Способ получения сорбента на минеральной основе Российский патент 2019 года по МПК B01J20/04 B01J20/30 

Описание патента на изобретение RU2682599C1

Изобретение относится к технологии сорбентов, конкретно, к способам получения сорбентов, которые могут применяться для очистки воды, водных растворов от тяжелых металлов.

Сорбционная очистка и доочистка водных растворов являются одним из эффективных способов удаления минеральных и органических загрязнений из водных растворов, природных вод и сточных вод, что является важной задачей экологической безопасности страны [1]. Для этого используют органические и минеральные сорбенты.

Описан способ получения органического сорбента на основе древесных опилок, которые обрабатывали органическим реагентом - производным тетрагидроиндола, в ацетоне [2]. Сорбционная емкость сорбента в статических условиях составляла 0,7-1,4 мг/г тяжелых металлов. Способ отличается сложной технологией. Известны способы получения синтетических сорбентов на минеральной основе, например, на основе кремнезема.

Они отличаются относительно высокой стоимостью. Известен способ получения сорбентов на основе минерала глауконита, который относится к группе слоистых алюмосиликатов, характеризующихся высоким содержанием катионов железа и алюминия в кристаллической решетке. Сорбционные свойства гранулированного и модифицированного минерала использовали для очистки природных и сточных вод [3]. Способ отличается сложностью обработки сырья, включающий измельчение его, обработку водой, перемешивание, гранулирование, сушку при 100-120°С, измельчение сухого полуфабриката с рассевом на ситах 0,5 и 3 мм.

Сорбцию проводили в статическом режиме.

Время контакта сорбента с раствором ионов тяжелых металлов с концентрацией 1-10 г/л в соотношение 10 г сорбентов на 100 мл растворов составляло 3 часа.

Измеряли равновесные концентрации металлов.

Строились изотермы сорбции. Определяли величины максимальной адсорбции в мг/г. Величина максимальной сорбции для природного и гранулированного глауконита составляла, например, для Fe2+ 5,8 и 620 мг/г; Cu2+ 6,79 и 7,49 мг/г соответственно, т.е. увеличение от исходного материала по Fe2+ на 6,5%, по Cu2+ на 10,3%.

Указывается, что сорбционные свойства гранулированного и природного глауконита практически одинаковы.

Нами приведенные данные по сорбционной емкости представляются завышенными, принимая во внимание высокие концентрации катионов металлов в водных растворах (1-10 г/л) в то же время сорбционная емкость по литературным данным по цеолитам не превышала 6 мг/г, а концентрация растворов катионов металлов - не более 100-200 мг/л [1]. Описан способ получения сорбента на минеральной основе (оксидов элементов), включающий увлажнение, измельчение, сушку при температуре 100-105°C природных алюмосиликатных пород, например, цеолитсодержащих пород Татарстана общей формулы М2/nO⋅Al2O3⋅xSiO2⋅у⋅Н2О, где: М - щелочной или щелочноземельный металл; n - степень окисления, х и у - числа молекул SiO2 и Н2О [4 прототип]. При термообработке вода частично удаляется из микропор, материал приобретает способность сорбировать внутрь структуры различного вещества.

В водном растворе цеолиты обмениваются своими катионами на другие катионы раствора. В качестве минеральных компонентов цеолиты содержат в основном такие минералы как клиноптилолит, морденит, а содержание цеолитов колеблется от 5-40 до 70%.

Состав клиноптилолита (%/мас):

SiO2 68,8-81,2; Al2O3 4,2-7,6; Na2O 0,2-1,4; H2O 1,5-2,3; СаО 5,0

Используют порошок с размером частиц до 0,25 мм с насыпной массой 0,7-0,8 г/см3.

Статически сорбционная емкость по тяжелым металлам составляет от 0,26 до 2,0 мг/г (по нашим данным).

Недостатки способа - сложность технологии обработки сырья, относительно низкая сорбционная емкость, значительные затраты при переработке и транспортировке сорбента.

Техническая задача - упрощение технологи, повышения эффективности действия сорбента, снижение затрат, расширение ассортимента сорбента.

Указанная цель достигается тем, что в предложенном способе используют доступное сырье - оксид магния (по ГОСТ 4526-75), который выпускается в виде тонкоизмельченного порошка реактивной квалификации по хим составу:

содержание основного вещества не менее 97%;

содержание кальция 0,005%, алюминия 0,01%, железа 0,005%, кремния 0,02% и др.

Оксид магния обрабатывали дистиллированной водой в соотношении 1:1,5 (гидратация), перемешивали, выдерживали 30 минут до получения тестообразной массы в фарфоровой чашке, сушили при температуре 100-105°C в течение 1 часа, далее проводили термообработку при температуре 110-130°C до постоянной массы. Измельчали пестиком в фарфоровой чашке до частиц размером 1-4 мм (90%) остальное - порошок, который гидратировали с новой порцией оксида магния. Сушку и термообработку контролировали по массе продукта. В качестве сорбента использовали оксид магния гидратированный (сухой) с размером частиц 1-4 мм с влажностью 0,8-1,0% с насыпной массой 0,3-0,4 г/см3. Сорбцию проводили путем смешивания 0,5 сорбента - оксида магния с 10 мл водного раствора ионов меди и Цинка при периодическом перемешивании в стеклянной колбе на 50 мл в течение 3-3,5 часов (до прекращения изменения концентрации ионов металла). Далее осадок отделяли фильтрованием на фильтровальной бумаге. Продолжительность фильтрования 3-4 мин. В фильтрате химанализом определяли концентрации металлов. Проводили расчет статической сорбционной емкости и степень извлечения металла (удаления).

При обработке исходного MgO продолжительность фильтрования 15-20 мин, а сорбционная емкость по меди 1,1 мг/г.

Примеры осуществления способа.

Пример 1. Приготовление сорбента.

В фарфоровой чашке смешивали 10 г оксида магния реактивной квалификации с 15 г дистиллированной воды (соотношение 1:1,5). Перемешивали 30 минут, выдерживали, ставили в сушильный шкаф и сушили при температуре 100-105°C в течение 1 часа, затем повышали температуру до 110-130°C и выдерживали 1,5 часа, затем чашку охлаждали в эксикаторе и взвешивали. Получено 11,0 г белой массы. Измельчали ее до частиц размером 1-4 мм. Осадок (0,1 г) после рассева в виде порошка использовали при необходимости в следующей операции.

Пример 2.

В коническую колбу вместимостью 50 мл загружали 0,5 г полученного оксида - магния с размером частиц 1-4 мм и добавляли 10 мл приготовленного раствора меди (Cu2+) с концентрацией 100 мг/л в виде сульфата, перемешивали встряхиванием (экстрагировали), выдерживали при комнатной температуре (22-24°C) 3 часа. Отделяли осадок фильтрованием в течение 3 мин. на бумажном фильтре и в растворе химанализом определили концентрацию меди 35,8 мг/л, рассчитали статическую сорбционную емкость 1,28 мг/г.

Степень извлечение (удаления) 75%.

Пример 3.

Как в примере 2 в фарфоровую чашку загружали 0,5 г сорбента оксида магния с размером частиц 1-4 мм и добавляли 10 мл раствора цинка (Zn2+) в с концентрацией 100 мг/л виде сульфата периодически перемешивали встряхиванием, выдерживали при комнатной температуре в течение 3,5 часов. Отделяли раствор от осадка фильтрованием в течение 4 мин., в фильтрате химанализом определили 20 мг/л цинка, статическая сорбционная емкость 1,6 мг/г.

Степень извлечения 80%. Продолжительность фильтрации отработанных сорбентов по примерам 2 и 3 снижается по сравнению с исходным продуктом.

Таким образом, предложенный способ позволяет упростить технологию, повысить статическую сорбционную емкость (эффективность), снизить затраты, расширить ассортимент сорбентов.

Перечень источников информации принятых во внимание при экспертизе

1. Яковлев С.В. и др. Очистка производственных сточных вод: Учебн. пособие. М. Стройиздат, 1979 г., 320 с, С.124.

2. Авторское свидетельство СССР №1498551, 1987, B01j 20/22.

3. Синельцев А.А., Губина Т.Н. Адсорбция катионов Fe2+, Mn2+, Cu2+, Cd2+ гранулированные глауконитовыми сорбентами // Известия Саратовского университета. Сер. Химия, биология, экология, 2016. Т.16 вып.3, С.257-262.

4. Цеолитсодержащие породы Татарстана и их применение / под редакцией А.В. Якимова и А.И. Бурова. Казань, Изд. ФЭН, 2001, 176 с.

Похожие патенты RU2682599C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА НА МИНЕРАЛЬНОЙ ОСНОВЕ 2006
  • Осадченко Иван Михайлович
  • Горлов Иван Федорович
  • Спивак Марина Ефимовна
  • Дикусаров Вячеслав Геннадьевич
RU2311955C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА НА РАСТИТЕЛЬНОЙ ОСНОВЕ 2011
  • Осадченко Иван Михайлович
  • Горлов Иван Фёдорович
  • Юрина Евгения Сергеевна
  • Бабичева Ирина Андреевна
  • Поберухин Михаил Михайлович
RU2471551C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ОТ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И СОРБЕНТ 2014
  • Рамазанов Арсен Шамсудинович
  • Есмаил Гамил Касим
RU2563011C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА ДЛЯ ОЧИСТКИ РАСТВОРОВ ОТ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ 2014
  • Голубева Ольга Юрьевна
  • Ульянова Наталия Юрьевна
  • Яковлев Александр Вячеславович
  • Дякина Мария Павловна
RU2561117C1
СПОСОБ СОРБЦИОННОЙ ОЧИСТКИ ПРОТОЧНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И СТОЧНЫХ ВОД ОТ КАТИОНОВ НИКЕЛЯ НА КОМПОЗИТНОМ СОРБЕНТЕ 2016
  • Цыганкова Людмила Евгеньевна
  • Вигдорович Владимир Ильич
  • Шель Наталья Владимировна
  • Есина Марина Николаевна
  • Протасов Артем Сергеевич
  • Попова Анастасия Николаевна
RU2632844C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМОСИЛИКАТНЫХ АДСОРБЕНТОВ 2014
  • Милинчук Виктор Константинович
  • Шилина Алла Сергеевна
  • Гордиенко Александр Борисович
  • Шилин Виталий Алексеевич
  • Соколова Юлия Дмитриевна
RU2577381C2
Способ получения сорбента на основе доломита 2019
  • Маслова Марина Валентиновна
  • Мудрук Наталья Владимировна
  • Герасимова Лидия Георгиевна
  • Иванец Андрей Иванович
RU2711635C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ 2014
  • Сомин Владимир Александрович
  • Черкасов Анатолий Сергеевич
  • Комарова Лариса Фёдоровна
RU2579129C1
ГИГИЕНИЧЕСКИЙ НАПОЛНИТЕЛЬ ДЛЯ КОШАЧЬЕГО ТУАЛЕТА 1996
  • Матвеева Л.Г.
  • Федяев Ф.Ф.
  • Федяев Д.Ф.
  • Данилов А.А.
  • Камалеева Р.Г.
  • Матвеев И.О.
  • Ульянов В.Н.
  • Кондратенко И.И.
  • Малыгин А.В.
RU2127041C1
СОРБЕНТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДНЫХ СРЕД ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 2014
  • Мартемьянов Дмитрий Владимирович
  • Галанов Андрей Иванович
  • Журавков Сергей Петрович
  • Мухортов Денис Николаевич
  • Хаскельберг Михаил Борисович
  • Юрмазова Татьяна Александровна
  • Яворовский Николай Александрович
RU2592525C2

Реферат патента 2019 года Способ получения сорбента на минеральной основе

Изобретение относится к технологии сорбентов, конкретно к способам получения сорбентов, которые могут применяться для очистки воды, водных растворов от тяжелых металлов. Предложен способ получения сорбента на минеральной основе путем обработки сырья водой и сушки, согласно изобретению в качестве минеральной основы используют оксид магния, который подвергают гидратации водой в соотношении 1:1,5 с перемешиванием, сушку проводят при температуре 100-105°C в течение 1 часа, термообработку - при температуре 110-130°C в течение 1,5 часов.

Формула изобретения RU 2 682 599 C1

Способ получения сорбента на минеральной основе путем обработки сырья водой и сушки, отличающийся тем, что в качестве минеральной основы используют оксид магния, который подвергают гидратации водой в массовом соотношении 1:1,5 с перемешиванием, сушку проводят при температуре 100-105°С в течение 1 часа, термообработку проводят при температуре 110-130°С в течение 1,5 часов.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2019 года RU2682599C1

В
А
Королёв и др., Сорбционные свойства брусита и глинистых смесей на его основе, Экология и промышленность России, 2016, т
Прибор для промывания газов 1922
  • Блаженнов И.В.
SU20A1
Н
Ф
Косенко и др., Влияние механической обработки оксида магния на скорость его растворения, Ползуновский альманах, 1-2, 2007, с
Экономайзер 0
  • Каблиц Р.К.
SU94A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОКСИДА МАГНИЯ 2002
  • Кирсанов В.А.
  • Мутовина М.Г.
  • Бондарева Т.А.
  • Орехов Б.В.
  • Колесов А.И.
  • Кривобородов Ю.Р.
  • Мусинский В.В.
  • Иванов В.Ф.
  • Дедик Ю.П.
  • Тимошевский А.Н.
  • Савин А.А.
  • Саблин В.А.
  • Кочнев А.В.
  • Горюнов В.М.
RU2200129C1
Марчено Л.А., Влияние совместно-осаждённых гидроксидов на сорбцию тяжёлых металлов, Сорбционные и хроматографические процессы, 2009, т
Разборный с внутренней печью кипятильник 1922
  • Петухов Г.Г.
SU9A1
Приспособление для точного наложения листов бумаги при снятии оттисков 1922
  • Асафов Н.И.
SU6A1
Запорный к лапан для тушения горящих нефтяных фонтанов 1914
  • Бутнин А.Я.
SU868A1
Тимин А.С
и др., Синтез неорганических гибридных материалов совместным осаждением гидроксидов Mg, Al, Cr и адсорбция на них ионов Cu и Pb
Химия и химическая технология, 2014, т
Способ получения на волокне оливково-зеленой окраски путем образования никелевого лака азокрасителя 1920
  • Ворожцов Н.Н.
SU57A1
Топка с несколькими решетками для твердого топлива 1918
  • Арбатский И.В.
SU8A1
Коридорная многокамерная вагонеточная углевыжигательная печь 1921
  • Поварнин Г.Г.
  • Циллиакус А.П.
SU36A1
СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ 1996
  • Бочкарев Г.Р.
  • Карев В.В.
  • Пушкарева Г.И.
  • Белобородов А.В.
  • Кондратьев С.А.
RU2108297C1
СОРБЕНТ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 2003
  • Вольхин В.В.
  • Фарберова Е.А.
  • Кудымова Н.Г.
  • Чебыкина Н.М.
RU2255801C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА МЫШЬЯКА 2016
  • Исупов Виталий Петрович
  • Катунина Анна Игоревна
  • Шацкая Светлана Станиславовна
RU2613519C1

RU 2 682 599 C1

Авторы

Осадченко Иван Михайлович

Горлов Иван Фёдорович

Сложенкина Марина Ивановна

Николаев Дмитрий Владимирович

Андреев-Чадаев Павел Сергеевич

Даты

2019-03-19Публикация

2017-06-20Подача