Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2470872

(19)

RU

(11)

2470872

(13)

C2

(51) МПК C02F1/28 (2006.01)

B01J20/20 (2006.01)

B01J20/32 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 27.12.2012 - действует Пошлина: учтена за 3 год с 29.01.2013 по 28.01.2014

(21), (22) Заявка: 2011104038/05, 28.01.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

28.01.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 28.01.2011

(43) Дата публикации заявки: 10.08.2012

(45) Опубликовано: 27.12.2012

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2185328 C2, 20.07.2002. RU 2186728 C2, 10.08.2002. RU 2167107 C1, 20.05.2001. RU 2284983 C1, 10.10.2006. RU 89094 U1, 27.11.2009. LT 5295 B, 27.12.2005.

Адрес для переписки:

193168, Санкт-Петербург, а/я 121, Г.С. Васильевой

(72) Автор(ы):

Калинин Александр Иванович (RU),

Косцов Владимир Иванович (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Калинин Александр Иванович (RU),

Косцов Владимир Иванович (RU)

(54) СОРБЕНТ-КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретения могут быть использованы в установках для очистки природных и сточных вод. Сорбент-катализатор получают из предварительно измельченного до размера фракций 3-5 мм шунгита III с содержанием углерода около 30%. После промывки водой шунгит заливают раствором, состоящим из смеси растворов 5% НСl и 5% Н 2 О 2 в соотношении: 5% НСl - 50%, 5% Н 2 О 2 - 50%, и выдерживают в этом растворе в течение 8 часов. После этого вторично промывают водой и высушивают при температуре 105°С. Полученный сорбент-катализатор обладает повышенными сорбционными и каталитическими свойствами и его использование обеспечивает повышение эффективности и экономичности процесса очистки природных и сточных вод. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к устройствам и установкам для очистки природных и сточных вод, а именно, к получению сорбента-катализатора для очистки природных и сточных вод на основе шунгита.

Известно, что шунгиты являются хорошими сорбентами и используются в различных устройствах и установках для очистки природных и сточных вод.

Шунгит III с содержанием углерода около 30% имеет суммарную пористость 5-10%, значительную внутреннюю поверхность в диапазоне 10-30 м 2 /г, насыпную плотность около 1,3 г/см 3 , обладает высокой механической прочностью, электропроводностью, химической стойкостью, каталитическими и бактерицидными свойствами. Отмечена адсорбция шунгитами ряда органических веществ различных классов: фенолов, жирных высокомолекулярных кислот, спиртов, веществ лингоуглеводного комплекса древесных и торфяных гидролизатов, водорастворимых смол гидролиза, гуминовых веществ и др., а также ряда газов. При фильтровании через шунгитовый фильтр значительно снижается цветность воды, практически полностью удаляется микрофлора, а также, в зависимости от скорости подачи воды через фильтр, достигается снижение до нуля коли-индекса.

Как показали исследования, порода шунгита однородна и представляет собой решетку кварца (60%), по которой равномерно распределены клистеры (глобулы), шунгитоуглероды (30%). Такое строение и состав материала и определяет свойства поверхности, на которой имеются активные центры - силинольные и карбоксильные группировки с ненасыщенными связями типа:

В зависимости от способа подготовки поверхности эти центры могут быть активными (с ненасыщенными связями) или закрытыми (окисленными, нейтрализованными).

Совокупность силинольных и карбоксильных центров поверхности шунгита и определяет эффективность сорбционных и каталитических свойств материала.

Известен способ химической активации шунгита, описанный в работе «Глубокая очистка водных растворов от фенола с использованием шунгитовой породы» (Ж. прикл. Хим., 2003. Т.76, 5. С.791-794). Способ заключается в обработке шунгита III Зажогинского месторождения, предварительно измельченного до крупности 2.5±0.5 мм, водным раствором NaOH. К недостаткам этого способа можно отнести незначительную степень увеличения удельной поверхности сорбента. Кроме того, в данном способе увеличение пористости поверхности производится за счет растворения кварцевой решетки, что приводит к уменьшению как на поверхности шунгита, так и внутри него количества силикатных (или силинольных) групп (активных центров), определяющих вместе с карбоксильными активными центрами каталитические и сорбционные свойства материала.

Известно использование шунгита III в качестве фильтрующего элемента (Патент РФ 2185328) в загрузке для очистки и кондиционирования воды. В соответствии с этим изобретением метод получения шунгитового сорбента состоит в измельчении шунгитовой породы до размера частиц 0,1 - 5 мм и последующей обработке паром при температуре 150 - 200°С в течение одного часа. К недостаткам сорбента, полученного описанным способом и выбранного в качестве прототипа, можно отнести недостаточную стабильность его сорбционных и каталитических свойств, а также довольно низкие сорбционные и каталитические свойства.

Задачей изобретения является повышение эффективности и экономичности процесса очистки природных и сточных вод за счет разработки сорбента-катализатора на основе измельченного шунгита, обладающего повышенными сорбционными и каталитическими свойствами, и способа его получения.

Для решения поставленной задачи предлагается в известном сорбенте-катализаторе для очистки природных и сточных вод на основе предварительно измельченного шунгита использовать шунгит III с содержанием углерода около 30% и размером измельченных фракций 1-3 мм. Затем предлагается его промывать водой и заливать раствором, состоящим из смеси 5% HCl и 5% Н 2 О 2 в следующем соотношении:

5% HCl - 50%

5%Н 2 О 2 - 50%,

выдерживать в этом растворе в течение 8 часов, после чего вторично промывать водой и высушивать при температуре 105°С.

Предлагается также в известном способе получения сорбента-катализатора для очистки природных и сточных вод на основе предварительно измельченного шунгита использовать шунгит III с содержанием углерода около 30% и размером измельченных фракций 3-5 мм. Затем предлагается его промывать водой и заливать раствором, состоящим из смеси 5% HCl и 5% Н 2 О 2 в следующем соотношении:

5% HCl - 50%

5% Н 2 О 2 - 50%,

выдерживать в этом растворе в течение 8 часов, после чего вторично промывать водой и высушивать при температуре 105°С.

За счет проведения предлагаемой обработки на поверхности шунгита увеличивается количество силинольных и карбоксильных центров, которые определяют эффективность сорбционных и каталитических свойств материала.

Технологически предлагаемый способ осуществляют следующим образом:

1. Шунгитовая порода Зажогинского месторождения шунгит III измельчается на щековой дробилке до фракции 0-10 мм, просеивается на ситах с ячейкой <1 мм, затем на ситах 3 мм отбирается фракция 1-3 мм и на ситах 5 мм отбирается фракция 3-5 мм, которые промываются в проточной воде с перемешиванием массы до полного осветления промывных вод.

2. Влажный продукт, полученный на предыдущем этапе, помещается в емкость из химически стойкого пластика или нержавеющей стали, заливается раствором, состоящим из смеси 5% соляной кислоты (HCl) и 5% перекиси водорода (Н 2 О 2 ).

3. Продукт находится в растворе в течение 8 часов, при этом над слоем шунгита должен быть слой раствора не менее 1 см. Затем раствор сливается, шунгит неоднократно промывается в проточной воде, при этом постоянно перемешиваясь, и высушивается при температуре 105°С до воздушно-сухого состояния.

Пример

В качестве органических загрязнителей исследовались модельные растворы хлоруглеводородов (хлороформ и 1.2-дихлорэтан), алифатические спирты (1-пропанол и 1-бутанол) и ароматические углеводороды (бензол, толуол). Измерения выполняли на хромотографе ЛХМ-8-МД1.

В качестве неорганических загрязнителей исследовались модельные растворы хлоридов железа, алюминия, цинка, хрома, бериллия, ртути, олова и циркония. Измерения выполняли атомно-сорбционным методом.

Результаты непроточного контактирования образцов шунгитовых пород, прошедших активацию, с модельными водными растворами органических микропримесей (соотношение шунгит-раствор 1:15 при t-20°C) приведены в таблице.

Примесь

Начальная концентрация мг/л

Время контакта час

Остаточная концентрация в растворе мг/л при контакте

с материалом прототипа

с активированным материалом

CHCl 3

200

1

142.0

121.0

2

86.0

55.0

3

35.0

27.0

4

13.0

6.0

5

8.0

3.0

C 2 H 4 Cl 2

85

1

51.5

43.0

2

28.0

18.5

3

12.5

8.0

4

6.5

3.0

5

3.5

1.5

С 3 Н 7 ОН

35

1

22.0

18

2

15.5

9.5

3

7.5

3.5

4

3.7

2.3

5

1.5

1.0

C 4 H 9 OH

35

1

20.0

16.5

2

14.5

11.00

3

7.0

5.0

4

3.0

1.0

5

2.0

0.5

С 6 Н 6

25

1

18.5

16.0

2

12.0

8.5

3

9.5

6.5

4

7.0

4.0

5

4.0

2.0

C 6 H 5 CH 3

25

1

19.0

17.0

2

13.0

12.5

3

9.5

7.5

4

7.0

5.0

5

4.5

3.0

Образец 1 (прототип)

500 гр шунгитовой породы Зажогинского месторождения (шунгит III) измельчали на дезинтеграторе, просеивали на ситах из нержавеющей стали и отбирали фракции 0.5 мм, которые помещали в стеклянную колонну, снизу подавали пар t-150°C. Обработку паром проводили в течение часа. После охлаждения материала до комнатной температуры материал использовался в опытах по определению каталитических и сорбционных свойств.

Образец 2 (активированный шунгит)

500 г шунгитовой породы Зажогинского месторождения (шунгит III) фракции 0.5 мм отмывается от взвесей и мелких частиц в проточной воде до осветления промывных вод (мутность <1), замачивается в некоррозируемой емкости раствором, состоящим из смеси 5% HCl и 5% Н 2 О 2 в равных пропорциях в течение 8 часов, промывается в проточной воде и высушивается при температуре 105°С. Материал, приготовленный описанным способом, использовали в опытах по определению каталитических и сорбционных свойств материала.

Из таблицы видно, что изготовленный с помощью предлагаемого способа сорбент превосходит прототип на 30-70% по каталитическим и сорбционным свойствам.

Для шунгита, обработанного в соответствии с предложенным способом, было зафиксировано изменение пористой структуры, заключающееся в увеличении удельной поверхности шунгита с 5-10 до 50-54 м 2 /г.

Экспериментально установлено, что при использовании шунгитового сорбента, полученного заявленным способом, цветность и мутность очищаемой воды приходят к норме в два раза быстрее, чем при использовании шунгита, полученного по способу-прототипу, и в десять раз быстрее, чем при использовании необработанного шунгита. Кроме того, у шунгитового сорбента, полученного предлагаемым способом, в 1,3-1,5 раза повысилась эффективность извлечения из загрязненной воды тяжелых металлов (железа, меди, цинка и др.) и органических веществ (фенолов, нефтепродуктов, хлорорганики и др.) по сравнению с сорбентом прототипа.

Данный факт объясняется тем, что обработка поверхности зерен сорбента предлагаемым способом увеличивает количество находящихся на поверхности материала активных центров - кислотных активных групп, ответственных за сорбционные и каталитические процессы.

Формула изобретения

1. Сорбент-катализатор для очистки природных и сточных вод на основе предварительно измельченного шунгита, отличающийся тем, что используют шунгит III с содержанием углерода около 30% размером измельченных фракций 3-5 мм, который промывают водой и заливают раствором, состоящим из смеси 5% НСl и 5% Н 2 О 2 в следующем соотношении:

5% НСl - 50%

5% Н 2 О 2 - 50%,

выдерживают в этом растворе в течение 8 ч, после чего вторично промывают водой и высушивают при температуре 105°С.

2. Способ получения сорбента-катализатора для очистки природных и сточных вод на основе предварительно измельченного шунгита, отличающийся тем, что используют шунгит III с содержанием углерода около 30% и размером измельченных фракций 3-5 мм, который промывают водой и заливают раствором, состоящим из смеси 5% НСl и 5% Н 2 О 2 в следующем соотношении:

5% НСl - 50%

5% Н 2 О 2 - 50%,

выдерживают в этом растворе в течение 8 ч, после чего вторично промывают водой и высушивают при температуре 105°С.