Способ получения сорбентов на основе гидроксида железа и сульфата кальция на носителе из целлюлозных волокон

Изобретение относится к получению сорбентов, которые могут быть использованы в процессах очистки вод, содержащих фтор и другие загрязнители. Сорбенты получают взаимодействием сернокислого железа и гидроксида кальция в водной среде, содержащей фибриллированные целлюлозные волокна. Образующиеся в результате взаимодействия частицы гидроксида железа и сульфата кальция иммобилизуются на волокнах с образованием сорбента. Изобретение обеспечивает повышенное содержания активной фазы в сорбенте. 1 з.п. ф-лы, 4 пр.

 

Способ получения сорбентов на основе гидроксида железа и сульфата кальция на носителе из целлюлозных волокон

Способ относится к технологиям химического осаждения из водных растворов трудно растворимых неорганических соединений на различные подложки-носители и может быть использован в процессах очистки сточных и природных вод, содержащих фтор и другие загрязнители.

Известен способ получения тонкослойных неорганических сорбентов на носителе из целлюлозных волокон (Н.Д.Бетенков, «Применение тонкослойных неорганических сорбентов в гидрометаллургии и радиохимии», Межвузовский сборник научных трудов, Пермский политехнический институт, 1980 г., стр.115-120). В этом способе из волокон древесной целлюлозы готовят носитель в виде гранул размером 0,2-0,5 мм. При получении сорбентов на основе гидроксида железа гранулы диспергируют в водном растворе соли железа. Дисперсию обрабатывают щелочным реагентом-осадителем, например NaOH. В результате реакций образуются и выделяются в виде твердой фазы частицы трудно растворимого гидроксида железа, которые иммобилизуются на носителе с образованием частиц сорбента, состоящего из целлюлозных волокон в виде гранул, и частиц гидроксида железа. По мнению авторов осажденные частицы образуют на гранулах тонкий слой с хорошей его адгезией к подложке.

Частицы сорбента отделяют от жидкой фазы отстаиванием или фильтрацией.

Недостаток способа заключается в том, что полученные по нему сорбенты имеют низкое содержание активного компонента (АК) в виде гидроксида железа (5-30 мг на 1 г сорбента). Вследствие этого, основное назначение таких сорбентов - это извлечение из растворов веществ в разбавленном и ультраразбавленном состоянии, когда полное использование ионообменной емкости недостижимо.

Новыми техническими результатами от использования предлагаемого изобретения являются повышение содержания активного компонента в сорбенте и, соответственно, его емкости, а также расширение областей его использования, например, для очистки воды от сероводорода, сульфидов и фтора или фосфатов и фтора.

Указанные результаты достигаются тем, что в способе получения сорбентов на основе гидроксида железа и сульфата кальция на частицах носителя из целлюлозных волокон, включающем приготовление исходной водной дисперсии, содержащей частицы носителя и растворенное сернокислое железо, обработку ее щелочным реагентом-осадителем с образованием трудно растворимых соединений металлов из ряда, содержащего гидроксид железа, и их иммобилизацией на носителе с образованием частиц сорбента, состоящего из носителя и трудно растворимых соединений металлов, отделение частиц сорбента от жидкой фазы, согласно изобретению в качестве носителя используют фибриллированные целлюлозные волокна, содержащие, в мас.%, не менее 95% волокон с длиной не более 1,20 мм и не менее 55% волокон с длиной не более 0,60 мм, в качестве щелочного реагента используют гидроксид кальция, ряд трудно растворимых соединений металлов дополнительно включает сульфат кальция, при этом сорбент состоит из носителя в виде целлюлозных волокон высокой дисперсности и иммобилизованных ими частиц гидроксида железа и сульфата кальция при их количестве 100-800 мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. волокон, а сернокислое железо и гидроксид кальция берут в их стехиометрически равных количествах.

Фибриллированные целлюлозные волокна (ФЦВ) с указанными выше характеристиками обладают в водной их дисперсии очень высокой сорбционной способностью по отношению к образующимся в дисперсии при ее реагентной обработке нерастворимым частицам различных соединений металлов в момент их образования. В наших экспериментах было обнаружено, что сорбционная емкость волокон превышает 1500 мас.ч. соединений металлов на 100 мас.ч. волокон.

Эти волокна в водной среде обладают также высокой активностью к взаимодействию друг с другом и способностью быстро (в 10-20 сек) образовывать даже при низкой концентрации (20-30 мг/л) флокулы и хлопья, хорошо удерживающие пузырьки воздуха и поэтому легко флотируемые к поверхности воды.

Такими же свойствами обладают частицы сорбентов даже при высоком содержании в них частиц соединений металлов - активных компонентов и/или продуктов очистки стоков. Поэтому для выведения частиц из жидкой фазы следует использовать технологию напорной флотации, причем без применения вспомогательных веществ, таких как коагулянты, флокулянты, флотоагенты.

Сорбенты получают с соотношением в них, в мас.ч, активных компонентов (АК)-гидроксида железа и сульфата кальция, к ФЦВ, равным 50-800:100, в зависимости от условий использования сорбента. Соотношение между гидроксидом железа и сульфатом кальция в сорбенте соответствует стехиометрическому равенству в реакционной смеси между ионами железа и кальция.

Способ осуществляют следующим образом. Готовят суспензию ФЦВ, содержащую, в мас %, не менее 95% волокон с длиной не более 1,20 мм и не менее 55% волокон с длиной не более 0,60 мм, с заданной концентрацией. Готовят также растворы сернокислого железа (II) или (III) и суспензию гидроксида кальция с заданными концентрациями.

Для получения сорбента используют установку непрерывного действия, содержащую смеситель, реактор, сатуратор и флотатор.

В смеситель подают при равных объемных скоростях суспензию ФЦВ с их содержанием 150-600 мг/л и раствор сернокислого железа с содержанием соли 111-1965 мг/л. Полученную исходную дисперсию направляют в реактор, в который подают также с такой же объемной скоростью суспензию реагента-осадителя - гидроксида кальция - с его содержанием 45-1095 мг/л. В реакторе в результате реакций образуются 50-1020 мг/л частиц нерастворимых соединений активных компонентов (АК) в виде частиц гидроксида железа и сульфата кальция. Частицы иммобилизуются на ФЦВ с образованием сорбента в количестве 100-1150 мг/л. Далее дисперсию сорбента направляют в сатуратор, насыщают ее воздухом при его давлении 2-3 атм и из сатуратора направляют в камеру флотатора, в которой сорбент выводят из жидкой фазы в виде флотошлама.

Следующие примеры иллюстрируют возможности предлагаемого способа.

Пример 1. В смеситель подают с равными объемными скоростями суспензию ФЦВ, содержащую, в мас. %, не менее 95% волокон с длиной не более 1,20 мм и не менее 55% с длиной волокон не более 0,60 мм, с их содержанием 150 мг/л и раствор FeSO4 с содержанием этой соли 113,5 мг/л и получают исходную дисперсию. Ее направляют в реактор, в который с такой же скоростью подают в качестве осадителя суспензию Ca(ОН)2 с содержанием 49,5 мг/л. В результате реакций в реакторе в качестве АК образуются 20,0 мг/л частиц Fe(OH)2 и 30,3 мг/л частиц CaSO4. Указанные частицы иммобилизуются на ФЦВ с образованием 100,3 мг/л сорбента, в котором соотношение АК : ФЦВ равно 100 :1 00. Сорбент выводят из жидкой фазы методом флотации.

Пример 2. В отличие от примера 1, используют суспензию ФЦВ с их содержанием 600 мг/л, раствор FeSO4 с содержанием соли 1135 мг/л, суспензию Ca(ОН)2 с его содержанием 495 мг/л. В результате реакций в дисперсии в качестве АК образуются частицы Fe(OH)2 в количестве 200 мг/л и CaSO4 в количестве 3О3 мг/л. Частицы иммобилизуются на ФЦВ с образованием 703 мг/л сорбента, в котором соотношение АК : ФЦВ равно 250 : 100.

Пример 3. В отличие от примера 1, используют суспензию ФЦВ с их содержанием 300 мг/л, Fe2(SO4)3 с содержанием соли 1347 мг/л и суспензию Ca(ОН)2 с его содержанием 736,7 мг/л. В результате реакций в дисперсии в качестве АК образуются 240 мг/л частиц Fe(OH)3 и 458,6 мг/л частиц CaSO4 Эти частицы иммобилизуются на ФЦВ с образованием 799 мг/л сорбента, в котором соотношение АК : ФЦВ равно 566 : 100.

Пример 4. В отличие от примера 1 используют суспензию ФЦВ с их содержанием 375 мг/л, раствор Fe2(SC>4)3 с содержанием соли 1964,43 мг/л и суспензию Ca(ОН)2 с его содержанием 1092 мг/л. В результате реакций в дисперсии в качестве АК образуются 350 мг/л частиц Fe(OH)3 и 668,78 мг/л частиц CaSO4. Эти частицы иммобилизуются на ФЦВ с образованием 1143,78 мг/л сорбента, в котором соотношение АК : ФЦВ равно 815 : 100.

В примерах 1-4 жидкая фаза после выведения сорбента содержит в растворенном виде некоторое количество CaSO4. Ее можно использовать в качестве воды для приготовления, например, суспензии Ca(ОН)4 и/или раствора соли железа, и/или суспензии ФЦВ.

Емкость сорбентов по примерам 1-4, в расчете на 1 г сорбента, по фтору равна 87,1, 119,7, 159,6 и 163,2 мг соответственно. Эти же сорбенты могут сорбировать из растворов, содержащих, кроме фтора, соединения восстановленной серы или фосфаты, эти элементы в количествах, пропорционально равных содержанию в сорбентах гидроксида железа. Емкость образцов по сере равна соответственно по примерам, 67,3, 101,8, 150,2 и 152,7 мг или по фосфору (в пересчете на Р2O5) - 99,5,150,6,199,9 и 203,2 мг на г сорбента.

1. Способ получения сорбента на основе гидроксида железа и сульфата кальция на носителе из целлюлозных волокон, включающий приготовление исходной водной дисперсии, содержащей частицы носителя в виде фибриллированных целлюлозных волокон, содержащих, в мас.%, не менее 95% волокон с длиной не более 1,20 мм и не менее 55% волокон с длиной не более 0,60 мм, и растворенное сернокислое железо, обработку дисперсии гидроксидом кальция с образованием трудно растворимых частиц гидроксида железа и сульфата кальция и их иммобилизацией на носителе с получением частиц сорбента, отделение частиц сорбента от жидкой фазы, при этом полученный сорбент содержит активные компоненты в виде иммобилизованных на волокнах частицах гидроксида железа и сульфата кальция в количестве 100-800 мас. частей на 100 мас. частей упомянутых волокон.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сернокислое железо и гидроксид кальция берут в их стехиометрически равных количествах.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к получению сорбентов. Сорбент содержит сульфат кальция на носителе из фибриллированных целлюлозных волокон, содержащих не менее 95 мас.% волокон с длиной не более 1,20 мм и не менее 55 мас.% волокон с длиной не более 0,60 мм.

Изобретение относится к получению сорбентов. Предложенный способ получения предусматривает нейтрализацию резорцина раствором гидроксида щелочного металла, введение формальдегида и карбоната кальция в реакционную смесь.
Изобретение относится к сорбентам для очистки воды от мышьяка. Сорбент для очистки водных сред от мышьяка содержит нанофазный оксигидроксид, выделенный из отходов станций обезжелезивания подземных вод, водорастворимый полимер и глицерин.
Изобретение относится к сорбентам, применяемым в области охраны окружающей среды для очистки водной поверхности от нефтепродуктов с использованием магнитного поля.

Группа изобретений относится к адсорбентам для удаления серы из крекинг-бензина или дизельного топлива. Адсорбент содержит от 10 до примерно 25 мас.% оксида алюминия, от 10 до 20 мас.% диоксида кремния, от 35 до 65 мас.% оксида металла, выбранного из групп IIB и VB, от 8 до 20 мас.% металлического катализатора, выбранного из группы VIIB и VIII, от 1 до 5 мас.% оксида металла, выбранного из группы IA.

Изобретение относится к синтетическим сорбентам и может быть использовано в ядерной энергетике и химико-металлургической промышленности при очистке жидких радиоактивных отходов и сточных вод от радионуклидов, в частности ионов цезия, а также может использоваться для детоксикации организмов животных и человека при радиохимическом заражении.

Изобретение относится к области ионного обмена. Предложен способ получения адаптивно-селективного ионообменного материала, который включает приготовление темплатсодержащей фазы, мономерной смеси, введение мономерной смеси в приготовленную темплатсодержащую фазу при перемешивании и повышенной температуре.

Изобретение относится к получению сорбентов, используемых для детоксикации организмов животных и человека при радиохимическом заражении цезием. Смешивают мелкодисперсный кремнезем с водным раствором гидрооксида калия и смесь подвергают гидротермальной обработке при температуре не менее 120°C в течение 2-3 часов.

Изобретение относится к продукционным системам для хранения смесей. Предложенная продуктовая система содержит по меньшей мере один пористый носитель, по меньшей мере одно действующее вещество, введенное в пористый носитель, и по меньшей мере одну защитную систему.

Группа изобретений относится к сорбентам, используемым при очистке водных сред от техногенных загрязнителей. Состав для приготовления гранулированного наноструктурированного сорбента включает, мас.%: глауконит - 20-50, интеркалированный графит, представляющий собой бисульфат графита, - 1-5, бентонитовую глину - 40-70, модификатор, выбранный из NaHCO3, - 10, или KMnO4 - 5, или NaCl - 8, и воду.
Изобретение относится к получению сорбентов. Сорбент содержит сульфат кальция на носителе из фибриллированных целлюлозных волокон, содержащих не менее 95 мас.% волокон с длиной не более 1,20 мм и не менее 55 мас.% волокон с длиной не более 0,60 мм.
Группа изобретений относится к области биохимии, экологии, охране окружающей среды. Предложен препарат для очистки воды и почвы от нефтяных загрязнений, содержащий микроорганизмы - деструкторы нефти, сорбент, криопротектор - глицерин, микроудобрения - азотнокислый натрий 0,5% и фосфорнокислый калий 0,5%.

Изобретение относится к газопоглощающим материалам, в частности к спеченным неиспаряющимся геттерам, и может быть использовано в вакуумной технике и микроэлектронике, в частности в разрядных приборах.

Изобретение может быть использовано для приготовления ультрачистой воды, безопасной для употребления человеком, в результате сорбционной очистки питьевой воды от вирусов.

Изобретение относится к аналитической газовой хроматографии, в частности к способам создания сорбентов для анализа органических веществ, в том числе и загрязнителей окружающей среды.

Изобретение относится к способам получения сорбентов с высокоупорядоченной структурой типа MCM-41. .
Изобретение относится к получению сорбентов для очистки воды и твердой поверхности. .
Изобретение относится к области волокнистых сорбционно-фильтрующих материалов, используемых для очистки от аэрозолей и радиоактивных форм йода. .

Изобретение относится к области сорбционной очистки вод. .

Изобретение относится к технологии получения термосвариваемых пластиковых пленочных и листовых структур и может быть использовано для упаковки чувствительных к кислороду продуктов.
Изобретение относится к сорбентам для очистки воды от мышьяка. Сорбент для очистки водных сред от мышьяка содержит нанофазный оксигидроксид, выделенный из отходов станций обезжелезивания подземных вод, водорастворимый полимер и глицерин.
Наверх