Способ извлечения йода из жидкой или газовой фазы

Изобретение относится к химии и технологии йода и может быть использовано для извлечения йода из природных и техногенных растворов или из газовоздушной смеси. Способ заключается в сорбции йода и последующей десорбции. В качестве сорбента используют активный уголь, полученный из косточек плодов и скорлупы орехов, подвергнутый двухстадийной карбонизации в потоке диоксида углерода. Для десорбции йода применяют 0,5-1 н раствор щелочного реагента. В качестве щелочного реагента используют раствор гидроокиси аммония или смесь сульфита натрия и гидроокиси аммония или натрия. Технический результат заключается в повышении степени очистки растворов и газовых смесей от йода. 2 з.п. ф-лы, 6 табл., 4 пр.

 

Изобретение предназначено для химической промышленности, относится к химии и технологии йода для его извлечения из природных и техногенных растворов или газовоздушной смеси активным углем.

Известен способ извлечения йода из минеральных вод сорбцией активным углем, причем уголь предварительно модифицируют ыфторсодержащим соединением. В качестве фторсодержащего соединения испоьзуют раствор плавиковой кислоты. [Авт. св. №1643451, МПК C01B 7/14].

Недостатком способа является использование раствора плавиковой кислоты.

Известен угольно-адсорбционный способ извлечения йода из рассолов с использованием активного угля КАД, полученного специальной обработкой каменноугольного обогащенного полукокса перегретым паром при T=800-1000°C, включающий сорбцию йода из жидкой фазы, десорбцию растворами щелочи (NaOH), соды (Na₂CO₃), сульфита натрия (Na₂SO₃), смеси сульфита натрия с щелочью, и отмывку водой [Ксензенко В.И., Стасиневич Д.С. Химия и технология брома, йода и их соединений. -М.:Химия, 1979]. Этот способ выбран нами за прототип.

Угольно-адсорбционный способ обладает рядом недостатков:

- уголь в цикле сорбция-десорбция используется только 2-4 раза, что связано с низкой механической и химической устойчивостью твердых активных углей типа КАД;

- выделение йода из фазы угля проводят 10-15% раствором щелочи при температуре 90-100°C в течение 2-6 часов;

- отмывку угля ведут горячей водой. Остаточное содержание щелочи в промводе до 0,4%. Длительность процесса 36-48 часов;

- применение соды для десорбции йода сопровождается сильным вспениванием (газовыделением);

- сульфитная десорбция требует проводить процесс в кислотоупорной аппаратуре или добавлять щелочь для нейтрализации.

Известен способ очистки воздушных смесей от паров элементарного йода, который осуществляется сорбентом из торфа, полученным последовательной обработкой торфа растворами щелочей и Al₂(SO₄)₃. [Патент 2085261 РФ, МПК⁶ B01D 53/02. Способ очистки газа от паров йода / Масленников Б.И.; Мазунова Т.И.; Гурко П.М. // Опубл. 27.07.1997.].

Недостатком предложенного технического решения является ограничение по скорости пропускания газа через сорбент 0,02-0,03 м/с и то, что работоспособность сорбента обеспечивается его постоянной влажностью 75-80%.

Технический результат предложенного изобретения заключается в том, что повышается степень очистки растворов и газовых смесей от йода за счет повышения адсорбционной емкости угля по йоду.

Технический результат достигается тем, что в качестве сорбента используют активный уголь, полученный из косточек плодов и скорлупы орехов, подвергнутый двухстадийной карбонизации в потоке диоксида углерода, а для десорбции йода применяют 0,5-1 н. раствор щелочных реагентов при температуре 20-30°C, время контакта 1-3 часа, расход 4-6 V/V угля. В качестве щелочного реагента используют раствор гидроокиси аммония или смесь сульфита натрия и гидроокиси аммония или натрия.

Активный уголь (ВСК-4) [Патент РФ 2111923, C01B 31/10. Способ получения активного угля из косточек плодов и скорлупы орехов / Голубев В.П.; Мухин В.М.; Тамамьян А.Н. // Опубл. 27.05.1998.], полученный из дробленых косточек плодов и скорлупы орехов, подвергнутый двухстадийной карбонизации в потоке диоксида углерода в интервале температур 40-750°C и 750-900°C.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что процесс извлечения йода (I₂) осуществляется активным углем ВСК-4. Предлагаемый сорбент на основе косточек плодов и скорлупы орехов, подвергнутых двухстадийной карбонизации в потоке диоксида углерода, является экологически безвредным. Карбонизация косточкового сырья дает возможность получать плотный монолитный углеродный каркас с короткими неразветвленными каналами и микропорами 0,5-0,7 нм.

Короткие неразветвленные каналы способствуют эффективному удалению йода из фазы угля (ВСК-4) 0,5-1 н щелочными реагентами:

сульфитом натрия, смесями сульфита натрия со щелочными реагентами (аммония или натрия) при температуре 20-30°C за 1-3 часа 4-6 объемами на 99%. Снижение концентрации щелочи в десорбирующем растворе позволяет проводить эффективно отмывку угля водой при температуре 20-30°C за 30-60 минут 2-3 объемами на 100%.

Плотный углеродный каркас дает высокую механическую, химическую устойчивость активного угля ВСК-4 и обеспечивает эффективность и многократность его использования в технологическом цикле сорбции-десорбции йода (I₂).

Пример 1. Сравнение сорбционной способности активных углей. Опыты проводили в статических условиях контактирования навески угля (1 г) с объемом йодсодержащего раствора (дм³) при соотношении 1:1000 в течение 5 часов при перемешивании и температуре 20-25°C.

Таблица 1
Физико-химические характеристики активных углей	Марка активного угля
Показатель	Ед. изм.	КАД (каменноугольный)	ВСК-4 (косточка)
Фракционный состав	мм	1,0-3,5	0,1-1,5
Прочность при истирании	%	60	>80
Насыпная плотность	г/дм3	350-400	410
Предельный объем адсорбционного пространства	см3/г	1,01	>0,85
Массовая доля золы	% не более	9-14	2,0
Удельная поверхность микропор	м2/г	350-850	-
Объем микропор	см3/г	0,292	0,4
Влажность	%	10	13
Адсорбционная способность по йоду в растворе 1 г/л	г/г	1,03	1,0
Адсорбционная способность по йоду в растворе 0,15 г/л	г/г	-	0,118

Пример 2. Выделение йода из фазы сорбента в динамических условиях (десорбция). Насыщение угля йодом проводили в статических условиях при температуре 20-30°C. Десорбирующий раствор подавали сверху вниз в стеклянную колонку, заполненную углем, насыщенным йодом.

Таблица 2
Марка угля	Содержание йода, мг/л	Условия	Показатели
		Температу ра, °С	Вре мя, ч	Реагент	Выход десорба та, V/V	Содержа ние йода, %	Полнота десорб ции, %
				Вид				Концентрация
%	N, г-экв./л
КАД (про тотип)	250-520	90	4-6	NaOH	10-15	2,5-3,5	-	20/35	99
ВСК-4	510	20-30	3	NaOH	2	0,5	6	27,0	99
ВСК-4	445	20-30	3	NaOH	1	0,25	6	27,0	99
ВСК-4	330	20-30	1	NH4OH	1,6	0,5	6	26,1	99
ВСК-4	330	20-30	1	Na2SO3	3,1	0,5	4	32,6	99
ВСК-4	415	20-30	2	Na2SO3+NaOH	2+3,1	0,5+0,5	6	26,8	99
ВСК-4	330	20-30	1	Na2SO3+NH4OH	2+3,1	0,5+0,5	5	26,1	99

Пример 3. Отмывка угля после десорбции йода в динамических условиях.

Таблица 3
Марка угля	Остаточное содержание щелочи	Условия	Показатели
Вид	N, г-экв./л	Темпе рату ра, °C	Время, ч	Выход десорба та, V/V	Содержание йода, %	Полнота десорбции, %
КАД
(прототип)	NaOH	2,5-3,5	>60	40	-20	0,1	100
ВСК-4	NaOH	0,26	20-30	1	3	0,09	100
ВСК-4	NaOH	0,35	20-30	1	3	0,13	100
ВСК-4	NaOH	0,5	20-30	0,5	3	0,23	100
ВСК-4	NaOH	0,5	20-30	0,5	2	0,24	100
ВСК-4	NH4OH	0,45	20-30	0,5	3	0,14	100
ВСК-4	NH4OH	0,45	20-30	0,5	2	0,22	100

Пример 4. Ресурсные испытания угля ВСК-4 в цикле сорбция-десорбция йода. Сорбцию йода проводили из йодсодержащих технологических растворов в стеклянных колонках. Скорость фильтрации раствора 8,85 м/ч, удельная нагрузка раствора составляла 33,9 V_р-ра/V_угля, температура 25°C. Десорбцию проводили раствором 0,5 н. Na₂SO₃+0,5 н. NaOH при температуре 25°C в течение двух часов шестью объемами раствора на объем угля.

Результаты циклических испытаний процесса сорбции-десорбции представлены в таблице.

Таблица 4
Показатели	Ед. измерения	Уголь ВСК-4
Исходный	После 8 цикла
Предельный объем адсорбционного пространства	см3/г	1,30	1.34
Адсорбционная способность по йоду в растворе 0,2 г/л	г/г	0,557	0,525
Полнота десорбции йода 6 V/V раствора раствором 0,5 н. Na2SO3+0,5 н. NaOH	%	99,8	99,0

Проведенные испытания показали, что активный уголь ВСК-4 после 8 циклов сорбции-десорбции сохраняет сорбционную способность, не теряет емкость по йоду.

Физико-химические характеристики исходного угля и прошедшего 8 циклов сорбции-десорбции представлены в таблице.

Таблица 5
Фракционный состав	Уголь ВСК-4
Исходный	После 8 цикла
-0,4 мм	0,04	0,12
+0,4 мм	1,97	1,51
+0,63 мм	43,63	42,23
+1,0-1,6 мм	54,36	56,14

Фракционный состав угля практически не изменился.

Пример 5. Поглощение йода из газовоздушной смеси проводили при скорости потока 3 дм³/мин (0,1 м/с).

Таблица 6
Марка сорбента	Температура, °C	Характеристика сорбента	Содержание йода в сорбенте, г/г
Тип	Средний диаметр, мм
Прототип	25	Торф	1,3	0,106
ВСК-4	40	Косточка	1,2	1,06

Изобретение позволит ликвидировать потери йода в технологическом цикле производства, исключить загрязнение окружающей среды и воздушного бассейна и сделать процесс более экономичным и безопасным. Также позволит снизить температуру процесса с 90°C до 25°C, концентрацию десорбирующих реагентов с 2,5-3 н. до 0,5 н., расход реагента в 7 раз, расход воды в 10 раз на стадии десорбции и отмывки.

1. Способ извлечения йода из жидкой или газовой фазы, включающий его сорбцию твердым активным углем и десорбцию йода, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют активный уголь, полученный из косточек плодов и скорлупы орехов, подвергнутый двухстадийной карбонизации в потоке диоксида углерода, а десорбцию йода осуществляют 0,5-1 Н раствором щелочного реагента при температуре 20-30°C, времени контакта 1-3 часа, расходе 4-6 объемов раствора на 1 объём угля.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве щелочного реагента используют раствор гидроокиси аммония.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве щелочного реагента используют смесь сульфита натрия с гидроокисью аммония или натрия.