Способ удаления растворенного кислорода Советский патент 1989 года по МПК C02F1/42 C02F1/42 C02F101/10 C02F103/00 C02F103/34 

Изобретение относится к техноло- гии удаления растворенного кислорода с помощью ионообменных «штериалов, а именно редоксионитов - ионитов, содержащих ионы металлов с.переменной валентностью, сочетающих окислительно-восстановительные и ионообменные функции, и может быть ис- / пользовано для очистки конденсатов паросиловых установок тепловых и атомных электростанций, кораблей и предотвращения их коррозии в том случае, когда проводится обработка котловой воды аммиаком, либо его производными или существует опасность их аварийного выброса в систему, а также в химической промьшшен- ности. ,

Цель изобретения - обеспечение одновременной сорбции кислорода и аммиака или его производных из их

щелочных растворов при высокой устойчивости редоксионита в этих растворах.

Способ осуществляют сорбцией растворенного кислорода и аммиака или его производных из щелочных аммиаксодержащих растворов на редоксионитах на основе сульфокатионитов, обработанных раствором соли металла-восстановителя, в качестве которого используют ионы двухвалентного кобаль- их содержании в сульфокатио- ните, равном 2,89-8,56 мас.%.

В предлагаемом способе используют сульфокатиониты КУ-2, КУ-2-8, КУ- 2-20, КУ-23 и т.д., которые обрабатывают раствором соли двухвалентного и, тем самым, переводят в Со -форму.

Наибольший интерес представляет кобальтовая (II) форма катионита КУ-2-8 чс, который относится к иони«t

: 01

00

. 149

там ядерного класса и широко применяется в процессах водоподготовки.

Для получения редоксионита катио- нит, например КУ-2-8 чс, массой 30 г помещают в раствор нитрата двухваленного кобальта концентрацией 1 моль/л объемом 100 MJI и перемешивают 2 ч на магнитной мешалке. Полученный ка- тионит промывают дистиллированной во дои до отсутствия ионов кобальта в фильтрате и сушат до постоянной массы при 60 С.-Зерна катионита окрашен в вишневый цвет,, содержание составляет 2,2-2,8 мг-экв/г, плот- ность 0,99 г/см, статическая обменная емкость (СОЕ) по аммиаку из 0,25 молярного раствора составляет не менее 6 мг-экв/г, емкость по кислороду - более 8,5 мг/г.

Экспериментально установлено, что к достижению поставленной цели приводит использование только сульфо- катионитов в качестве полимерной матрицы кобальтового редоксионита.

Попытки получить кобальтовые ре- доксиониты на основе других матриц при наличии других групп (фосфоно-, карбокси- и т.д.) не привели к успеху .

Структуру получаемого кобальтового редоксионита на основе сульфо- катионита можно представить формулой :

(RSO-).

40

де RSOr - структурное звено сульфо- катионита без противо- ионов;

R структурное звено полимерной матрицы, огфеделен- ное природой ИСХОДНОГ9 . катионита;

m - среднестатистическое чис- ло структурных звеньев, связанных с ионом кобальта (II), принимает любые значения от 1 до 2

п - степень полимеризации, определяемая природой исход- . ного катионита (обычно 5; 10000).

45

0

5

0

5

0

лагаемого редоксионита от известного, например медьсодержащего катионита, является то, что ион-восстановитель Со прочно связан с функциональными группами ионита и практически не вымывается в раствор.

4(К50). Q + +2n Н, (RSO;)... Co(NH) / + +4n OH

Наличие химической связи между ионом двухвалентного кобальта и сульфогруппами подтверждено ИК-спект- рами. Полученные экспериментальные данные свидетельствуют, что сорбция аммиака и кислорода является взаимосвязанным процессом. Удаление кислорода происходит за счет окисления ионов двухвалентного кобальта до трехвалентного, которьй, в свою очередь, становится сорбентом аммиака иди его производных.

Образующиеся в редоксионите аммиачные комплексы являются весьма устойчивыми в щелочных средах (для Co(NH) 6-10). В табл. 1 приведены данные по содержанию ионов двух- и трехвалентного кобальта в растворе при обработке кобальтовой (II) формы катионита КУ-2-8 чс 0,25 М pacl-BopoM аммиака при различ- ных температурах. Для сравнения здесь же представлены данные по стабильности медьсодержащего сульфока- тионита при одинаковых условиях опыта. Как следует из сопоставления полученных результатов, устойчивость кобальтового редоксионита в щелочных аммиачных растворах на два с лишним порядка Bbmie, чем у медного.

Таблица 1

Изобретение относится к технологии удаления растворенного кислорода с помощью редоксионитов и может быть использовано для очистки аммиаксодержащих конденсатов паросиловых установок электростанций для предотвращения коррозии. Цель изобретения - обеспечение одновременной сорбции кислорода и аммиака из щелочных аммиачных растворов при высокой устойчивости редоксионитов в этих растворах. Способ осуществляют сорбцией растворенного кислородного и аммиака или его производных из щелочных растворов на редоксионитах на основе сульфокатионитов, обработанных раствором соли металла - восстановителя , в качестве которого используют ионы двухвалентного кобальта при их содержании в сульфокатионите, равном 2,89-8,56 мас.%. 2 табл.

Ион двухвалентного кобальта является сильным восстановителем только в виде комплексного соединения, которое образуется при попадании аммиака либо его производных в катионит. Существенным отличием предПереход в раствор ионов меди из медьсодержащего редоксионита приводит к повышению солесодегчжаиия в

51495304

воде вьше допустимых предесв в н

лов и резко снижает эффективность применения известных редоксионитов для обработки котловой воды паросиловых установок аммиаком или его производными.

Верхний предел содержания ионов кобальта (II) обусловлен тем, что повышение содержания кобальта (II) в редоксионите свьше 8,56% приводит К сильному загрязнению конденсата ионами кобальта. Например, при увеличении содержания ионов кобальта (II) до 8,73%, концентрация их в растворе возрастает в 29 раз и достигает 1,45 мг/л (пример 5). Такое содержание ионов кобальта в конден- -- сате недопустимо, так как может вызвать появление отложений на тепло- вьщеляющих поверхностях.

Содержание ионов кобальта (II), соответствующее нижнему пределу (2,89%), выбрано с учетом полного отсутствия вымывания ионов кобальта в раствор при таком соотношении компонентов (пример 4) и сохранении достаточно высокой величины емкости по кислороду. Дальнейшее уменьшение содержания ионов кобальта (II) в редоксионите, например до 1%, приводит к падению емкости по кислороду, ниже емкости известных редоксиоиитов, что в свою очередь, нецелесообразно, поскольку приводит к необходимости увеличения загрузки фильтра. 1

Пример. В замкнутой системе, содержащей 80 см кислорода, пропускают 150 мл раствора с концентрацией аммиака 50,15 г/л и кислорода 9,2 мг/л через ионообменный фильтр, содержащий 100 см редоксионита.КУ- 2-8 чс + Со при содержании Со, равном 6,79%. Остаточная концентрация аммиака составляет 1,54 г/л, а

В табл. 2 представлены данные по сорбции кислорода сульфокатиониТами в кобальтовой (II) форме при температуре и времени экспозиции 2 ч в зависимости от содержания компонентов в редоксионите.

Т а б л и ц а 2

5

0

5

0

5

I

кислорода 0,00 мг/л. Кислород в системе полностью поглощен, причем для его поглощения использовано всего 20 г редоксионита. Динамическая обменная емкость (ДОЕ) по аммиаку сос- ставляет 7,19 мг-экв/г. В тех же условиях ДОЕ катионита КУ-2-8 чс (который является наиболее эффективным из известных сорбентов аммиака) составляет 3,54 мг-экв/г, т.е. в два : раза меньше. При этом полностью снижается концентрация кислорода в фильтрате, что является существенным фактором, уменьшающим коррозию материалов установки.

Таким образом, предлагаемьш способ позволяет значительно повысить эффективность очистки щелочных амми- аксодержащих растворов от кислорода и аммиака за счет увеличения активной емкости редоксионита, предотвратить коррозию паросиловых установок электростанций, увеличить срок службы ионообменного фильтра примерно в два раза.

Формула изобретения

50 Способ удаления растворенного

кислорода сорбцией на редоксионите , на основе сульфокатионитов, обработанных раствором соли металла-восстановителя, отличающийся JJ тем, что, с целью обеспечения одновременной сорбции кислорода и аммиа- ка или его производных из их щелоч- ньк растворов при высокой устойчивости редоксионита в этих растворах.

U953048

в качестве восстановителя используют их содержании в сульфокатионите, ионы двухвалентного кобальта,при равном 2,89-8,56 мас.%.