Способ получения адсорбента из листьев пальмы для очистки вод Российский патент 2022 года по МПК B01J20/22 B01J20/28 B01J20/30 C02F1/28 

Изобретение относится к способу получения адсорбента из листьев пальмы, который может быть использован для очистки поверхностных, подземных и/или сточных вод.

Известен способ получения сорбента из рисовой соломы (патент RU 2 671 329 C1, МПК C02F 1/28, опубл. 30.10.2018) способ сорбционной очистки вод от аммонийного азота предприятий рыборазведения, включающий подачу сорбента, перемешивание и отделение твердой фазы, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют химически или термически активированную рисовую солому, при химической активации рисовой соломы ее промывают в дистилляте, а при термической активации проводят замораживание или высокотемпературную карбонизацию в электрической печи.

Известен, способ получения сорбента из листьев пальмы для очистки вод [Ahmed M. Soliman, Hanan M. Elwy, Thies Thiemann, Yasamin Majedi, Felix T. Labata, Nathir A.F. Al-Rawashdeh, Removal of Pb(II) ions from aqueous solutions by sulphuric acid-treated palm tree leaves, Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, Volume 58, 2016, Pages 264-273, ISSN 1876-1070, https://doi.org/10.1016/j.jtice.2015.05.035.(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1876107015002576)].

Согласно известному способу листья пальмы, собранные в естественных условиях в кампусе Университета Объединенных Арабских Эмиратов в Макаме, Аль-Айн, Абу-Даби, ОАЭ, обрабатывали в последовательности: промывка деионизированной водой, сушка на воздухе и разрезание на мелкие кусочки. Высушенные кусочки замачивали в 25% (масс./масс.) H₂SO₄ при комнатной температуре (rt) в течение 24 ч. Обработанные листья тщательно промывали дистиллированной водой и высушивали при rt. Затем листовую массу переносили в печь для карбонизации при различных температурах в течение 24 ч. Активированному углю (AC) давали остыть до rt и многократно промывали деионизированной водой, затем 1% экв. NaHCO₃, до достижения pH супернатантов на уровне около pH 6,0. Затем полученный активированный уголь сушили при 105±1°C в течение 12 ч для удаления остаточной влаги, измельчали и просеивали на стандартных ситах для отбора частиц размером от 300 мкм до 425 мкм. Частицы были запечатаны в полиэтиленовые контейнеры для дальнейшего использования.

Полученный АС применяли для удаления ионов Pb(II) из воды.

В водный раствор Pb(II) концентрацией 50 - 100 мг/дм³ вносили AC дозой 4 - 5 г/ дм³. Водный раствор перемешивали механически 1 минуту через 30 минут, фиксируя концентрацию ионов Pb(II) и рН воды во времени до достижения равновесного состояния, которое составило 3 часа.

При содержании в растворе 50 мг/дм³ Pb(II) наиболее эффективной дозой адсорбента является 4 г/ дм³, при содержании в растворе 100 мг/дм³ Pb(II) - эффективная доза составляет 5 г/дм³. Соответственно, эффективность очистки составила 98,6% и 92,6% при pH 5,5±0,3.

Одним из основных недостатков данного способа очистки вод является зависимость от термической активации и значительное потребление энергии.

Наиболее близким аналогом является способ получение сорбента из листьев пальмы для очистки вод [Mona El-Sayed, Amr A. Nada, Polyethylenimine -functionalized amorphous carbon fabricated from oil palm leaves as a novel adsorbent for Cr(VI) and Pb(II) from aqueous solution, Journal of Water Process Engineering, Volume 16, 2017, Pages 296-308, ISSN 2214-7144, https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2017.02.012. (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214714416305888)].

Листья пальмы были предварительно промыты дистиллированной водой, высушены в течение ночи при 60°C, измельчены, просеяны до постоянного размера и хранились до использования. Все используемые химические реактивы были аналитическими реактивами. Стандартные исходные растворы ионов металлов pb(II) и Cr(VI) с содержанием 1000 мг/дм³ были приготовлены из нитрата свинца и бихромата калия, соответственно, и далее разбавлены деионизированной водой для получения растворов более низкой концентрации.

Пальмовые листья подвергали процессу предварительной обработки, гидролизовали в разбавленной серной кислоте, полученный остаток подвергали процессу делигнификации для удаления лигнина, полученную целлюлозную массу подвергали реакции с наночастицей силиката кобальта в качестве катализатора под воздействием добавления концентрированной серной кислоты. В результате был получен готовый адсорбент АКТФ.

Далее, 20 г ACTF добавляли к 100 мл 10% (масс./об.) раствор полиэтиленимина / метанола, перемешивали при 160 об/мин при 298°К в течение 2 ч. Затем его немедленно переносили в 200 мл 1% (масс./об.) раствора глутаральдегида / метанола для сшивания, чтобы предотвратить его вымывание во время операции адсорбции. Раствор перемешивали при 160 об/мин при 298°К в течение 30 мин. Растворитель выпаривали при комнатной температуре, а адсорбент ACTF-PEI измельчали и просеивали до постоянного размера.

Результаты показали, что модификация тонкой пленки аморфного углерода полиэтиленимином значительно улучшила адсорбционные характеристики для Pb(II) и Cr(VI) и продемонстрировала, что рассчитанные равновесные сорбционные емкости составили 109,61 мг Pb(II) г^-1 и 108,80 мг Cr(VI) г^-1.

Недостатком этого способа является длительность и повышенные затраты на приготовление адсорбирующего материала, а также то, что он зависит в основном от химической активации и термической активации.

Сущность изобретения заключается в том, что способ получения адсорбента из листьев пальмы для очистки вод, включающий промывку листьев водопроводной водой, высушивание, разрезание и ввод их в обрабатываемую жидкость, при этом высушивание осуществляют при комнатной температуре в течение суток, разрезание листьев производят на фракции до 6 мм, а ввод измельченных листьев в обрабатываемую воду производят при перемешивании в течении от 1 минуты дозами 0,1 - 0,4 г/0,05 дм³.

Технический результат заключается в снижении затрат, а именно: снижается энергопотребление, время обработки и отсутствует необходимость использования химических реагентов на очистку вод.

Способ сорбционной очистки вод от растворенных и взвешенных органических загрязнений (по химической потребности в кислороде), который реализуется полученным адсорбентом из листьев пальмы, ежегодно в большом количестве выбрасываемых фермерскими хозяйствами.

Методика получения адсорбента, на примере образцов листьев пальм. Из сухих или срезанных свежих листьев пальмы для получения адсорбента готовят рабочий материал в вид снопов размером 15 - 30 см, который обрабатывается без активации в цилиндрической емкости проточной водопроводной водой при перемешивании и вымешивание руками (в лабораторных перчатках) для удаления жидкости в течение 15 - 20 минут при температуре 16°-18°С, далее листья помещают на наклонную влагостойкую поверхность с уклоном 10 - 15° для удаления стекающей с листьев жидкости в течение 20 - 30 минут, после чего раскладывают на плоскую впитывающую поверхность ровным слоем 2 - 3 см и высушивают при комнатной температуре 30°-36°С в течение 24 часов. Затем в зависимости от технологической потребности применения при очистке вод, листья разрезают лабораторными ножницами на равные фракции, например, 2х2 мм, 6х2 мм и 10х2 мм и т.п., и вносят в обрабатываемую воду дозой 0.1 -0.2- 0.4 г/0,05 дм³. В лабораторном стакане вместимостью 100 мл.

Пример реализации способа получения адсорбента из листьев пальмы. Подготовлен водный раствор глюкозы концентрацией 0.25 г/дм³ с начальной концентрацией по ХПК 235 мгО/дм³ и 7 мг/дм³ по ХПК.

В лабораторных опытах обработку вод проводили на адсорбенте из листьев пальмы фракцией 6х6 мм, с разными дозами (0,1 г, 0,2 г, 0,4 г).

Были проведены эксперименты по определению значений химической потребности в кислороде (ХПК), Результаты экспериментов (таблицы 1- 9) показали эффективность адсорбента из листьев пальмы для удаления органических загрязнений по ХПК.

Таблица 1 Значения химической потребности в кислороде водного раствора глюкозы концентрацией 0.25 г/дм³ с начальной концентрацией по ХПК 235 мгО/дм³ во времени контакта 1 - 30 минут, (без внесения адсорбента). Время, минут 1 5 15 20 30 с перемешиванием 293 337 446 456 477 без перемешивания 276 321 433 473 445

Таблица 2 Значения химической потребности в кислороде (ХПК) по времени (доза адсорбента 0,1 г, листья пальмы, фракция 6 мм). Время, минут 1 5 15 20 30 с перемешиванием 265 281 320 318 315 с перемеш холостая 293 337 446 456 477 Сорбировано, 28 56 126 138 162 мг/дм³ без перемешивания 245 256 271 281 302 без перемеш холост 276 321 433 473 445 Сорбировано,
мг/дм³ 31 65 162 192 143

Процесс адсорбции ХПК с перемешиванием и без перемешивания начинается с первой минуты и продолжает увеличиваться до 30 минут.

Средняя скорость адсорбции, при дозе 0,1 г листьев пальмы: с перемешиванием (510 мг /дм³/30) 17,0 мг/мин, без перемешивания (593 мг/дм³/30) 19,8 мг/мин.

Таблица 3 Значения химической потребности в кислороде (ХПК) по времени (доза адсорбента 0,2 г листьев пальмы, фракция 6 мм). Время, минут 1 5 15 20 30 с перемешиванием 262 286 351 369 405 с перемеш. холост 293 337 446 456 477 Сорбировано, по ХПК мг/дм³ 31 51 95 87 72 без перемешивания 232 253 309 331 375 ……………… 276 321 433 473 445 Сорбировано, мг/дм³ 44 68 124 142 70

Процесс адсорбции ХПК с перемешиванием и без перемешивания начинается с первой минуты и продолжает увеличиваться до 30 минут.

Средняя скорость адсорбции, при дозе 0,2 г листьев пальмы: с перемешиванием (336 мг /дм³/30) 11.2 мг/мин, без перемешивания (448 мг/дм³/30) 14.93 мг/мин.

Таблица 4 Значения химической потребности в кислороде (ХПК) во времени (доза адсорбента 0,4 г, листья пальмы, фракция 6 мм). Время, минут 1 5 15 20 30 с перемешиванием 271 335 465 506 588 с перемеш. холост 293 337 446 456 477 Сорбировано, по ТДС мг/дм³ 22 2 -19 -50 -111 без перемешивания 242 288 380 398 435 без перемешивания. холост 276 321 433 437 445 Сорбировано, ХПК мг/дм³ 34 33 53 39 10

Процесс адсорбции ХПК без перемешивания начинается с первой минуты и продолжает увеличиваться до 30 минут, а с перемешиванием начинается с первой минуты до 15 минут, затем начинается обратный процесс адсорбции(десорбция) до 30 минут.

Средняя скорость адсорбции, при дозе 0,4 г листьев пальмы: с перемешиванием (-156 мг /дм³/30) мг/мин, без перемешивания (169 мг/дм³/30) 5.63 мг/мин.

Таблица 5 Средняя скорость адсорбции, при дозах (0,1-0,2-0,4 г) листьев пальмы дозы(г) с перемешиванием (мг/мин) без перемешивания (мг/мин) 0,1 17,0 19,8 0,2 11.2 14.93 0,4 -5,2 5.63

Таблица 6 Показатели выделения растворенных твердых веществ (ТДС) во времени (доза адсорбента 0,1 г, листья пальмы, фракция 6 мм) Время, минут 1 5 15 20 30 с перемешиванием 12 37 66 82 93 с перемеш. холост 15 60 83 97 102 Сорбировано, по ТДС мг/дм³ 3 23 17 15 9 без перемешивания 14 25 52 76 83 без перемешивания. холост 15 34 41 45 55 Сорбировано, мг/дм³ 5 -6 -8 -6 1

Процесс адсорбции ТДС начинается с первой минуты до 30 минут с перемешиванием, а без перемешивания до 5 минут, затем начинается обратный процесс адсорбции(десорбция) до 30 минут.

Средняя нагрузка, на дозу 0,1 г: с перемешиванием (67 мг/дм³/30) 2,23 мг/мин, без перемешивания (-14 мг/дм³ /30) -0.47 мг/мин.

Таблица 7 Показатели выделения растворенных твердых веществ (ТДС) во времени (количество адсорбента 0,2 г, листья пальмы, фракция 6 мм) Время, минут 1 5 15 20 30 с перемешиванием 25 53 78 83 102 с перемеш. холост 15 60 83 97 102 Сорбировано, по ТДС мг/дм³ -10 7 5 14 0 без перемешивания 14 25 52 76 83 без перемешивания. холост 15 34 41 45 55 Сорбировано, мг/дм³ 1 9 -11 -31 -28

Процесс адсорбции ТДС начинается с пятой минуты до 30 минут с перемешиванием, а без перемешивания до 5 минут, затем начинается обратный процесс адсорбции(десорбция) до 30 минут.

Средняя нагрузка, на дозу 0,2 г: с перемешиванием (10 мг/дм³/30) 0,53 мг/минут, без перемешивания (-60 мг/дм³ /30) -2 мг/мин.

Таблица 8 Показатели выделения растворенных твердых веществ (ТДС) во времени (количество адсорбента 0,4 г, листья пальмы, фракция 6 мм) Время, минут 1 5 15 20 30 с перемешиванием 14 43 62 71 88 с перемеш. холост 15 60 83 97 102 Сорбировано, по ТДС мг/дм³ -7 17 21 26 14 без перемешивания 242 288 380 398 435 без перемешивания. холост 276 321 433 437 445 Сорбировано, мг/дм³ -3 2 2 -6 -7

Процесс адсорбции ТДС начинается с пятой минуты до 30 минут с перемешиванием, а без перемешивания до 15 минут, затем начинается обратный процесс адсорбции(десорбция) до 30 минут.

Средняя нагрузка, на дозу 0,4 г: с перемешиванием (71 мг/дм³/30) 2,36 мг/минут, без перемешивания (-12 мг/дм³ /30) -0,4 мг/мин.

Таблица 9 Средняя нагрузка, на дозы (0,1-0,2-0,4 г) листьев пальмы дозы(г) с перемешиванием (мг/мин) без перемешивания (мг/мин) 0,1 2,23 -0.47 0,2 0,53 -2 0,4 2,36 -0,4

Изобретение относится к способу получения адсорбента из листьев пальмы, который может быть использован для очистки поверхностных, подземных и/или сточных вод. Представлен способ получения адсорбента из листьев пальмы для очистки вод, включающий промывку листьев водопроводной водой, высушивание, разрезание и ввод их в обрабатываемую жидкость, характеризующийся тем, что высушивание осуществляют при комнатной температуре в течение суток, разрезание листьев производят на фракции до 6 мм, а ввод измельченных листьев в обрабатываемую воду производят при перемешивании в течение от 1 минуты дозами 0,1- 0,4 г/0,05 дм³. Изобретение обеспечивает снижение энергопотребления, времени обработки и отсутствие необходимости использования химических реагентов на очистку вод. 9 табл.

Способ получения адсорбента из листьев пальмы для очистки вод, включающий промывку листьев водопроводной водой, высушивание, разрезание и ввод их в обрабатываемую жидкость, отличающийся тем, что высушивание осуществляют при комнатной температуре в течение суток, разрезание листьев производят на фракции до 6 мм, а ввод измельченных листьев в обрабатываемую воду производят при перемешивании в течение от 1 минуты дозами 0,1-0,4 г/0,05 дм³.