Сорбент для очистки воды от токсичных фосфорорганических соединений, цианидов и мышьяковистых соединений и способ его получения

Изобретение относится к области экологии. Предложен сорбент, полученный на основе угля из косточкового сырья. Способ получения сорбента включает приготовление пропиточного раствора путём разбавления концентрированного раствора солей железа и меди дистиллированной водой, подогретой до 30-40°С, из расчета 0,340 кг/дм³ хлорного железа и 0,06 кг/дм³ сульфата меди. Активный уголь фракции 0,315-1,0 мм пропитывают приготовленным раствором, подогретым до 55-70°С, при перемешивании в течение 10-15 минут. Далее осуществляют обработку пропитанного угля раствором гидроксида натрия для осаждения соединений железа и меди. Продукт подвергают вылеживанию на открытом воздухе в течение 1,5-2,0 часов. Проводят термическую обработку продукта в печи кипящего слоя или во вращающейся печи при температуре 120-145°С в течение 40-70 минут, обеспечивая содержание влаги в сорбенте не более 3% мас. Технический результат: повышение сорбционной способности модифицированного угля по токсичным соединениям метилфторфосфоновой кислоты, цианидам и мышьяковистым соединениям. 2 н.п. ф-лы, 4 табл.

 

Изобретение относится к области экологии, в частности, к сорбционной очистке водных растворов от токсичных фосфорорганических соединений, цианидов и мышьяковистых соединений и может быть использовано в фильтрах для очистки воды коллективного пользования и в полевых средствах водообеспечения.

Известен способ получения сорбента, включающий пропитку гранул активного угля раствором сульфата меди с концентрацией 230-340 г/дм до обеспечения содержания сульфата меди в готовом хемосорбенте от 23 до 30% масс, причем удаление влаги с поверхности пропитанного угля проводится путем обдувки воздухом, подаваемым со скоростью 3-5 м/сек /патент РФ №2323877, МПК С01В 34/08, B01J 20/2, опубл. 10.05.2008/. Недостатком данного изобретения является сложность проведения процесса для обеспечения высокого содержания меди в готовом продукте.

Также известен способ получения сорбента для очистки питьевой воды, включающий осаждение на уголь с объемом микропор 0,04-0,05 см³ серебра в количестве 0,01-0,1% масс. путем пропитки раствором азотно-кислого серебра и последующей сушки, причем дополнительно на активный уголь осаждают медь в количестве 0,8-1,0% масс, путем введения в раствор сернокислой меди, после чего пропитанный уголь обрабатывают раствором щелочи до достижения рН 9-10 и отмывают водой. При этом процесс пропитки проводят при комнатной температуре, а термообработку осуществляют при 110-120°С /патент РФ №2150320, МПК B01J 20/20, С01В 31/08, С01В 31/16, опубл. 10.06.2000/.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения сорбента для очистки питьевой воды, включающий приготовление пропиточного раствора, пропитку им гранул активного угля и термическую обработку, отличающийся тем, что используют активный уголь с объемом микропор 0,10-0,20 см³/см³, пропиточный раствор готовят на основе аммиачной воды, содержащей 110-130 г/дм³ углекислой основной меди в пересчете на медь и 70-90 г/дм³ углекислого аммония, пропитку проводят при температуре раствора 55-70°С, а термообработку осуществляют при 120-145°С. При этом содержание меди в готовом сорбенте составляет 2-3% масс. /патент РФ №2393012, МПК B01J 20/20, С01В 31/08, опубл. 27.06.2010/.

Недостатком прототипа является низкая сорбционная активность при извлечении из воды мышьяковистых соединений, а также несбалансированная сорбционная емкость по токсичным соединениям метилфторфосфоновой кислоты и цианидам.

Сорбенты на основе активных углей используются в фильтрах средств полевого водообеспечения на заключительных стадиях процесса водоподготовки, когда вода уже прошла стадии реагентной обработки, ультрафильтрации и микрофильтрации, поэтому здесь главным требованием к сорбентам является эффективность поглощения продуктов деструкции и высокотоксичных загрязнений. Следовательно, нужно использовать угольную основу с развитой долей микропор в единице объема сорбента, что позволит увеличить количество активных центров в заданных габаритах фильтра. Количество и вид хемосорбционных добавок должны быть такими, чтобы, с одной стороны, не блокировать микропористую структуру для сорбции токсичных соединений метилфторфосфоновой кислоты, а с другой стороны, эффективно осуществлять хемосорбцию цианидов и мышьяковистых соединений.

Задача настоящего изобретения заключается в повышении сорбционной способности сорбента при извлечении из воды токсичных соединений метилфторфосфоновой кислоты, цианидов и мышьяковистых соединений.

Поставленная задача решается созданием сорбента для очистки природной воды от токсичных соединений метилфторфосфоновой кислоты, цианидов и мышьяковистых соединений на основе активного угля ВСК производства АО «ЭНПО «Неорганика». Уголь активный марки ВСК представляет собой частицы неправильной формы черного цвета с металлическим блеском, на основе карбонизованной скорлупы кокосового ореха.

Путем рассева активированного угля ВСК отбирается фракция с размером зерен 0,315-1,0 мм. В отличие от сорбента ВСК с нанесенным оксидом меди, содержание которой в готовом сорбенте составляет от 2,0 до 3,0% масс., предложено дополнительно включить в сорбент хемосорбционную добавку для очистки от мышьяковистых соединений - гидроксид железа от 12 до 15% масс.

Для нанесения добавок на сорбент используется пропиточная смесь на основе концентрированного раствора солей железа и меди в дистиллированной воде из расчета 0,340 кг/дм³ хлорного железа и 0,06 кг/дм³ сульфата меди. Осаждение соединений железа и меди на сорбент проводят 10% масс. раствором гидроксида натрия.

Преимуществом предлагаемого сорбента заключается в следующем:

1. Использование активного угля фракционного состава 0,315-1,0 мм, в фильтре средства полевого водообеспечения при высоте 1,0 метр имеет гидравлическое сопротивление менее 1,0 кгс/см², что является важной эксплуатационной характеристикой, обусловливающей производительность средства полевого водообеспечения и обеспечивает требуемый ресурс по очистке воды от токсичных соединений метилфторфосфоновой кислоты, мышьяковистых соединений и цианидов.

2. Количество вводимых добавок обеспечивает равное время защитного действия от различных типов токсичных загрязнений воды, при этом сокращается количество операций и растворов при получении предлагаемого сорбента в отличие от способа, описанного в патенте РФ №2393012 /патент РФ №2393012 МПК B01J 20/20, С01В 31/08, опубл. 27.06.2010/.

3. Полученный сорбент имеет адсорбционную активность по извлечению из воды токсичных соединений метилфторфосфоновой кислоты при ее исходной концентрации 1,0 мг/дм³ при температуре 20°С, равную 20,0 мг/г, цианидов при исходной концентрации 10,0 мг/дм³ - 21,0 мг/г и мышьяковистых соединений при исходной концентрации 10,0 мг/дм³ - 23,0 мг/г.

Пропиточную смесь готовят разведением концентрированных растворов солей железа и меди дистиллированной водой из расчета 0,340 кг/дм³ хлорного железа и 0,06 кг/дм³ сульфата меди. Осаждение соединений железа и меди на сорбенте проводят 10% масс. раствором гидрооксида натрия. Пропитку проводят при нагревании раствора до 55-70°С, а термообработку осуществляют при 120-145°С. Предлагаемое соотношение компонентов в пропиточном растворе составляет масс. %: CuО - от 2,0 до 3,0; Fe(OH)₃ - от 12,0 до 15,0.

Активный уголь ВСК на основе косточкового сырья получают по ТУ /ТУ, 2568-195-04838763-2007/.

Пример осуществления способа получения сорбента.

Готовят пропиточный раствор в следующей последовательности: в емкость заливается вода, которую подогревают до 30-40°С, и затем при перемешивании добавляется пропиточная смесь из расчета 0,340 кг/дм³ хлорного железа и 0,06 кг/дм³ сульфата меди. Берут активный уголь ВСК на основе косточкового сырья /ТУ, 2568-195-04838763-2007/ фракционного состава 0,315-1,0 мм и загружают его в аппарат для перемешивания типа бетоносмесителя, куда затем дозируют полученный раствор, подогретый до температуры 55-70°С в количестве, равном 0,35 кг/дм³ загруженного активного угля. Перемешивание осуществляют в течение 10-15 минут, после чего в пропитанный сорбент для осаждения соединений железа и меди вводят 10% масс, раствор гидроксида натрия. Далее обработанный сорбент выгружают на вылеживание на открытом воздухе в течение 1,5-2,0 часов, затем проводят термическую обработку сорбента в печи кипящего слоя или вращающейся печи при температуре 120-145°С в течение 40-70 минут. Содержание оксида меди в готовом сорбенте должно составлять от 2,0 до 3,0% масс., гидроксида железа от 12,0 до 15,0% масс., а влаги не более 3% масс.

Как показали экспериментальные исследования, при использовании активного угля фракционного состава менее 0,315 мм увеличивается гидравлическое сопротивление фильтра.

С другой стороны, если фракционный состав более 1,0 мм ухудшается кинетика поглощения токсичных соединений метилфторфосфоновой кислоты.

При содержании в пропиточном растворе оксида меди менее 0,06 кг/дм³ и 0,340 кг/дм³ хлорного железа адсорбционная активность полученного сорбента по извлечению из воды токсичных соединений метилфторфосфоновой кислоты, цианидов и мышьяковистых соединений будет иметь разное время защитного действия.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.

Использование предлагаемого сорбента и реализация способа его получения приводит:

- к повышению производительности средств полевого водообеспечения;

- к сокращению стадий технологического процесса и ресурсоемкости при производстве сорбента.

1. Сорбент для очистки воды от токсичных фосфорорганических соединений, цианидов и мышьяковистых соединений, представляющий собой активный уголь с размером частиц 0,315-1,0 мм, изготовленный на основе карбонизованной скорлупы кокосового ореха, имеющий объём микропор более 0,35 см³/г при суммарном объёме пор более 0,60 см³/г, содержащий оксид меди в количестве 2,0-3,0 % мас. и гидроксид железа в количестве 12,0-15,0 % мас.

2. Способ получения сорбента, охарактеризованного в п. 1, включающий приготовление пропиточного раствора путём разбавления концентрированного раствора солей железа и меди дистиллированной водой, подогретой до 30-40°С, из расчета 0,340 кг/дм³ хлорного железа и 0,06 кг/дм³ сульфата меди, загрузку активного угля фракции 0,315-1,0 мм в аппарат для перемешивания, пропитку угля приготовленным раствором при его перемешивании в течение 10-15 минут в пропиточном растворе, подогретом до 55-70°С и взятом в количестве, равном 0,35 кг/дм³ активного угля, после чего осуществляют обработку раствором гидроксида натрия с концентрацией 10 % мас. для осаждения соединений железа и меди, продукт выгружают на вылеживание на открытом воздухе в течение 1,5-2,0 часов, проводят термическую обработку в печи кипящего слоя или вращающейся печи при температуре 120-145°С в течение 40-70 минут, обеспечивая содержание влаги в сорбенте не более 3% мас.