Сорбент для очистки воды от органических примесей

 

Предложен многокомпонентный сорбент, содержащий жидкий органический полимер 60-70 мас. соль поливалентного металла 25 30 мас. и гидроксид поливалентного металла 5 10 мас. Сорбент обладает высокой удельной сорбционной емкостью по отношению к органическим красителям, что позволяет на 50-60% повысить степень очистки воды. 3 табл.

Изобретение относится к очистке промышленных и бытовых сточных вод, в частности, к сорбентам, и может быть использовано на предприятиях легкой промышленности, органического синтеза и др. предприятиях, в сточных водах которых содержатся органические вещества типа красителей, ПАВ, органических отбеливателей и др.

Известен сорбент для очистки воды от органических веществ состоящий из трех компонентов: соединения железа (II), органической кислоты и органического полимера [1] При использовании известного сорбента следующего состава, мас. агар-агар 70, кислота уксусная 5,0, ацетат железа 25. Этот состав используется для очистки модельного водного раствора состава, мг/л: краситель основной резорциновый желтый 450, анионактивное ПАВ типа додецилсульфата натрия 400, неионогенное ПАВ типа ОП-7 350. Получают степень очистки от органических веществ, краситель 30,2, анионный ПАВ 22,3, неионогенный ПАВ 12,0.

Известен как сорбент для сорбции органических веществ декстрановый гель, относящийся к полисахаридам, образованным глюкозными остатками, соединенными в макромолекулы гликозидными связями. Декстриновые молекулярные цепи сшиты глицерильными мостиками, образуя трехмерную гидрофильную структуру, ограниченную в набухании поперечными связями [2] Наши экспериментальные исследования по сорбции красителей и ПАВ показали, что этот сорбент обладает пониженными сорбционным действием по отношению к красителям и ПАВ, находящимся в растворе в концентрациях, превышающих концентрации начала ассоциации (т.е. более ≈10^-4 моль/л). Это является существенным недостатком изобретения [1] так как не обеспечивает необходимую степень очистки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому сорбенту является сорбент типа сефарозы [3] Он представляет собой полисахарид, выделяемый из природного вещества агар-агара, молекулярные цепи которого состоят из чередующихся звеньев Д-галактозы и 3,6-ангидрогалактозы. Сшивки в геле агарозы обусловлены не ковалентными, а водородными связями между цепями полисахарида, чем объясняется легкая разрушаемость сорбента под влиянием ряда реагентов.

Наши экспериментальные исследования показали, что данный сорбент обладает сорбционным действием преимущественно по отношению к кислым красителям (удельная сорбционная емкость по отношению к основному, кислому красителю и ПАВ равна соответственно 0,12, 6,7 и 0,2 мг/г. Недостатком известного сорбента является низкая сорбционная емкость по отношению к красителям, ПАВ, их смесям, т.е. наиболее часто встречающемуся случаю в практике водоочистки.

Целью изобретения является повышение сорбционной емкости сорбента по отношению к органическим веществам.

Для достижения поставленной цели предложен многокомпонентный сорбент, содержащий органический полимер, соль поливалентного металла и гидроксид поливалентного металла и гидроксид поливалентного металла при следующем соотношении компонентов, мас.

Жидкий органический полимер 60-70 Соль поливалентного металла 25-30 Гидроксид поливалент- ного металла 5-10 Отличительным признаком предлагаемого сорбента является использование в качестве основного компонента жидкого органического полимера, способного образовывать разветвленную полимерную структуру в присутствии катионов поливалентных металлов. К таким жидким органическим полимерам относятся соединения, состоящие из полиалкильных, полистирольных или других цепочек, имеющих алкильные, аминные, метакрилатные или другие боковые фрагменты, например на основе аминометилированного полистирола, диметиламиноэтилметакрилата, полиалкил метилвинилпиридина, полиэтиленимина, этоксиаминированного полиакриламида, аминометилированного полиакриламида и другие.

Вторым компонентом предлагаемого сорбента являются органические (формамидные, ацетатные) или неорганические (хлоридные, сернокислые, нитратные) соли поливалентных металлов: железа (II, III), алюминия (III), титана (III, IV), марганца (II), хрома (III), магния, меди (II) и др. Ионы этих солей взаимодействуют с полимером, в результате чего образуется разветвленная трехмерная структура, легко проницаемая для воды и способная удерживать органические вещества. Таким образом, второй компонент сорбента регулирует проницаемость структуры сорбента и количество его активных центров по отношению к органическим веществам.

Третий компонент сорбента гидроксид поливалентного металла (например, гидроксиды железа (II, III), алюминия (III), титана (III, IV), марганца (II) и др. ) служит для буферного поддержания оптимального рН в структуре сорбента, которое может несколько изменяться под влиянием сорбции органических веществ из воды в процессе ее очистки.

Выполненные нами физико-химические исследования показали, что при оптимальном сочетании компонентов предлагаемый состав имеет практически бесконечно набухшую структуру, что значительно улучшает его сорбционные свойства по сравнению с ограниченно набухающими структурами известных сорбентов.

Экспериментально было установлено, что только наличие всех компонентов предлагаемого сорбента обеспечивает высокое сорбционно-очистное действие сорбента.

Исключение одного любого из этих компонентов или изменение его концентрации за пределы предлагаемые в заявке не обеспечивают достижения цели.

Таким образом, выбранные компоненты не являются простым набором веществ, а целиком взаимосвязаны и обусловливают наличие комплекса свойств, обеспечивающих увеличение эффективности сорбции органических веществ при очистке воды.

П р и м е р 1. Готовят предлагаемый сорбент и испытывают его действие по отношению к смеси, содержащейся в воде: основной краситель типа резорциновый желтый (ТУ-6-09-054-325-75) 450 мг/л, анионактивное ПАВ типа додецилсульфата натрия (ТУ-6-09-64-75) 400 и неионогенное ПАВ типа ОП-7 350 мг/л. Сорбент готовят из следующих компонентов: формамид диметил-амино- этилметакрилата; ацетат железа II (ТУ-06-09-08-1287-78) и гидроксид железа II (ГОСТ 4150-77).

Компонент сорбента Навеска Содержание, Формамид диметил-амино-этилме- 2,10 70,0 такрилат Ацетат железа (II) 0,75 25,0 Гидроксид железа (II) 0,15 5,0 Итого 3,0 100,0
Компоненты сорбента тщательно перемешивают в течение 3 мин, затем полученную массу вводят в емкость с раствором красителя и ПАВ подлежащим очистке (1 л) и перемешивают в течение 10 мин. Через 4 ч после окончания процесса сорбции отделяют сорбент с поглощенным красителем от очищенной воды путем центрифугирования (на центрифуге типа Т-24 при 1000 об/мин в течение 5 мин). В воде фотометрически определяют остаток красителя и ПАВ (на спектрофотометре СФ-16 по оптической плотности).

Результаты определения, мг/л:
Исходная концент- рация красителя 450
Концентрация кра-
сителя в воде после сорбции 15,8
Исходная концент- рация АПАВ 400
Исходная концент- рация НПАВ 350
Остаточная концент- рация НПАВ 17,6
Рассчитывают удельную сорбционную емкость α и степень очистки воды β по формулам
α (мг/2); β , где V объем раствора, л;
Р навеска сорбента, г;
С_исх-, С начальная и остаточная концентрации органического вещества, мг/л.

Удельная сорбционная емкость сорбента, мг/г:
По отношению к красителю α 14,5
По отношению к АПАВ α 12,8
По отношению к НПАВ α 11,1
Степень очистки воды сорбентом,
От красителя β 96,4
От АПАВ β = 96,2
От НПАВ β 94,9
Для сравнения на этом же растворе испытывают действие сорбента, полученного по известному сорбенту. Измерения и расчеты производят аналогично описанным выше.

Результаты определения действия известного сорбента, мг/г:
Остаточная концент- рация красителя 264,2
Остаточная концент- рация АПАВ 212,9
Остаточная концент- рация НПАВ 196,2
Удельная сорбционная емкость известного сорбента, мг/г:
По отношению к красителю α 6,2
По отношению к АПАВ α 6,2
По отношению к НПАВ α 5,1
Степень очистки воды известным сорбентом,
От красителя β 41,3
От АПАВ β 46,7
От НПАВ β 43,9
Сравнивая результаты сорбции предлагаемым и известным сорбентами, получаем, что по отношению к красителю типа основной резорциновый желтый, додецилсульфата натрия и ОП-7, удельная сорбционная емкость α выше, чем у известного, в 2,3 2,1 и 2,2 раза соответственно. Степень очистки воды β также больше на 55,1, 49,5 и 51,0 соответственно.

Таким образом, предлагаемый сорбент по отношению к смеси загрязнителей воды имеет лучшие показатели, чем известный.

Формула изобретения

СОРБЕНТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ на основе органического полимера, отличающийся тем, что он содержит жидкий органический полимер и дополнительно соль поливалентного металла и гидроксид поливалентного металла при следующем соотношении компонентов, мас.

Жидкий органический полимер 60 70
Соль поливалентного металла 25 30
Гидроксид поливалентного металла 5 10