Способ получения сорбентов из отходов глубокой переработки подсолнечного шрота Российский патент 2023 года по МПК B01J20/22 B01J20/32 C02F1/28 C02F1/62 C12N9/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области получения сорбционных материалов на основе растительных полимеров, в качестве которых используют отходы глубокой переработки подсолнечного шрота, предназначенного для очистки воды от ионов цинка (Zn²⁺), кадмия (Cd²⁺), свинца (Pb²⁺), меди (Cu²⁺) и может быть использовано в пищевой и фармацевтической промышленности.

Уровень техники

Известен способ получения сорбента, который включает измельчение сухих отходов переработки зернового и масличного сырья до размера частиц 2-7 мм, обработку двуокисью углерода в сверхкритических условиях при температуре 40-60°С и давлении 10-25 МПа, в течение 1-1,5 часов с последующим снижением давления до атмосферного, обработку гуминовыми кислотами и/или гуматами, перемешивание и сушку. В качестве сырьевого источника используют стержни кукурузных початков или плодовую оболочку семян подсолнечника. Изобретение позволяет получить эффективный сорбент для нефти и нефтепродуктов [RU2486955C1 Способ получения сорбента Дата публикации патента 10.07.2013 Патентообладатель - Кубанский государственный технологический университет]. Данный способ позволяет упаковать разливы нефти, но не эффективен относительно извлечения ионов металлов из сточных вод.

Известен способ получения лигноцеллюлозного сорбента из плодовых оболочек подсолнечника, который включает измельчение плодовых оболочек подсолнечника до размера частиц 0,160-0,500 мм, обработку 1%-ным раствором гидроксида натрия при комнатной температуре в течение 60 мин, промывку водой, нейтрализацию и сушку при температуре 105°С. Изобретение обеспечивает повышение сорбционной емкости сорбента, а также возможность перерабатывать многотоннажные отходы при переработке подсолнечника [RU 2616661, C1, Способ получения лигноцеллюлозного сорбента из плодовых оболочек подсолнечника опубл. 18.04.2017].

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ обработки короткого льняного волокна, который проводят в водных растворах ферментного препарата при модуле раствор/сорбент - 5-50 и концентрации ферментов - 5 % от массы сорбента в течение 1-3 ч при температуре 25°С. После этого раствор отфильтровывают, а сорбент промывают дистиллированной водой и высушивают [Т.Е. Никифорова, В.А. Козлов, Н.А. Багровская Изучение влияния ферментативной обработки короткого льняного волокна на его сорбционную способность Химия растительного сырья. 2005. №4. С. 45-52]. Недостатком данного метода является тот факт, что метод применим только для ионов меди (II) и не доказана эффективность сорбента относительно ионов других металлов.

В настоящее время отсутствует способ получения сорбционного материала из растительного сырья, позволяющий получать сорбент с высокой сорбционной способностью по отношению к ионам тяжелых металлов, который способен к биодеградации и безопасен для окружающей среды. Для решения этой проблемы предложен способ получения сорбционного материала для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, в качестве сорбционного материала предложено использовать отходы глубокой переработки подсолнечного шрота (ОГПШ).

Техническим решением заявляемого изобретения является получение сорбента для очистки сточных вод от ионов металлов цинка, кадмия, свинца и меди из отходов глубокой переработки подсолнечного шрота, который представляет собой серый порошок без посторонних включений, с влажностью не более 10 %, и рН водной вытяжки 5,0-6,5 с содержанием сухого вещества - до 95 %, сухого протеина - до 23 %, сырой клетчатки в пересчете на сухое вещество - около 36 %.

Технический результат достигается в результате последовательной обработки измельченного ОГПШ в растворах ферментных препаратов ЦеллоЛюкс А и Протосубтилин Г3х для повышения сорбционной емкости растительных полимеров, составляющих матрикс ОГПШ.

1 этап. Измельченное до размера частиц 2 мм сырье (ОГПШ) обрабатывают раствором ферментного препарата ЦеллоЛюкс А (производитель «Brendimaster», Россия) в соотношении от 0,5-1,5:50 (фермент/субстрат) по массе и рН 6. Смесь выдерживают на водяной бане LOIP (производитель Россия) в течении 1,5-2,5 часов при температуре 40-60°С, проводят периодическое перемешивание каждые 20 минут в течение 1 минуты, после чего отработанный раствор фермента сливают через перфорированную емкость с размером ячеек не более 1,5 мм и сорбционный материал промывают проточной водой до тех пор, пока промывные воды не станут прозрачными.

2-й этап. Полученный по первому этапу сорбционный материал обрабатывают раствором ферментного препарата Протосубтилин Г3х (производитель «Brendimaster», Россия) в соотношении 0,5-1,5:50 (фермент/субстрат) по массе в тех же условиях, после отработанный раствор фермента сливают через перфорированную емкость с размером ячеек не более 1,5 мм и сорбционный материал снова промывают проточной водой.

Полученный материал высушивают в сушильном шкафу на металлическом противне, на котором сорбент раскладывают слоем толщиной 0,5 см и подвергают нагреванию при температуре (100±5) °С до достижения влажности образцов не более 10±0,5 %. Высушенные до влажности не более 10±0,5 % сорбенты измельчают с помощью дробилки. Полученный порошок просеивают через вибрационный просеиватель до размера частиц от 1,0 до 1,5 мм.

В таблице 1 приведены характеристики готовых сорбентов из ОГПШ.

Таблица 1 - Характеристики готовых сорбентов из ЛП/ОГПШ Наименование показателя Значение Цвет Серый Внешний вид Свободно-сыпучий порошок без посторонних включений Размер частиц, мм 1,0 Влажность, % Не более 10 % рН водной вытяжки * 4,0-6,0 Сорбционная емкость по йоду, мг/г Не менее 30,0±4,5 Сорбционная емкость по метиленовому голубому, мг/г Не менее 210,0±31,5 Сорбционная емкость по метиловому оранжевому, мг/г Не менее 205,0±31,0

В таблице 2 приведены примеры влияния варьируемых параметров на сорбционную емкость полученных из ОГПШ сорбционных материалов относительно ионов цинка, кадмия, свинца и меди.

Таблица 2 - Влияние варьируемых параметров на сорбционную емкость полученных из ОГПШ сорбционных материалов № Режимные параметры Пример 1 Пример 2 Пример 3 1 Соотношение ЦеллоЛюкс А / ОГПШ 0,5:50 1,0 : 50 1,5 : 30 3 Температура гидромодуля, °С 45 50 55 4 Соотношение Протосубтилин Г3х/ ОГПШ 0,5:50 1,0 : 50 1,5 : 30 6 Температура гидромодуля, °С 45 50 55 Сорбционная емкость полученных материалов ^*, мг/г Ионы Пример 1 Пример 2 Пример 3 5 Zn²⁺, мг/дм³ 46 55 44 6 Cd²⁺, мг/дм³ 44 50 48 7 Pb²⁺, мг/дм³ 26 35 30 8 Cu²⁺, мг/дм³ 66 82 75

^{* -} значения максимальной сорбционной емкости рассчитаны с использованием изотерм адсорбции

Для определения сорбционной емкости полученных материалов проводят статическую сорбцию. Для этого сорбционный материал в количестве 20 г/л вносят в модельные растворы, содержащие ионы металлов (Zn²⁺, Cd²⁺, Pb²⁺, Cu²⁺) c различной начальной концентрацией металлов и проводят процесс сорбции в течение 1 часа при постоянном перемешивании и термостатировании при температуре 22±2°С и рН раствора 6,0. Затем модельные растворы отфильтровывают и определяют остаточное содержание ионов металлов на приборе анализатор вольтамперометрический TA- lab (Томьаналит, Россия).

Расчет максимальной сорбционной емкости А, мг/г проводят по формуле:

где С_t - концентрация раствора в данный момент времени, мг/дм³;

m - масса сорбента, г

Схема получения сорбентов из ОГПШ представлена на фигуре 1.

Полученные согласно предлагаемому изобретению порошкообразные сорбенты из ОГПШ для очистки сточных вод от ионов цинка, кадмия, свинца и меди в промышленных условиях могут быть использованы в качестве наполнителей для адсорберов.

Изобретение относится к области получения сорбционных материалов на основе растительных полимеров, в качестве которых используют отходы глубокой переработки подсолнечного шрота, предназначенного для очистки воды от ионов цинка (Zn²⁺), кадмия (Cd²⁺), свинца (Pb²⁺), меди (Cu²⁺) и может быть использовано в пищевой и фармацевтической промышленности. Представлен способ получения сорбционного материала для очистки воды от ионов цинка, кадмия, свинца и меди из отходов глубокой переработки подсолнечного шрота, заключающийся в последовательной обработке измельченного сырья растворами ферментных препаратов ЦеллоЛюкс А и Протосубтилин Г3х в соотношении 0,5-1,5:50 фермент/субстрат по массе при рН 6 и нагревании при температуре 40-60°С в течение 1,5-2,5 часов, последующей промывке проточной водой и высушивании при температуре (100±5)°С до достижения влажности не более 10±0,5% и просеивании через вибросита. Изобретение обеспечивает получение сорбента для очистки сточных вод от ионов металлов цинка, кадмия, свинца и меди из отходов глубокой переработки подсолнечного шрота, который представляет собой серый порошок без посторонних включений, с влажностью не более 10%, и рН водной вытяжки 5,0-6,5 с содержанием сухого вещества - до 95%, сухого протеина - до 23%, сырой клетчатки в пересчете на сухое вещество - около 36%. 1 ил., 2 табл., 3 пр.

Способ получения сорбционного материала для очистки воды от ионов цинка, кадмия, свинца и меди из отходов глубокой переработки подсолнечного шрота, заключающийся в последовательной обработке измельченного сырья растворами ферментных препаратов ЦеллоЛюкс А и Протосубтилин Г3х в соотношении 0,5-1,5:50 фермент/субстрат по массе при рН 6 и нагревании при температуре 40-60°С в течение 1,5-2,5 часов, последующей промывке проточной водой и высушивании при температуре (100±5)°С до достижения влажности не более 10±0,5% и просеивании через вибросита.