СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОНОВ МЕДИ (II) ИЗ РАСТВОРОВ Российский патент 2023 года по МПК C02F1/28 C02F1/62 C02F103/16 C02F103/34 C22B3/24 B01J20/22 C22B15/00 

Способ извлечения ионов меди (II) из раствора относится к области извлечения веществ ионообменными материалами и может быть использован в цветной и черной металлургии, при очистке промышленных и бытовых стоков, а также в сельском хозяйстве и медицине.

Известно применение семян культурных растений для избирательной сорбции ионов тяжелых металлов [Ю.М. Шапиро, Е.А. Скрипченко, С.М. Никифорова и др. Избирательная сорбция ионов тяжелых металлов семенами культурных растений. Известия вузов. Пищевая технология, №2-3, 2011 г.].

Недостатком исследований является высокая стоимость семян культурных растений.

Известно применение амаранта в качестве сидеральной культуры. [С.А. Бекузарова, М.В. Дзампаева. Сорбционные свойства амаранта на токсических почвах. Юбилейный сборник научных трудов: материалы международной научно-практической конференции факультета агрономии, агрохимии и экологии. Под общей редакцией В.А. Федотова. Воронежский государственный аграрный университет им. Императора Петра I (Воронеж) с. 112-119, 2019 г.].

Недостатком исследований является то, что совместно с сидеральной культурой применялась местная цеолитсодержащая глина Аланит обладающая адсорбирующими свойствами. В исследованиях недостаточно изучены сорбционные свойства амараната в отношении ионов меди (II).

Наиболее близким техническим решением является способ извлечения ионов меди (II) из водного раствора [RU 2393246 С2, С22В 15/00, С22В 3/24, C02F 1/28, опубл. 10.03.2010]. В качестве сорбента используется кожица фасоли, предварительно обработанная в щелочном растворе, при рН 4.

Недостатком способа является то, что отделение кожицы фасоли от семядолей достаточно трудоемкий и сложный процесс, а использование кожицы фасоли в промышленных масштабах затруднительно.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является нахождение оптимальных условий для быстрого и эффективного способа извлечения ионов меди (II) из промышленных и бытовых стоков с использованием продуктов сельскохозяйственного производства.

Техническим результатом, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, являются улучшение кинетических характеристик процесса извлечения ионов меди (II) из водного раствора при одновременной высокой степени его извлечения, снижение расхода реагентов, экономичность процесса за счет использования недорогих продуктов сельскохозяйственного производства.

Технический результат достигается тем, что в качестве сорбента используют семена амаранта, предварительно выдержанные в щелочном растворе, и сорбцию осуществляют при рН 4.

Сущность способа поясняется графиками, где на фиг. 1-4 даны результаты сорбции ионов меди (II) из водного раствора. На графиках полученные функциональные зависимости даны также в аналитической форме.

Предварительно сорбент в течение суток выдерживали в 0,1 н растворах H₂SO₄ или НС1, или NaOH либо в дистиллированной воде.

Сорбцию ионов меди (II) осуществляли из 100 см³ исходного раствора CHSO₄, концентрацию иона металла определяли объемным методом.

Масса сорбента, в г, составила: семена амаранта 1.

Сорбцию проводили в статических условиях при непрерывном перемешивании, в процессе сорбции поддерживали заданное значение рН растворов непрерывной нейтрализацией раствора щелочью NaOH или кислотой H₂SO₄ или кислотой HCl. Коррекцию величины рН до заданного значения осуществляли в пределах двух часов и через сутки от начала сорбции.

Показатели сорбции даны в виде остаточной концентрации иона меди (II) в данный момент времени от начала сорбции С, мг/дм³, рН - постоянной величины рН в процессе сорбции, СОЕ, мг/г, - сорбционной обменной емкости сорбента, в мг сорбата на 1 г сорбента, при достижении системой равновесия и ОЕ, мг/г, - емкости сорбента, в мг сорбата на 1 г сорбента, в данный момент времени τ, мин.

Примеры конкретного выполнения способа.

Пример 1 (таблица).

В таблице даны результаты сорбции ионов меди (II) при рН 4 семенами амаранта, сорбция из раствора CuSO₄ (температура 25°С и 60°С).

Исходная концентрация ионов меди (II) составляет 1200-1450 мг/дм³.

Лучшие результаты сорбции при использовании в качестве сорбента семян амаранта, получены при щелочной обработке сорбента. Пример 2 (фиг. 1, а, б)

На фиг. 1 даны результаты сорбции семенами амаранта (масса 1 г, время сорбции 1 час) в зависимости от величины рН и предварительной обработки сорбента, сорбция из раствора CuSO₄ при температуре 25°С (фиг. 1, а), при температуре 60°С (фиг. 1, б).

При этом на фиг.1, а:

1 - щелочная обработка (0,1н NaOH)

2 - водная обработка

3 - кислая обработка (0,1н H₂SO₄)

4 - кислая обработка (0,1н HCl)

СОЕ (1) = -6,3622pH2+49,634pH-47,093

R²=0,9279

СОЕ (2) = 1,8179pH2-3,2721pH+25,45

R²=0,8095

СОЕ (3) = -0,4594pH2+9,7574pH+7,6042

R²=0,8692

СОЕ (4) = -0,406pH2+11,923pH-11,063

R²=0,9915

На фиг.1, б:

1 - щелочная обработка (0,1н NaOH)

2 - кислая обработка (0,1н H₂SO₄)

3 - водная обработка

4 - кислая обработка (0,1н HCl)

СОЕ (1) = -4,5421pH2+38,714pH-36,9

R²=0,8746

СОЕ (2) = -0,4221pH2+9,5779pH-6,374

R²=0,8346

СОЕ (3) = 0,0029pH2+10,171pH-10,176

R²=0,8888

СОЕ (4) = 0,9093pH2+2,1793pH-5,088

R²=0,8741

Лучшие результаты сорбции получены при щелочной обработке сорбента, рН 4 и температуре 25°С.

Через сутки сорбции при рН 4 получено:

Полученные данные свидетельствуют о том, что предварительная обработка сорбента и температура раствора влияет на кинетику сорбции и слабо влияет на СОЕ сорбента.

Пример 3 (фиг. 2)

Сорбция из раствора CuSO₄, температура 25°С, С_исх=1200-1450 мг/дм³, масса семян амаранта 1 г.

На фиг. 2 дана зависимость обменной емкости семян амаранта, мг/г, от времени τ, мин, при рН 4, щелочной обработке семян амаранта.

Относительное равновесие достигается за время 30 мин, СОЕ=57,3 мг/г.

Кинетическое уравнение имеет вид

ОЕ=0,3783τ+48,668 мг/г.

Через сутки сорбции СОЕ=57,3 мг/г.

Пример 4 (фиг. 3, а, б)

Сорбция из раствора CuSO₄, температура 25°С, масса семян амаранта 1 г.

На фиг. 3 дана зависимость остаточной концентрации (фиг. З, а) и обменной емкости ОЕ (фиг. 3, б) семян амаранта от исходной концентрации, мг/дм³, и времени сорбции, мин, при рН 4, щелочной обработке сорбента и температуре раствора 25°С. Цифрами указаны исходные концентрации ионов меди (II).

Пример 5 (фиг. 4, а, б)

Сорбция из раствора CuSO₄, температура 60°С, масса семян амаранта 1 г.

На фиг. 4 дана зависимость остаточной концентрации (фиг. 4, а) и обменной емкости ОЕ (фиг. 4, б) семян амаранта от исходной концентрации, мг/дм³, и времени сорбции, мин, при рН 4, щелочной обработке сорбента и температуре раствора 60°С. Цифрами указаны исходные концентрации ионов меди (II).

Как следует из полученных данных, ОЕ семян амаранта зависит от исходной концентрации, температуры и времени сорбции.

В отличие от прототипа, включающего сорбцию ионов меди (II) контактированием раствора с кожицей фасоли, в предлагаемом способе показаны возможности быстрого и эффективного извлечения ионов меди (II) из промышленных и бытовых стоков с использованием семян амараната -недорогих продуктов сельскохозяйственного производства.

Изобретение относится к способу извлечения меди (II) из водного раствора и может быть использовано в области извлечения веществ ионообменными материалами в цветной и черной металлургии, при очистке промышленных и бытовых стоков, а также в сельском хозяйстве и медицине. Способ извлечения ионов меди (II) из водного раствора включает сорбцию меди (II) контактированием исходного раствора с семенами амаранта. При этом в качестве сорбента используют семена амаранта, предварительно обработанные щелочным раствором. Сорбцию осуществляют при рН 4 и температуре раствора 25°С. Способ позволяет эффективно извлечь медь (II) из промышленных и бытовых стоков. 4 ил., 1 табл., 5 пр.

Способ извлечения ионов меди (II) из водного раствора, включающий сорбцию меди контактированием раствора с семенами амаранта, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют семена амаранта, предварительно обработанные в щелочном растворе, сорбцию осуществляют при рН 4 и температуре раствора 25°С.