Спосіб очищення природних та стічних вод від катіонів полівалентних металів

Спосіб очищення природних та стічних вод від катіонів полівалентних металів, який здійснюється шляхом контактування забрудненої води із сорбентом - моно- функціональним слабокислотним катіонообмінником, який відрізняється тим, що як сорбент використовують аддукт кам'яного вугілля низької стадії метаморфізму з малеїновим ангідридом, що містить 17-19% малеїнового ангідриду. Корисна модель відноситься до області екології, переважно до очищення забруднених вод і може бути використана для очищення природних та стічних вод підприємств чорної, кольорової' металургії Відомі сорбенти для очищення води від металів, такі як синтетичні полімерні катіоніти [1, 2]; окислені синтетичні полімери, активовані вугілля [3], природні вуглецеві матеріали [3, 4]; неорганічні матеріали та ін., де очищення йде за рахунок поверхневих реакцій, обмінних взаємодій з поверхневими функціональними групами. Кам'яне вугілля є сировиною для переробки його в ефективні вуглецеві сорбенти для очищення стічних вод від катіонів металів [3, 4] Найчастіше для цього його піддають окисній модифікації шляхом сполучення методів хімічної та термічної обробки з метою підвищення загального вмісту поверхневих кисневмісних груп (карбоксильних, карбонільних, фенольних, гідроксильних та ін). Широку поліфункціональність окисленого вугілля підтверджують дані хімічного аналізу, Мспектроскопії Обробка вугілля окислювачами призводить до значного збільшення статичної обмінної ємності (СОЄ) по катіонах [3] Однак закономірностей між засобом окислювання вугілля та розподілом функціональних груп по кислотності не спостерігається. Одержати вугілля з переважним вмістом певних кисневмісних груп методом окисної модифікації не вдається. Відомий спосіб модифікування кам'яних вугіль різної стадії метаморфізму малеїновим ангідридом (МА), у результаті якого до вугільної матриці прищеплюються винятково карбоксильні групи [5, 6]. Будова аддуктів підтверджена ХІМІЧНИМИ методами, а також даними ІЧ-спектроскопії, деріватографіі, рентгеноструктурного аналізу. У реакції з малеїновим ангідридом найбільшу активність проявляють вугілля низької стадії' метаморфізму, особливо довгополуменеве Залежно від умов реакції вміст малеїнового ангідриду в аддукті із довгополуменевим вугіллям може досягати 1037%. Методом рентгеноструктурного аналізу доведено, що при взаємодії'з малеїновим ангідридом не відбуваються глибою порушення вугільної матриці. Ангідрид не впроваджується в міжшаровий простір вугільних кристалітів, а приєднується до крайових шарів у пакеті, що несе ЦИС-ДІЄНОВІ фрагменти [6]. Модифіковане карбоксильними групами вугілля досліджене як монофункціональний вугільний катіоніт для очищення природних та стічних вод від домішок металів. Його одержують в одностаційному процесі перемішуванням здрібненого вугілля в розплаві малеїнового ангідриду при температурі 110-130°С протягом 3-5 годин та наступного промивання продукту водою до нейтральної реакції [5, 6]. Найбільш близькими по технічній сутності та досяжному результату до модифікованого карбоксильними групами вугіллю при використанні його як катіоніта є синтетичні монофункціональні карбоксильні катіоніти. Обрано промисловий зернистий катіоніт КБ-4. Це кополімеризаційний слабкокислотний монофункціональний карбоксильний катіоніт гелевої структури, у якому функціональні групи приєднані до аліфатичного ланцюжка. Одержують його шляхом суспензіонно'і кополімеризації метилового естеру метакрилової кислоти з дивінілбензолом (6%) з наступним омиленням естерних груп. Застосовується для очищення розчинів від домішок катіонів полівалентних металів, для зм'якшення води [1]. На ємність слабкокислотних катіонітів великий вплив має рН розчину, тому що карбоксильні групи при низьких значеннях рН залишаються частково або повністю недиссоційованими. Тому поглинаюча здібність карбоксильних CM 00 7782 іонітів буває зниженою в кислих розчинах та зростає зі збільшенням рН до лужної реакції [1, 2]. Поряд з цінними властивостями синтетичних іонітів, вони мають ряд недоліків1 1 .Складність, багатостадійність процесу синтезу. 2. Досить висока вартість. 3. Дефіцитність. 4. Необхідність у періодичній регенерації, що пов'язане з додатковими витратами. В основу корисної моделі поставлене завдання створення способу очищення природних та стічних вод від катіонів полівалентних металів, зм'якшення води, у якому очищення забезпечується дешевим ефективним сорбентом, який не вимагає регенерації. Поставлене завдання вирішується тим, що в способі очистки природних та стічних вод від катіонів полівалентних металів, що включає контактування забрудненої води із сорбентом - монофункціональним слабкокислотним катюнообмінником, згідно корисній моделі, як сорбент використовують аддукт кам'яного вугілля низької стадії метаморфі зму з малеїновим ангідридом із вмістом малеїнового ангідриду 17-19%. Приклад конкретного виконання. 1г сорбенту та ЗООмл води перемішували за допомогою струшувана типу 358S (Польща) при кімнатній температурі до стану рівноваги (три години) Сорбент відфільтровували У фільтраті визначали залишковий вміст металів. Для оцінки застосовності аддуктів як сорбентів катіонів металів використовували стічні води (при дослідженні поглинання Fe І РЬ) та природну криничну воду (при дослідженні процесу зниження твердості води). Дослідження проводили в статичному режимі при співвідношенні сорбент/вода 1г/300мл при рН6,5-8,0. Досліджені аддукти з різним вмістом МА (12,1; 17,4; 18,6, 27,0%). Вміст свинцю і заліза при роботі зі стічними водами визначали методом атомної абсорбції на спектрофотометрі С-115 ПКС у полумї ацетилен-повітря. Твердість природної води визначали за допомогою приладу Dist-2 Наппа (Португалія). Результати досліджень наведені в таблиці. Таблиця Вміст Pb v СТІЧНІЙ ВОД Сорбент аддуктів вмістом До очищенМА, % ня 12,1 48 17,4 4,8 186 4,8 48 27.0 КБ-4 Н-фоома 48 Після очищення 09 0* 0* 0" 0* , мг/л %очи щення 81,25 100 100 100 100 Вміст Fe у стічній вод , До очиПісля очищення щення 4,33 1 6 1 0 4 33 1,05 4,33 14 4 33 4,33 3,35 мг/п % очищення 63,05 76 9 75,7 67,7 22 6 Твердість води мг эке/л До очищен- Після очи% очи ня щення щення 1,23 79 35.77 6,9 1 23 43 9 1 23 6,8 44,7 1,23 89 27,6 1 23 6,75 451 СОЄ noNaOH, мгэкв/л 6,36 7 15 7 81 62 9,5 * не виявлені методом атомно абсорбційної спектрофотометри в попумі ацетилен - повітря Отримані дані свідчать про те, що оптимальним є вміст МА в аддукті 17-19% При більш високому вмісті останнього відбувається взаємодія близько розташованих карбоксильних груп з утворенням водневих, координаційних зв'язків, що заважає протіканню іонного обміну. Зменшення вмісту МА в аддукті призводить до зменшення кількості здібних до участі в іонному обміні груп та погіршенню процесу очищення. Більш високу активність аддукта по залізу в порівнянні з катіонітом КБ-4 можна пояснити тим, що карбоксильні групи в КБ-4 розташовані на непровідному аліфатичному ланцюжку В аддукті відбувається значне посилення реальних протоногенних груп через наявність практично делокалізованих -електронів, що легко перемішуються по ланцюжку сполучених зв'язків, і нагромадження негативних зарядів на поверхні вугілля. Таким чином, модифіковане карбоксильними групами вугілля (аддукт) проявляє близьку й більше високу активність при очищенні природних та стічних вод від полівалентних металів в обраних нами умовах експерименту. При цьому сорбент що заявляється, легко синтезувати в одну стадію, для його одержання можна використовувати низькосортне довгополуменеве вугілля, якому не потрібна Комп'ютерна верстка М. Мацело попередня підготовка, крім здрібнювання Відпрацьований аддукт не треба регенерувати. Його можна утилізувати шляхом спалювання в топленнях котелень Джерела інформації, які використані при складанні заяви: 1. Аширов А Ионообменная очистка сточних вод растворов и газов. - Л: Химия, 1983. - 295с (прототип). 2. Гельферих Ф. Иониты. - М. Издательство иностранной литературы, 1962 -490с. 3. Тарковская И.А Окисленый уголь. - Киев. Наук. Думка, 1981. - 197с 4. Кузин. И. А Получение, исследование свойств и применение окисленных углей //Адсорбция и адсорбенты - Киев: Наук. Думка, 1974. -Вып.2. - с 10-14 5. А.с. 1168587 СССР, МКИ C10L9/02, С07С2/52. Способ получения адпуктов угля с мажиновым ангидридом /P.O. Кочканян, Г.И. Жержова, Т А. Дмитрук, М.К. Пактер, С.Н. Баранов Опубл. 23.07.85. Бюл №27. 6. Zher'akova G., Kochkan'an R Reaktivity and structure investigation of coals m reaction with dienophiles/FueJ, 1990 - V.69. - №7. - S.898-901. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м Київ-42, 01601