Спосіб очистки води, композиційний матеріал, одержаний цим способом, що містить карбонат кальцію з модифікованою поверхнею, та застосування карбонату кальцію з модифікованою поверхнею для очистки стічних вод

Номер патенту: 102996

Опубліковано: 10.09.2013

Автори: Гейн Патрік А.К., Гантенбайн Деніел, Шьолькопф Йоахім

Є ще 7 сторінок.

Дивитися все сторінки або завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Спосіб очистки води, в якому природний карбонат кальцію з модифікованою поверхнею або водна суспензія, що містить природний карбонат кальцію з модифікованою поверхнею і має рН більше 6,0, виміряний при 20 °C, додають до очищуваної води, причому природний карбонат кальцію з модифікованою поверхнею являє собою продукт хімічної реакції природного карбонату кальцію з двоокисом вуглецю і однією або більше кислот.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що природний карбонат кальцію з модифікованою поверхнею, готують у вигляді водної суспензії, що має рН більше ніж 6,5, краще більше ніж 7,0, найкраще такий, що дорівнює 7,5, виміряний при 20 °C.

3. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що природний карбонат кальцію вибирають з групи, що складається з мармуру, крейди, кальциту, доломіту, вапняку або їх сумішей.

4. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що кислота при 25 °C має значення КДа, яке менше або дорівнює 2,5.

5. Спосіб за п. 4, який відрізняється тим, що кислоти вибирають з групи, що складається з соляної кислоти, сірчаної кислоти, сірчистої кислоти, гідросульфату, фосфорної кислоти, щавлевої кислоти та їх суміші.

6. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що природний карбонат кальцію вводять у реакцію з кислотою та/або двоокисом вуглецю у присутності щонайменше однієї солі кремнієвої кислоти та/або окису кремнію, гідроокису алюмінію, лужноземельного алюмінату, окису магнію або їх сумішей.

7. Спосіб за п. 6, який відрізняється тим, що щонайменше одну сіль кремнієвої кислоти вибирають з силікату алюмінію, силікату кальцію або силікату лужноземельного металу.

8. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що природний карбонат кальцію має питому площу поверхні 5-200 м2/г, краще 20-80 м2/г, виміряну з допомогою азоту методом БЕТ згідно з ISO 9277.

9. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що природний карбонат кальцію з модифікованою поверхнею має середній діаметр зерен d50 від 0,1 до 50 мкм, краще від 1 до 10 мкм, виміряний седиментаційним методом.

10. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що водну суспензію, що містить природний карбонат кальцію з модифікованою поверхнею, стабілізують одним або більше диспергаторами.

11. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що природний карбонат кальцію з модифікованою поверхнею застосовують у формі порошку і/або у формі гранул.

12. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що природний карбонат кальцію з модифікованою поверхнею додають у кількості 10 мг/м3 - 1 % за масою, краще 100 мг/м3 - 0,5 % за масою, найкраще 400-2000 мг/м3, виходячи з маси очищуваної води.

13. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що рН очищуваної води регулюють таким чином, щоб перед приведенням води у контакт з природним карбонатом кальцію з модифікованою поверхнею він був більшим ніж 6,0, краще більшим ніж 6,5, ще краще більшим ніж 7.

14. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що очищувану воду вибирають з групи, що містить промислові стічні води, питну воду, міські стічні води, стічні води пивоварних підприємств або інших підприємств по виробництву напоїв, воду, що використовується у целюлозно-паперовому виробництві, та сільськогосподарські стічні води.

15. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що очищувана вода містить забруднюючі речовини у вигляді важких металів.

16. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що очищувана вода містить забруднюючі речовини у вигляді мікроорганізмів.

17. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що очищувана вода містить забруднюючі речовини у вигляді ендокринних руйнівників (ЕР), які вибирають з групи, що включає ендогенні гормони, такі як 17b-естрадіол (Е2), естрон (Е1), естріол (Е3), тестостерон або дигідротестостерон, фіто- і мікогормони, такі як b-сітостерол, геністеїн, даїдзеїн або зераленон; лікарняні засоби, такі як 17a-етинілестрадіол (ЕЕ2), местранол (ME), діетилстилбестрол (ДЕС) і промислові хімічні речовини, такі як 4-нонілфенол (НФ), 4-тертоктилфенол (ОФ), бісфенол А (БФА), трибутилтін (ТБТ), метилртуть, фталати, РАК або ПХБ.

18. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що очищувана вода містить забруднюючі речовини у вигляді активованого вугілля.

19. Спосіб за п. 18, який відрізняється тим, що забруднюючі речовини у вигляді активованого вугілля мають інші забруднюючі речовини, адсорбовані на їх поверхні.

20. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що очищувану воду приводять у контакт з природним карбонатом кальцію з модифікованою поверхнею шляхом об'ємної фільтрації, поверхневої фільтрації та/або алювіальної фільтрації.

21. Застосування природного карбонату кальцію з модифікованою поверхнею за будь-яким з пунктів 1-20 для очистки води.

22. Композиційний матеріал, одержаний відповідно до способу за пп. 1-20 який містить природний карбонат кальцію з модифікованою поверхнею за будь-яким з пунктів 1-20, і забруднюючі речовини, видалені з води, причому забруднюючі речовини являють собою важкі метали, мікроорганізми, поліциклічні сполуки, холестерол та ендокринні руйнівники.

Текст

Реферат: Цей винахід стосується способу очистки води шляхом додавання природного карбонату кальцію з модифікованою поверхнею або водної суспензії, що містить природний карбонат кальцію з модифікованою поверхнею і має рН більше 6,0, виміряний при 20 °C, до середовища, причому природний карбонат кальцію з модифікованою поверхнею є продуктом реакції природного карбонату кальцію з двоокисом вуглецю і однією або більше кислотами, і застосування природного карбонату кальцію з модифікованою поверхнею у цьому способі. UA 102996 C2 (12) UA 102996 C2 UA 102996 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 СПОСІБ ОЧИСТКИ ВОДИ Цей винахід стосується способу очистки води і застосування природного карбонату кальцію з модифікованою поверхнею в такому способі. Існує широкий спектр способів і засобів, які можуть бути використані для видалення дрібнодисперсних твердих речовин, мікроорганізмів і розчинених неорганічних та органічних матеріалів. Вибір способу залежить від якості води, що піддається очистці, вартості процесу очистки та очікуваного рівня якості очищеної води. Флокуляція широко використовується при очистці води, такої як промислові стічні води або питна вода. Флокуляція – це процес, при якому розчинені сполуки і/або колоїдні частинки видаляються з розчину у вигляді флокул або «пластівців». Цей термін вживається також для позначення процесу, в результаті якого дрібні частинки злипаються між собою і утворюють пластівчасті агрегати. Після цього флокули можуть спливати на поверхню рідини, відстоюватись на дні ємності з рідиною або їх можна просто відфільтровувати від рідини. Зазвичай як флокулянти або коагулянти використовуються сульфат алюмінію або хлорид поліалюмінію (ХПА). Сульфат алюмінію вступає в реакцію з водою і утворює пластівці гідроокису алюмінію. Після коагуляції з допомогою сполук алюмінію в очищеній воді можуть залишитися рештки алюмінію. При високій концентрації алюміній може бути токсичним для людей. В розчинах хлориду поліалюмінію (ХПА) іони алюмінію перетворюються в полімери, які складаються з кластерів іонів, з’єднаних мостиками з атомів кисню. ХПА використовується, наприклад, для очистки питної води з внутрішніх водоймищ, яка містить органічні матеріали, такі як листя, і/або неорганічні матеріали, такі як сполуки заліза та марганцю, що спричинюють коричневе забарвлення води. Однак ХПА, як правило, недостатньо ефективний, щоб ліквідувати коричневе забарвлення води. Хлорид заліза(III) являє собою ще один коагулянт, що часто застосовується. Коагулянти на основі заліза(III) проявляють свою дію у більш широкому діапазоні рН, ніж сульфат алюмінію, однак неефективні у відношенні багатьох джерел свіжої води. При коагуляції сполуками заліза в очищеній воді залишаються, як правило, рештки заліза. Це може надавати воді легкого присмаку і залишати коричневі плями на порцеляновому посуді. Крім того, внаслідок застосування хлориду заліза(III) може виникнути ризик корозії установки очистки води. Інші добре відомі адсорбенти, що застосовуються при очистці води завдяки високій питомій площі поверхні, такі як активоване вугілля або бентоніт, мають той загальний недолік, що їх дуже важко видалити після поглинання ними шкідливої речовини з очищуваного середовища внаслідок високого ступеня подрібнення. Таким чином, задачею цього винаходу є створення способу очистки води, який би дозволив уникнути недоліків відомих флокулянтів, описаних вище, і забезпечити ефективне видалення забруднюючих речовин, що містяться у воді. Викладена вище задача розв’язується шляхом створення способу очистки води, в якому природний карбонат кальцію з модифікованою поверхнею або водна суспензія, що містить природний карбонат кальцію з модифікованою поверхнею і має рН більше 6,0, виміряний при 20С, додається до очищуваної води, причому природний карбонат кальцію з модифікованою поверхнею являє собою продукт хімічної реакції природного карбонату кальцію з двоокисом вуглецю і однією або більше кислотами. Поняття «очистка» інтерпретується досить широко і означає будь-яке видалення шкідливих сполук і/або інших сполук, присутність яких у воді не допускається. Вода, яка переважно очищується способом за цим винаходом, включає промислові стічні води, питну воду, міські стічні води, стічні води пивоварних підприємств або підприємств по виробництву інших напоїв або вода, що використовується у целюлозно-паперовому виробництві – як оборотна вода, так і стічні води, а також сільськогосподарські стічні води. Природний карбонат кальцію з модифікованою поверхнею, згідно з визначенням, яке наводиться вище і вживається в подальшому, ефективно поглинає своєю поверхнею органічні, а також неорганічні забруднюючі речовини. Природний карбонат кальцію з модифікованою поверхнею, який використовується у способі за цим винаходом, отримують шляхом взаємодії природного карбонату кальцію з кислотою та двоокисом вуглецю. Природний карбонат кальцію вибирається переважно з групи, що складається з мармуру, крейди, кальциту, доломіту, вапняку або їх сумішей. У переважному варіанті винаходу природний карбонат кальцію подрібнюється перед обробкою його кислотою і двоокисом вуглецю. Операція подрібнення може виконуватися з допомогою будь-якого зазвичай застосовуваного подрібнювального устаткування, такого як млин, відомого фахівцям в цій галузі техніки. 1 UA 102996 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Природний карбонат кальцію з модифікованою поверхнею, який застосовується у способі очистки води згідно з цим винаходом, готується у вигляді водної суспензії з рН, виміряним при 20С, більшим 6,0, краще більшим 6,5, ще краще більшим 7,0, найкраще більшим 7,5. Як буде описано нижче, природний карбонат кальцію з модифікованою поверхнею може приводитися в контакт з очищуваною водою шляхом додавання до води згаданої водної суспензії. Можна також змінювати значення рН водної суспензії перед її додаванням до очищуваної води, наприклад шляхом її розведення додатковою кількістю води. Як варіант, водна суспензія може бути висушена, і природний карбонат кальцію з модифікованою поверхнею, який приводиться в контакт з водою, знаходиться у формі порошку або у формі гранул. Іншими словами, для отримання природного карбонату кальцію з модифікованою поверхнею, який би мав описані сприятливі поглинальні властивості, потрібно після обробки кислотою та двоокисом вуглецю підвищити значення рН до величини, більшої ніж 6,0. У переважному способі приготування водної суспензії природний карбонат кальцію, роздроблений, наприклад, шляхом подрібнення, або ні, суспендується у воді. Вміст природного карбонату кальцію в густій суспензії переважно становить 1-80% за масою, краще 3-60% за масою, ще краще 5-40% за масою, виходячи з маси суспензії. Наступна операція – додавання кислоти у водну суспензію, що містить природний карбонат кальцію. Значення константи дисоціації кислоти КД а у водному середовищі при 25С переважно менше або дорівнює 2,5. При КДа = 0 або менше кислоту переважно вибирають з сірчаної кислоти, соляної кислоти або їх сумішей. Якщо КДа при 25С дорівнює 0-2,5, кислоту переважно вибирають з H2SO3, HSO4 , H3PO4, щавлевої кислоти або їх сумішей. Одну або кілька кислот можна додавати в суспензію у вигляді концентрованого розчину або розведеного розчину. Молярне відношення кислоти до природного карбонату кальцію переважно становить 0,05-4, краще 0,1-2. Як варіант, можна також додавати кислоту до води перед суспендуванням у ній природного карбонату кальцію. Наступна операція – обробка природного карбонату кальцію двоокисом вуглецю. Якщо для кислотної обробки природного карбонату кальцію використовується сильна кислота, така як сірчана кислота або соляна кислота, двоокис вуглецю утворюється автоматично. Як варіант або доповнення, двоокис вуглецю може поставлятися із зовнішнього джерела. Кислотна обробка та обробка двоокисом вуглецю може виконуватися одночасно, що має місце тоді, коли використовується сильна кислота. Можна також виконувати кислотну обробку спочатку, наприклад, кислотою середньої сили з КДа в діапазоні від 0 до 2,5, а після цього здійснити обробку двоокисом вуглецю, який поставляється із зовнішнього джерела. Концентрація газоподібного двоокису вуглецю в суспензії в об’ємному вираженні така, що відношення (об’єм суспензії):(об’єм газоподібного CO 2) переважно знаходиться в діапазоні від 1:0,05 до 1:20, ще краще від 1:0,05 до 1:5. У переважному варіанті за винаходом операція обробки кислотою і/або операція обробки двоокисом вуглецю повторюється принаймні один раз, краще кілька разів. Після кислотної обробки та обробки двоокисом вуглецю рН водної суспензії, виміряний при 20С, природно, досягає значення, більшого за 6,0, краще більшого за 6,5, ще краще більшого за 7,0, найкраще більшого за 7,5, забезпечуючи, таким чином, приготування природного карбонату кальцію з модифікованою поверхнею у вигляді водної суспензії, яка має рН більше 6,0, краще більше 6,5, ще краще більше 7,0, найкраще більше 7,5. Коли водна суспензія досягає рівноваги, значення рН є більшим, ніж 7. Значення рН більше 6,0 може регулюватися без додавання основи, якщо перемішувати водну суспензію протягом достатнього періоду часу, переважно від 1 до 10 годин, краще від 1 до 5 годин. Як варіант, перед досягненням рівноважного стану, яке має місце при рН більше 7, рН водної суспензії може бути підвищений до величини більше 6 шляхом додавання основи після обробки двоокисом вуглецю. Для цього може бути використана будь-яка основа, така як гідроокис натрію або гідроокис калію. В результаті виконання описаних вище операцій, тобто кислотної обробки, обробки двоокисом вуглецю і регулювання рН, отримують природний карбонат кальцію з модифікованою поверхнею, який має хороші властивості поглинання органічних, а також неорганічних забруднень, які можуть бути присутні у стічних водах. Подальші деталі стосовно приготування природного карбонату кальцію з модифікованою поверхнею розкриваються у WO 00/39222 і US 2004/0020410 А1, в яких описується застосування природного карбонату кальцію з модифікованою поверхнею як наповнювача при виробництві паперу, зміст яких включений в цю заявку шляхом посилань. 2 UA 102996 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 У переважному варіанті способу приготування природного карбонату кальцію з модифікованою поверхнею природний карбонат кальцію вступає в реакцію з кислотою та/або двоокисом вуглецю у присутності щонайменше однієї сполуки, вибраної з групи, що складається з солі кремнієвої кислоти, окису кремнію, гідроокису алюмінію, лужноземельного алюмінату, такого як алюмінату натрію або калію, окису магнію або їх сумішей. Принаймні одну сіль кремнієвої кислоти переважно вибирають з силікату алюмінію, силікату кальцію або силікату лужноземельного металу. Ці компоненти можна додавати до водної суспензії, що містить природний карбонат кальцію, перед додаванням кислоти і/або двоокису вуглецю. Як варіант, такі компонент(и), як сіль кремнієвої кислоти і/або окис кремнію, і/або гідроокис алюмінію, і/або лужноземельний алюмінат, і/або окис магнію, можуть додаватися до водної суспензії природного карбонату кальцію вже після початку реакції природного карбонату кальцію з кислотою та двоокисом вуглецю. Докладний опис процесу приготування природного карбонату кальцію з модифікованою поверхнею в присутності такого(их) компонента(ів), як щонайменше одна сіль кремнієвої кислоти, і/або окис кремнію, і/або гідроокис алюмінію, і/або лужноземельний алюмінат, і/або окис магнію, розкривається у заявці WO 2004/083316, зміст якої включений в цю заявку шляхом посилання. Природний карбонат кальцію з модифікованою поверхнею може зберігатися в суспензії і за бажання може бути додатково стабілізований диспергатором. Для цього використовуються загальнозастосовні диспергатори, добре відомі фахівцям у цій галузі. Диспергатор може бути аніонним або катіонним. Кращим диспергатором є поліакрилова кислота. Як варіант, описана вище водна суспензія може бути висушена, в результаті чого отримують природний карбонат кальцію з модифікованою поверхнею у вигляді гранул або порошку. У переважному варіанті винаходу природний карбонат кальцію з модифікованою поверхнею 2 2 2 має питому площу поверхні 5-200 м /г, краще 20-80 м /г, ще краще 30-60 м /г, виміряну з допомогою азоту методом БЕТ згідно з ISO 9277. Крім того, природний карбонат кальцію з модифікованою поверхнею переважно має середній діаметр зерен від 0,1 до 50 мкм, краще від 0,5 до 25 мкм, ще краще від 1 до 10 мкм, ТМ виміряний седиментаційним методом. Вимірювання виконується на Седіграфі 5100 фірми Micromeritics Instrument Corporation. Метод і засіб вимірювання відомі фахівцям у цій галузі і широко застосовуються для визначення розміру зерен наповнювачів і барвників. Вимірювання виконують у водному середовищі 0,1%-го розчину (за масою) Na4P2O7. Зразки подрібнюють з використанням високошвидкісного міксера і ультразвуку. У переважному варіанті здійснення винаходу природний карбонат кальцію з модифікованою 2 2 поверхнею має питому площу поверхні в діапазоні від 15 м /г до 200 м /г і середній діаметр зерен в діапазоні від 0,1 до 50 мкм. Краще, коли питома площа поверхні знаходиться в діапазоні 2 від 20 до 80 м /г, а середній діаметр зерен – в діапазоні від 0,5 до 25 мкм. Ще краще, коли 2 питома площа поверхні знаходиться в діапазоні від 30 до 60 м /г, а середній діаметр зерен – в діапазоні від 0,7 до 7 мкм. У способі за цим винаходом природний карбонат кальцію з модифікованою поверхнею приводиться в контакт з очищуваною водою, наприклад промисловими стічними водами, питною водою, міськими стічними водами, стічними водами пивоварних підприємств або вода, що використовується у целюлозно-паперовому виробництві, як оборотна вода, так і стічні води, а також сільськогосподарські стічні води з допомогою будь-яких засобів, що зазвичай застосовуються, відомих фахівцям у цій галузі техніки. Природний карбонат кальцію з модифікованою поверхнею може додаватися у вигляді водної суспензії, наприклад суспензії, описаної вище. Як варіант, він може додаватися у твердій формі, наприклад у формі гранул, або порошку, або у формі віджатого осаду. В контексті цього винаходу можна також створити нерухому фазу, наприклад у формі віджатого осаду або шару, яка містить природний карбонат кальцію з модифікованою поверхнею, причому очищувана вода проходить крізь згадану нерухому фазу. Нижче це буде описано більш детально. У переважному варіанті здійснення винаходу перед додаванням природного карбонату кальцію з модифікованою поверхнею рН очищуваної води регулюється до досягнення значення, більшого ніж 6,0, краще більшого ніж 6,5, найкраще більшого ніж 7,0. Природний карбонат кальцію з модифікованою поверхнею переважно суспендується в воді, наприклад з допомогою засобів перемішування. Кількість природного карбонату кальцію з модифікованою поверхнею залежить від виду води, що очищується, а також від виду та 3 3 кількості забруднень. Переважно додається 10 мг/м – 1% за масою, краще 100 мг/м – 0,5% за 3 масою, найкраще 400-2000 мг/м природного карбонату кальцію з модифікованою поверхнею, виходячи з ваги очищуваної води. 3 UA 102996 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Вода може містити органічні забруднюючі речовини, наприклад фекалії, органічні матеріали, нечистоти, поверхнево-активні речовини, а також неорганічні забруднюючі речовини, зокрема забруднення у вигляді сполук важких металів, таких як залізо- та марганецьвмісні сполуки. Шкідливі компоненти, які можуть бути видалені з води шляхом очистки способом згідно з цим винаходом, включають також мікроорганізми, такі як бактерії, гриби, археї або одноклітинні організми. Інші шкідливі речовини, такі як поліциклічні сполуки, холестерин і/або ендокринні руйнівники (ЕР), такі як, наприклад, ендогенні гормони, як 17-естрадіол (Е2), естрон (Е1), естріол (Е3), тестостерон або дигідротестостерон, фіто-і мікогормони, такі як -сітостерол, геністеїн, даїдзеїн або зераленон; лікарські засоби, такі як 17-етинілестрадіол (ЕЕ2), местранол (МЕ), діетилстілбестрол (ДЕС), і промислові хімічні речовини, такі як 4-нонілфенол (НФ), 4тертоктилфенол (ОФ), бісфенол А (БФА), трибутилтін (ТБТ), метилртуть, фталати, РАK або ПХБ. Крім того, способом за цим винаходом можуть бути видалені йодовані контрастні речовини для рентгеноскопічного аналізу, наприклад іокситаламат, флуорохінолон, такий як ціпрофоксацин, і антибіотики, такі як макроліди та сульфонаміди. Було також виявлено, що природний карбонат кальцію з модифікованою поверхнею дуже ефективно поглинає як одне активоване вугілля, так і активоване вугілля у формі порошку, яке містить вже адсорбовані частинки. Як було описано вище, активоване вугілля – широко відомий активний адсорбент, який має, однак, той недолік, що поглинання часто проходить не дуже швидко і що його дуже важко видалити з очищуваного середовища внаслідок високого ступеня подрібнення. Однак отримані суміші, що містять природний карбонат кальцію з модифікованою поверхнею, активоване вугілля і, за бажанням, інші речовини, такі як забруднення, адсорбовані поверхнею активованого вугілля, можна легко виділити з очищуваної води. Застосування природного карбонату кальцію з модифікованою поверхнею разом з активованим вугіллям забезпечує, з одного боку, дуже ефективне поглинання речовин, таких як описані вище, завдяки відмінним поглинальним властивостям обох адсорбентів, а з другого боку, додатково полегшує видалення активованого вугілля завдяки утворенню з ним складних сполук, навіть у тому випадку, коли на його поверхні уже знаходяться речовини, наприклад речовини, згадані вище як забруднення, адсорбовані на його поверхні, що приводить до додаткового підвищення ступеня видалення ЕР за рахунок синергетичної взаємодії між природним карбонатом кальцію з модифікованою поверхнею та активованим вугіллям, причому сполуки, що утворились, можна легко виділити з водного середовища. У зв’язку з цим особливо хороші результати можна отримати при додаванні активованого вугілля до водного середовища перед додаванням природного карбонату кальцію з модифікованою поверхнею. У цьому варіанті здійснення винаходу речовини спочатку в основному поглинаються активованим вугіллям, і отримана в результаті сполука в основному поглинається потім природним карбонатом кальцію з модифікованою поверхнею, забезпечуючи полегшене видалення активованого вугілля і, відповідно, приєднаних до нього забруднюючих речовин. У способі за цим винаходом може використовуватися будь-яке активоване вугілля, відоме фахівцям у цій галузі техніки. Прикладами активованого вугілля, яке може застосовуватися в способі за цим винаходом, можуть бути, наприклад, від фірм Флюка, артикул № 05112 (ч.д.а 3 для ГХ; розмір зерен від 0,3 до 0,4 мм; насипна щільність 410 кг/м ), Олдрич, артикул № 484156 (склоподібний сферичний порошок, розмір зерен 10-40 м), Сігма-Олдрич, артикул № 242276 (Дарко® G-60, порошок, розмір частинок -100 меш); Рідель-де Хаен (артикул № 18002, purum, гранульований) або Лургі Гідрафін СС 8  30 (Donau Carbon GmbH & Co. KG, Франкфурт на Майні, Німеччина) або активоване вугілля від фірми Флюка (артикул № 05112). Наприклад, частинки активованого вугілля можуть мати розмір від 0,1 м до 5 мм, краще від 10 м до 2 мм, від 0,1 мм до 0,5 мм, наприклад, 0,3 мм. Масове відношення природного карбонату кальцію з модифікованою поверхнею до активованого вугілля переважно знаходиться в діапазоні від 1:1 до 100:1, краще від 5:1 до 80:1, зокрема від 10:1 до 70:1 або від 20:1 до 50:1, наприклад, 30:1 або 40:1. За бажанням до проби очищуваної води можна вводити інші добавки. Це можуть бути речовини для регулювання рН і флокулянти, що звичайно застосовуються, такі як хлорид поліалюмінію, хлорид заліза або сульфат алюмінію. У переважному варіанті здійснення винаходу додається також природний карбонат кальцію, який не був модифікований, як було описано вище. 4 UA 102996 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Після завершення поглинання отримана сполука може бути виділена з проби води з допомогою звичайних засобів виділення, відомих фахівцям в цій галузі, таких як осадження і фільтрація. В альтернативному варіанті очищувана рідина переважно проходить крізь проникний фільтр, що містить природний карбонат кальцію з модифікованою поверхнею і здатний за рахунок ситового ефекту затримувати на поверхні фільтра забруднюючі речовини при проходженні рідини через фільтр під дією сили тяжіння, і/або вакууму, і/або тиску. Цей спосіб називається «поверхнева фільтрація». У ще одній переважній технології, відомій під назвою «об’ємна фільтрація», фільтрувальний засіб, що включає певну кількість звивистих проходів змінного діаметра і конфігурації, затримує забруднення за рахунок молекулярних і/або електричних сил, адсорбуючи забруднюючі речовини природним карбонатом кальцію з модифікованою поверхнею, присутнім всередині згаданих проходів, і/або за рахунок ситового ефекту, затримуючи частинки забруднюючих речовин, якщо вони занадто крупні для того, щоб пройти крізь всю товщину шарів фільтра. Крім того, технології об’ємної фільтрації та поверхневої фільтрації можуть комбінуватися, для чого шар об’ємного фільтра розміщують на поверхневому фільтрі; така конфігурація забезпечує ту перевагу, що ті частинки, які могли б забити отвори у поверхневому фільтрі, затримуються шаром об’ємного фільтра. Один з варіантів розміщення шару об’ємного фільтра на поверхневому фільтрі – суспендувати флокулюючий засіб в рідині, що фільтрується, після відстоювання злити рідину через фільтр, не переносячи на фільтр головної маси осаду, таким чином, що він коагулює всі або частину забруднюючих речовин на поверхні фільтра, формуючи таким чином шар об’ємного фільтра. Такий спосіб відомий під назвою «алювіальна система фільтрації». За бажанням, перш ніж почати алювіальну фільтрацію, на поверхневому фільтрі можна створити перший шар матеріалу об’ємного фільтра. Наведені нижче фігури, приклади і експерименти ілюструють цей винахід, не обмежуючи яким-небудь чином об’єму цього винаходу. Опис фігур: На фігурі 1 показаний характер адсорбції 17-етинілестрадіолу природним карбонатом кальцію з модифікованою поверхнею (ККМП) для різного часу установлення рівноваги. На фігурі 2 показані ізотерми адсорбції при поглинанні 17-етинілестрадіолу ККМП, активованим вугіллям і двоокисом марганцю, вираженому в адсорбованій кількості на кількість адсорбенту. На фігурі 3 показані ізотерми адсорбції при поглинанні 17-етинілестрадіолу ККМП, активованим вугіллям і двоокисом марганцю, вираженому в адсорбованій кількості на площу поверхні адсорбенту. На фігурі 4 показано зменшення каламутності внаслідок поглинання активованого вугілля природним карбонатом кальцію з модифікованою поверхнею. На фігурі 5 показано зображення активованого вугілля, отримане з допомогою сканувального електронного мікроскопа (СЕМ). На фігурі 6 показано зображення активованого вугілля і ККМП, отримане з допомогою СЕМ. На фігурі 7 показано збільшене зображення, представлене на фіг. 6. Приклади Вид і кількість забруднень, присутніх у пробах води перед і після очистки згідно з способом за цим винаходом, визначали з допомогою вимірювального пристрою Optima 3200 XL ICP-OES фірми Perkin-Elmer. Проби аналізували безпосередньо після проведення очистки з допомогою ККМП. Приклад 1 У прикладі 1 визначають поглинальну здатність природного карбонату кальцію з модифікованою поверхнею у відношенні різних важких металів. 3 500 г розчину важкого металу, що містить по 5 мг/м кадмію, хрому, міді, ртуті, нікелю і свинцю, перемішували протягом 15 хвилин з 3%-ним (w/w%) природним карбонатом кальцію з модифікованою поверхнею. Розчин залишали на 24 години при рН 11,5, і верхню рідку фазу аналізували методом іонної хроматографії (іонний хроматограф Dionex DX 120). Природний карбонат кальцію з модифікованою поверхнею готували таким чином: тонко розмелений природний карбонат кальцію з заводу Омей, Франція, суспендували для отримання суспензії, що містить приблизно 16% сухої речовини за масою. Утворену таким чином шламоподібну суміш очищали, повільно додаючи фосфорну кислоту при температурі приблизно 55С, достатній для створення продукту, який має питому площу поверхні БЕТ 35 2 м /г відповідно до стандарту ISO 9277 і приблизний середньочисловий діаметр 10 мікрометрів, 5 UA 102996 C2 визначений зі сканованих зображень, отриманих з допомогою растрового електронного мікроскопа LEO 435 VPe. Таблиця 1 Очистка розчину іонів важких металів природним карбонатом кальцію з модифікованою поверхнею Кількість кадмію 3 (мг/м ) Неочищений розчин Розчин після очистки Осад, отриманий після очистки 5 10 15 20 25 30 35 Кількість хрому 3 (мг/м ) Кількість нікелю 3 (мг/м ) Кількість свинцю 3 (мг/м ) 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Process for the purification of water

Автори англійською

Gantenbein, Daniel, Scholkopf, Joachim, Gane, Patrik A.C.

Автори російською

Гантэнбайн Дэниел, Шёлькопф Йоахим, Гэйн Патрик А.К.

МПК / Мітки

МПК: C02F 1/56, C02F 103/32, C02F 1/28, C02F 103/28, B01J 20/04

Мітки: стічних, модифікованою, поверхнею, композиційний, карбонату, карбонат, одержаний, містить, очистки, цим, застосування, вод, кальцію, води, матеріал, способом, спосіб

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/15-102996-sposib-ochistki-vodi-kompozicijjnijj-material-oderzhanijj-cim-sposobom-shho-mistit-karbonat-kalciyu-z-modifikovanoyu-poverkhneyu-ta-zastosuvannya-karbonatu-kalciyu-z-modifikovanoyu.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб очистки води, композиційний матеріал, одержаний цим способом, що містить карбонат кальцію з модифікованою поверхнею, та застосування карбонату кальцію з модифікованою поверхнею для очистки стічних вод</a>

Подібні патенти