Способ получения сорбента

Изобретение относится к получению сорбентов. Способ включает обработку гречневой шелухи в экстрагирующем растворе оксалата аммония либо минеральной кислоты с концентрацией 0,1-0,5 Н при 60-90°С, последующее отфильтрование твердой фазы, промывание и сушку, при этом в качестве минеральной кислоты преимущественно используют соляную, серную или азотную кислоту, а обработку ведут при соотношении Т:Ж=1:(8-15). Изобретение обеспечивает комплексное использование сырья и повышение выхода сорбента. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к способам получения сорбентов из природного, в частности из растительного, сырья, которые могут быть использованы при извлечении нефтепродуктов из воды. Сорбенты из растительного сырья отвечают экологическим требованиям: они легко собираются, а их остаток не причиняет экологического вреда и может быть разрушен микроорганизмами, которые, в свою очередь, легко перерабатываются.

Известно использование необработанной лузги (шелухи) гречихи для очистки поверхности воды от нефти и нефтепродуктов [пат. РФ №2114064, опубл. 27.06.98] путем неоднократного ее нанесения на нефтяное пятно на поверхности воды с последующим сбором, например, с помощью сетки.

Использование необработанной лузги является недостаточно эффективным, и, кроме того, может применяться только для удаления пятен нефти и нефтепродуктов на поверхности воды и не позволяет удалять растворенные или эмульгированные в воде нефтепродукты.

Известен способ получения сорбента, предназначенного, в частности, для очистки воды от нефти и нефтепродуктов, из лузги (шелухи) гречихи [пат. РФ №2222377, опубл. 27.01.04], включающий термообработку лузги в бескислородной среде в присутствии каталитических добавок, например серы, галогенидов либо йода, измельчение продукта термообработки, его грануляцию со связующим и увлажняющим агентами и парогазовую активацию при 850°С.

Недостатком известного способа является его сложность, обусловленная тем, что способ включает обработку в отсутствие кислорода, требующую специального оборудования, операцию парогазовой активации сорбента при высокой температуре, а также использование в качестве связующего агента формальдегидных смол.

Наиболее близким к заявляемому является описанный в патенте РФ №2031849, опубликованном 27.03.95, способ получения сорбента для извлечения сырой нефти и нефтепродуктов с поверхности воды и растворенных нефтепродуктов из сточных вод, включающий термическую обработку гречневой лузги при 150-450°С и атмосферном давлении в течение 10-20 мин.

Термическая обработка гречневой лузги известным способом обусловливает сравнительно низкий выход сорбента, особенно при высоких температурах обработки (19,6% при 450°С), и потерю значительной части органической составляющей лузги, которая является источником для получения ряда ценных органических веществ (полисахаридов, пигментов и др.).

Задачей заявляемого технического решения является создание способа получения сорбента, обеспечивающего повышение выхода целевого продукта при одновременном выделении в качестве побочного продукта материала для производства полисахаридов.

Поставленная задача решается способом получения сорбента из гречневой лузги, включающим ее обработку экстрагирующим раствором при нагревании при температуре 60-90°С, отделение целевого продукта в виде нерастворившегося остатка лузги, его промывание и сушку, при этом в качестве экстрагирующего раствора используют раствор оксалата аммония либо раствор минеральной кислоты.

Поставленная задача оптимальным образом решается путем обработки гречневой лузги раствором оксалата аммония либо раствором минеральной кислоты, преимущественно соляной, серной или азотной, с концентрацией 0,1-1,0 н. при соотношении Т:Ж=1:(8-15).

Способ осуществляют следующим образом.

Гречневую лузгу при необходимости очищают от механических примесей, промывают водой и сушат на воздухе, заливают 0,1-1,0 н. раствором оксалата аммония либо 0,1-1,0 н. раствором минеральной кислоты при отношении Т:Ж=1:(8-15), нагревают и выдерживают при температуре 60-90°С в течение промежутка времени, достаточного для экстрагирования водорастворимых веществ лузги, который определяется как концентрацией экстрагирующего раствора, так и температурой обработки и составляет в общем случае от 0,5 до 3,5 часов.

Затем целевой продукт в виде твердого остатка шелухи отделяют от раствора любым известным способом, например фильтрованием.

Полученный твердый остаток не растворившейся шелухи промывают водой до нейтральной среды, высушивают при 100-105°С до постоянной массы.

Отфильтрованный раствор собирают и подвергают дальнейшей обработке по известным методикам.

Для подтверждения высокой биологической ценности отфильтрованного раствора было проведено выделение из него полисахаридов и определение их качественного и количественного моносахаридного состава по известной методике [Земнухова Л.А. и др. Полисахариды из отходов производства гречихи. Журнал прикладной химии, 2004, т.77, №7, с.1192-1196]. Для этого отфильтрованный раствор концентрировали упариванием на роторном испарителе, осаждали ацетоном (объемное отношение растворов 1:4), осадок отделяли центрифугированием, растворяли в воде и лиофилизовали, получая полисахариды. Качественный и количественный состав моносахаридов определяли с помощью хроматографии после кислотного гидролиза выделенных полисахаридов.

Проведенные исследования подтверждают, что раствор, получаемый в качестве побочного продукта при выделении сорбента, может, в свою очередь, служить сырьем для получения ряда химических продуктов, преимущественно водорастворимых полисахаридов различного назначения.

Таким образом, заявляемый способ получения сорбента обеспечивает рациональное использование гречневой лузги как ценного биологического сырья за счет повышения выхода сорбента при одновременном получении в качестве побочного продукта исходного материала для извлечения ряда полисахаридов различного применения, что является техническим результатом способа.

Примеры конкретного осуществления

Очищенную от посторонних примесей, промытую и высушенную гречневую лузгу помещали в химический стакан, заливали раствором оксалата аммония либо минеральной кислоты и нагревали на водяной бане при температуре 60-90°С в течение подобранного экспериментально промежутка времени. Затем отделяли твердый остаток шелухи от раствора фильтрованием. Твердый остаток промывали проточной водой и высушивали при температуре 105°С в сушильном шкафу до постоянной массы. Полученный сорбент, представляющий собой рыхлую массу коричневатого цвета, обладает насыпной плотностью 0,182-0,192 г/л. Средний выход сорбента - около 70%.

Пример 1

70 г подготовленной гречневой лузги помещали в химический стакан, заливали 700 мл (Т:Ж≈1:10) 0,5 н. раствора оксалата аммония и нагревали в растворе до 60°С и выдерживали при указанной температуре течение 3 часов.

Получено 67,9 г сорбента с насыпной плотностью 0,187 кг/л. Выход сорбента по отношению к исходному продукту составил 97,0%.

Пример 2

70 г подготовленной гречневой лузги помещали в химический стакан и заливали 700 мл (Т:Ж≈1:10) 0,1 н. раствора азотной кислоты, нагревали до 90°С и выдерживали при указанной температуре в течение 1 часа.

Получено 44,8 г сорбента с насыпной плотностью 0,185 кг/л. Выход сорбента составил 64,0%.

Пример 3

70 г подготовленной гречневой лузги помещали в химический стакан и заливали 700 мл (Т:Ж≈1:10) 0,1 н. соляной кислоты и нагревали до температуры 85°С и выдерживали при указанной температуре в течение 1 часа.

Получено 51,8 г сорбента насыпной плотностью 0,182 кг/л. Выход сорбента составил 74,0%.

Пример 4

70 г подготовленной гречневой лузги помещали в химический стакан и заливали 700 мл (Т:Ж≈1:10) 1,0 н. соляной кислоты и нагревали до 80°С и выдерживали при указанной температуре в течение 1 часа.

Получено 36,4 г сорбента насыпной плотностью 0,188 кг/л. Выход сорбента составил 52,0%.

Пример 5

70 г подготовленной гречневой лузги помещали в химический стакан и заливали 560 мл (Т:Ж≈1:8) 0,1 н. серной кислоты, нагревали до 80°С и выдерживали при указанной температуре в течение 1 часа.

Получено 51,8 г сорбента насыпной плотностью 0,192 кг/л. Выход сорбента составил 74,0%.

Пример 6

70 г подготовленной гречневой лузги помещали в химический стакан и заливали 1050 мл (Т:Ж≈1:15)1,0 н. серной кислоты, нагревали до 80°С и выдерживали при указанной температуре в течение 50 мин.

Получено 35 г сорбента насыпной плотностью 0,191 кг/л. Выход сорбента составил 50%.

Сорбционную активность полученных сорбентов по отношению к растворенным в воде нефтепродуктам исследовали статическим методом.

Степень извлечения нефтепродуктов из раствора определяли на базе модельной системы раствора нефтепродуктов в воде. Модельную систему, содержащую растворенные углеводороды, готовили на основе толуола, обладающего высокой растворимостью в воде, следующим образом. Точную навеску толуола растворяли в течение 24 часов в дистиллированной воде при комнатной температуре.

20 мл сорбента, полученного по одному из примеров 1-6, помещали в химическую колбу с притертой пробкой и добавляли 100 мл приготовленного модельного раствора.

Смесь оставляли на 24 часа, после чего разделяли декантацией и определяли содержание нефтепродуктов в жидкой фазе, для чего предварительно проводили экстракцию нефтепродуктов из последней гексаном при соотношении водная/органическая фаза = 10:1 и определяли остаточное содержание нефтепродуктов спектрофотометрическим способом при длине волны 220 нм.

Степень извлечения (S, %) нефтепродуктов из раствора подсчитывали по формуле:

S=(С_исх-С_кон)·100%/С_исх,

где С_исх и С_кон - исходная и конечная концентрации (мг·л^-1) нефтепродукта в растворе.

Максимальную сорбционную емкость сорбентов, полученных согласно примерам 1-6, определяли по отношению к дизельному топливу с удельной плотностью d=0,8 г/ см³ по известной методике [Baltrenas P., Vaishis V. Chem. and Petroleum Engineering, 2004 v.40 №1-2, p.54-58]. Для этого в сосуд с отмеренным количеством сорбента помещали бюретку с дизельным топливом таким образом, чтобы насыщение сорбента указанным нефтепродуктом при открытой бюретке начиналось снизу и при этом из всех пор сорбента вытеснялся воздух. Насыщение сорбента считалось завершенным, когда на его поверхности появлялась тонкая пленка дизельного топлива.

Значения степени извлечения растворенных в воде нефтепродуктов (%) и сорбционной емкости, выраженной в граммах адсорбированного вещества на грамм сорбента (г/г), для сорбентов, полученных согласно примерам 1-6, приведены в таблице.

Таблица
№ примера	Выход сорбента, масс. %	Насыпная плотность, кг/л	Содержание толуола в растворе до очистки, мг/л	Содержание толуола в растворе после очистки, мг/л	Степень извлечения толуола, %	Сорбционная емкость, дизельное топливо, г/г
1	97	1,87	250	75,1	69,9	0,89
2	64	1,85	250	70,0	72,9	0,97
3	74	1,82	250	71,5	71,0	0,96
4	52	1,88	250	60,2	76,5	1,11
5	74	1,92	250	66,2	73,2	1,05
6	50	1,91	250	62,4	75,6	1,19

Водопоглощение сорбента при полном погружении определяли по известной методике [Baltrenas P., Vaishis V. Chem. and Petroleum Engineering, 2004, v.40 №1-2, p.54-58] путем погружения сорбента, помещенного на тонкую сетку, в сосуд с водой и его периодического взвешивания. Водопоглощение сорбента, полученного заявляемым способом согласно примерам 1-6, составляет 2,7-3,0 г/г сорбента.

Невысокая насыпная плотность полученного сорбента наряду с его сравнительно низким водопоглощением дает возможность с успехом использовать его для очистки от нефтепродуктов водной поверхности.

Сорбент, полученный заявляемым способом, совместим с рядом биологических препаратов для биодеструкции нефти и нефтепродуктов.

Возможна утилизация сорбента, насыщенного нефтепродуктами, путем сжигания.

1. Способ получения сорбента, включающий термическую обработку гречневой лузги, отличающийся тем, что обработку осуществляют в 0,1-1,0 н растворе оксалата аммония либо минеральной кислоты при 60-90°С, отделяют твердую фазу фильтрованием, промывают и сушат.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку осуществляют в растворе соляной, серной либо азотной кислоты или оксалата аммония при соотношении Т:Ж=1:(8-15).