Сорбент для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов

Изобретение относится к области очистки промышленных сточных вод от ионов тяжелых металлов. Предложен сорбент, состоящий из двух компонентов: термообработанной при 250-300^°С шелухи подсолнечника и отхода керамического производства, содержащего оксид алюминия. Изобретение обеспечивает эффективную очистку вод от ионов тяжелых металлов. 2 табл.

 

Изобретение относится к очистке сточных вод от ионов тяжелых металлов и может быть использовано в технологиях очистки сточных вод различных производств.

Известен сорбент, в качестве которого используют измельченный отход гидроалюминатного бетона. Очистку осуществляют фильтрацией через сорбент толщиной слоя 0,05-0,06 м. Который составляет 15-20 г. Использование вышеуказанного способа обеспечивает повышение эффективности очистки сточных вод от ионов меди, уменьшение высоты слоя сорбента при очистке, что приводит к его экономии и увеличению скорости фильтрации, что приводит к сокращению времени очистки.

Недостатками данного способа являются достаточно большой расход сорбента и очистка сточной воды только от меди (Патент №2455238).

Известен сорбент, в качестве которого используют кремнегель - отход производства фторида алюминия, модифицированный жирными кислотами, например, стеариновой или пальмитиновой в количестве от 1 до 15%. Процесс адсорбции проводят в интервале температур 25-45°C при перемешивании. Способ обеспечивает повышение степени очистки сточных вод от кадмия в 2,2-5 раз по сравнению с использованием в качестве сорбента немодифицированного кремнегеля, а также способствует утилизации многотоннажных отходов производств фторида алюминия. Наивысшая степень очистки сточных вод от ионов кадмия составляет 74,4%.

Недостатком данного способа является использование реагентов для модификации сорбента, что влечет за собой повышение стоимости сорбента. Также значительным недостатком данного сорбента является то, что он способен очищать сточные воды только от ионов кадмия и не сорбирует другие тяжелые металлы (Патент №2425807).

Известен сорбент из шелухи вызревших семечек подсолнечника, для получения которого шелуху измельчают в муку, затем гидролизуют в растворе кислоты 9-12 н., в соотношении 1(8-10) по весу в течение не менее 35-45 дней при комнатной температуре, после чего промывают дистиллированной водой и сушат. В результате такой обработки получают сорбент для извлечения ионов железа и кальция. Технология получения сорбента может варьироваться, например, сорбент подвергают кислотной гидролизации как соляной, так и серной кислотой. Гидролиз серной кислотой может быть проведен при температуре 100°C в течение не менее 3-6 часов. Промывка от следов кислоты также может проходить сначала дистиллированной кислотой комнатной температуры, а затем нагретой до 80°C. Возможно проведение дополнительной обработки сорбента перед сушкой этиловым спиртом. В результате образуется черный порошок без вкуса и запаха, нерастворимый в воде, щелочах и кислотах.

Недостатком данного сорбента является множество технологических операций, использование дорогих реагентов, что влечет за собой высокую стоимость сорбента (Патент №2060818).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является сорбент для очистки сточных вод, включающий целлюлозосодержащие отходы растительного происхождения, имеющие пространственно-каркасную структуру в виде слоя между слоями хлопкосодержащего отхода производств, отличающийся тем, что в качестве целлюлозосодержащего отхода растительного происхождения он содержит термообработанную при температуре от 250 до 300°C шелуху пшеницы, а в качестве хлопкосодержащего отхода используют хлопкосодержащий пух, термообработанный при температуре от 350 до 450°C, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

термообработанный хлопкосодержащий пух	20-30
термообработанная шелуха пшеницы	80-70

Эффективность очистки данным сорбентом сточной воды (на примере свинца) составляет 70,4%.

Недостатком является низкая эффективность очистки (Патент №2429069).

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является увеличение эффективности очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов.

Сорбент для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, включающий термообработанный до образования пористой структуры отход растительного происхождения, в качестве отхода растительного происхождения содержит шелуху подсолнечника, термообработанную при 250-350°C при ограниченном доступе кислорода, и дополнительно содержит отход керамического производства, включающий оксид алюминия в количестве 94-95%, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

термообработанная шелуха подсолнечника	45-55%
отход керамического производства,
с содержанием оксид алюминия 94-95%	55-45%

В таблице 1 представлены данные по эффективности заявляемого сорбента для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов на примере свинца.

В таблице 2 представлен состав отхода керамического производства, который использовали для изготовления сорбента. Отход керамического производства представляет собой сыпучий порошок белого цвета, основная массовая доля которого это оксид алюминия 94-95% и 5-6% примеси различных веществ.

Эффективность очистки стоков от ионов свинца отходом керамического производства, включающего оксид алюминия в количестве 94-95%, составила 82,3%. Сорбционная емкостью по отношению к ионам тяжелых металлов А_ИТМ≈14 мг/г.

Для изготовления сорбционных материалов шелуху подсолнечника термически активируют при t 250-350°C в течение от 15 до 25 мин, в специальной герметичной форме, которая позволяет ограничить доступ кислорода. При термической обработке происходит образование пористой структуры. Размеры пор по данным растровой микроскопии составили ~0,8 и ~4-5 нм. Полученный сорбент с содержанием шелухи подсолнечника в количестве 100% обладает достаточно высокими сорбционными свойствами: сорбционной емкостью по отношению к ионам тяжелых металлов А_ИТМ≈17 мг/г, удельной поверхностью (S_уд=188 м²/г), суммарным объемом пор по воде V_пор=0,3 см²/г. Эффективность очистки сточных вод полученными сорбентами от ионов свинца составила 94,6%.

Из таблицы 1 видно, что наиболее высокими сорбционными свойствами обладает заявляемый сорбент, полученный при соотношении 50/50 (%) отходов растительного происхождения-шелухи подсолнечника термообработанных при t 300°C в течение ~20 мин и отхода керамического производства, включающего оксид алюминия в количестве 94-95%. Эффективность очистки сточных вод от ионов свинца (Э=97,5%) комбинированными сорбентами превышает значение Э, % при использовании только адсорбентов на основе отходов керамического производства, включающего оксид алюминия в количестве 94-95% (Э=82,3%), или отходов растительного происхождения-шелухи пшеницы (Э=94,6%).

Повышение эффективности очистки связано с протеканием совместных процессов: физической адсорбции Pb²⁺ на поверхности сорбента из шелухи подсолнечника и хемосорбции с отходом керамического производства, с содержание оксида алюминия 94-95%.

Использование сорбентов на основе термообработанной шелухи подсолнечника, которые дополнительно содержат отход керамического производства, включающие оксид алюминия в количестве 94-95%, позволяет не только увеличить эффективность очистки от ионов тяжелых металлов, но и снизить себестоимость сорбционно-фильтрующего материала.

Таблица 2
Массовая доля оксида алюминия, %	94-95
Массовая доля оксида кремния, %	2-3
Массовая доля оксида железа, %	0,1-0,2
Массовая доля оксида титана, %	0,05-0,1
Массовая доля оксида кальция, %	1-1,5
Массовая доля оксида натрия, %	0,2-0,4
Массовая доля оксида калия, %	0,04-0,05
Массовая доля оксида магния, %	1-1,5

Сорбент для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, включающий термообработанный до образования пористой структуры отход растительного происхождения, отличающийся тем, что дополнительно содержит отход керамического производства, содержащий оксид алюминия в количестве 94-95%, а в качестве отхода растительного происхождения содержит шелуху подсолнечника, термообработанную при 250-350°C при ограниченном доступе кислорода, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

термообработанная шелуха подсолнечника	45-55%
отход керамического производства,
содержащий оксид алюминия	55-45%