Сорбент для очистки води

Сорбент для очистки води, що містить глинистий мінерал, який відрізняється тим, що як модифікатор він містить гідроксид дво- або тривалентного металу при наступному співвідношенні компонентів ( у перерахунку на суху речовину ), мас % Глинистий мінерал 94,0-99,9 Гідроксид металу 0,10-6,00 Винахід відноситься до області очистки води сорбцією від органічних речовин, зокрема, до сорбентів на основі глинистих мінералів, і може бути використаний для очистки вод, що забруднені нафтопродуктами Відомий сорбент, що складається із глинистого мінералу - монтморилоніту (Пижевське родовище , Україна) та модифікатора - полюксихлориду алюмінію (ПОХА) [Бондаренко С В та ш //Укр хім журн -1996-63, №1 -С 18-21] [1] Готують сорбент слідуючим образом До 0,2М розчину АІСІз приливають розраховану КІЛЬКІСТЬ розчину NaOH такої ж концентрації, отримуючи розчин основних хлоридів алюмінію (ОХА) з молярним співвідношенням ОН/АІ п = 1,83 та 2,33 Для отримання сорбенту, монтморилоніт переводять у Na-форму і потім до розбавленої (С = 200мг/л) дисперсії Na-монтморилоніту додають розраховану КІЛЬКІСТЬ основного хлориду алюмінію, щоб співвідношення ОХА до глини в ВИХІДНІЙ суміші складало 6,75мас % (2,5ммоль/г) Відомий сорбент призначений для очистки води від нафтовмісних продуктів Однак, в матеріалах [1] подана сорбційна ємність сорбенту, що визначена по сорбції із газової фази Так як сорбент призначений для роботи з розчиненими у воді органічними речовинами, то його адсорбційні властивості будуть сильно змінюватися (зменшуватись) з-за конкурентної адсорбції розчинника та адсорбата Тому доцільно оцінити сорбційні властивості відомого сорбента із водних розчинів, що містять органічні сполуки Для оцінки сорбційної ємності, однією із стантартних речовин, що часто використовується в практиці, є толуол [Zdrazil М, Scott К F The determination of surface polarity of Bi - Mo oxidation catalysts by gas chromatography "Chromatographia", 10980, 13, №2, p 85-92] [2] Згідно наших даних, максимальна адсорбційна ємність даного сорбенту за толуолом складає 42,77мг/г Сорбційну ємність визначають на приладі "Газовий аналізатор" фірми Hewlett Packard з полум'яним іонізатором, із насичених толуолом (2г/л) водних розчинів Таким чином, основним недоліком сорбенту [1], є його достатньо низька сорбційна ємність по органічним речовинам Найбільш близьким до винаходу за технічною суттю та досягаемому результату є сорбент на основі монтморилоніту [Stephen A Boyd et al // Clay and Clay Minerals - 1997 - 45, №5, - p 659 669] [3] Даний сорбент містить глинистий мінерал - монтморилоніт в Са-формі з обмінною ємністю 0,9моль/кг і модифікатор - триметілфеніламоній бромид у КІЛЬКОСТІ 0,17 - 1,00моль/кг обмінної ємності, що згідно наших розрахунків, складає 0,3 1,8мас % Склад сорбенту, мас % монтморилоніт 98,2 - 99,7 триметілфеніламоній 0,3 -1,8 Готують сорбент слідуючим способом в дистильованій воді розчиняють триметілфеніламоній бромид (бромид ТМФА) Суспензії глини, які містять 25г Са-глини оброблюють добавками різних кількостей розчину бромиду ТМФА до утворення модифікованих Са-ТМФА глин Суміші струшують в магнітній мішалці на протязі 14 - 16 годин при кімнатній температурі Потім глини відмивають дистильованою водою до негативної реакції на бромид-юн (АдІЧОз) Оптимальна сорбційна єм 00 ю 47589 ність за толуолом досягається при ВМІСТІ в сорбенті 1,1 мас % ТМФА і складає 55,30мг/г Як слідує із наведених даних, основним недоліком сорбенту [3], є недостатньо висока сорбційна ємність по органічним речовинам Необхідно також ВІДМІТИТИ недостатньо високу агрегативну СТІЙКІСТЬ, що призводить до агрегації та флокуляції сорбенту при його внесенні в воду, яка очищується Це знижує ефективність сорбційного процесу та ускладнює його використання в процесі очищення води Крім того, приготування сорбенту вимагає досить тривалого часу (14 - 16 годин за рахунок тривалості процесу модифікування), а також треба ВІДМІТИТИ ТОКСИЧНІСТЬ модифікатора, що використовується для приготування сорбенту В основу винаходу поставлене завдання розробити склад сорбенту для очистки води, в якому використання модифікатора неорганічної природи на основі кисневої сполуки металу, забезпечило б досягнення технічного результату - високу сорбційну ємність по відношенню до нафтопродуктів, підвищення агрегативної СТІЙКОСТІ, а також скорочення тривалості процесу модифікування Для вирішення поставленої задачі запропоновано сорбент для очистки води, що вміщує глинистий мінерал та модифікатор, в якому, згідно з винаходом, як модифікатор він містить гідроксид ІІ-х або ІІІ-х валентного металу при слідуючому співвідношенні компонентів (перераховуючи на суху речовину), мас % Глинистий мінерал 94,00 - 99,90 Гідроксид металу 0,10 - 6,00 Нами встановлено, що введення до складу сорбенту на основі глинистого мінералу модифікатора неорганічної природи, а саме гідроксидів ІІ-х або ІІІ-х валентних металів, призводить до утворення системи "глинистий мінерал - модифікатор", яка характеризується, як ми припускаємо, високою питомою поверхнею, що забезпечує високу сорбційну ємність по органічним речовинам Наявність заявляемого модифікатора придає сорбенту високу агрегативну СТІЙКІСТЬ, ЩО забезпечує більшу площу контакту сорбенту з розчиненими у воді органічними нафтопродуктами Поряд із цим, використання модифікатора, що пропонується, дозволяє скоротити час приготування сорбенту Таким чином, сукупність суттєвих ознак сорбенту, що пропонується, є необхідною та достатньою для досягнення технічного результату, який забезпечується винаходом - високої сорбційної ємності сорбенту по відношенню до нафтопродуктів, що дорівнює 90,1 - 135,4мг/г При цьому час модифікування глинистого мінералу складає 1 0 - 1 5 хвилин Для отримання сорбенту, як глинистий мінерал, використовують монтморилоніт (Черкаське родовище, Україна), гідрослюду (Черкаське родовище, Україна), та каолін (Просянівське родовище, Україна) Всі мінерали підготовлені по методиці, яка описана в [4] [Овчаренко Ф Д Гидрофильность глин и глинистых минералов АН УССР, К 1961, 231с] Як модифікатор сорбент містить гідроксид Zn(ll), гідроксид Mg(ll), гідроксид Fe(lll) та гідроксид АІ(ІІІ) Сорбент готують шляхом обробки глинистого мінералу розчинами хлористоводневої кислоти та вказаних вище металів в лужному середовищі Для отримання сорбенту використовують слідуючі СОЛІ 1 ZnCI2 ГОСТ 4529-78 2 MgCI2 6H2O ГОСТ 4209-77 3 F-еСІз 6Н2О ГОСТ 4147-74 4 АІСІз 6Н2О ГОСТ 4758-75 Факт формування гідроксиду металу у складі сорбенту підтверджується характеристичними піками на рентгенограмах, що отримані на приладі X-ray diffractometer фірми Hewlett Packard піки при 3,68, 2,70 та 2,51 А після термообробки ВІДПОВІДНО вказують на кристалізацію гематиту Fe2O3 на поверхні глини [J Thorez Practical Identification of Clay Minerals Ed G LELOTTE В 4820 DISON, Belgique] Оцінку агрегативної СТІЙКОСТІ проводили волюмометричним методом, реологічними дослідженнями Приклади виконання за винаходом Приклад 1 Для приготування сорбенту в МІСТКІСТЬ вливають воду в КІЛЬКОСТІ 10л і вносять 686г повітряносухого монтморилоніту В суспензії, що отримана розчиняють 35,33г FeCb 6H2O та при перемішуванні додають луг до рН 8,0 Час модифікування глинистого мінералу складає 10 хвилин Отриману суспензію фільтрують і осад сушать в м'яких умовах при температурі 50°С до повітряно-сухого стану Отриманий сорбент подрібнюють, наприклад, у фарфоровій ступці Отримано склад сорбенту при слідуючому співвідношенні компонентів, мас % Монтморилоніт 98,00 Модифікатор - гідроксид Fe(lll) 2,00 Сорбційна ємність за толуолом складає 96,5мг/г (див Таблицю, приклад 5) Приклад 2 Для приготування сорбенту в МІСТКІСТЬ вливають воду у КІЛЬКОСТІ 10л та вносять 665г повітряносухої гідрослюди В суспензії, що отримана розчинюють 108,33г АІСІз 6Н2О та при перемішуванні додають луг до рН 8,0 Час модифікування мінералу складає 15 хвилин Отриману суспензію фільтрують і осад сушать в м'яких умовах при температурі 50°С до повітряно-сухого стану Отриманий сорбент подрібнюють Отримано склад сорбенту при слідуючому співвідношенні компонентів, мас % Гідрослюда 95,0 Модифікатор - гідроксид АІ(ІІІ) 5,0 Сорбційна ємність за толуолом складає 135,4мг/г (див Таблицю, приклад 40) Аналогічно прикладам 1 та 2, що здійснені за винаходом, були приготовлені склади сорбентів з використанням глинистого мінералу та модифікатору різної природи Склади сорбентів, як в межах, що пропонуються, так і за межами з ВІДПОВІДНОЮ НИМ сорбційною ємністю, приведені в Таблиці Встановлено, що вміст модифікатору, який пропонується в сорбенті, забезпечує досягнення високої сорбційної ємності за толуолом Приклади З - 7, 10 - 14, 17 - 20, 23 - 26, ЗО - 34, 38 - 42, 45 48, 52 - 56, 59 - 63, 66 - 69 Слід ВІДМІТИТИ, ЩО НИЖ НІЙ граничний вміст модифікатору в сорбенті становить 0,1мас% для всіх використаних глинистих мінералів та модифікаторів А верхня межа вмісту 47589 модифікатору в сорбенті залежить, як від природи глинистого мінералу, так і від природи самого модифікатора Так, наприклад, вміст модифікатору Fe(OH)3 в сорбенті на основі монтморилоніту складає 0,1 - 4,0мас %, на основі каоліну - 0,1 4,75мас % , на основі гідрослюди - 0,1 - 5,5мас % Вміст модифікатору АІ(ОН)з в сорбенті на основі монтморилоніту складає 0,1 - 5,0мас%, на основі каоліну - 0,1 - 5,0мас %, на основі гідрослюди - 0,1 - 6,0 мас % Вміст модифікатору Zn(OH)2 в сорбенті на основі монтморилоніту складає 0,1 3,5мас %, на основі гідрослюди - 0,1 - 5,5мас % Вміст модифікатору Мд(ОН)2 в сорбенті на основі монтморилоніту складає 0,1 -3,5мас%, на основі каоліну - 0,1 - 4,5мас % При ВМІСТІ в сорбенті модифікатору нижче заявляємої межі сорбційна ємність різко зменшується до рівня природного глинистого мінералу за рахунок недостатньої КІЛЬКОСТІ модифікатору (Таблиця, приклади 2, 9, 16, 22, 29, 37, 44, 51, 58, 65) А при ВМІСТІ модифікатору в сорбенті вище межі, що пропонується, оптимальної для кожного мінералу, сорбційна ємність також значно зменшується за рахунок вторинної коагуляції (агрегації) модифікованих часток глинистого мінералу та часток самого модифікатору Висока сорбційна ємність запропонованого сорбенту, що визначена за толуолом, підтверджується даними по очистці води від розчинених органічних речовин Використаний сорбент, приготовлений за прикладом 1, складу Монтморилоніт 98,0мас % Гідроксид Fe(lll) 2,0мас % Сорбент в КІЛЬКОСТІ 150мг/л вносять в воду, що містить 12,0мг/л суміші ізооктану Cs та третбутілбензолу Сю Після ОЧИСТКИ ВОДИ показаним сорбентом, вміст у воді суміші iCs та Сю складає 1,4мг/л Переваги запропонованого сорбенту для очистки води порівняно з відомим, складаються із слідуючих запропонований сорбент має високу сорбційну ємність, так, наприклад, для сорбенту на основі монтморилоніту оптимальна сорбційна ємність складає 103,6 - 118,5мг/г, що у (2,1 - 2,2) рази перевищує сорбційну ємність відомого сорбенту (55,3мг/л), використання модифікатору, що заявляється, розширює коло глинистих мінералів та підвищує ефективність сорбентів на їх основі для очистки води від нафтопродуктів Так, сорбент на основі гідрослюди має сорбційну ємність на рівні 122,1 135,4мг/г, сорбент на основі каолину - 90,1 97,5мг/г, тривалість процесу отримання сорбенту скорочується з 14 - 16 годин до 10 - 15 хвилин, тобто приблизно у 100 разів, заміна токсичного органічного модифікатора на екологічно безпечний модифікатор неорганічної природи Достоїнством запропонованого сорбенту є використання доступних та дешевих вітчизняних матеріалів Таблиця 1 Сорбціині властивості модифікованих сорбентів на основі глинистих мінералів № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Глинистий мінерал Найменування Монтморилоніт Монтморилоніт Монтморилоніт Монтморилоніт Модифікатор, мас % Мас % Fe(OH)3 АІ(ОН)3 100,0 99,95 99,90 99,00 98,00 97,00 96,00 95,50 99,95 99,90 99,00 98,50 97,00 95,00 94,50 99,95 99,90 99,00 97,00 96,50 96,00 99,95 99,90 99,00 97,00 0,00 0,05 0,10 1,00 2,00 3,00 4,00 4,50 0,05 0,10 1,00 1,50 3,00 5,00 5,50 Сорбційна Zn(OH)2 Mg(OH)2 0,05 0,10 1,00 3,00 ЄМНІСТЬ, мг/г 69,60 70,10 89,70 96,50 110,50 100,10 80,00 70,30 70,00 90,10 111,80 118,50 100,20 80,30 69,20 70,20 79,40 92,70 105,70 80,20 70,80 70,00 77,80 89,90 103,60 8 47589 26 27 28 29 ЗО 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 Гідрослюда Гідрослюда Гідрослюда Каолін Каолін Каолін 96,50 96,00 100,00 99,95 99,90 99,00 98,00 95,00 94,50 94,00 93,50 99,95 99,90 99,00 95,00 94,50 94,00 93,50 99,95 99,90 99,00 95,00 94,50 94,00 100,00 99,95 99,90 99,00 97,00 96,00 95,25 94,50 99,95 99,90 99,00 97,50 96,00 95,00 94,50 99,95 99,90 97,00 96,00 95,50 95,00 0 0,05 0,10 1,00 2,00 5,00 5,50 6,00 6,50 0,00 0,05 0,10 1,00 3,00 4,00 4,75 5,50 0,05 0,10 1,00 5,00 5,50 6,00 6,50 0,05 0,10 1,00 2,50 4,00 5,00 5,50 0,05 0,10 1,00 5,00 5,50 6,00 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 Продовження 3,50 4,00 0,05 0,10 3,00 4,00 4,50 5,00 таблиці 1 78,40 70,10 97,50 97,80 102,50 103,40 109,70 127,70 113,40 101,90 98,00 97,90 107,30 109,80 135,40 115,10 106,90 98,00 97,80 101,70 102,30 122,10 110,20 97,70 66,00 66,20 71,40 86,70 91,90 84,10 73,40 66,30 66,40 73,80 90,20 97,50 88,30 73,00 66,50 66,10 70,00 90,10 81,70 73,90 67,60