СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЧАСТИЧНО РАЗЛОЖИВШЕГОСЯ ОРГАНИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2012 года по МПК C01B31/16 B01J20/30 B01J20/24 B01J39/16 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение в целом относится к получению частично активированной путем физического воздействия гранулированной среды для использования в ионообменных процессах и, более конкретно, к получению активированной углеродной среды с использованием в качестве источников натуральных органических материалов.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ионный обмен в общем смысле определяется как обратимая химическая реакция, в которой происходит обмен ионами между раствором и нерастворимым твердым материалом. Более конкретно, это тип фильтрации, в которой ионизированное соединение или элемент меняется местами с другим ионизированным соединением или элементом на поверхности среды. Термин "ионообменная способность" описывает полную имеющуюся обменную способность ионообменной среды, определяемую количеством имеющихся на ней функциональных групп.

Ионообменные процессы используются во многих приложениях и в целом могут быть разделены на процессы анионного и катионного обмена. Ионообменный процесс чаще всего используется для получения воды высокой степени очистки (включая умягчение, деионизацию, рециркуляцию воды, удаление тяжелых металлов и очистку сточных вод) и в процессах химической обработки. Ионообменные среды также используются в хроматографии, катализе, электрохимических процессах, создании концентрированных кислот и щелочей, а также для разделения, концентрирования и/или очистки ионных материалов, в технологии разделения фармацевтических материалов, обработке радиоактивных отходов, рафинировании сахара и в других процессах. Такие материалы могут быть в различных формах, в том числе натуральные, искусственные, композитные ионообменные вещества, а также ионообменные мембраны.

Чаще всего используются ионообменные смолы. Наиболее распространенной формой ионообменной смолы является синтетическая нерастворимая полимерная матрица из сополимеров стирола и дивинилбензола, сшитых поперечно для формирования шариков размерами 0,03-1,0 мм. Для того чтобы материал стал ионообменным, шарики должны быть активированы. Шарики могут быть превращены в катионообменные смолы (катиониты) путем сульфирования или в анионообменные смолы (аниониты) путем хлорметилирования. Ионообменные смолы могут выводить из растворов тяжелые металлы, такие как, например, свинец и ртуть, и заменять их менее вредными элементами, такими как калий или натрий. Стоимость производства таких смол достаточно высока. Кроме того, полученные шарики смолы подвержены загрязнению загрязняющими веществами, присутствующими в потоке воды. Это приводит к необходимости использования активированного угля или других способов очистки от загрязняющих веществ перед проведением ионообменной обработки, в результате чего происходит дальнейшее усложнение процесса и, соответственно, его удорожание.

Экспериментальные подходы к получению активированной углеродсодержащей среды предусматривают использование в качестве источника натуральных органических материалов. В качестве примеров таких органических материалов можно указать различные материалы растительного происхождения, такие как, например, мягкая древесина, стебли кукурузы, выжимки сахарного тростника, скорлупа орехов, различные продукты животного происхождения, лигнит, битуминозный уголь, солома, антрацит и торф. Используемые процессы большей частью предусматривают либо химическую активацию (например, сульфирование или хлорметилирование), либо физическую активацию исходного материала при высоких температурах. Известны способы преобразования источников, таких как, например, древесные опилки, древесина или торф, в адсорбер посредством химической активации. Например, торф импрегнируется сильным обезвоживающим средством, таким как, например, фосфорная кислота или хлорид цинка, смешивается до пастообразного состояния и затем нагревается до температуры 500-800°С для его активации. Затем полученный продукт промывается и измельчается в порошок. При таком способе полученный продукт обычно имеет пористую структуру с открытыми порами, идеальными для поверхностного поглощения больших молекул. Кроме того, известен способ активации паром, представляющий собой физическую активацию, которая обычно используется с такими источниками, как скорлупа кокосового ореха и бамбук. Исходный материал часто активируют обработкой паром или диоксидом углерода при высокой температуре. Обычно используются температуры от примерно 650°С до примерно 1200°С. Такие процессы не позволяют получить среды, которые обладают ионообменной способностью, достаточной для практического применения.

Одной из наиболее трудных задач при производстве ионообменных сред из натуральных органических материалов является достижение баланса между физической целостностью формы ионообменной среды и способностью среды выполнять функцию ионообменного средства. Источник исходного материала и способ получения среды из прекурсора - это две наиболее важные составляющие, определяющие практическую пригодность конечного продукта для использования в качестве ионообменного средства. Важно также, чтобы способ, используемый для активации или частичной активации органического материала, определял прочность полученных гранул и их способность выполнять функцию ионообменной среды.

Один из существенных недостатков известных способов относится к ионообменной способности полученного продукта. Частично разложившийся исходный органический материал по своей природе обладает ионообменными свойствами, однако он часто теряет их в результате пиролиза. Пиролиз представляет собой просто химическое разложение вещества, подвергаемого действию высокой температуры. Большая часть натуральных органических ионообменных материалов имеет невысокие прочностные характеристики, так что возможности их применения существенно ограничены. Поскольку органические материалы имеют невысокую прочность, они плохо подходят для многих применений, поскольку часто в производственных процессах требуется повышенная прочность. Кроме того, многие известные способы содержат стадию карбонизации до активации или одновременно с ней. Карбонизация может приводить к значительной усадке и потере веса исходного сырья. Кроме того, органические материалы большей частью страдают неоднородностью физических характеристик. Ионообменные среды, полученные из натуральных материалов, неустойчивы, если значение рН ненамного отличается от нейтрального уровня. Наконец, такие органические ионообменные материалы склонны к избыточному разбуханию и к пептизации.

Натуральные неорганические ионообменные материалы также имеют ряд недостатков. Их ионообменная способность также сравнительно невысока. Их механическая прочность так же невысока, как и у натуральных органических ионообменных материалов. Поскольку натуральные неорганические ионообменные материалы имеют тенденцию к ухудшению характеристик при действии некоторых химических веществ, присутствующих в растворе, то, возможно, потребуется их предварительная обработка.

Использование синтетических органических ионообменных смол также имеет недостатки. Важным недостатком смол является формирование на поверхности шариков смолы слоя веществ, ухудшающих ионообменную способность. Ионообменный материал удаляет некоторые растворимые органические кислоты и щелочи, в то время как другие неионные органические вещества, масла, смазки и взвешенные твердые частицы остаются на поверхности смолы. Этот процесс называется засаливание (замасливание). Такие засаливающие вещества осаждаются очень быстро и могут существенно ухудшить характеристики системы. Особенно вредны в любой концентрации катионные полимеры и другие катионные органические материалы с высоким молекулярным весом. Для некоторых типов смол содержание даже 1 ppm взвешенных твердых частиц может со временем вызывать значительное засаливание. Таким образом, может потребоваться предварительная фильтрация для удаления некоторых элементов, таких как, например, коллоидный диоксид кремния, железо, медь и марганец, которые могут вызывать засаливание смолы. Поскольку органические загрязняющие вещества начинают осаждаться на поверхности смолы, поток других частиц и бактерий также уменьшается. Стоимость предварительной обработки может быть значительной.

Кроме того, после истощения ионообменной способности смолы требуется ее регенерация, например, потоком воды, пропускаемой через слой материала. После регенерации катионной смолы катионы, которые ранее были удалены, замещаются ионами водорода. Часто для регенерации используется операция "промывка обратным потоком воды", так что любые органические загрязняющие отложения в смоле могут быть уменьшены, в результате чего обеспечивается свободный поток через смолу. В известных способах химической регенерации ионообменных материалов используются очень большие количества регенерирующих химических веществ, требуется периодическая, а иногда даже и постоянная обработка, а также удаление химических отходов. Используемые процессы могут быть сложными и дорогостоящими. Таким образом, существует потребность в способе, в котором требуется меньше химических веществ для производства ионообменной среды.

Хотя известные в технике способы получения ионообменных сред из натуральных твердых органических материалов могут быть полезными для некоторых приложений, однако для других приложений необходимо повысить прочность полученной ионообменной среды при минимальном снижении катионообменной способности среды. Необходимо разработать способ недорогого получения ионообменной среды, которая имеет хорошую ионообменную способность, хорошие характеристики по адсорбции органических материалов и повышенную прочность, так чтобы среда могла быть использована во многих приложениях.

В настоящем изобретении предлагается улучшенный способ получения ионообменной среды, которая обладает повышенными характеристиками физической целостности без ухудшения при этом естественной катионообменной способности исходного материала.

Изобретение относится к натуральному органическому исходному материалу и, в частности, к использованию разложившегося или частично разложившегося органического материала. Более конкретно, предпочтительным исходным материалом является торф или лиственный компост. В отличие от других типов натуральных органических материалов добываемый торф уже частично карбонизирован в результате естественных процессов. В связи с этим его свойством необработанный торф уже обладает катионообменной способностью, составляющей примерно 120 мг-экв./100 г. Было найдено, что бóльшая часть этой высокой естественной катионообменной способности может быть сохранена, если торф подвергается действию пара, диоксида углерода, азота или другой инертной среды при низких температурах активации в инертной среде.

Обычно повышенную механическую прочность и устойчивость формы получают, когда разложившийся или частично разложившийся органический материал частично активируется физически при низкой температуре. Полученная среда также обладает улучшенной способностью по удерживанию органических загрязняющих веществ, присутствующих в сточных водах. Было найдено, что предложенный в настоящем изобретении способ снижает количество вымываемых в обрабатываемую воду природных танинов, которые присутствуют в некоторых исходных материалах. Указанные улучшения процесса обеспечивают использование полученной частично активированной среды в большем количестве приложений по сравнению со средами, получаемыми с помощью известных способов.

Нижеуказанные термины и обозначения, используемые в настоящем описании, имеют следующие значения, если в описании не указано иное.

Обозначение "мг-экв." означает миллиэквивалент. Эквивалент - общая единица измерения, используемая в химии и в биологических науках. Она является мерой способности вещества сочетаться с другими веществами. "Эквивалент" определяется как масса в граммах вещества, которая реагирует с 6,022×10²³ электронов. В другом определении под "эквивалентом" понимается количество граммов вещества, которое реагирует с граммом свободного водорода. Эквивалентный вес заданного вещества примерно равен количеству вещества в молях, деленному на валентность вещества. Поскольку на практике эквивалентный вес часто имеет очень большую величину, то его часто указывают в миллиэквивалентах (мг-экв.). Один миллиэквивалент равен 1/1000 эквивалента.

Термин "твердость" означает способность гранулированной среды сопротивляться истиранию в процессе транспортировки, погрузки, разгрузки и использования. "Показатель твердости" является мерой этой способности и определяется с использованием испытания "шарики-чаша" (). Чем выше эта величина, тем меньше потери при использовании среды. Определенное количество материала помещают в чашу вместе со стальными шариками и встряхивают в течение определенного времени. Материал взвешивают до и после испытаний для определения величины истирания. Процент исходного материала, который остается после встряхиваний, является "показателем твердости".

Термин "йодное число" означает эквивалентную площадь поверхности активированного угля в мг/г. Этот термин является самым распространенным стандартным параметром, используемым для оценки характеристик материалов, содержащих активированный уголь.

Термин "контактное время для незаполненного слоя" означает время, необходимое для того, чтобы жидкость в адсорбционном слое углерода прошла через колонну, содержащую углеродсодержащий материал, при допущении, что вся жидкость протекает с одной скоростью. Оно равно объему незаполненного слоя, деленному на интенсивность потока.

Термин "примерно" означает "приближенно" или "почти" и в численном выражении означает в настоящем описании ±2% от указанной численной величины или диапазона.

Термин "мкг" означает один микрограмм, или одну миллионную грамма, или одну тысячную миллиграмма.

Термин "нг" означает нанограмм, или 1×10^-9 грамма, или 0,000000001 грамма.

ЦЕЛИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Одной из целей настоящего изобретения является создание способа получения ионообменной среды с высокой степенью регулирования формы и состава частиц.

Другой целью изобретения является создание способа, который обеспечивает получение ионообменной среды с повышенным сопротивлением частиц к разрушению, причем большая часть естественной ионообменной способности при этом сохраняется.

Другой целью изобретения является создание способа, который обеспечивает получение ионообменной среды с улучшенной способностью к адсорбции органических загрязняющих веществ из потока воды.

Другой целью изобретения является создание способа получения ионообменной среды, в котором исключена стадия полной активации исходного углеродсодержащего материала.

Другой целью изобретения является создание способа получения ионообменной среды, в котором исключена дополнительная стадия пиролиза или карбонизации.

Еще одной целью изобретения является создание способа получения ионообменной среды, в котором предотвращается возникновение рассыпчатости частиц.

Другой целью изобретения является создание способа получения ионообменной среды с использованием низкотемпературной активации или частичной активации частично разложившегося органического материала.

Еще одной целью изобретения является создание более простого и более экономичного способа получения ионообменной среды.

Еще одной целью изобретения является создание улучшенного способа обработки торфа для его использования в качестве ионообменной среды, пригодного для очень многих применений.

Еще одной целью изобретения является создание ионообменной среды, обладающей полезной катионообменной способностью.

Эти и другие цели изобретения станут понятными из нижеприведенного описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Раскрывается способ получения многофункциональной гранулированной среды. При таком способе формируется ионообменная среда, получаемая при низкотемпературной активации или частичной активации частично разложившегося органического материала.

В общих чертах, предлагаемый в изобретении способ содержит загрузку в гранулятор некоторого количества частично разложившегося органического материала, имеющего некоторую влажность, гранулирование этого органического материала, высушивание гранул и их активацию при температуре примерно 175-520°С, причем гранулы имеют такую твердость и катионообменную способность, которые пригодны для требуемого применения.

Перед гранулированием органический материал может быть просеян для удаления посторонних частиц. Перед гранулированием в органический материал могут быть добавлены дополнительные компоненты, такие как, например, связующие вещества, регуляторы рН и химически активные соединения. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения температура гранул на стадии высушивания составляет примерно 80-200°С.

После высушивания гранул в зависимости от приложения, в котором они будут применяться, отбираются гранулы определенного размера. Эта стадия содержит сортировку гранул различных размеров. В наиболее предпочтительных вариантах осуществления изобретения после стадии сортировки, предназначенной для отбора гранул определенного размера, отобранные гранулы активируются действием пара или диоксида углерода, азота или другой инертной среды и их сочетаний при температуре примерно 175-520°С. Еще в одном предпочтительном варианте осуществления изобретения отобранные гранулы активируются воздействием на них пара или диоксида углерода, азота или другой инертной среды или их сочетаний при температуре примерно 230-480°С. В альтернативных вариантах высушивание и активация гранул осуществляется на стадии активации.

В наиболее предпочтительных вариантах осуществления изобретения гранулы имеют показатель твердости, равный примерно 80-100% по тесту "шарики-чаша". Еще в одном предпочтительном варианте осуществления изобретения гранулы имеют показатель твердости, равный примерно 80-98% по тесту "шарики-чаша".

Разложившийся или частично разложившийся органический материал, который должен использоваться в способе получения ионообменного материала в соответствии с изобретением, может быть компостом, органическим удобрением животного происхождения, осадками сточных вод и их смесями. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения частично разложившимся материалом является компост. В качестве компоста может использоваться лиственный компост, торф, растительные отходы и их смеси. В более предпочтительных вариантах осуществления изобретения в качестве компоста используется лиственный компост. В самых предпочтительных вариантах осуществления изобретения в качестве компоста используется торф.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже описывается недорогой способ получения многофункциональной гранулированной среды, пригодной для использования в качестве ионообменной среды, и указываются ее характеристики. При таком способе формируется ионообменная среда, получаемая путем низкотемпературной активации или частичной активации частично разложившегося органического материала. Описанные ниже предпочтительные варианты осуществления изобретения не должны рассматриваться как исчерпывающие или ограничивающие объем изобретения только той формой, которая описана.

Предлагаемый в изобретении способ содержит стадию подачи в гранулятор некоторого количества частично разложившегося органического материала, имеющего некоторую влажность. Более конкретно, влажным органическим материалом является торф или лиственный компост. Торф гранулируется, высушивается и активируется. Торф может содержать посторонние частицы, и поэтому может быть необходимо, перед гранулированием осуществлять отсеивание таких посторонних частиц.

Перед гранулированием в торф могут быть добавлены дополнительные компоненты, такие как, например, связующие вещества, регуляторы рН и химически активные соединения. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения температура гранул на стадии высушивания составляет примерно 80-200°С.

После высушивания гранул торфа в зависимости от приложения, в котором они будут впоследствии применяться, отбираются гранулы определенного размера. Стадия отбора гранул определенного размера содержит сортировку гранул различных размеров.

В наиболее предпочтительных вариантах осуществления изобретения после стадии сортировки, предназначенной для отбора гранул определенного размера, отобранные гранулы активируют действием пара или диоксида углерода, азота или другой инертной среды и их сочетаний при температуре примерно 175-520°С. В наиболее предпочтительных вариантах осуществления изобретения отобранные гранулы активируют воздействием на них пара или диоксида углерода, азота или другой инертной среды и их сочетаний при температуре примерно 230-480°С. В альтернативных вариантах высушивание и активация гранул осуществляется на стадии активации.

В наиболее предпочтительных вариантах осуществления изобретения гранулы имеют показатель твердости, составляющий примерно 75-100% по тесту "шарики-чаша". Еще в одном предпочтительном варианте осуществления изобретения гранулы имеют показатель твердости, составляющий примерно 80-98% по тесту "шарики-чаша".

Разложившийся или частично разложившийся органический материал, который должен использоваться в способе получения ионообменного материала в соответствии с изобретением, может быть выбран из группы, состоящей из компоста, навоза, осадков сточных вод и их сочетаний. В наиболее предпочтительных вариантах осуществления изобретения частично разложившейся средой является компост. Компост выбирается из группы, состоящей из торфа, растительных отходов, лиственного компоста и их сочетаний. В альтернативном варианте осуществления изобретения в качестве компоста используется лиственный компост. Самым предпочтительным вариантом компоста является торф.

Компостом является любой разложившийся органический материал. В качестве примеров растительных отходов можно указать, например, частично разложившиеся растения, листья, стебли и силос. Органическим удобрением животного происхождения является помет и моча животных. Осадками сточных вод могут быть твердые, полутвердые или жидкие остатки, полученные в процессах очистки городских сточных вод. Каждый из вышеуказанных источников разложившегося или частично разложившегося органического материала имеет естественную ионообменную способность. Ионообменная способность, присущая каждому из указанных источников, примерно одинакова.

Как показано в нижеприведенных примерах, при использовании процесса низкотемпературной активации частично разложившегося органического материала среда сохраняет большую часть своей природной катионообменной способности, приобретает повышенную способность относительно органических загрязняющих веществ (и некоторых металлов) в растворе и имеет увеличенную прочность и срок службы при работе в водной среде. Указанные характеристики делают среду очень подходящей для обработки сточных вод.

ПРИМЕРЫ 1-4

Базовый процесс

Были приготовлены типовые многофункциональные гранулированные среды. Каждая гранулированная среда содержала торф. В примерах использовался торф из тростника и осоки, поставляемый на рынок компанией American Peat Technology, Inc., г.Айткин, штат Миннесота.

Для каждого из Примеров 1-4 торф сначала высушивали до содержания влаги порядка 40%. Затем этот материал спрессовывался в грануляторе и снова высушивался до содержания влаги примерно 6%. Затем полученный материал дробился и сортировался до размера 10-30 меш.

Информация о температурах активации, выходе продукта, катионообменной способности, показателях твердости по тесту "шарики-чаша" и йодных числах приведена ниже по каждому примеру и в Таблице 1.

Пример 1

Использовался способ получения многофункциональной гранулированной среды с помощью частичной активации торфа. Торф частично активировался при температуре 232°С в течение 30 минут. Максимальная температура гранулированного материала достигала 212°С с температурой пара на выходе реактора, равной 132°С. На каждый фунт конечного продукта использовалось два фунта пара. Выход конечного продукта составил 90% от веса гранулированного материала на входе.

Катионообменная способность продукта, полученного в Примере 1, составила 120 мг-экв./100 г Cu²⁺. Показатель твердости по тесту "шарики-чаша" составил 88,6%. Площадь поверхности составила 198 мг/г, как определяется йодным числом.

Пример 2

Использовался способ получения многофункциональной гранулированной среды с помощью частичной активации торфа. Торф частично активировался в инертной среде при температуре 287°С в течение 30 минут.

Максимальная температура гранулированного материала достигала 260°С с температурой пара на выходе, равной 162°С. На каждый фунт получаемого продукта использовалось два фунта пара. Выход конечного продукта составил 90% от веса гранулированного материала на входе.

Катионообменная способность продукта, представленного в Примере 2, составила 92 мг-экв./100 г Cu²⁺. Показатель твердости по тесту "шарики-чаша" составил 96,9%. Площадь поверхности составила 123 мг/г, как определяется йодным числом.

Пример 3

Использовался способ получения многофункциональной гранулированной среды с помощью частичной активации торфа. Торф частично активировался при температуре 343°С в течение 30 минут. Максимальная температура гранулированного материала достигала 326°С с температурой пара на выходе, равной 182°С. На каждый фунт получаемого продукта использовалось два фунта пара. Выход конечного продукта составил 80% от веса гранулированного материала на входе.

Катионообменная способность продукта, полученного в Примере 2, составила 68 мг-экв./100 г Cu²⁺. Показатель твердости по тесту "шарики-чаша" составил 97,3%. Площадь поверхности составила 178 мг/г, как определяется йодным числом.

Пример 4

Использовался способ получения многофункциональной гранулированной среды с помощью частичной активации торфа. Торф частично активировался при температуре 482°С в течение 30 минут. Максимальная температура гранулированного материала достигала 454°С с температурой пара на выходе, равной 273°С. На каждый фунт получаемого продукта использовалось два фунта пара. Выход конечного продукта составил 65% от веса гранулированного материала на входе.

Катионообменная способность продукта, полученного в Примере 4, составила 13 мг-экв./100 г Cu²⁺. Показатель твердости по тесту "шарики-чаша" составил 76,4%. Площадь поверхности составила 304 мг/г, как определяется йодным числом.

Из Примеров 1-3 видно, что значения катионообменной способности и показателей твердости по тесту "шарики-чаша" достаточны для использования их в ионообменных приложениях. При повышении температуры до 482°С в Примере 4 ионообменная способность падает, йодное число существенно увеличивается. Более высокое значение йодного числа обычно указывает на повышенную адсорбционную способность в отношении органических материалов. Поэтому хотя ионообменная способность заметно снижается при повышенной температуре, однако среда, полученная в Примере 4, с йодным числом, равным 304 мг/г, лучше подходит для использования в качестве адсорбционной среды для органики.

Приведенные данные показывают, что при температурах у нижней границы диапазона выход гранулированной среды и ее катионообменная способность выше, чем в случае активации при более высоких температурах, находящихся внутри диапазона температур. Как можно видеть, показатель твердости по тесту "шарики-чаша" достигает максимального значения при уровнях активации, используемых в Примерах 2 и 3. После достижения указанного уровня активации внутренние связи в гранулах начинают нарушаться, в результате чего показатель твердости заметно снижается. Также можно видеть, что при активации в точках всего диапазона показатель твердости по тесту "шарики-чаша" полученной среды имеет значения, вполне достаточные для ее использования в качестве ионообменного материала.

Пример 5

Колонна, содержащая материал, полученный в соответствии с вариантом способа, описанным в Примере 2, подвергалась воздействию промышленных сточных вод, содержащих в растворе ртуть и другие токсичные металлы. Гранулированный материал с размеров гранул 10-30 меш был помещен в колонку во влажном состоянии. Поток сточных вод через колонну поддерживался на таком уровне, чтобы контактное время для незаполненного слоя (ЕВСТ) составляло 10 минут. ЕВСТ - это время, которое требуется пропускаемой воде для заполнения объема среды в колонне. Результаты анализа воды до и после контакта с гранулированным материалом приведены для различных металлов, включая ртуть. Приведенные данные являются результатом усреднения за одну неделю.

Таблица 2 Концентрация ионов металлов   Ртуть, нг/л Медь, мкг/л Цинк, мкг/л Никель, мкг/л До контакта с гранулами 9,3 45,2 95,6 136 После контакта с гранулами 2,5 10,8 <50 31 Очистка (в %) 73% 76% >48% 77%

Результаты, приведенные для ртути и других токсичных металлов, показывают, что многофункциональные гранулированные среды, полученные путем частичной активации частично разложившегося органического материала, особенно подходят для экономичной доочистки сточных вод с низкими концентрациями растворенных тяжелых металлов. Благодаря низкой величине ЕВСТ и высокой общей катионообменной способности гранул (92 мг-экв./100 г) для обработки больших количеств загрязненной воды требуется очень небольшое количество такого материала. Необходима высокая твердость гранул (показатель твердости по тесту "шарики-чаша" равен 96,9%), для того чтобы противостоять потокам воды и работать в течение продолжительного времени. Все эти факторы в сочетании с экономичностью заявленного способа показывают, что полученная среда особенно хорошо подходит для очистки от металлов с использованием ионообменных процессов.

Примеры 6-11

Если в вариантах способа, описанных в Примерах 1-5, вместо торфа использовать компост, лиственный компост, осадки сточных вод, органические удобрения животного происхождения, растительные отходы и их сочетания, то скорее всего будут получены результаты, аналогичные представленным в Таблицах 1 и 2. Можно предположить, что никаких существенных изменений (если они вообще будут) не потребуется в способе, раскрытом в Примерах 1-5, при использовании указанных альтернативных источников частично разложившегося органического материала.

Компост и торф - это по существу очень похожие исходные материалы: можно сказать, что торф - это вид компоста. Можно считать, что для других видов компоста будут получены аналогичные результаты. Лиственный компост и растительные отходы также являются видами компоста. Каждый из вышеуказанных источников разложившегося или частично разложившегося органического материала имеет естественную ионообменную способность. Таким образом, можно считать, что при использовании компоста, лиственного компоста, растительных отходов или их смесей в качестве источника исходного материала будут получены практически такие же результаты, что и при использовании торфа.

Также можно считать, что осадки сточных вод также являются подходящим исходным материалом, поскольку они также обладают практически аналогичной естественной ионообменной способностью. Таким образом, можно ожидать, что если осуществлять варианты способа, описанные в Примерах 1-5, для осадков сточных вод, то будут получены аналогичные результаты.

Аналогично, органические удобрения животного происхождения обладают естественной ионообменной способностью, что делает пригодными использование таких разложившихся или частично разложившихся материалов для использования в качестве исходного материала в способе, описанном в Примерах 1-5.

Наконец, можно полагать, что любые сочетания компоста, органических удобрений животного происхождения и осадков сточных вод дадут результаты, аналогичные приведенным в Таблицах 1 и 2. Скорее всего, использование в вариантах способа, описанных в Примерах 1-5, сочетаний таких разложившихся или частично разложившихся материалов даст ненамного отличающиеся результаты.

Автор убежден, что изобретение описано достаточно подробно, чтобы его могли понять специалисты в данной области, причем ясно, что могут быть осуществлены изменения без отклонения от сущности и объема изобретения. Хотя принципы изобретения были описаны в связи с конкретными вариантами его осуществления, однако необходимо понимать, что варианты приведены лишь в качестве примеров и никоим образом не ограничивают объема изобретения.

Изобретение относится к получению углеродных ионообменных материалов. Предложен способ получения частично разложившегося органического материала, активируемого или частично активируемого при низкой температуре, используемого в качестве ионообменной среды, причем способ содержит следующие стадии: гранулирование частично разложившегося органического материала, содержащего влагу, высушивание гранул и их активирование при температуре 175-287°С. Изобретение обеспечивает получение гранулированного материала с достаточной твердостью и катионообменной способностью. 17 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ получения частично разложившегося органического материала для использования в качестве ионообменной среды совместно с адсорбцией тяжелых металлов, содержащий следующие стадии:
загрузку в гранулятор частично разложившегося органического материала, содержащего влагу;
гранулирование частично разложившегося органического материала;
высушивание гранул; и
тепловое активирование гранул при температуре примерно 175-287°С, причем гранулы имеют твердость, пригодную для адсорбции тяжелых металлов.

2. Способ по п.1, содержащий дополнительно перед гранулированием сортировку частично разложившегося материала для удаления нежелательных частиц.

3. Способ по п.2, содержащий дополнительно после сортировки подмешивание добавок в частично разложившийся органический материал.

4. Способ по п.3, в котором добавки выбираются из группы, состоящей из связующих веществ, регуляторов рН и их сочетаний.

5. Способ по п.1, в котором стадия высушивания гранул проводится при температуре примерно 80-200°С.

6. Способ по п.1, содержащий дополнительно стадию отбора гранул по размеру для необходимого применения.

7. Способ по п.6, в котором отбор гранул по размеру содержит стадию сортировки гранул различных размеров.

8. Способ по п.1, в котором гранулы подвергаются тепловой активации в инертной среде.

9. Способ по п.1, в котором тепловая активирующая среда содержит пар, диоксид углерода, азота или другую инертную среду или их сочетания при температуре примерно 175-287°С до тех пор, пока не будут подучены необходимые уровни твердости и активации.

10. Способ по п.9, в котором тепловая активирующая среда содержит пар, диоксид углерода, азота или другую инертную среду или их сочетания при температуре примерно 230-287°С до тех пор, пока не будут получены необходимые уровни твердости и активации.

11. Способ по п.1, в котором гранулы высушивают на стадии активации.

12. Способ по п.1, в котором гранулы имеют твердость примерно 75-100%.

13. Способ по п.12, в котором гранулы имеют твердость примерно 80-98%.

14. Способ по п.1, в котором частично разложившийся органический материал выбирается из группы, состоящей из компоста, органических удобрений животного происхождения, остатков сточных вод и их сочетаний.

15. Способ по п.14, в котором в качестве частично разложившегося органического материала используется компост.

16. Способ по п.15, в котором компост выбирается из группы, состоящей из лиственного компоста, торфа, растительных отходов и их сочетаний.

17. Способ по п.16, в котором в качестве компоста используется лиственный компост.

18. Способ по п.16, в котором в качестве компоста используется торф.