбции составляло 2 ч, то есть было достаточно продолжительным. И наконец, авторы предлагают применять окрашенный сорбент для удаления ионов металлов из весьма концентрированных растворов их солей (1200-1300 мг/л). В результате при степени очистки ~97% остаточная концентрация ионов металлов в растворе намного превышает ПДК, составляя порядка 30-40 мг/л. Следовательно, данный метод должен использоваться в сочетании с методом тонкой очистки.

Задачей изобретения является создание способа выделения ионов Сu(II) из водных и водно-органических растворов солей меди, в том числе в присутствии солей других тяжелых металлов, с помощью недефицитных и относительно недорогих целлюлозных материалов, выпускаемых промышленностью крупнотоннажными партиями. Использование этих сорбентов позволяет избежать проведения длительных и трудоемких операций по подготовке сорбента и обработке его дорогими и дефицитными химическими реагентами, сократить время проведения сорбционного процесса и добиться установления более низких остаточных концентраций ионов меди в растворе.

Поставленная задача решена путем создания способа выделения ионов меди из водных и водно-органических растворов электролитов с помощью введения в очищаемый раствор набухающего полимерного материала оксиэтилцеллюлозы (ОЭЦ) в количестве 5-20 г/л (модуль 50-200) и контактирования полимера с раствором при перемешивании в течение 5-30 мин при комнатной температуре; причем для достижения большей полноты выделения ионов меди (более высоких степеней извлечения) в очищаемый раствор дополнительно вводят органический растворитель (изопропиловый спирт) в количестве 1,5-5 моль/л, а также регулируют рН раствора в интервале рН 4-7.

Пример 1.

5 г ОЭЦ заливали раствором электролита объемом 1 л (модуль 200), содержащим 10 мг/л ионов меди и 1,5 моль органического растворителя (изопропилового спирта) и имеющим рН 4, и выдерживали 5 мин при постоянном перемешивании и температуре 20^oС. По истечении указанного времени раствор отделяли от полимера фильтрованием и в фильтрате определяли содержание ионов меди методом атомно-абсорбционной спектроскопии на приборе "Сатурн". Концентрация ионов Cu(II) после контакта с полимером составила 0,3 мг/л; степень извлечения - 97%.

Пример 2.

10 г ОЭЦ заливали раствором электролита объемом 1 л (модуль 100), содержащим 10 мг/л ионов меди и 3 моль органического растворителя (изопропилового спирта) и имеющим рН 5,5, и выдерживали 15 мин при постоянном перемешивании и температуре 20^oС. По истечении указанного времени раствор отделяли от полимера фильтрованием и в фильтрате определяли содержание ионов меди методом атомно-абсорбционной спектроскопии на приборе "Сатурн". Концентрация ионов Cu(II) после контакта с полимером составила 0,1 мг/л; степень извлечения - 99%.

Пример 3.

20 г ОЭЦ заливали раствором электролита объемом 1 л (модуль 50), содержащим 10 мг/л ионов меди и 5 моль органического растворителя (изопропилового спирта) и имеющим рН 7, и выдерживали 30 мин при постоянном перемешивании и температуре 20^oС. По истечении указанного времени раствор отделяли от полимера фильтрованием и в фильтрате определяли содержание ионов меди методом атомно-абсорбционной спектроскопии на приборе "Сатурн". Концентрация ионов Cu(II) после контакта с полимером составила 0,2 мг/л; степень извлечения - 98%.

Результаты опытов представлены в таблице.

Таким образом, из приведенных в таблице данных следует, что предлагаемый способ позволяет решить поставленную задачу, а именно эффективно извлекать ионы меди из водных и водно-органических растворов электролитов, при этом исключить длительные и трудоемкие операции по подготовке сорбента и обработке его дорогими и дефицитными химическими реагентами, сократить время проведения сорбционного процесса и достичь установления более низких остаточных концентраций ионов меди в растворе.

Метод прост в реализации и достаточно экономичен.

Изобретение относится к способам выделения ионов меди сорбцией из водных и водно-органических растворов электролитов с помощью набухающих в воде целлюлозосодержащих полимеров, в частности к извлечению ионов меди из растворов индивидуальных и смешанных электролитов, и может быть использовано при регенерации вод промышленного происхождения, содержащих ионы меди и других металлов. Способ основан на выделении ионов меди с помощью недефицитных и относительно недорогих целлюлозных материалов. Выделение ионов меди из растворов электролитов проводят путем контактирования очищаемого раствора с набухающей в воде оксиэтилцеллюлозой, взятой в количестве 5-20 г/л, при этом контактирование осуществляют в течение 5-30 мин при комнатной температуре, а в очищаемый раствор предварительно вводят изопропиловый спирт в количестве 1,5-5 моль/л при поддержании рН 4-7. Способ обеспечивает сокращение времени проведения сорбционного процесса при установлении более низких остаточных концентраций ионов меди в растворе. 1 табл.

Способ выделения ионов меди из растворов электролитов путем контактирования очищаемого раствора с сорбентом на основе целлюлозы, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют набухающую в воде оксиэтилцеллюлозу в количестве 5-20 г/л, контактирование осуществляют в течение 5-30 мин при комнатной температуре, в очищаемый раствор предварительно вводят изопропиловый спирт в количестве 1,5-5 моль/л, а рН поддерживают в интервале 4-7.