СПОСОБ ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИОННОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ ПОРОШКОВЫХ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 2023 года по МПК C02F1/465 

Изобретение относится к области химической промышленности и охраны окружающей среды и может быть использовано для очистки сточных вод, содержащих взвешенные вещества, в том числе углеродные материалы (порошковые углеродные материалы) после проведения процесса сорбции в статическом режиме с подвижным слоем адсорбента.

Порошковые углеродные материалы широко применяются в процессах водоочистки. Они являются перспективными адсорбционными материалами, применение которых позволяет решать задачи охраны окружающей среды, в том числе очистки питьевой воды, обезвреживания сточных вод, переработки жидких радиоактивных отходов, добычи цветных металлов. Вследствие малых размеров порошковых углеродных материалов и высокой коллоидной устойчивости процесс извлечения их из водных растворов затруднен.

Перспективным методом извлечения из сточных вод взвешенных веществ является электрофлотация. Известен способ извлечения высокодисперсного углеродного материала из водных растворов электрофлотационным методом [Gaydukova A., Kolesnikov V., Stoyanova A., Kolesnikov A. Separation of highly dispersed carbon material of OU-B grade from aqueous solutions using electroflotation technique // Separation and Purification Technology. - 2020. - V. 245. - P. 116861.] Способ позволяет извлекать высокодисперсные углеродные материалы в присутствии фоновой соли сульфата натрия при соотношении их друг к другу 1:10, со степенью извлечения 56 % без добавок за 20 минут электрофлотации. В присутствии коагулянта FeCl₃ (соотношение углеродный материал : фоновая соль : коагулянт 10:100:1) степень извлечения углеродного материала уменьшалась до 48 % за то же время электрофлотационного процесса.

Недостатком способа является то, что при увеличении начальной концентрации активированного угля до 300 мг/л, степень извлечения высокодисперсного углеродного материала падает до 16 %.

Наиболее близким по техническому решению является способ электрофлотационного извлечения углеродных сорбентов в присутствии различных фоновых солей и поверхностно-активных веществ из водных растворов [Гайдукова А.М., Колесников В.А., Напреева А.Д., Кондратьева Е.С. Извлечение углеродных сорбентов из водных растворов электрофлотационным методом после сорбции в статическом режиме // Цветные металлы. - 2021. - №10. - С. 31-36]. Показано, что степень извлечения порошкового углеродного материала из водных растворов фоновой соли (хлорид натрия) изменяется от 2% без добавок до 84 % в присутствии композиции коагулянт FeCl₃-катионный флокулянт (соотношение катионный флокулянт : коагулянт FeCl₃ : хлорид натрия 1:5:200) в нейтральной среде рН = 6 при плотности тока 0,02 А/дм². Этот способ выбран за прототип.

Недостатком является то, что в данном способе полученные результаты применимы только для извлечения порошковых углеродных материалов концентрацией до 1 г/л. Не установлена возможность очистки водных растворов при увеличении содержания в воде порошковых углеродных материалов и снижении концентрации коагулянта.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение степени извлечения количества извлекаемых порошковых углеродных материалов из водных растворов солей в присутствии неионогенного флокулянта и коагулянта AlCl₃ при соотношении 1:3.

Поставленная задача достигается тем, что электрофлотационное извлечение порошкового углеродного материала концентрацией до 1,6 г/л проводится при плотности тока 0,02 А/дм² в присутствии коагулянта на основе соли алюминия (III), неионогенного флокулянта, а также фоновых солей хлорида или нитрата натрия при соотношении флокулянта и коагулянта, составляющем 1:3.

Эффективность способа объясняется следующим образом. В присутствии коагулянта на основе соли алюминия (III) образуются более крупные хлопья с развитой поверхностью, что способствует повышению устойчивости образуемого комплекса коагулянт - порошковый углеродный материал. Введение неионогенного флокулянта способствует увеличению размеров образуемых частиц, что в свою очередь интенсифицирует электрофлотационный процесс их извлечения не только из водного раствора хлорида натрия, но и из раствора нитрата натрия.

Предлагаемое изобретение позволяет увеличить концентрацию извлекаемого порошкового углеродного материала до 1,6 г/л и увеличить степень его извлечения до 90 - 94% при сохранении времени электрофлотации 20 минут.

Таким образом, эффективность от применения предлагаемого способа обусловлена повышением количества извлекаемого порошкового углеродного материала и увеличением степени его извлечения из водных растворов до 90-94 %.

Способ подтверждается следующими примерами:

Для сравнения эффективности известного и предлагаемого способов проводилась очистка сточных вод с использованием одной и той же системы электродов, конструкции электрофлотатора, плотности тока, рН среды.

В таблице 1 представлены данные зависимости степени извлечения порошкового углеродного материала от его начальной концентрации в растворе в присутствии коагулянта на основе соли алюминия (III).

В таблице 2 для сравнения представлена степень извлечения заявляемого способа и прототипа.

Как видно из таблицы 2 заявляемый способ позволяет уменьшить концентрацию коагулянта, повысить степень извлечения порошкового углеродного материала и его концентрацию с 1 г/л до 1,6 г/л не только из водного раствора фоновой соли хлорида натрия, но и из раствора нитрата натрия.

Эффективность от применения заявляемого способа обусловлена повышением степени извлечения порошкового углеродного материала из сточных вод на 6 - 10 %.

Таблица 1 - Зависимость степени извлечения порошкового углеродного материала от его начальной концентрации в растворе в присутствии коагулянта AlCl₃ C (углеродного материала), г/л AlCl₃ : углеродный материал Степень извлечения порошкового углеродного материала
α, % 0,2 1:13 93 0,5 1:33 92 1,0 1:67 91 1,3 1:87 91 1,6 1:107 90 1,8 1:120 84 2,0 1:133 10

C(Al³⁺) = 15 мг/л; С(флокулянт) = 5 мг/л; С(фон. соли) = 1 г/л; i_v= 0,02 А/дм²; рН 6,0; τ = 20 мин

Таблица 2. Способ Фоновая соль Коагулянт Флокулянт C (активированного угля), г/л Степень извлечения угля α, % Известный NaCl 25 мг/л Fe³⁺ Катионный 1,0 84 Заявляемый NaNO_3,
NaCl 15 мг/л Al³⁺ Неионогенный 1,6 90 - 94

Изобретение относится к области химической промышленности и охраны окружающей среды и может быть использовано для очистки сточных вод, содержащих порошковые углеродные материалы. Способ электрофлотационного извлечения порошковых углеродных материалов из водных растворов включает электрофлотацию в присутствии коагулянта на основе соли алюминия (III), неионогенного флокулянта и фоновых солей нитрата или хлорида натрия при плотности тока 0,02 А/дм², pH 6 в течение 20 минут. Процесс ведут при массовом соотношении флокулянта и коагулянта, составляющем 1:3. Предлагаемое изобретение позволяет увеличить концентрацию извлекаемого порошкового углеродного материала до 1,6 г/л и увеличить степень его извлечения до 90-94% при сохранении времени электрофлотации 20 минут. 2 табл.

Способ электрофлотационного извлечения порошковых углеродных материалов из водных растворов, включающий электрофлотацию в присутствии коагулянта на основе соли алюминия (III), неионогенного флокулянта и фоновых солей нитрата или хлорида натрия при плотности тока 0,02 А/дм², pH 6 в течение 20 минут, отличающийся тем, что процесс ведут при массовом соотношении флокулянта и коагулянта, составляющем 1:3.