СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 2003 года по МПК C02F9/08 C02F9/08 C02F1/28 C02F1/30 C02F9/08 C02F101/20 C02F103/16 

Изобретение относится к способам выделения ионов тяжелых металлов сорбцией на целлюлозосодержащих сорбентах из растворов различной природы (водных и водно-органических), образующихся после проведения различных технологических процессов (анодная обработка металлов и сплавов и др.), и может быть использовано для совершенствования мембранных и сорбционных технологии, при разработке технологии утилизации ионов тяжелых металлов из водных растворов и сточных вод различной природы.

Известен способ сорбционного извлечения ионов серебра (I) и меди (II) из водных растворов с использованием целлюлозного волокна, модифицированного 2-тионтиоазолидоном-4 [1. Сорбция ионов серебра (I) и меди (II) новым модифицированным целлюлозным волокном. Соложенкин П.М., Юнусов М.М,, Волович Т. Р., Хаким-ходжаев Н., Сайдова М.Б. /Докл. А.Н. Тадж. ССР, 1983, т.26, 12, с.780-783]. Однако этот метод требует использования достаточно дефицитного и дорогого реагента, и его применение приводит к загрязнению окружающей среды.

Известен способ очистки сточных вод промышленных предприятий от тяжелых металлов, в частности от ионов меди, путем сорбции на древесных опилках, обработанных 4-метил-8-оксо-5-азадекадиен-3,9-ОН-2 при массовом соотношении опилки - реагент 1:0,05-0,l [2. A.c. 1819669 СССР, МКИ 5 В 01020/22. Способ получения сорбента для очистки сточных код меди //Тимофеева С.С., Кухарев Б. Ф. , Станкевич В. К. , Клименко Г.Р., 4911863/05; Заявл. 15.05.91; опубл. 07.06.93, БИ 21]. Однако такой способ модифицирования опилок является неэкономичным, так как подразумевает применение дорогостоящего реагента в количестве 5-10% от массы сорбента, а также приводит к загрязнению окружающей среды.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, то есть прототипом, является способ извлечения ионов меди из водныx растворов ее солей с помощью природных целлюлозных материалов: хлопкового волокна (ХВ), бамбуковой целлюлозы (БЦ), джутового волокна (ДВ) и древесных опилок (ОП), окрашенных реакционноспособными красителями типа монохлортриазина [3. Shukla S. R. , Sakhardande V.D. Cupric ion removal by dyed cellulosic materials //J. Аррl. Рolym. Sci. , 1990, V 41, N 11-12, P. 2655-2663]. В результате применения таких сорбентов степень сорбции (извлечения) ионов меди достигала 84,3:97,6%, возрастая в ряду XB<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 вышеописанным 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 эффективного способа извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов целлюлозосодержащими материалами, позволяющего использовать дешевые и недефицитные полимеры, являющиеся отходами производства, а также значительно сократить как время обработки сорбента, так и время сорбционного процесса, и, кроме того, проводить процесс при комнатной температуре.

Поставленная задача решена путем создания способа извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов путем их контактирования с полимерным сорбентом на основе предварительно обработанного целлюлозного материала, при этом в качестве сорбента используют древесные опилки или короткое льняное волокно, обработанные в течение 0,5-30 мин в растворе NaOH с концентрацией 0,1-1 г/л плазмой газового разряда атмосферного давления при токе разряда 5-50 мА и напряжении 1-10 кВ, создаваемой между металлическим электродом, расположенным в газовой фазе, и поверхностью водного раствора электролита (NaOH).

Пример 1
10 г древесных опилок помещают в стеклянную ячейку с раствором щелочи (концентрация NaOH - 0,1 г/л) объемом 800 мл, в который погружен электрод из медной проволоки, и подвергают обработке плазмой газового разряда атмосферного давления, создаваемой между раствором электролита (NaOН) и помещенным над его поверхностью медным электродом. Расстояние между анодом, расположенным в газовой фазе, и поверхностью раствора составляет 5 мм. Сорбент обрабатывают в течение 0,5 мин при токе разряда 5 мА и напряжении 1 кВ. После этого сорбент извлекают из ячейки с раствором щелочи, высушивают на воздухе при комнатной температуре и заливают 0,5 л водного раствора (модуль 50), содержащего 10,3 мг/л ионов меди. Через 1 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов Cu(II). Концентрация ионов меди после трex циклов сорбции составила 0,2 мг/л (степень извлечения 98%).

Пример 2
10 г короткого льняного волокна помещают в ячейку с раствором NAOH концентрацией 0,5 г/л (см. пример 1) и подвергают обработке плазмой при атмосферном давлении, токе разряда 25 мА и напряжении 4 кВ в течение 15 мин. После этого сорбент извлекают из сосуда с раствором щелочи, высушивают на воздухе при комнатной температуре и заливают 1 л водного раствора (модуль 100), содержащего 9,9 мг/л ионов цинка. Через 5 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов Zn(II). Концентрация ионов цинка после трех циклов сорбции составила 0,1 мг/л (степень извлечении 99%).

Пример 3
10 г древесных опилок помещают в ячейку с раствором NaОН концентрацией 1 г/л (см. пример 1) и подвергают обработке плазмой при атмосферном давлении, токе разряда 50 мА и напряжении 10 кВ в течение 30 мин. После этого сорбент извлекают из сосуда с раствором щелочи, высушивают на воздухе при комнатной температуре и заливают 2 л водного раствора (модуль 200), содержащего 10,1 мг/л ионов кадмия. Через 10 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов Сd(II). Концентрация ионов кадмия после трех циклов сорбции составила 0,2 мг/л (степень извлечения 98%).

Пример 4
10 г короткого льняного волокна помешают в ячейку с раствором NаОН концентрацией 0,3 г/л (см. пример 1) и подвергают обработке плазмой при атмосферном давлении, токе разряда 30 мА и напряжении 5кВ в течение 10 мин. После этого сорбент извлекают из сосуда с раствором щелочи, высушивают на воздухе при комнатной температуре и заливают 0,65 л водного раствора (модуль 65), содержащего 9,0 мг/л ионов меди, 9,8 мг/л ионов цинка и 10 мг/л ионов кадмия. Через 7 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов Сu(II), Zn(II), Cd(II). Концентрация ионов меди, цинка и кадмия после трех циклов сорбции составила 0,1; 0,2 и 0,3 мг/л соответственно (степень извлечения 99; 98 и 97%).

Результаты опытов представлены в таблице.

Таким образом, из приведенных в таблице данных следует, что предлагаемый способ позволяет решить поставленную задачу, а именно выделять ионы тяжелых металлов сорбцией из водных растворов; при этом метод позволяет достичь высоких степеней очистки при низкой стоимости сорбентов, представляющих собой отходы производства, а также избежать применения длительного многостадийного процесса подготовки сорбента к работе по сравнению с прототипом (время обработки сорбента и время сорбции сокращаются в среднем в 10 раз) и проводить процесс при комнатной температуре.

Изобретение относится к способам выделения ионов тяжелых металлов сорбцией на целлюлозосодержащих сорбентах из растворов различной природы, образующихся после проведения разнообразных технологических процессов, и может быть использовано для совершенствования мембранных и сорбционных технологий, при разработке технологий утилизации ионов тяжелых металлов из водных растворов и сточных вод различной природы. Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов осуществляют путем контактирования их с полимерным сорбентом на основе целлюлозы, в частности с древесными опилками или коротким льняным волокном, причем контактирование осуществляют в течение 1-10 мин при комнатной температуре и модуле раствор/сорбент, равном 50-200, сорбенты предварительно обрабатывают в течение 0,5-30 мин в растворе NaOH с концентрацией 0,1-1 г/л плазмой газового разряда атмосферного давления при токе разряда 5-50 мА и напряжении 1-10 кВ, создаваемой между металлическим электродом, расположенным в газовой фазе, и поверхностью водного раствора электролита (NaOH). Способ обеспечивает эффективное извлечение ионов тяжелых металлов из водных растворов целлюлозосодержащими материалами, позволяющее использовать дешевые и недефицитные полимеры, являющиеся отходами производства, а также позволяет значительно сократить как время обработки сорбента, так и время сорбционного процесса, и кроме того, проводить процесс при комнатной температуре. 1 табл.

Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов путем их контактирования с сорбентом на основе предварительно обработанного целлюлозного материала, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют древесные опилки или короткое льняное волокно, обработанные в течение 0,5-30 мин в растворе NaOH с концентрацией 0,1-1 г/л плазмой газового разряда атмосферного давления при токе разряда 5-50 мА и напряжении 1-10 кВ, а контактирование осуществляют в течение 1-10 мин при комнатной температуре и модуле раствор/сорбент 50-200.