Способ получения сорбента для очистки питьевой воды

Изобретение относится к способу получения сорбентов, предназначенных для очистки питьевой воды, и может быть использовано для очистки питьевой воды в домашних условиях, в фильтрах для очистки воды коллективного пользования, системах очистки в полевых условиях. Предложен способ получения сорбента, включающий приготовление пропиточного раствора, пропитку им гранул активного угля и термическую обработку, при этом используют активный уголь с объемом микропор 0,10-0,20 см³/см³, пропиточный раствор готовят на основе аммиачной воды. Раствор содержит 110-130 г/дм³ углекислой основной меди в пересчете на медь и 70-90 г/дм³ углекислого аммония. Пропитку проводят при нагревании раствора до 55-70°С, а термообработку осуществляют при 120-145°С, при этом массовая доля меди в готовом сорбенте составляет 2-3% масс. Сорбент, полученный но предлагаемому способу, имеет сорбционную способность по извлечению из воды метилфосфиновой кислоты 0,12-0,16 мг/г, что в 1,5-2,5 раза выше, чем у сорбентов, полученных по известному способу. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к способу получения сорбентов, предназначенных для очистки питьевой воды, и может быть использовано для очистки питьевой воды в домашних условиях, фильтрах для очистки воды коллективного пользования и системах очистки в полевых условиях.

Известен способ получения сорбента, включающий пропитку гранул активного угля раствором сульфата меди с концентрацией 230-340 г/дм³ до обеспечения содержания сульфата меди в готовом хемосорбенте от 23 до 30% масс., причем удаление влаги с поверхности пропитанного угля проводится путем обдувки воздухом, подаваемым со скоростью 3-5 м/сек /см. патент РФ №2323877, кл. С01В 34/08, В01J 20/2, опубл. 10.05.2008/. Недостатком данного изобретения является сложность проведения процесса для обеспечения высокого содержания меди в готовом продукте.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения сорбента для очистки питьевой воды, включающий осаждение на уголь с объемом микропор 0,04-0,05 см³/см³ серебра в количестве 0,01-0,1% масс. путем пропитки раствором азотно-кислого серебра и последующей сушки, причем дополнительно на активный уголь осаждают медь в количестве 0,8-1,0% масс. путем введения в раствор серно-кислой меди, после чего пропитанный уголь обрабатывают раствором щелочи до достижения pH 9-10 и отмывают водой. При этом процесс пропитки проводят при комнатной температуре, а термообработку осуществляют при 110-120°C /см.пат. РФ №2150320, кл. В01J 20/20, С01В 31/08, С01В 31/16/.

Недостаткам прототипа является низкая сорбционная активность при извлечении из воды высокомолекулярных органических соединений типа метилфосфиновой кислоты СН₃PO/OH/₂.

Техническим результатом /целью изобретения/ является повышение сорбционной способности сорбента при извлечении из воды метилфосфиновой кислоты.

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим приготовление пропиточного раствора, пропитку им гранул активного угля и термическую обработку, отличающимся тем, что используют активный уголь с объемом микропор 0,10-0,2 см³/см³, пропиточный раствор готовится на основе аммиачной воды. Раствор содержит 110-130 г/дм³ углекислой основной меди в пересчете на медь и 70-90 г/дм³ углекислого аммония, причем пропитку проводят при нагревании раствора до 55-70°C, а термообработку осуществляют при 120-145°C, при этом массовая доля меди в готовом сорбенте составляет 2-3% масс.

Отличие предлагаемого способа от прототипа состоит в том, что используют активный уголь с объемом микропор 0,10-0,20 см³/см³, пропиточный раствор готовится на основе аммиачной воды. Раствор содержит 110-120 г/дм³ углекислой основной меди в пересчете на медь и 70-90 г/дм³ углекислого аммония, причем пропитку проводят при нагревании раствора до 55-70°C, а термообработку осуществляют при 120-145°C, при этом массовая доля меди в готовом сорбенте составляет 2-3% масс.

Авторам из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения сорбента для очистки питьевой воды, в котором используют активный уголь с объемом микропор 0,10-0,20 см³/см³, пропиточный раствор готовится на основе аммиачной воды. Раствор содержит 110-130 г/дм³ углекислой основной меди в пересчете на медь и 70-90 г/дм³ углекислого аммония, причем пропитку проводят при нагревании раствора до 55-70°C, а термообработку осуществляют при 120-145°C, при этом массовая доля меди в готовом сорбенте составляет 2-3% масс.

Сорбенты на основе активных углей используются в системах очистки питьевой воды на заключительных стадиях процесса водоподготовки, когда вода уже обработана окислителями и обеззараживающими реагентами типа хлора и озона, поэтому здесь главным требованием к сорбентам становится эффективное поглощение продуктов деструкции высокомолекулярной органики. Следовательно, нужно использовать угольную основу с развитой долей микропор в единице объема сорбента, что позволит увеличить количество активных центров в заданных габаритах фильтра.

Количество и вид хемосорбционных добавок должны быть такими, чтобы, с одной стороны, не блокировать микропористую структуру, а с другой стороны, эффективно осуществлять хемосорбцию и комплексообразование продуктов деструкции высокомолекулярных органических загрязнителей и метилфосфиновой кислоты, которая является одним из широко распространенных продуктов деструкции токсичной фосфорорганики и может быть принята за тестовое вещество.

Способ осуществляют следующим образом.

Готовят пропиточный раствор в следующей последовательности: в емкость заливается вода и водный аммиак, которые подогревают до 30-40°C, и затем при перемешивании добавляется углекислый аммоний в количестве, обеспечивающем концентрацию его 70-90 г/дм³. После этого раствор подогревают до 55-70°C и вводят при перемешивании основную углекислую медь в количестве, обеспечивающем ее концентрацию 110-130 г/дм³. Берут активный уголь на основе косточкового или каменноугольного сырья с развитым объемом микропор 0,10-0,20 см³/см³ и загружают его в аппарат типа бетоносмесителя, куда затем дозируют полученный раствор в количестве, равном 0,8-0,85 от суммарного объема пор активного угля. Перемешивание ведется в течение 10-15 минут, после чего пропитанный сорбент выгружают на вылеживание на открытом воздухе в течение 1,5-2,0 часов, затем проводят термическую обработку сорбента в печи кипящего слоя или вращающейся печи при температуре 120-145°C в течение 40-70 минут. Содержание меди в готовом сорбенте должно составлять от 2 до 3% масс, а влаги не более 3% масс.

Полученный сорбент имел адсорбционную активность по извлечению из воды метилфосфиновой кислоты при ее исходной концентрации 1,25 мг/дм³ при температуре 20°С, равную 0,12-0,16 мг/г.

Пример 1. Берут уголь из каменноугольного сырья «гидросорб» /ТУ 2162-183-04873044-99/ с объемом микропор 0,1 см³/см³, готовят пропиточный раствор добавлением в воду водного аммиака, затем при нагревании до 35-40°С добавляют углекислый аммоний в количестве, обеспечивающем его концентрацию 70 г/дм³, и углекислую основную медь, нагревая до температуры 55-70°С, в количестве, обеспечивающем ее концентрацию в растворе 110 г/дм³, полученным раствором пропитывают уголь. Пропитанный уголь вылеживается 1,5-2,0 часа и подвергается термической обработке при 135°С. Адсорбент содержит меди 2% масс. и имеет адсорбционную активность по извлечению из воды метилфосфиновой кислоты 0,12 мг/г.

Пример 2. Осуществляют процесс, как в примере 1, за исключением того, что берут уголь на основе косточкового сырья МеКС /ТУ 2568-30204838763-2007/ с объемом микропор 0,15 см³/см³, количество углекислого аммония доводят до 80 г/дм³, количество углекислой основной меди до 120 г/дм³, термообработку проводят при 120°С, концентрация меди в готовом продукте 2,5% масс., адсорбент имеет адсорбционную емкость по извлечению из воды метилфосфиновой кислоты 0,14 мг/г.

Пример 3. Осуществляют процесс, как в примере 1, за исключением того, что берут уголь на основе косточкового сырья ВСК /ТУ, 2568-195-04838763-2007/ с объемом микропор 0,20 см³/см³, количество углекислого аммония доводят до концентрации 90 г/дм³, углекислой основной меди до 130 г/дм³, термообработку проводят при температуре 145°С.Содержание меди в готовом продукте 3% масс. имеет адсорбционную емкость по извлечению из воды метилфосфиновой кислоты 0,16 мг/г.

Как показали многочисленные эксперименты, при использование активного угля с объемом микропор менее 0,10 см³/см³ в объеме фильтра снижается количество микропор и сорбционная способность падает. С другой стороны, если количество микропор выше чем 0,20 см³/см³, ухудшается кинетика поглощения. При содержании в пропиточном растворе меди менее 110 г/дм³ недостаточна активность каталитической составляющей разложения метилфосфиновой кислоты, а при содержании меди более 130 г/дм³ имеет место блокировка части объема микропор атомами и ионами меди, что в обоих случаях снижает адсорбционную способность.

Снижение содержания углекислого аммония ниже 70 г/дм³ не позволяет создать достаточное количество координационных форм меди, являющейся самой активной формой меди, а превышение содержания углекислого аммония выше 90 г/дм³ приводит к увеличению аммиака в готовом продукте и, как следствие, увеличению аммиака в очищенной воде.

О температуре можно сказать, что если на стадии пропитки она ниже 55°C, происходит выпадение в осадок основной углекислой меди, а если выше 70°C, наблюдается разложение аммиаката меди и снижается его концентрация в растворе.

Одним из важнейших параметров является температура термообработки пропитанного угля, и если она ниже 120°C, не происходит образование активных форм меди, а если выше 145°C, происходит возгорание сорбента, т.к. медь является пирогенным металлом.

Следует сказать, что сорбент для очистки питьевой воды, полученный по методу изложенного прототипа /пат. РФ №2150320/, имел сорбционную способность 0,06-0,08 мг/г, что в 1,5-2,5 раза ниже, чем у сорбента, полученного по предлагаемому способу.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.

1. Способ получения сорбента для очистки питьевой воды, включающий приготовление пропиточного раствора, пропитку им гранул активного угля и термическую обработку, отличающийся тем, что используют активный уголь с объемом микропор 0,10-0,20 см³/см³, пропиточный раствор готовят на основе аммиачной воды, содержащей 110-130 г/дм³ углекислой основной меди в пересчете на медь и 70-90 г/дм³ углекислого аммония, пропитку проводят при температуре раствора 55-70°С, а термообработку осуществляют при 120-145°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание меди в готовом сорбенте составляет 2-3 мас.%.