Способ получения цеолита из золошлаковых отходов Российский патент 2024 года по МПК B01J20/30 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности к способам получения цеолитов для очистки сточных вод от загрязнений и может быть использовано в химической технологии и других отраслях промышленности для предварительной очистки производственных и бытовых сточных вод.

Известен способ получения сорбирующего материала для очистки водных объектов (Патент РФ на изобретение № 2618754 Способ получения сорбирующего материала для очистки водных объектов / Хантимерова Ю.М.; Опубл. 11.05.2017. Бюл. № 14), в котором в качестве минерального сырья используют шламовые и золошлаковые отходы ТЭЦ, при этом проводят предварительную термическую обработку обводненного шламового отхода ТЭЦ химводоочистки при температуре 180-200 °C, последующее просеивание через сито с размером отверстий не более 0,1 мм, смешивание полученного шламового отхода с золошлаковыми отходами ТЭЦ ультразвуковым диспергатором с добавлением дистиллированной воды, после чего осуществляют термическую обработку полученной дисперсии при температуре 200°C с последующим формованием полученной порошкообразной смеси путем прессования. Полученный сорбирующий материал в виде прессованных таблеток помещают на поверхность водного объекта для удаления разливов масел или используют в качестве загрузочного материала в фильтрах.

Недостатком данного сорбирующего материала является наличие адсорбционно связанной влаги и химически связанной влаги в прессованных таблетках после одностадийного термолиза при температуре 200 °С, приводящего к снижению сорбционной емкости сорбента.

Известен способ получения сорбента из золошлаковых отходов, накопленных на золоотвалах по схеме гидрозолоудаления, для предварительной очистки сточных вод от нефтепродуктов, сильно загрязненных нефтью (Патент РФ на изобретение № 2708604 / Бушумов С.А., Короткова Т.Г.; Опубл. 09.12.2019. Бюл. № 34), включающий измельчение золошлака до размера частиц 0,25-0,5 мм, термическую обработку и выдерживание в два этапа, на первом этапе измельченный золошлак нагревают до 110-120 °С и выдерживают при заданной температуре 30-35 минут, а на втором этапе нагревают до 600-630 °С и выдерживают при указанной температуре 40-45 минут.

Недостатком данного способа являются низкие экологические характеристики: малая сорбционная емкость и большое время достижения фазового равновесия в системе сорбент – поллютант в растворе, что приводит к снижению эффективности очистки сточных вод от поллютантов.

Задачей изобретения является разработка способа получения цеолита на основе сорбента из золошлаковых отходов, позволяющего повысить экологические характеристики цеолита: увеличить сорбционную емкость и снизить время достижения фазового равновесия в растворе цеолит – поллютант.

Техническим результатом изобретения является увеличение сорбционной емкости цеолита и снижение времени достижения фазового равновесия в растворе цеолит – поллютант.

Технический результат достигается тем, что способ получения сорбента из золошлаковых отходов, накопленных на золоотвалах по схеме гидрозолоудаления, для очистки сточных вод от нефтепродуктов, включающий измельчение золошлака до размера частиц 0,25-0,5 мм, термическую обработку и выдерживание в два этапа, на первом этапе измельченный золошлак нагревают до 110-120 °С и выдерживают при заданной температуре 30-35 минут, а на втором этапе нагревают до 600-630 °С и выдерживают при указанной температуре 40-45 минут, подготовленный прокаленный золошлак подвергают гидротермальной обработке путем добавления 2 М раствора гидроксида натрия в соотношении 10 см³ на 1 г подготовленного прокаленного золошлака, последующему кипячению в закрытом тигле в течение 180 мин и охлаждению до комнатной температуры, затем надосадочную жидкость декантируют и промывают последовательно 0,01 М раствором соляной кислоты и дистиллированной водой до нейтральной среды промывных вод (контроль рН по универсальной индикаторной бумаге), тигель с сорбентом помещают в сушильный шкаф и выдерживают при температуре 110±5°С в течение 30 мин, осушенный сорбент (цеолит) в тигле охлаждают на воздухе до комнатной температуры и растирают стеклянной палочкой для удаления комочков.

Полученный в результате сжигания угля отход является негорючим и невзрывоопасным.

Гидротермальная обработка путем добавления 2 М раствора гидроксида натрия в соотношении 10 см³ на 1 г подготовленного прокаленного золошлака позволяет увеличить сорбционную емкость по отношению к поллютантам и снизить время достижения фазового равновесия в растворе цеолит – поллютант по сравнению с прототипом.

Выдерживание образцов при температуре 110±5°С в течение 30 мин позволяет полностью удалить растворитель из образца. Перетирание в ступке способствует разбиванию комков, образовавшихся в процессе смачивания подготовленного сорбента раствором соляной кислоты и дистиллированной водой с целью повышения рабочей поверхности сорбента (центров адсорбции), что способствует увеличению сорбционной емкости цеолита.

Пример 1. Подготовленный прокаленный золошлак подвергают гидротермальной обработке путем добавления 1 М раствора гидроксида натрия в соотношении 10 см³ на 1 г подготовленного прокаленного золошлака, последующему кипячению в закрытом тигле в течение 180 мин и охлаждению до комнатной температуры, затем надосадочную жидкость декантируют и промывают последовательно 0,01 М раствором соляной кислоты и дистиллированной водой до нейтральной среды промывных вод (контроль рН по универсальной индикаторной бумаге), тигель с сорбентом помещают в сушильный шкаф и выдерживают при температуре 110±5 °С в течение 30 мин, осушенный сорбент в тигле охлаждают на воздухе до комнатной температуры и растирают стеклянной палочкой для удаления комочков.

Сорбционная емкость при дозе сорбента 1 г составила по ионам аммония при начальной концентрации ионов аммония в растворе 5 мг/дм³ – 0,134 мг/г, при 50 мг/дм³ – 0,867 мг/г, при 100 мг/дм³ – 1,245 мг/г, время достижения фазового равновесия в растворе цеолит – ионы аммония 90 мин.

Пример 2. Подготовленный прокаленный золошлак подвергают гидротермальной обработке путем добавления 2 М раствора гидроксида натрия в соотношении 10 см³ на 1 г подготовленного прокаленного золошлака, последующему кипячению в закрытом тигле в течение 180 мин и охлаждению до комнатной температуры, затем надосадочную жидкость декантируют и промывают последовательно 0,01 М раствором соляной кислоты и дистиллированной водой до нейтральной среды промывных вод (контроль рН по универсальной индикаторной бумаге), тигель с сорбентом помещают в сушильный шкаф и выдерживают при температуре 110±5 °С в течение 30 мин, осушенный сорбент в тигле охлаждают на воздухе до комнатной температуры и растирают стеклянной палочкой для удаления комочков.

Сорбционная емкость при дозе сорбента 1 г составила по ионам аммония при начальной концентрации ионов аммония в растворе 5 мг/дм³ – 0,236 мг/г, при 50 мг/дм³ – 1,662 мг/г, при 100 мг/дм³ – 2,122 мг/г, время достижения фазового равновесия в растворе цеолит – ионы аммония 90 мин.

Пример 3. Подготовленный прокаленный золошлак подвергают гидротермальной обработке путем добавления 5 М раствора гидроксида натрия в соотношении 10 см³ на 1 г подготовленного прокаленного золошлака, последующему кипячению в закрытом тигле в течение 180 мин и охлаждению до комнатной температуры, затем надосадочную жидкость декантируют и промывают последовательно 0,01 М раствором соляной кислоты и дистиллированной водой до нейтральной среды промывных вод (контроль рН по универсальной индикаторной бумаге), тигель с сорбентом помещают в сушильный шкаф и выдерживают при температуре 110±5 °С в течение 30 мин, осушенный сорбент в тигле охлаждают на воздухе до комнатной температуры и растирают стеклянной палочкой для удаления комочков.

Сорбционная емкость при дозе сорбента 1 г составила по ионам аммония при начальной концентрации ионов аммония в растворе 5 мг/дм³ – 0,234 мг/г, при 50 мг/дм³ – 1,664 мг/г, при 100 мг/дм³ – 2,119 мг/г, время достижения фазового равновесия в растворе цеолит – ионы аммония 90 мин.

В таблице 2 представлена сорбционная емкость цеолита, полученного по заявляемому способу и по прототипу – подготовленному прокаленному золошлаку.

Таблица 2

Показатели Пример 1 Пример 2 Пример 3 Прототип Обработка раствором гидроксида натрия 1 М 2 М 5 М – Начальная концентрация ионов аммония в растворе 5 мг/дм³ Сорбционная емкость, мг/г 0,134 0,236 0,234 0,0603 Начальная концентрация ионов аммония в растворе 50 мг/дм³ Сорбционная емкость, мг/г 0,867 1,662 1,664 0,4952 Начальная концентрация ионов аммония в растворе 100 мг/дм³ Сорбционная емкость, мг/г 1,245 2,122 2,119 0,7199 Время достижения фазового равновесия в системе цеолит – ионы аммония в растворе 90 90 90 180

Таким образом, гидротермальная обработка путем добавления 2 М раствора гидроксида натрия позволяет увеличить сорбционную емкость цеолита и снизить время достижения фазового равновесия в растворе сорбент – поллютант.

Апробация прототипа (подготовленного прокаленного золошлака) по извлечению ионов аммония из раствора при дозе сорбента 1 г приведена в статье авторов Коротковой Т.Г., Заколюкиной А.М., Бушумова С.А. Исследование адсорбционного равновесия в системе ионы аммония – прокаленный сорбент из золошлаковых отходов теплоэнергетики // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2023. Т. 13. № 2. С. 291–303. DOI:https://doi.org/10.21285/2227-2925-2023-13-2-291-303

Таким образом, совокупность предлагаемых существенных признаков позволяет достичь желаемого результата.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к способу получения цеолитов для очистки сточных вод от загрязнений. Отличительной особенностью способа получения сорбента из золошлаковых отходов является то, что подготовленный прокаленный золошлак подвергают гидротермальной обработке путем добавления 2М раствора гидроксида натрия в соотношении 10 см³ на 1 г подготовленного прокаленного золошлака, последующему кипячению в закрытом тигле в течение 180 мин и охлаждению до комнатной температуры. Затем надосадочную жидкость декантируют и промывают последовательно 0,01М раствором соляной кислоты и дистиллированной водой до нейтральной среды промывных вод. После этого тигель с сорбентом помещают в сушильный шкаф и выдерживают при температуре 110±5°С в течение 30 мин. Осушенный сорбент в тигле охлаждают на воздухе до комнатной температуры и растирают стеклянной палочкой для удаления комочков. Техническим результатом является увеличение сорбционной емкости цеолита и снижение времени достижения фазового равновесия в растворе цеолит-поллютант. 1 табл., 4 пр.

Способ получения сорбента из золошлаковых отходов, накопленных на золоотвалах по схеме гидрозолоудаления, для очистки сточных вод от нефтепродуктов, включающий измельчение золошлака до размера частиц 0,25-0,5 мм, термическую обработку и выдерживание в два этапа, на первом этапе измельченный золошлак нагревают до 110-120°С и выдерживают при заданной температуре 30-35 минут, а на втором этапе нагревают до 600-630°С и выдерживают при указанной температуре 40-45 минут, подготовленный прокаленный золошлак подвергают гидротермальной обработке путем добавления 2М раствора гидроксида натрия в соотношении 10 см³ на 1 г подготовленного прокаленного золошлака, последующему кипячению в закрытом тигле в течение 180 мин и охлаждению до комнатной температуры, затем надосадочную жидкость декантируют и промывают последовательно 0,01М раствором соляной кислоты и дистиллированной водой до нейтральной среды промывных вод, осуществляя контроль рН по универсальной индикаторной бумаге, тигель с сорбентом помещают в сушильный шкаф и выдерживают при температуре 110±5°С в течение 30 мин, осушенный сорбент цеолит в тигле охлаждают на воздухе до комнатной температуры и растирают стеклянной палочкой для удаления комочков.