Способ получения композиционного сорбента на основе карбоната и гидроксида магния

Изобретение относится к сорбционной очистке воды. Предложен способ получения композиционного сорбента на основе карбоната и гидроксида магния. Готовят дисперсию фибриллированных целлюлозных волокон, содержащую не менее 94% волокон с длиной не более 1,23 мм и не менее 54% волокон с длиной не более 0,63 мм. Затем готовят суспензию из раствора магнийсодержащей соли и приготовленной дисперсии целлюлозных волокон. Обрабатывают суспензию раствором, содержащим смесь NaOH и Nа₂СО₃, с получением суспензии частиц композиционного сорбента. Сорбент состоит из целлюлозных волокон с иммобилизованными на них мелкодисперсными частицами гидроксида и карбоната магния. Частицы сорбента отделяют от водной фазы методом напорной флотации. Изобретение обеспечивает получение эффективного сорбента для очистки сточных вод от ионов металлов. 1 з.п. ф-лы, 3 пр.

 

Изобретение может быть использовано в технологиях получения сорбентов для очистки сточных вод от ионов хрома (III), сопутствующих ионов железа, меди, кадмия в различных отраслях промышленности.

Известна технология получения композиционного сорбента на основе карбоната и гидроксида магния, включающая использование природного магнийсодержащего материала, содержащего карбонат магния (51,62-52,84%) и гидроксид магния (46,19-47,28%). Этот материал размалывают до размера частиц 3-10 мм и используют в качестве сорбента для очистки сточных вод от ионов хрома (III), железа (III), меди (II) по механизму ионного обмена. (RU, пат. №2424192, C02F 1/28, D01J 20/04, C01F 5/14, опубл. 21.07.2011 г.).

Недостаток технологии - низкая емкость сорбента, что обусловлено его малой удельной поверхностью, доступной для ионного обмена при контакте сорбента с подлежащей очистке водой.

Новым техническим результатом от использования предлагаемого изобретения является повышение емкости сорбента, обеспечение возможности его использования в высокотехнологичной флотационной очистке сточных вод.

Указанные результаты достигаются тем, что способ получения композиционного сорбента на основе карбоната и гидроксида магния включает приготовление дисперсии фибриллированных целлюлозных волокон, содержащих, в мас.%, не менее 94% волокон с длиной не более 1,23 мм и не менее 54% волокон с длиной не более 0,63 мм, раствора магнийсодержащей соли из ряда, содержащего MgCl₂ и MgSO₄, растворов смесей NaOH и Na₂CO₃, приготовление суспензии из раствора магнийсодержащей соли и дисперсии указанных целлюлозных волокон в количестве 200-300 мг/дм³ водной фазы, обработку суспензии раствором, содержащим смесь NaOH и Na₂CO₃ при их массовом соотношении, в пересчете на Na, равном (0,3-0,7):(0,7-0,3), с получением суспензии частиц композиционного сорбента, состоящих из целлюлозных волокон с прочно иммобилизованными ими мелкодисперсными частицами гидроксида и карбоната магния в количестве, в расчете на 100 мас.ч. минеральных компонентов, от 28,21 до 68,15 мас.ч. Mg(OH)₂ и от 31,85 до 71,79 мас.ч. MgCO₃, отделение частиц сорбента от водной фазы методом напорной флотации с получением сорбента в виде флотошлама. Содержание минеральных компонентов в сорбенте в расчете на 100 мас.ч. волокон равно 50-200 мас.ч. Сорбент используют для очистки сточных вод от ионов хрома (III), железа (III), меди (II), кадмия при его расходе 40-200 мг/дм³ воды.

Способ осуществляют следующим образом. Для получения сорбента используют установку непрерывного действия, содержащую смеситель, реактор, сатуратор, флотатор. Готовят дисперсию целлюлозных волокон, содержащих, в мас.%, не менее 94% волокон с длиной не более 1,23 мм и не менее 54% волокон с длиной не более 0,63 мм, с концентрацией, например, в диапазоне, 1,0-3,0%. Готовят раствор MgCl₂ или MgSO₄ с концентрацией, например, 3%, а также растворы смесей NaOH и Na₂CO₃ с общей концентрацией, например, в диапазоне 2-5%.

В смеситель с заданными объемными скоростями подают дисперсию целлюлозных волокон и раствор магнийсодержащей соли. Далее смесь направляют в реактор, в который подают также с заданной объемной скоростью раствор смеси NaOH и Na₂CO₃ с заданным количественным соотношением этих компонентов по натрию.

В реакторе в результате реакций магнийсодержащей соли с соединениями натрия образуются (химически осаждаются) наноразмерные частицы труднорастворимых соединений Mg(OH)₂ и MgCO₃ с заданным их количественным соотношением. Эти частицы под действием сил стяжения прочно иммобилизуются (сорбируются) на целлюлозных волокнах с образованием композиционного сорбента.

Целлюлозные волокна с указанными выше характеристиками обладают уникальными свойствами. Они имеют очень высокую способность к иммобилизации (сорбированию) в водной среде минеральных частиц в момент их образования, при этом сорбционная емкость также очень высока и превышает 800-1000 мас.ч. этих частиц в расчете на 100 мас.ч. волокон. Волокна в водной среде без перемешивания в 15-20 сек образуют флоккулы и затем хлопья. Отдельные волокна и эти образования из них хорошо удерживают мелкие пузырьки воздуха и легко флотируются к поверхности воды в соответствующем аппарате и образуют устойчивый слой флотошлама.

Этим свойством в полной мере обладают и частицы композиционного сорбента.

При перемешивании хлопья и флотошлам легко разрушаются с образованием однородной системы. При прекращении перемешивания частицы вновь быстро образуют легко флотируемые хлопья.

Указанные свойства важны как в процессе приготовления сорбента, так и в процессе очистки сточной воды с использованием этого сорбента, в которых предусмотрено применение технологии напорной флотации.

Важно также, что в этих процессах нет необходимости использовать какие-либо вещества в качестве коагулянтов, флоккулянтов, флотоагентов.

Суспензию сорбента из реактора направляют в сатуратор, насыщают ее воздухом при давлении, например, 2 атм и подают при этом давлении во флотатор. Давление в нем снижается до нормального, растворенный в водной фазе воздух выделяется в виде мелких пузырьков, которые флотируют частицы сорбента к поверхности воды. Образующийся флотошлам отбирают известными методами, обезвоживают и направляют в емкость для хранения или транспортирования.

Возможен вариант, в котором флотошлам отправляют непосредственно в процесс очистки сточных вод.

Целлюлозные волокна подают в смеситель в количестве, которое обеспечивает его концентрацию в суспензии на уровне 200-300 мг/дм³.

Растворы смесей NaOH и Na₂CO₃ готовят при их массовом соотношении в расчете на натрий в диапазоне от 0,3:0,7 до 0,7:0,3.

Композиционный сорбент содержит, в расчете на 100 мас.ч. минеральных компонентов (МК), от 28,21 до 68,15 мас.ч. Mg(OH)₂ и от 31,85 до 71,79 мас.ч. MgCO₃, a содержание минеральных компонентов в расчете на 100 мас.ч. волокон равно 50-200 мас.ч.

Изготовленный указанным способом сорбент можно использовать для очистки сточных вод от ионов хрома (III) и сопутствующих ионов железа (III), меди (II), кадмия (II).

Следующие примеры иллюстрируют возможности предлагаемого способа.

Пример 1. Готовят водную дисперсию фибриллированных древесных целлюлозных волокон (ЦВ) с концентрацией 200 мг/дм³, раствор MgCl₂ с содержанием Mg 35,85 мг/дм³, раствор смеси NaOH и Na₂CO₃ при их массовом отношении по Na 0,3:0,7 и общей концентрацией по Na 67,84 мг/дм³. Смешивают дисперсию ЦВ и раствор MgCl₂ и затем в образовавшуюся суспензию подают раствор смеси NaOH и Na₂CO₃ при одинаковых объемных расходах дисперсии ЦВ и растворов. За определенный промежуток времени получают 3 дм³ суспензии композиционного сорбента (КС) с его содержанием 300 мг и концентрацией 100 мг/дм³ и массовом отношении МК:ЦВ, равном 50:100 при содержании в МК 28,21 мг Mg(OH)₂ и 71,79 мг MgCO₃. Теоретическая емкость этого количества сорбента равна 51,12 мг по Cr, или 54,9 мг по Fe, или 93,70 мг по Cu, или 165,76 мг по Cd.

Суспензию сатурируют, подают во флотатор, флотошлам отбирают, сгущают и отводят в бак для хранения.

Пример 2. В отличие от условий по примеру 1, используют дисперсию ЦВ, с концентрацией 300 мг/дм³, раствор MgSO₄ с содержанием Mg 222,53 мг/дм³, раствор смеси NaOH и Na₂CO₃ при их массовом отношении 0,7:0,3 и общей концентрацией по Na 426,76 мг/дм³. Получают 3 дм³ суспензии сорбента с его содержанием 900 мг и концентрацией 300 мг/дм³ и массовым отношением МК:ЦВ=200:100 при содержании в 600 мг МК 408,9 мг Mg(OH)₂ и 191,1 мг MgCO₃. Емкость 900 мг сорбента (или 600 мг МК) равна 313 мг по Cr, или 340,47 мг по Fe, или 581,0 мг по Cu, или 1027,25 мг по Cd.

Пример 3. В отличие от условий по примеру 1, используют дисперсию ЦВ с их содержанием 250 мг/дм³, раствор соли магния с его содержанием 110,18 мг/дм³, раствор смеси NaOH и Na₂CO₃ при их массовом отношении по натрию 0,5:0,5 и общей концентрацией по Na 208,48 мг/дм³. Получают 3 дм³ суспензии композиционного сорбента с содержанием 562,5 мг, концентрацией 187,5 мг/дм³ и массовом отношением МК:ЦВ, равном 125:100, при содержании в МК 156,25 мг Mg(OH)₂ и 156,25 MgCO₃. Теоретическая емкость 562,5 мг сорбента равна 157,12 мг по Cr, или 168,5 мг по Fe, или 288,0 мг по Cu, или 509,0 мг по Cd.

1. Способ получения композиционного сорбента на основе карбоната и гидроксида магния, включающий приготовление дисперсии фибриллированных целлюлозных волокон, содержащих не менее 94 мас.% волокон длиной не более 1,23 мм и не менее 54 мас.% волокон длиной не более 0,63 мм, раствора магнийсодержащей соли из ряда, содержащего MgCl₂ и MgSO₄, растворов смесей NaOH и Nа₂СО₃, приготовление суспензии из раствора магнийсодержащей соли и дисперсии указанных целлюлозных волокон в количестве 200-300 мг/дм³ жидкой фазы, обработку суспензии раствором, содержащим смесь NaOH и Na₂CO₃ при их массовом соотношении в пересчете на Na, равном (0,3-0,7):(0,7-0,3), с получением суспензии частиц композиционного сорбента, состоящих из целлюлозных волокон с прочно иммобилизованными ими мелкодисперсными частицами гидроксида и карбоната магния в количестве, в расчете на 100 мас.ч. минеральных компонентов, от 28,21 до 68,15 мас.ч. Mg(OH)₂ и от 31,85 до 71,79 мас.ч. MgCO₃, отделение частиц сорбента от водной фазы методом напорной флотации с получением сорбента в виде флотошлама.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание минеральных компонентов в сорбенте в расчете на 100 мас.ч. волокон равно 50-200 мас.ч.