Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2470877

(19)

RU

(11)

2470877

(13)

C1

(51) МПК C02F1/42 (2006.01)

B01J43/00 (2006.01)

B01J20/26 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 27.12.2012 - действует Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2011124603/05, 16.06.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

16.06.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 16.06.2011

(45) Опубликовано: 27.12.2012

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2049073 C1, 27.11.1995. RU 2082496 C1, 27.06.1997. SU 1738758 A1, 07.06.1992. UA 26105 C2, 30.04.1999. EP 0340975 В1, 08.11.1989. JP 60176922 А, 11.09.1985. US 6203708 В1, 20.03.2001.

Адрес для переписки:

400131, г.Волгоград, пр. Ленина, 28, ВолгГТУ, отдел интеллектуальной собственности

(72) Автор(ы):

Дербишер Евгения Вячеславовна (RU),

Овдиенко Елена Николаевна (RU),

Дербишер Вячеслав Евгеньевич (RU),

Габитов Руслан Идрисович (RU),

Черткова Майя Владимировна (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) (RU)

(54) СПОСОБ ИОНООБМЕННОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНОЙ ВОДЫ ОТ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ

(57) Реферат:

Изобретение может быть использовано на предприятиях в процессах водоподготовки и оборотного водоснабжения, а также в производстве пивобезалкогольной продукции и очистке питьевой воды. Способ ионообменной очистки сточной воды от ионов металлов включает пропускание через смесь аминокарбоксильного катионита и низкоосновного анионита полимеризационного типа. В качестве смеси ионитов используют смесь полимерных сорбентов, представляющую собой продукт совместной обработки гидразингидратом в присутствии сульфата гидразина и гидразида уксусной кислоты при температуре 102°С в течение двух часов смеси равных количеств вторичных полимеров метилакрилата, дивинилсульфида, этилендиамина, акрилонитрила, стирола при соотношении группировок дивинилсульфид : этилендиамин : акрилонитрил : стирол : гидразид акриловой кислоты - 1:1:1:1:1. Способ обеспечивает увеличение эффективности удаления ионов металлов при их большом ассортименте в составе очищаемой воды при наличии сопутствующих органических загрязнителей и повышение стабильности очистки при изменении температуры воды. 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к способам ионообменной очистки сточной воды и технологических растворов от ионов металлов с применением полимерных сорбентов и может быть использовано на предприятиях в процессах водоподготовки и оборотного водоснабжения, а также в производстве пивобезалкогольной продукции и очистке питьевой воды.

Известен способ очистки воды от ионов металлов при их совместном присутствии фильтрацией через сополимерные сорбенты, содержащие этилендиаминовые группировки (см. авторское свидетельство СССР 966023, кл. C02F 1/42). Указанный способ обладает селективностью только по отношению к ионам трехвалентного железа (Fe 3+ ), что является его недостатком, так как ограничено его применение и работоспособность при содержании в воде других ионов.

Известен способ очистки водного раствора, содержащего ионы меди, цинка, железа, путем их пропускания через ионообменные смолы, полученные аминированием (гидразинированием) гидразином сополимера метилакрилата и дивинилбензола (см. авторское свидетельство СССР 528310, кл. C08F 226/02, C08F 8/32, 1975).

Недостатком способа является низкая степень совместной очистки водных растворов от ионов металлов переменной валентности (медь, цинк, никель, хром, железо и т.д.) особенно в присутствии органических загрязнителей.

Известен способ глубокой очистки хромсодержащих и кислотощелочных сточных вод от ионов тяжелых металлов с применением сорбентов с гидразидными фрагментами (Г.И. Зубарева. Технологические схемы глубокой очистки гальваностоков от ионов тяжелых металлов с применением высокоэффективных собирателей. Химическая промышленность, 8. 2001).

Основными недостатками способа являются селективность по отношению к ионам хрома (Сr 3+ ) и ограниченные возможности удаления ионов других металлов при разнообразном ассортименте и содержании солей в очищаемой воде и снижение эффективности очистки при наличии органических загрязнителей и повышении температуры.

Известен способ удаления из сточных вод поливалентных металлов путем фильтрации через волокнистый кислотостойкий ионообменный фильтровальный материал, включающий полиакриловую кислоту и гидразид полиметакриловой кислоты (Патент РФ 2190454, М.кл. В01D 39/06, B01J 39/08, С03С 25/28).

Недостатками данного способа являются пониженная обменная емкость ионита, селективность по отношению к сорбируемым ионам (Сu 2+ , Fe 2+ Ni 2+ ), ограниченная работоспособность при колебании состава и концентрации солей в водном растворе, а также при наличии загрязнителей органического характера и повышении температуры.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки сточных вод и технологических растворов от ионов никеля и меди путем их пропускания через ионообменные смолы, в качестве которых используют смесь аминокарбоксильного катионита и низкоосновного анионита полимеризационного типа, взятых в объемном соотношении (0,5÷1,5):1 соответственно, при этом аминокарбоксильный катион берут в Kat + или Kat/H + - форме, где Kat + - ион щелочного металла или аммония, а низкоосновный анионит берут в ОН - или ОН - /Аn-форме, где An - - анион минеральной кислоты [Патент на изобретение РФ 2049073, МПК 6 C02F 1/42, 1994].

Недостатками способа являются недостаточная эффективность очистки водных растворов от ионов других металлов особенно в присутствии органических загрязнителей, а также неустойчивые характеристики при повышении температуры очищаемых растворов.

Техническим результатом изобретения является увеличение эффективности удаления ионов металлов при их большом ассортименте в составе очищаемой воды при наличии сопутствующих органических загрязнителей и повышение стабильности очистки при изменении температуры воды. Поставленный технический результат достигается тем, что согласно предлагаемому способу, включающему пропускание сточной воды через смесь аминокарбоксильного катионита и низкоосновного анионита полимеризационного типа, взятых в катионной и анионной форме, используют смесь полимерных сорбентов, представляющую собой продукт совместной обработки гидразингидратом в присутствии сульфата гидразина и гидразида уксусной кислоты при температуре 102°С в течение двух часов смеси равных количеств вторичных полимеров метилакрилата, дивинилсульфида, этилендиамина, акрилонитрила, стирола при соотношении группировок дивинилсульфид : этилендиамин : акрилонитрил : стирол : гидразид акриловой кислоты - 1:1:1:1:1.

По данному способу сорбцию ведут на сорбенте, который получен смешением равных количеств вторичных полимеров метилакрилата, дивинилсульфида, этилендиамина, акрилонитрила, стирола с последующей обработкой гидразингидратом в присутствии сульфата гидразина и гидразида уксусной кислоты при температуре 102°С в течение двух часов (гидразинолиз) (см. Авт.свид. СССР 157105, 1962 г.). При этом получают смесь вторичных полимеров при соотношении группировок дивинилсульфид : этилендиамин : акрилонитрил : стирол : гидразид акриловой кислоты - 1:1:1:1:1.

Отличие предлагаемого способа от прототипа заключается в том, что очищаемую воду пропускают через смесь полимерных сорбентов, представляющих собой продукт совместной обработки гидразингидратом в присутствии сульфата гидразина и гидразида уксусной кислоты при температуре 102 С в течение двух часов смеси равных количеств вторичных полимеров метилакрилата, дивинилсульфида, этилендиамина, акрилонитрила, стирола, содержащую группировки дивинилсульфид, этилендиамин, акрилонитрил, стирол, гидразид акриловой кислоты в соотношении 1:1:1:1:1. Осуществление очистки воды на таком полимерном сорбенте неизвестно.

Технология способа состоит в том, что очищаемый водный раствор, содержащий загрязнители, включая соли тяжелых металлов, и органические загрязнители, пропускают в колонке через смесь полимерных сорбентов, представляющую собой продукт совместной обработки гидразингидратом в присутствии сульфата гидразина и гидразида уксусной кислоты при температуре 102°С в течение двух часов смеси равных количеств вторичных полимеров метилакрилата, дивинилсульфида, этилендиамина, акрилонитрила, стирола, содержащую дивинилсульфидные, этилендиаминовые, акрилонитрильные, стирольные, гидразида акриловой кислоты группировки в соотношении 1:1:1:1:1, обменная емкость которого по Fe 3+ составляет 280±5 мг/г.

Технический результат, который достигается вышеизложенной совокупностью существенных признаков, объясняется тем, что в смеси полимеризационной ионообменной смолы появляется расширенный набор активных группировок =S,- С N,- СНСH(NH 2 ) 2 ,- C(O)NHNH 2 , - NH 2 , которые взаимодействуют друг с другом, создают электростатический и комплексообразующий эффект за счет полярности и структурируют эффективные надмолекулярные образования, обеспечивая активную очистку воды от смеси ионов металлов за счет комплексообразования и хемосорбции, что приводит к значительному улучшению технологии очистки в присутствии органических загрязнителей (нефтепродукты).

Также проявляется комплексная активность сорбента за счет более полного использования свойств нитрильных -С N, сульфидных =S, амино -NH 2 и гидразидных группировок -NHNH 2 . Данный полимерный сорбент малочувствителен к колебаниям температуры в пределах 1-90°С, рН среды, концентрации солей и других загрязнителей, не теряет механической прочности в цикле работа - регенерация. Набор активных группировок позволяет эффективно очищать воду от широкого набора ионов металлов: Сu 2+ , Fe 2+ , Ni 2+ , Zn 2+ , Cr 3+ , Cr 6+ , Fe 3+ , Co 3+ , Hg 1+ .

При этом из воды удаляются загрязнения и она становиться чистой, пригодной для использования в водообороте. Способ апробирован на лабораторной установке.

Пример

Модельный раствор, содержащий ионы Cu 2+ , Fe 2+ , Ni 2+ , Zn 2+ , Cr 3+ , Cr 6+ , Fe 3+ , Co 3+ , Hq 1+ в виде солей (противоионы Сl - , SO 4 2- ) и органические загрязнители (1,25 мг/л) пропускают снизу со скоростью 5 л/ч через колонку высотой 100 мм и диаметром 11,3 мм, наполненную полимерным сорбентом - продуктом гидразинолиза смеси равных количеств вторичных полимеров метилакрилата, дивинилсульфида, этилендиамина, акрилонитрила и стирола, содержащим дивинилсульфидные, этилендиаминовые, акрилонитрильные, стирольные, гидразида акриловой кислоты группировки в соотношении 1:1:1:1:1, имеющего статическую обменную емкость по Fr 3+ 280±5 мг/г. Сверху колонки имеется слой мелкого гравия и решетчатая перегородка для предотвращения уноса сорбента. На выходе из колонки периодически отбираются пробы и осуществляется их анализ стандартными методами. Остаточное содержание загрязнителей в воде после очистки соответствует гигиеническим требованиям к качеству воды централизованных систем водоснабжения (СанПиН 2.1.4.559-96). Активация полимерного сорбента в цикле работа - регенерация осуществляется 10%-ным водным раствором H 2 SO 4 противотоком. Результаты реализации способа в сравнении с прототипом приведены в таблице.

Из вышеизложенного следует, что каждый из признаков заявляемой совокупности влияет на достижение поставленной задачи, а именно повышение степени очистки водных растворов от комплекса загрязнителей в широком диапазоне температур, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявляемого технического решения. Способ является полезным для решения экологических задач водоочистки, особенно на стадии тонкой очистки воды, создания замкнутого технологического водооборота и питьевого водоснабжения.

Показатели

Предлагаемый способ

Прототип

Состав очищаемого

Состав очищаемого

водного раствора, мг-экв/л,

водного раствора, мг-экв/л

Сu 2+

1,25

Cu 2+

1,20

Zn 2+

1,25

Ni 2+

1,25

Fe 3+

1,25

Органические загрязнители, мг/л

нет

Ni 2+

1,25

Cr 3+

1,25

Cr 6+

1,25

Fe 2+

1,25

Co 3+

1,25

Hg 1+

1,25

Органические

загрязнители, мг/л

1,25

Температура процесса, °С

19-25

1-90

(комнатная)

Водный раствор после очистки

соответствует СанПиН 2.1.4.559-96

Из данных таблицы видно, что предлагаемый способ является более эффективным: позволяет очищать воду с большим разнообразием загрязнителей в широком диапазоне температур.

Формула изобретения

Способ ионообменной очистки сточной воды от ионов металлов путем ее пропускания через смесь аминокарбоксильного катионита и низкоосновного анионита полимеризационного типа, взятых в катионной и анионной форме, отличающийся тем, что используют смесь полимерных сорбентов, представляющую собой продукт совместной обработки гидразингидратом в присутствии сульфата гидразина и гидразида уксусной кислоты при температуре 102°С в течение двух часов смеси равных количеств вторичных полимеров метилакрилата, дивинилсульфида, этилендиамина, акрилонитрила, стирола при соотношении группировок дивинилсульфид: этилендиамин: акрилонитрил: стирол: гидразид акриловой кислоты - 1:1:1:1:1.