СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩЕГО СОРБЕНТА ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ РТУТИ Российский патент 2005 года по МПК B01J20/20 

Изобретение относится к способу получения сорбентов и может найти использование при очистке от ртути и ее соединений промышленных технологических растворов солей щелочных металлов, в химической, металлургической и других отраслях промышленности.

Известны способы очистки растворов щелочных металлов от ртути (Методы очистки от ртути технологических растворов и сбросных вод. М.: ВНИИХТ, 1979 г., с.22), где одним из способов очистки от ртути описан способ очистки на активированном угле, при этом происходит загрязнение очищаемого раствора примесями, содержащимися в активированном угле.

Недостатком такой очистки щелочных растворов от ртути является то, что при извлечении ртути и ее соединений из растворов, происходит загрязнение очищаемого раствора примесями, которые содержатся в угле, снижая тем самым сортность продукта. Величина динамической обменной емкости до содержание ртути в очищаемом щелочном растворе 0,05-0,06 мг/л, например, для КАД-йодного =0,3 мг/г.

Наиболее близким по способу получения модифицированного сорбента - прототип - является патент №2172644 МКИ В 01 J 20/20, 20/02, 20/30, 2001 г., где используется углеродсодержащий (пористый композиционный углерод-углеродный материал - НУМС), модифицированный йодом сорбент для очистки ртутьсодержащих сточных вод.

Недостатком использования этого сорбента для очистки щелочных растворов металлов является то, что в щелочных растворах йод переходит в раствор, загрязняя получаемый продукт.

Задачей изобретения является разработка способа получения сорбента для глубокой очистки щелочных растворов гидроксидов металлов от ртути и ее соединений при этом не загрязняющего раствор дополнительными примесями и имеющего более высокую обменную емкость по ртути относительно аналогов.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в способе получения углеродсодержащего сорбента для извлечения ртути из щелочных растворов, включающего обработку активного углеродного материала модифицирующим реагентом, согласно формуле изобретения углеродный материал предварительно подвергают обработке пероксидом водорода, сушат, а затем проводят модифицирование β-дикетоном в закрытой емкости с последующей отгонкой избытка β-дикетона.

Указанная совокупность признаков является новой и обладает изобретательским уровнем, так как обработка углеродного материала β-дикетонами в закрытой емкости способствует образованию прочной химической связи модификатора с поверхностью и позволяет получить устойчивую пленку β-дикетона на поверхности углеродного материала. Отгонка избытка β-дикетона освобождает поры, увеличивая удельную поверхность сорбента и ее обменную емкость.

Способ осуществляется следующим образом. Предварительно подготовленный углеродный материал обрабатывают β-дикетоном в закрытой емкости и выдерживают в течение 150 часов. После чего излишки его отгоняют. Полученный сорбент получает название с приставкой, обозначающей применяемый β-дикетон, например для ацетилацетона - "НАА": НУМС-НАА и КАД-НАА.

Сорбент загружают в колонку и через него пропускают очищаемый щелочной раствор.

Пример 1,

Навеску активированного угля марки КАД-йодный (1062 г) загружают в колонку диаметром 52 мм, высота слоя 870 мм. Очистке подвергают 3-4 н. раствор гидроксида лития с содержанием ртути - 27 мг/л. Скорость подачи раствора гидроксида лития на колонку поддерживают в ламинарном режиме - 2,86 дм³/час. Анализы растворов на содержание ртути проводят атомно-адсорбционным методом. Данные по очистке щелочного раствора гидроксида лития от ртути приведены в таблице 1,

Таблица 1,КАД-йодный, адсорбционная колонка d=52 мм, высота слоя 870 мм, масса =1062 г, объемная скорость 2,86 дм³/час, конц. ртути в р-ре, поступающем на очистку 27 мг/лОбъем пропущенного раствора, лКонцентрация ртути, мг/л на выходе из колонкиКоличество ртути, прошедшей через сорбент, мгСуммарное остаточное содержание ртути в р-ре, прошедшем очистку, мгСуммарное содержание ртути на сорбенте, мг123452091,115643231,995411,012781,047506303,757202,256261,3516902773,5516128,456961,4218792872,9517919,057661,6220682986,3519695,6510441,5281881403,3526784,6511832,75319411785,630155,412533,5338312030,631800,415314,3413373226381112018125448690704541620881356376998039646

В процессе очистки раствора гидроксида лития от ртути объемом 1253 л получили остаточную концентрацию по ртути 3,5 мг/л.

Пример 2.

Навеску активированного углерода марки КАД-йодный пропитывают 15%-ным раствором пероксида водорода в течение 12 часов, затем сорбент высушивают в течение 10 часов при температуре 150°С, насыщают ацетилацетоном (объемом 1 дм³) в закрытой емкости (в эксикаторе) в течение 150 часов. Избыток ацетилацетона из сорбента отгоняют в вытяжном шкафу при комнатной температуре. Эксперименты проводят на адсорбционной колонке высотой 1000 мм, при этом высота заполнения сорбентом составляет 850 мм, диаметр 52 мм. Адсорбционную колонку подсоединяют к системе подачи гидроксида лития из емкости объемом 6 м³ с постоянным составом раствора и концентрацией по ртути 20,8 мг/л. Скорость пропускания очищаемого раствора гидроксида лития 2,3 л/час. Процесс очистки осуществляют в динамическом режиме круглосуточно. Остаточную концентрацию ртути в гидроксиде лития определяют атомно-абсорбционным методом. Данные эксперимента приведены в таблице 2.

Таблица 2.Адсорбционная колонка d=52 мм, высота слоя 850 мм, масса =923 г,объемная скорость 2,3 дм³ /час, концентрация ртути в растворе, поступающем на очистку 20,8 мг/лПропущенный объем, лКонцентрация ртути на выходе из колонки, мг/лКоличество ртути, прошедшей через сорбент, мгСуммарное остаточное содержание ртути в р-ре, прошедшем очистку, мгСуммарное содержание, ртути на сорбенте, мг12345480,6998,428,8969,6960,221996,839,361957,442880,165990,470,085920,323360,246988,881,66907,23840,107987,286,47900,84320,0668985,689,578896,036720,13613977,6122,2113855,397200,14814976129,3114846,697680,1315974,4135,5515838,858160,27416972,8148,716824,18640,23617971,2160,0317811,179120,24018969,6171,5518798,059600,22019968182,1119785,8910520,3721881,6216,1521665,4511000,3322880231,9922648,0111480,3323878,4247,8323630,5711960,3924876,8266,5524610,2512440,5525875,2292,9525582,2512921,1526873,6348,1526525,45

В процессе очистки раствора гидроксида лития от ртути объемом 1244 л получили остаточную концентрацию по ртути 0,55 мг/л.

Приведенные два примера показали, что модифицирование поверхности угля КАД-йодного ацетилацетоном позволило очистить щелочной раствор (объемом 1244 л) гидроксида лития до остаточной концентрации в растворе ртути 0,55-0,6 мг/л, в то время как немодифицированный КАД-йодный при очистке такого же объема (1253 л) показал возможность получения раствора с остаточной концентрацией ртути 3,5 мг/л.

Пример 3.

Навеску пористого композиционного углерод-углеродного материала (НУМС) пропитывают 15%-ным раствором пероксида водорода в течение 12 часов, затем сорбент высушивают в течение 10 часов при температуре 150°С, насыщают ацетилацетоном в закрытой емкости (в эксикаторе) в течение 150 часов. Избыток ацетилацетона из сорбента отгоняют в вытяжном шкафу при комнатной температуре.

Сорбент НУМС-НАА массой 924 г загружают в адсорбционную колонку высотой 1000 мм, при этом высота заполнения сорбентом составляет 870 мм, диаметр 52 мм. Подсоединяют к системе (емкость объемом 6 м³) подачи гидроксида лития. Скорость пропускания очищаемого раствора гидроксида лития от 2,56 л/час до 2,86 л/час, с постоянным составом раствора и концентрацией по ртути 27 мг/л. Процесс очистки проводят в динамическом режиме круглосуточно. Остаточную концентрацию ртути в гидроксиде лития определяют атомно-абсорбционным методом. Данные эксперимента приведены в таблице 3.

Таблица 3.НУМС-НАА, адсорбционная колонка d=52 мм, высота слоя 87 см, масса =924 г, объемная скорость 2,56 дм³/час, концентрация ртути в растворе, поступающем на очистку, 27 мг/л.Пропущенный объем, лКонцентрация ртути на выходе из колонки, мг/лКоличество ртути, прошедшей через сорбент, мгСуммарное остаточное содержание ртути в растворе, прошедшем очистку, мгСуммарное содержание ртути на сорбенте, мг12345620,32167419,81654,81250,18337531,13343,91870,47504960,24988,82500,17675070,96679,14990,2213473125,713347,35620,2715174142,715031,36240,1416848151,416696,66860,2518522166,918355,19360,2825272236,925035,19980,3626946259,226686,810610,3828647283,128363,911230,6330321322,229998,813730,4937071444,736626,314350,6338745483,838261,214980,2840446501,439944,615600,1842120512,641607,418100,1948870560,148309,918720,6350544599,249944,819340,4752218628,151589,919970,7853919677,453241,623090,9362343967,661375,423710,81640171017,862999,224340,65657181058,764659,326830,62724411213,171227,928080,91758161326,874489,230580,71825661504,381061,731200,858424015578268331821,958591416788423632456,25876152071,885543,2

Обменная динамическая емкость до остаточной концентрации ртути в растворе гидроксида лития 0,47-0,63 мг/л равна (Е)=51589,9 мг: 924 г =55,8 мг/г,

Пример 4.

Навеску углерод-углеродного материала предварительно нагревают до температуры 195°С в течение двух часов, затем обрабатывают (500 мл) 30%-ным раствором пероксида водорода, сушат при температуре 150°С до постоянного веса, насыщают ацетилацетоном в закрытой емкости (в эксикаторе) в течение 150 часовй. Избыток ацетилацетона из сорбента отгоняют в вытяжном шкафу при комнатной температуре. Полученный сорбент (253 г) загружают в колонку диаметром 24,3 мм, высота слоя 1000 мм. Очистке подвергают 3-4 н. раствор гидроксида лития с содержанием ртути - 17,6 мг/л и * - 19,6 мг/л. Скорость подачи раствора гидроксида лития на адсорбционную колонку поддерживают в ламинарном режиме - 1 мл/см²мин, объемная скорость при этом составляет 300 мл/час. Анализы растворов на содержание ртути проводят атомно-адсорбционным методом. Данные по очистке щелочного раствора гидроксида лития от ртути приведены в таблице 4.

Таблица 4.НУМС-НАА, адсорбционная колонка d=24,3 мм, высота слоя 1000 мм, масса=253 г, объемная скорость 0,3 дм³ /час концентрация ртути в растворе, поступающем на очистку 17,6 мг/л; * - 19,6 мг/л.Объем пропущенного раствора, лКонцентрация ртути на выходе из колонки, мг/лКоличество ртути, прошедшей через сорбент, мгСуммарное остаточное содержание ртути в растворе, прошедшем очистку, мгСуммарное содержание ртути на сорбенте, мг123450,20,043,520,0083,511,10,06319,360,06519,32,00,05835,20,11735,082,90,04951,040,16150,884,10,05472,160,22671,934,40,03677,440,23777,205,00,030880,26487,745,6*0,04899,760,29299,475,90,044105,640,305105,346,50,061117,40,339117,067,10,052129,160,37128,798,90,066164,440,489163,959,80,061187,960,543187,4211,30,063211,480,637210,8411,90,068223,240,678222,5614,00,067264,40,819263,5814,30,057270,280,836269,4414,60,059276,160,854275,3015,20,067287,920,894287,0315,80,060299,680,93298,7516,10,057305,560,947304,6117,00,067323,21,008322,1917,30,059329,081,026328,0517,60,057334,961,043339,9118,80,052358,481,105357,3719,10,055364,361,122363,2419,40,061370,241,14369,120,00,0353821,16380,8420,30,046387,881,17386,7120,60,048393,761,19386,7120,90,075409,641,21408,43

Обменная динамическая емкость до остаточной конентрации ртути в растворе гидроксида лития 0,04-0,06 мг/л оценивается (Е)=386,71 мг: 253 г =1,55 мг/г

Пример 5.

Навеску пористого композиционного углерод-углеродного материала (НУМС) пропитывают 15%-ным раствором пероксида водорода в течение 12 часов, затем сорбент высушивают в течение 10 часов при температуре 150°С, насыщают ацетилацетоном в закрытой емкости (в эксикаторе) в течение 7 дней. Избыток ацетилацетона из сорбента отгоняют в вытяжном шкафу при комнатной температуре.

Сорбент НУМС-НАА массой 1800 г загружают в адсорбционную колонку высотой 1800 мм, диаметром 52 мм. Подсоединяют к системе (емкость объемом 6 м³) подачи гидроксида лития. Скорость пропускания очищаемого раствора гидроксида лития 2,3 л/час с постоянным составом раствора и концентрацией по ртути 20,8 мг/л. Процесс очистки проводят в динамическом режиме круглосуточно. Остаточную концентрацию ртути в гидроксиде лития определяют атомно-абсорбционным методом. Данные эксперимента приведены в таблице 5.

Таблица 5.НУМС-НАА, адсорбционная колонка d=52 мм, высота слоя 1800 мм, масса=1800 г, объемная скорость 2,3 дм³ /час, концентрация ртути в растворе, поступающем на очистку, 20,8 мг/лПропущенный объем, лКонцентрация ртути на выходе из колонки мг/лКоличество ртути, прошедшей через сорбент, мгСуммарное остаточное содержание ртути в растворе, прошедшем очистку, мгСуммарное содержание ртути на сорбенте, мг1234555,20,051148,162,761145,4386,40,048037,1216,0088021,112496,80,0610333,4422,63210310,815520,04611481,615,171211456,43938,40,04819518,7243,699219475,0211590,09224107,263,994424043,21

Обменная динамическая емкость до остаточной концентрации ртути в растворе гидроксида лития 0,04-0,05 мг/л (для получения сухой соли гидроксида лития трубуемого качества) составляет: 19475,02:1800=10,8 мг/г.

Предлагаемый способ получения углеродсодержащего сорбента для очистки щелочных растворов гидроксидов металлов от ртути и ее соединений при относительной простоте синтеза позволяет увеличить степень извлечения ртути из щелочных растворов металлов и получить остаточное содержание ртути в растворе на уровне (0,04-0,06 мг/л) требований, предъявляемых к готовой продукции.

Изобретение относится к способу получения сорбентов и может найти использование при очистке от ртути и ее соединений щелочных промышленных технологических растворов гидроксидов металлов. Уголь или углерод-углеродный материал, окисленный пероксидом водорода, обрабатывают β-дикетоном в закрытой емкости. Полученный сорбент позволяет очищать щелочные растворы гидроксидов металлов от ртути и ее соединений, тем самым повысить чистоту получаемых гидроокисей. 1 з. ф-лы, 5 табл.

1. Способ получения углеродсодержащего сорбента для извлечения ртути из щелочных растворов, включающий обработку активного углеродного материала модифицирующим реагентом, отличающийся тем, что углеродный материал предварительно подвергают обработке пероксидом водорода, сушат, а затем проводят модифицирование β-дикетоном в закрытой емкости с последующей отгонкой избытка β-дикетона.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве β-дикетона используют ацетилацетон.