Способ очистки сточных вод от кислотных и основных красителей

Изобретение относится к способам очистки сточных вод от красителей. Способ очистки сточных вод от кислотных и основных красителей заключается в обработке вод сорбентом с каркасной структурой. Сорбент представляет собой титансодержащее металлоорганическое каркасное соединение формулы Ti₈O₈(OH)₄[O₂C-C₆H₄CO₂]₆, содержащее в качестве линкера остатки 1,4-дикарбоновой кислоты бензола, а в узлах решетки кластеры в виде оксометаллатных многогранников, содержащих ионы титана. Технический результат заключается в повышении степени адсорбции кислотных красителей при сохранении эффективности адсорбции основных красителей. 1 табл.

 

Изобретение относится к способам очистки сточных вод от красителей и может быть использовано для очистки сточных вод красильных и отделочных цехов предприятий текстильной и легкой промышленности, предприятий бытовой химии, кожевенных заводов.

Уровень техники

Известен способ очистки сточных вод, содержащих смесь катионного и анионного красителей, путем подщелачивания смеси карбонатом натрия с последующей добавкой к раствору хлорида кальция. В результате наблюдается выпадение окрашенного карбоната кальция и степень извлечения красителей достигает 90% (Zhao D. - H., Zhang Y - L., Wei Y. - P., Gao H - W. J. Mater. Chem., 2009, 19, 7239-7244).

Недостаток данного способа:

- эффективен лишь при одновременном нахождении в сточных водах катионного и анионного красителей в близких концентрациях, находящихся в диапазоне 10-60 мг/л.

Известен способ сорбционной очистки сточных вод от красителей, в котором в качестве сорбента используют магнийсодержащий материал, состоящий из карбоната магния и гидроксида магния и измельченный до зерен размером 0.5-3 мм (Патент РФ №2430888. Опубл. 2011 г.). Степень сорбции кислотного и катионного красителей из сточных вод достигает 100 при перемешивании и контакте фаз в течение 20-30 минут.

Недостатками данного способа являются:

- неустойчивость сорбента в кислых средах и, следовательно, невозможность его использования для очистки кислых сточных вод;

- высокий расход сорбента (1 г сорбента на 10 мл раствора красителя с концентрацией 40 мг/л).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ очистки сточных вод от кислотных и основных красителей, а также от ионов тяжелых металлов с использованием в качестве сорбента неорганического каркасного материала - цеолита, модифицированного разными способами и разными модификаторами - хитозаном или альгинатами (Патент РФ №2184607. Опубл. 2002 г.).

Недостатками известного способа являются:

- ни один из модифицированных сорбентов не обеспечивает одинаково эффективную адсорбцию одновременно и кислотных, и основных красителей, так как имеют низкую степень адсорбции кислотных красителей;

- низкая экономичность способа, обусловленная:

- дороговизной сорбента, поскольку для его изготовления используется дорогостоящее сырье - хитозан, извлекаемый из панцирей ракообразных;

- высоким расходом сорбента, связанным с быстрой потерей работоспособности из-за смыва слоя модификатора ввиду отсутствия закрепления его на цеолитной основе;

- невозможностью регенерации сорбента, так как активная часть смывается сточной водой с поверхности сорбента.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является поиск способа очистки сточных вод от кислотных и основных красителей путем обработки их сорбентом, имеющим каркасную структуру, который обеспечил бы эффективную очистку сточных вод, содержащих одновременно и кислотные, и основные красители за счет повышения степени адсорбции кислотных красителей, и повысил экономичность процесса за счет снижения стоимости сорбента, его расхода и возможности его регенерации.

Поставленная задача решена способом очистки сточных вод от кислотных и основных красителей путем обработки их сорбентом, имеющим каркасную структуру, в качестве которого используют титансодержащее металлоорганическое каркасное соединение формулы Тi₈O₈(ОН)₄[O₂С-С₆H₄СO₂]₆, содержащее в качестве линкера остатки 1,4-дикарбоновой кислоты бензола, а в узлах решетки кластеры в виде оксометаллатных многогранников, содержащих ионы титана, при концентрации сорбента в растворе 40-50 г/л и времени очистки 40-60 минут.

Изобретение позволяет получить следующие преимущества:

- обеспечить универсальность способа, поскольку используемым сорбентом можно чистить сточные воды, содержащие любой краситель - и основной, и кислотный;

- повысить экономичность процесса очистки за счет:

- использования более дешевого сорбента;

- низкого расхода сорбента;

- возможности регенерации сорбента, что позволяет сохранить его работоспособность не менее чем на 8 циклов.

Сведения, подтверждающие возможность воспроизведения изобретения

Для реализации способа используют в качестве сорбента соединение, получаемое следующим образом.

В 300 мл диметилформамида загружают 16.6 г (0.1 М) терефталевой кислоты и при перемешивании нагревают реакционную массу до кипения. После полного растворения кислоты к раствору добавляют 17 г (0.05 М) бутоксида титана и выдерживают смесь при кипении в течение 6-7 часов. Затем смесь охлаждают до комнатной температуры, образовавшуюся твердую фазу отфильтровывают, промывают последовательно ацетоном и диметилформамидом и высушивают при температуре 190-200°С.

Изобретение реализуют следующим образом. В раствор красителя с концентрацией 0.01% добавляют сорбент, смесь перемешивают магнитной мешалкой в течение 40-60 минут. Далее раствор фильтруют и определяют концентрацию оставшегося красителя. Концентрацию красителя в растворе определяют спектрофотометрически, предварительно получив калибровочные графики, построенные в координатах: оптическая плотность - концентрация красителя.

Степень адсорбции рассчитывают в процентах по формуле:

$$\frac{C_{нач.}-{С}_{кон.}}{{С}_{нач.}}\times 100$$ ,

где C_нач. и C_кон. - начальная и конечная концентрации красителя в растворе.

Степень адсорбции основного и кислотного красителей при разных условиях осуществления способа очистки приведена в таблице. Сорбент регенерируют слабым раствором пероксида водорода, после чего он полностью восстанавливает свою работоспособность на не менее чем 8 циклов.

Таблица
№примера	Краситель	Концентрация адсорбента, г/л	Время очистки, мин	Степень адсорбции красителя,%
1	Родамин Ж (основной)	40	40	78.6
2	40	50	85.3
3		40	60	88.5
4		45	40	91.5
5		45	50	94.2
6		45	60	96.8
7		50	40	94.3
8		50	50	98.2
9		50	60	100
10	Кислотный оранжевый (кислотный)	40	40	75.5
11		40	50	81.3
12	40	60	84.5
13		45	40	89,6
14		45	50	92.4
15		45	60	94.1
16		50	40	92,7
17		50	50	96,8
18		50	60	99.3

Способ очистки сточных вод от кислотных и основных красителей путем обработки их сорбентом, имеющим каркасную структуру, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют соединение, представляющее собой титансодержащее металлоорганическое каркасное соединение формулы Ti₈O₈(OH)₄[O₂C-C₆H₄CO₂]₆, содержащее в качестве линкера остатки 1,4-дикарбоновой кислоты бензола, а в узлах решетки кластеры в виде оксометаллатных многогранников, содержащих ионы титана, при концентрации сорбента в растворе 40-50 г/л и времени очистки 40-60 минут.