СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ Российский патент 2015 года по МПК C02F1/62 C02F1/28 B01J20/14 C02F101/20 

Изобретение относится к способам водоподготовки и может быть использовано при очистке воды от ионов тяжелых металлов сорбцией.

Известен способ очистки воды, включающий фильтрацию через слой прокаленного при 500°C природного сорбента (патент РФ №2296718, кл. C02A 1/28, C02A 1/64, C02A 103/04, опубл. 10.04.2007 г.).

Недостатком данного способа является тот факт, что адсорбент обладает низкой адсорбционной способностью по отношению к ионам других металлов, кроме трехвалентного железа.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов и шестивалентного хрома, заключающийся в пропускании сточных вод через слой адсорбента, предварительно обработанного раствором щавелевой кислоты с концентрацией 0,05-1 моль/л и рН 1-2. В качестве адсорбента использован природный цеолит (патент РФ №2051112, кл. C02F 1/28, опубл. 27.12.1995).

Недостатком данного способа является низкая механическая прочность сорбента в водных растворах. При этом происходит загрязнение очищаемой воды частицами сорбента, а при использовании плотных фильтров снижается скорость очистки за счет повышения гидравлического сопротивления сорбционной колонки.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении сорбционной емкости природного цеолита по отношению к ионам тяжелых металлов за счет термохимической модификации его поверхности.

Поставленная задача достигается тем, что воду, содержащую ионы тяжелых металлов, пропускают через слой сорбента, предварительно прокаленного при 800°C, а затем обработанного раствором соляной кислоты с концентрацией 0,5 моль/л, прокаленного при 600°C, затем обработанного раствором щелочи с последующим прокаливанием при 600°C. В качестве сорбента используется хотынецкий цеолитсодержащий трепел (состав сорбента: SiO₂ - 62,6%; Al₂O₃ - 19,6%; CaO - 8,17%; MnO - 2,2%; Na₂O - 1,5%; K₂O - 1,82%).

Технический результат заключается в улучшении сорбционной способности цеолита за счет термохимической модификации поверхности сорбента, что приводит к высокой степени очистки воды от вредных примесей.

Способ осуществляют следующим образом.

Партию природного цеолита подвергают нагреву при температуре 800°C в течение 45 мин. Затем обрабатывают раствором кислоты, например соляной, с концентрацией 0,5 моль/л при соотношении твердой и жидкой фаз (Т:Ж) 1:3 в течение 1,5 ч при температуре 30°C. Затем следует прокаливание сорбента при 600°C в течение 1,5 ч и обработка раствором щелочи, например NaOH, с концентрацией 0,5 моль/л в течение 1,5 ч при соотношении Т:Ж=1:4 и температуре 30°C. Затем опять следует прокаливание сорбента при 600°C в течение 1,5 ч.

Температура и время первичного прокаливания зависят от структуры, состава и влажности природного цеолита. При проведении экспериментов было установлено, что нецелесообразно повышать температуру сверх 900°C и понижать ниже 800°C. Повышение температуры снижает время прокаливания. При повышении влажности сорбента сверх 1% целесообразно установить температуру прокаливания 900°C и увеличить время прокаливания сверх 45 мин. Максимальное время прокаливания определялось экспериментально по отсутствию убыли массы навески сорбента.

Для определения оптимального режима обработки цеолита кислотой были проведены опыты при различных значениях концентраций и времени обработки, результаты приведены в таблице 1. Для определения оптимального режима обработки цеолита щелочью были проведены опыты при различных значениях концентраций и времени обработки, результаты приведены в таблице 2.

Промежуточное и заключительное прокаливание способствуют формированию необходимой структуры поверхности сорбента. Экспериментально установлена целесообразность прокаливания при 600°C. Время прокаливания опытно определялось прекращением убыли массы навески сорбента.

Подготовленный таким образом сорбент загружают в сорбционную колонку, через которую пропускают воду, содержащую ионы никеля, кобальта, цинка и меди. Для анализа отбирают пробы очищенной воды. Определение ионов меди, цинка проводили фотоколориметрическим методом.

Концентрации ионов никеля, кобальта в растворе измерялись с помощью совместимого с компьютером анализатора Экотест-ВА методом добавок. В результате анализа были установлены следующие степени очистки от ионов никеля, кобальта, цинка, меди, приведенные в таблице 3.

Преимуществом данного способа является повышение сорбционной способности природного цеолита за счет изменения механизма адсорбции. Установлено, что термообработка при 800°C позволяет удалить органические примеси из природного сорбента, а также повысить его механическую прочность в водных растворах. При этом установлено, что повышение температуры приводит к образованию прочных гранул из природного сорбента, в котором происходит изменение структуры пор. Дальнейшее повышение температуры прокаливания является нецелесообразным.

При обработке соляной кислотой происходит дальнейшая модификация поверхности сорбента, что приводит к увеличению числа центров адсорбции. Обработка щелочным раствором позволяет повысить сорбционную способность сорбента по отношению к ионам металлов за счет образования на поверхности сорбента их нерастворимых в воде соединений.

Изобретение может быть использовано при очистке воды от ионов тяжелых металлов сорбцией. Для осуществления способа сточные воды, содержащие ионы тяжелых металлов, пропускают через слой сорбента, в качестве которого используют предварительно обработанный природный цеолит. Сначала цеолит прокаливают при температуре 800-900°C в течение 45 мин. Затем прокаленный сорбент обрабатывают раствором кислоты с концентрацией 0,5-1 моль/л в течение 1,5 ч при температуре 30°C. Затем сорбент прокаливают в течение 1,5 ч при температуре 600°C и обрабатывают раствором щелочи с концентрацией 0,5-1 моль/л в течение 1,5 ч при температуре 30°C. Обработанный щелочью сорбент прокаливают при температуре 600°C в течение 1,5 ч. В качестве исходного сорбента предпочтительно используют хотынецкий цеолитсодержащий трепел. Способ обеспечивает повышение сорбционной способности цеолита за счет термохимической модификации поверхности сорбента, что приводит к высокой степени очистки воды от вредных примесей. 3 табл.

Способ очистки воды от ионов тяжелых металлов, заключающийся в пропускании воды через слой сорбента, в качестве которого использован природный цеолит, обработанный раствором кислоты, отличающийся тем, что цеолит предварительно прокаливают при температуре 800-900°C в течение 45 мин, обрабатывают раствором кислоты с концентрацией 0,5-1 моль/л в течение 1,5 ч при температуре 30°C, затем прокаливают в течение 1,5 ч при температуре 600°C, обрабатывают раствором щелочи с концентрацией 0,5-1 моль/л в течение 1,5 ч при температуре 30°C с последующим прокаливанием при температуре 600°C в течение 1,5 ч.