Спосіб одержання мембрани для очищення води від органічних речовин і спосіб очищення води

1. Спосіб одержання мембрани для очищення води від органічних речовин, що включає нанесен C2 1 3 89713 4 стадії введення порошкового фотокаталізатора, тинок 3-20нм, а процес нанесення здійснюють при експонування суспензії під УФ-опроміненням при фільтруванні 1-3% суспензії діоксиду титана перемішуванні і відділення фотокаталізатора. вздовж внутрішньої поверхні підкладки під тиском Окрім того, використання суспендованої форми 0,01-0,2МПа зі швидкістю 0,1-0,5м/с; при цьому фотокаталізатора, як відомо, призводить до додавикористовують керамічну підкладку з розміром ткових втрат променистої енергії у формі теплової пір 0,02-0,4мкм. через розсіяння світла в суспензії. Поставлена задача вирішується і способом Найближчими аналогами за винаходу по техочищення води від органічних речовин, що вклюнічною суттю і результатом, що досягається, є чає фільтрування через мембрану, отриману споспосіб одержання мембрани і спосіб очищення собом, в якому, що заявляється, згідно винаходу, води від органічного | забруднювача з використанводу подають всередину трубчастої мембрани і ням даної мембрани [стаття Study on a процес фільтрації здійснюють при одночасній обphotocatalytic membrane reactor for water робці води опромінюванням в діапазоні довжин purification/Catalysis Today 55 (2000), P.71-78] [3]. хвиль 180-600нм. Суть способу одержання мембрани [3] полягає Пропонований винахід направлений на підвив наступному. В реактор поміщають полімерну щення ефективності очищення води від важкооки(поліакрілонітрил) підкладку і методом ультрафіслюваних органічних речовин з використанням льтрації наносять суспензію ТіО2 під тиском 1,8 каталітично-активної мембрани. бар, що містить різні кількості ТіO2 в межах 0,2Нами показано, що процес одержання каталі3 0,5г/дм (0,02-0,05%). Через отриману таким чином тично-активної мембрани забезпечує міцну іммомембрану в цьому реакторі проводять очищення білізацію частинок напівпровідникового каталізаводи від 4-нітрофенолу шляхом тангенціального тора ТіО2 на поверхні керамічної підкладки, при фільтрування розчину над поверхнею мембрани з режимах нанесення, що заявляються (під тиском одночасним опромінюванням її УФ-світлом, дже0,01-0,2МПа і зі швидкістю 0,1-0,5м/с). Викорисрелом якого є лампа з інтенсивністю освітлення тання наночастинок фотокаталізатора забезпечує 8мВ/см2. Лампа розміщена над кварцевою верхпроникнення їх в пори, а також сприяє закріпленню ньою частиною реактора на відстані 30см. Показна шорсткій поверхні пористої підкладки, що призники очищення від 4-нітрофенолу за цим способом водить до збільшення терміну служби мембрани. - 51% при тривалості часу опромінювання - 5год. Встановлено, що при обробці води, яка місНедоліком способу одержання активної мемтить фенольні сполуки з використанням УФ-світла брани [3] є її недовгий термін служби, по-перше за і каталітично-активної мембрани, створюються рахунок нестійкості полімеру до дії УФ-света, поумови одночасного окислення та затримання ордруге, внаслідок неміцного зчеплення частинок ганічного забруднювача, а також продуктів його каталізатора з поверхнею полімерної підкладки, розкладання на поверхні і в порах мембрани, що такий ефект призводить до деякого змивання чассприяє глибокій і інтенсивній деструкції забруднютинок в процесі очищення води від забруднювача, вача, при цьому досягається високий ступінь очищо підтверджується нашими даними. Вказані вище щення від фенолу і його похідних протягом достанедоліки призводять до низького ступеня видатньо короткого часу. лення органічного забруднювача з води (51%) в Таким чином, сукупність суттєвих ознак спососпособі очищення, навіть при використанні тривабу одержання мембрани і способу очищення води лого часу УФ-обробки (5 год), при цьому термін від фенолів з її використанням є необхідною і досслужби мембрани не перевищує 5-10 діб. татньою для досягнення забезпечуваного винахоВ основу групи винаходів поставлена задача дом технічного результату - збільшення терміну розробити спосіб одержання каталітично-активної служби до 25 - 30 діб, підвищення ступеня очимембрани для очищення води від органічних рещення води від фенолу і його сполук, до 99 човин, в якому використання іншої природи підк100%, при зменшенні тривалості процесу очищенладки, а саме керамічної з певним розміром пір, і ня до 1 -2год. режиму нанесення каталізатора, що заявляється, Для одержання каталітично-активної мембразабезпечило б міцне зчеплення його частинок з ни готують 1-3%-ную суспензію ТіО2 (Degussa Рповерхнею підкладки і стійкість до дії УФ-світла, 25): каталізатор у вигляді порошку з розміром часщо в свою чергу призвело до збільшення терміну тинок 3 - 20нм додають до дистильованої води і служби мембрани. перемішують до утворення насиченої молочної Задачею винаходу є також розробка способу суспензії. Потім суспензію фільтрують під тиском очищення води від фенолу і його сполук, в якому 0,01-0,2МПа через трубчасту керамічну підкладку здійснення одночасного проведення процесів УФ(розмір пір 0,02-0,4нм) зі швидкістю 0,1-0,5м/с проопромінення і мембранної фільтрації через мемтягом 0,5-1,5год. Після нанесення суспендованого брану, що заявляється, дозволило б глибоко очиТіО2, мембрану промивають дистильованою вощати воду від фенолу і його похідних при значнодою для видалення незакріплених частинок катаму скорочені часу очищення. лізатора. Воду, що очищують, подають всередину Для вирішення поставленої задачі запропонокерамічної трубчастої мембрани зі швидкістю 0,1ваний спосіб одержання мембрани для очищення 0,5м/с і піддають обробці ультрафіолетом в діапаводи від органічних речовин, що включає нанесензоні довжин хвиль 180-600нм. Джерелом ультраня каталізатора -діоксиду титана на поверхню пофіолету була лампа енергетичною освітленістю 2 ристої підкладки, в якому, згідно винаходу, як підк0,5-4мВт/см . Ступінь очищення води визначали з ладку використовують трубчасту керамічну рівняння: підкладку, і діоксид титана беруть з розміром час 5 89713 6 тю 0,2м/с і опромінюють УФ-світлом енергетичною 2 освітленістю 2мВ/см та довжиною хвилі 313нм. При цьому змивання каталітично-активного шару Свих. - концентрація забруднювача у вихідному каталізатора не спостерігається. Процес практич3 розчині, мг/дм ; но повної деструкції важкоокислюваного nСочищ. - концентрація забруднювача в очищенітрофенолу проходить за 2год, концентрація його 3 ному розчині, мг/дм . в очищеній воді складає 0,08мг/дм3. Ступінь очиКонцентрацію фенолу і його похідних в початщення становить: ковій і очищеній воді визначали за допомогою спектрофотометра (SPECORD UV VIS, Німеччина) в кюветах завтовшки 1см в діапазоні довжин хвиль Дані представлені в табл. 1, приклад 2. 270-320нм (270, 282, 290 і 320нм для фенолу, nАналогічно прикладу виконання були отримані хлорфенолу, гідрохінону і n-нітрофенолу, відповікаталітично-активні мембрани на основі керамічної дно), по відношенню до дистильованої води. підкладки з використанням параметрів процесу Приклад конкретного виконання. нанесення каталізатора (розмір частинок ТіО2 3Каталітично-активну мембрану одержують 20нм, концентрація суспензії 1%, розмір пір мемшляхом фільтрування одержаної 1%-ної суспензії брани 0,02-0,4мкм, тиск 0,2МПа, швидкість фільтТіО2 під тиском 0,2МПа через трубчасту керамічну рування 0,1м/с), значення яких знаходяться як в підкладку (розмір пір 0,02-0,4мкм) зі швидкістю діапазоні, що заявляється, так і при позамежних 0,1м/с протягом 1год. Після нанесення суспендозначеннях (табл.1, приклади 1-15). В табл.1 також ваного ТіО2, мембрану промивають дистильовавідображені дані по очищенню води від nною водою для видалення незакріплених частинок нітрофенолу з використанням мембран, отримакаталізатора. Очищенню піддають воду, що міс3 них згідно прикладам 1-15. тить n-нітрофенол Сn.нітрофенола=20мг/дм , який подають всередину керамічної мембрани зі швидкісТаблиця 1 Умови обробку Умови одержання мембрани № п.п. ТіО2 концентрація розмір чассуспензії, % тинок, нм 1 2 3 4 5 6 7 3 10 20 3 20 10 10 1 2 3 3 1 2 2 8 9 10 11 12 13 14 15 1 25 3 20 3 20 3 10 0,5 3,5 1 3 1 1 1 2 16 0,05 розмір пір керадовжина тиск, швидкість, мічної підкладхвилі УФ, МПа м/с ки, мкм нм по винаходу 0,02-0,10 0,01 0,50 0,10-0,25 0,10 0,25 0,25-0,40 0,20 0,10 0,25-0,40 0,10 0,25 0,02-0,10 0,20 0,10 0,10-0,25 0,10 0,25 0,10-0,25 0,10 0,25 позамежні значення 0,02-0,10 0,01 0,50 0,25-0,40 0,20 0,10 0,005-0,02 0,01 0,50 0,40-0,50 0,20 0,10 0,02-0,10 0,05 0,60 0,02-0,10 0,25 0,05 0,10-0,25 0,10 0,25 0,10-0,25 0,10 0,25 за способом [3] 0,025 0,18 Згідно з даними табл.1, параметри одержання мембрани, що заявляються, забезпечують її високу каталітичну активність, що в свою чергу обумовлює глибокий ступінь очищення води від nнітрофенолу, при параметрах УФ-опромінення, що заявляються, на рівні 99,0-99,6% (табл.1, приклади 1 - 7). При використанні суспензії ТіО2 з розміром частинок і її концентрацією, величини яких нижче тих, що заявляються, відбувається зменшення Показники процесу очищення час оброСтупінь бки, год очищення % 313 313 313 313 313 180 600 2 2 2 1,8 2 1,8 2,4 99,5 99,6 99,5 99,4 99,2 99,4 99,0 313 313 313 313 313 313 120 680 3 2 2 2 2 2 1,8 2,8 85,5 99,4 99,4 89,5 92,3 96,2 99,5 95,8 5,0 51,0 каталітичної активності мембрани, внаслідок чого збільшується тривалість обробки (табл. 1, приклад 8). При використанні суспензії ТіО2 з розміром частинок і концентрацією величини, яких вище тих, що заявляються, підвищення ефективності очищення не відбувається і є недоцільним внаслідок підвищеної перевитрати каталізатора (табл. 1, приклад 9). 7 89713 8 При використанні підкладки для одержання ється їх негативний вплив на процес очищення, мембрани з розміром пір значення яких нижче тих, оскільки за даних умов відбувається занурення що заявляються, не спостерігається підвищення частинок ТіО2 в глибину пір під дією високого тиску ступеня очищення, при цьому відбувається істотне (табл.1, приклад 13). зниження продуктивності самої мембрани, за раВ процесі обробки розчину, що очищається, з хунок концентрації частинок каталізатора лише на використанням УФ-світла в діапазоні довжин поверхні підкладки (табл.1, приклад 10). хвиль, нижче тих, що заявляється, спостерігається При використанні підкладки для одержання висока ефективність очищення, проте для досягмембрани з розміром пір, величина яких вище тих, нення такого ефекту потрібні джерела ультрафіощо заявляються, ефективність очищення знижулету високої освітленості, що веде до підвищених ється, внаслідок неміцного затримання частинок енерговитрат (табл.1, приклад 14). ТіО2 поверхнею і порами мембрани (табл.1, прикВ процесі обробки розчину, що очищається, з лад 11). використанням УФ-світла в діапазоні довжин Одержання мембрани з використанням позахвиль, вище тих що заявляється, ступінь очищенмежних параметрів нанесення, таких як низький ня істотно знижується і збільшується тривалість тиск і висока швидкість фільтрування, негативно обробки води, що очищається, внаслідок низької впливає на товщину нанесеного шару каталізатоактивності опромінювання видимим світлом ра, внаслідок чого відбувається зривання закріп(табл.1, приклад 15). лених частинок ТіО2 сильним потоком і таким чиАналогічно прикладу виконання за винаходом ном знижується ефективність каталітичного були проведені дослідження по очищенню води очищення (табл.1, приклад 12). від фенолу і інших його сполук при використанні При одержанні мембрани з використанням помембрани, отриманої за прикладом конкретного замежних параметрів нанесення, таких як високий виконання. Дані представлені в табл.2. тиск і низька швидкість фільтрування, спостерігаТаблиця 2 № п.п 1 2 3 4 Природа органічного забруднювача фенол гідрохінон п-хлорфенол n-нітрофенол Як видно з даних табл.2, використання мембрани, одержаної при параметрах, що заявляються, забезпечує високий ступінь очищення (99,6100%), навіть від таких важкоокислюваних сполук як п-хлорфенол та n-нітрофенол при відносно короткому часі обробки. Переваги способу одержання мембрани і способу очищення, що заявляється, з використанням отриманої мембрани, в порівнянні з відомим [3] полягають в наступному: - реалізація способу одержання мембрани забезпечує високу каталітичну активність мембрани за рахунок міцно іммобілізованого каталізатора, Комп’ютерна верстка В. Мацело Час обробки, год Ступінь очистки, % 1,5 99,8 1 100 2 99,7 2 99,6 що призводить до збільшення терміну служби мембрани з 10 до 25 - 30 діб, тобто в 2,5 - 3 рази; при цьому дана мембрана має високу стійкість до ультрафіолету; - використання одержаної мембрани забезпечує глибоке очищення від важкоокислюваних речовин групи фенолів, що характеризується підвищенням ступеня очищення з 51 до 99 - 100%, тобто в 2 рази; при цьому високий ступінь очищення досягається при значному скороченні часу обробки води, що очищається, до 1 - 2,4год, зокрема для n-нітрофенолу час очищення скорочується з 5 до 2,4 - 1,8год, тобто в 2,2 - 2,8 рази. Підписне Тираж 26 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