Способ извлечения ионов свинца из водного раствора
Изобретение относится к области извлечения ионов свинца из водных растворов сорбентами растительного происхождения и может быть использовано в цветной и черной металлургии, при очистке промышленных и бытовых стоков, а также в сельском хозяйстве и медицине. Для осуществления способа в качестве сорбента используют кожицу фасоли, предварительно выдержанную в течение суток в 0,1 н. растворе щелочи, а сорбцию осуществляют при рН 4-5. Способ обеспечивает оптимальные условия для быстрого и эффективного извлечения Рb (II) из промышленных и бытовых стоков с использованием продуктов сельскохозяйственного производства. 3 ил., 2 табл.
Способ извлечения свинца (II) из водного раствора относится к области извлечения веществ ионообменными материалами и может быть использован в цветной и черной металлургии, при очистке промышленных и бытовых стоков, а также в сельском хозяйстве и медицине.
Известно применение катионитов и анионитов в гидрометаллургии для очистки растворов соответственно от катионов и анионов свинца [Р.Рипан, И.Четяну. Неорганическая химия. М.: Мир, 1972. ч.1, с.430-431].
Недостатком способа является то, что не указаны конкретные условия сорбции, а также возможности использования других анионитов для сорбции ионов свинца.
Наиболее близким техническим решением является способ извлечения ионов свинца (II) из водного раствора [Патент RU 2075444 С1, 20.03.1997 (D2)] сорбирующим материалом природного происхождения, включающий контакт водного раствора с сорбентом.
Недостатком способа является то, что неизвестны оптимальные условия сорбции ионов Рb (II) семенами фасоли и их составными частями.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является нахождение оптимальных условий для быстрого и эффективного способа извлечения Рb (II) из промышленных и бытовых стоков с использованием продуктов сельскохозяйственного производства.
Техническим результатом, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, является улучшение кинетических характеристик процесса извлечения Рb (II) из водного раствора при одновременной высокой степени его извлечения, снижение расхода реагентов, экономичность процесса за счет использования отходов сельскохозяйственного производства.
Данный технический результат достигается тем, что в известном способе извлечения иона свинца (II) из водного раствора фасолью, включающем контакт водного раствора с сорбентом, в качестве сорбента используют кожицу фасоли, предварительно выдержанную в течение суток в 0,1 н. растворе щелочи, а сорбцию осуществляют при рН 4-5.
Сущность способа поясняется табл.1-2 и чертежами на фиг.1-3, где даны результаты сорбции свинца (II) из водного раствора нитрата свинца.
Примеры конкретного выполнения способа.
Для исследования использовали семена фасоли урожая 2008 г. Предварительно сорбент в течение суток выдерживали в 0,1 н. растворах HNO3 или NaOH, либо в дистиллированной воде.
Сорбцию свинца (II) осуществляли из 100 см3 исходного раствора Рb(NО3)2, концентрацию иона металла определяли объемным методом. Массы сорбентов, в г, составили: фасоль 15, кожица 1, семядоли 14.
Сорбцию проводили в статических условиях при непрерывном перемешивании, в процессе сорбции поддерживали заданное значение рН растворов непрерывной нейтрализацией раствора щелочью NaOH или кислотой НМО3. Коррекцию величины рН до заданного значения осуществляли в пределах двух часов и через сутки от начала сорбции.
Показатели сорбции даны в виде остаточной концентрации иона свинца в данный момент времени от начала сорбции С, мг/дм3, рН - постоянной величины рН в процессе сорбции, СОЕ, мг/г, - сорбционной обменной емкости сорбента, в мг сорбата на 1 г сорбента, при достижении системой равновесия.
Пример 1 (табл.1)
В табл. 1 даны результаты сорбции Рb (II) при рН 5 фасолью и ее составными частями. Сорбция осуществлялась из раствора Рb(NО3)2 при комнатной температуре и исходной концентрации ионов свинца (II) 5,282-5,751 г/дм3.
| Таблица 1 | |||
| Результаты сорбции Рb (II) при рН 5 фасолью и ее составными частями, щелочная обработка сорбента | |||
| Время сорбции, ч | Концентрация Pb (II), г/дм3 | СОЕ, мг/г | |
| исходная | остаточная | ||
| Кожица, масса 1 г | |||
| 1 | 5,453 | 3,513 | 190,0 |
| 24 | 5,453 | 3,513 | 190,0 |
| Семядоли, масса 14 г | |||
| 1 | 5,282 | 4,260 | 7,3 |
| 24 | 5,282 | 1,874 | 24,3 |
| Фасоль, масса 15 г | |||
| 1 | 5,751 | 2,556 | 21,3 |
| 24 | 5,751 | 0,852 | 32,7 |
Равновесие наступает за время 1 час.
Лучшие результаты сорбции получены при использовании в качестве сорбента кожицы фасоли (сорбция на порядок больше, чем при использовании семядолей и фасоли).
Пример 2 (фиг.1)
На фиг.1 даны результаты сорбции кожицы фасоли (масса 1 г, время сорбции 1 час) в зависимости от величины рН и предварительной обработки сорбента (1 - щелочная, 2 - кислая, 3 - водная). Сорбция осуществлялась из раствора Рb(NО3)2 (температура комнатная), исходная концентрация ионов свинца (II) 0,954-1,140 г/дм3.
Лучшие результаты сорбции получены при щелочной обработке сорбента и рН-4-5.
Через сутки сорбции при рН 5 получено:
| Обработка сорбента: | кислая | щелочная | водная |
| СОЕ, мг/г | 78,6 | 102,5 | 78,6 |
Пример 3 (табл.2, фиг.2, 3)
Сорбция осуществлялась из раствора Рb(NО3)2 кожицей фасоли (масса 1 г, время сорбции 1 час), температура комнатная.
В табл.2 даны результаты сорбции ионов свинца (II) в зависимости от рН раствора, предварительной обработки сорбента, исходной концентрации иона Pb(II) в растворе и времени сорбции.
На фиг.2 дана зависимость остаточной концентрации кожицы С, г/дм3, от исходной концентрации, г/дм3, и времени сорбции, ч, при рН 5 и щелочной обработке сорбента. Цифрами указаны исходные концентрации иона свинца (II).
Из данных табл.2 и фиг.2 следует, что результаты сорбции зависят от исходной концентрации раствора, равновесие наступает за время сорбции 1 ч, лучшие результаты получены при щелочной обработке сорбента.
На фиг.3 дана изотерма сорбции: зависимость СОЕ сорбента, мг/г, от равновесной концентрации раствора Сравн, г/дм3, в графической и аналитической форме, время сорции 1 ч.
| Таблица 2 | ||||
| Результаты сорбции ионов свинца (II) в зависимости от рН раствора, предварительной обработки сорбента, исходной концентрации иона Pb(II) в растворе и времени сорбции | ||||
| рН сорбции | Время орбции, ч | Концентрация Pb (II), г/дм3 | СОЕ, мг/г | |
| исходная | остаточная | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Щелочная обработка сорбента | ||||
| 1 | 1 | 0,954 | 0,801 | 15,3 |
| 2 | 1 | 1,140 | 0,661 | 57,9 |
| 3 | 1 | 1,127 | 0,311 | 81,6 |
| 4 | 1 | 1,127 | 0,136 | 99,1 |
| 5 | 1 | 1,127 | 0,102 | 102,5 |
| 3 | 1 | 3,067 | 1,508 | 155,9 |
| 3 | 24 | 3,067 | 1,278 | 178,9 |
| 4 | 0,5 | 5,453 | 3,749 | 170,4 |
| 4 | 1,2 | 5,453 | 3,749 | 170,4 |
| 4 | 1,5 | 5,453 | 3,749 | 170,4 |
| 4 | 24 | 5,453 | 3,749 | 170,4 |
| 5 | 1 | 2,144 | 0,869 | 127,5 |
| 5 | 24 | 2,144 | 0,613 | 153,1 |
| 5 | 1 | 3,032 | 1,508 | 152,4 |
| 5 | 24 | 3,032 | 1,278 | 175,4 |
| 5 | 1 | 4,563 | 2,641 | 192,2 |
| 5 | 24 | 4,563 | 2,641 | 192,2 |
| 5 | 0,5 | 5,453 | 3,708 | 174,5 |
| 5 | 1 | 5,453 | 3,513 | 194,0 |
| 5 | 1,5 | 5,453 | 3,513 | 194,0 |
| 5 | 24 | 5,453 | 3,708 | 194,0 |
| 5 | 0,5 | 7,864 | 6,390 | 147,4 |
| 5 | 1 | 7,864 | 6,133 | 173,1 |
| 5 | 1,5 | 7,864 | 6,133 | 173,1 |
| 5 | 24 | 7,864 | 6,133 | 173,1 |
| 5 | 0,5 | 8,837 | 7,324 | 151,3 |
| 5 | 1 | 8,837 | 7,157 | 168,0 |
| 5 | 1,5 | 8,837 | 7,157 | 168,0 |
| 5 | 24 | 8,837 | 7,157 | 168,0 |
| 5 | 0,5 | 10,224 | 8,742 | 148,2 |
| 5 | 1 | 10,224 | 8,435 | 178,9 |
| 5 | 1,5 | 10,224 | 8,435 | 178,9 |
| 5 | 24 | 10,224 | 8,435 | 178,9 |
| Таблица 2, продолжение | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Кислая обработка сорбента | ||||
| 1 | 1 | 0,954 | 0,852 | 10,2 |
| 2 | 1 | 1,140 | 0,777 | 46,3 |
| 3 | 1 | 1,727 | 0,583 | 54,4 |
| 4 | 1 | 1,127 | 0,409 | 71,8 |
| 5 | 1 | 1,127 | 0,341 | 78,6 |
| Водная обработка сорбента | ||||
| 1 | 1 | 0,954 | 0,835 | 11,9 |
| 2 | 1 | 1,140 | 0,777 | 46,3 |
| 3 | 1 | 1,127 | 0,583 | 54,4 |
| 4 | 1 | 1,127 | 0,477 | 65,0 |
| 5 | 1 | 1,127 | 0,341 | 78,6 |
| 5 | 1 | 5,282 | 4,260 | 102,2 |
| 5 | 24 | 5,282 | 4,260 | 102,2 |
Из данных фиг.3 следует, что полная обменная емкость сорбента находится в пределах ПОЕ = 168-194 мг/г.
Пример 4.
Сорбция осуществлялась из нагретого до 70°С раствора Рb(NО3)2 кожицей фасоли (масса 1 г, время сорбции 1 час), исходная концентрация 5,751 г/дм3. Предварительная обработка сорбента - щелочная. Остаточная концентрация в горячем растворе составила 3,408 г/дм3, СОЕ = 234,3 мг/г. После охлаждения остаточная концентрация составила 3,152 г/дм3, СОЕ = 259,9 мг/г. Через сутки концентрация охлажденного раствора и СОЕ сорбента не изменились.
Для сравнения результаты сорбции в тех же условиях при комнатной температуре (пример 1, табл.1) составили: время сорбции 1 ч, исходная концентрация С = 5,453 г/дм3, остаточная концентрация 3,513 г/дм3, СОЕ = 190,0 мг/г, таким образом, в условиях эксперимента СОЕ сорбента в результате нагрева возросло в 1,2-1,4 раза. Нагрев увеличивает эффективность сорбции.
По сравнению с прототипом показаны возможности быстрого и эффективного извлечения Рb (II) из промышленных и бытовых стоков с использованием продуктов сельскохозяйственного производства.
Способ извлечения ионов свинца (II) из водного раствора, включающий контакт водного раствора с сорбентом, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют кожицу фасоли, предварительно выдержанную в течение суток в 0,1 н растворе щелочи, а сорбцию осуществляют при рН 4-5.
