Спосіб одержання і склад коагулянтів для очищення стоків від радіоактивних забруднень

Реферат: Винахід належить до галузі очистки води, зокрема до способів одержання коагулянтів для очищення стоків від радіоактивних забруднень. Спосіб одержання коагулянтів полягає в 3 3 розчиненні алюмінію або його сплавів у кількості 27-81 г/дм в 110-730 г/дм соляної кислоти 3 концентрації 15-33 мас. %, з додаванням води в кількості 190-860 мл/дм , причому в реакційну масу додають металнеорганічний комплекс в кількості 1,0-3,0 мас. %. Процес ведеться при температурі 105-110 °С. Після завершення процесу розчинення металу реакційна маса охолоджується до температури 90-92°С, після чого вводять металорганічний комплекс у 134 кількості 0,2-1,0 мас. %. Одержані коагулянти спроможні знизити рівень активності по Cs на 137 60 3 94-100 %; по Cs на 83-100 %; по Со на 68-78 % при дозі 20 мг/дм . UA 107824 C2 (12) UA 107824 C2 UA 107824 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Спосіб належить до галузі очистки води, зокрема до способів одержання коагулянтів на основі гідроксохлоридів алюмінію, модифікованих неорганічними та органічними комплексами металів. Оскільки аналогів у відкритих джерелах інформації не виявлено то, як прототип способу, що заявляється, вибрано патент [1]. Коагулянти цього класу - гідроксохлориди алюмінію, (наприклад, такого складу як Аl 2(ОН)5Сl використовуються для очищення природних і стічних вод від завислих, гумінових речовин, від білків, жирів, нафтопродуктів, але при очищенні води від радіоактивних забруднень вони не ефективні. Задачею даного винаходу є розробка складу і способу одержання коагулянту для очищення стоків від радіоактивних забруднень. Поставлена задача досягається завдяки тому, що у склад основного хлориду алюмінію при 3 його синтезі шляхом розчинення металевого алюмінію або його сплавів в кількості 27-81 г/дм в 3 соляній кислоті концентрацією 15-33 мас. % в кількості 110-730 г/дм з добавленням води в 3 кількості 190-860 мл/дм до потрібного об'єму вводиться металнеорганічний комплекс у кількості 1,0-3,0 мас. % та металорганічний комплекс у кількості 0,2-1,0 мас. %, які при контакті з забрудненою водою зв'язують радіоізотопи шляхом вбудовування у структуру комплексів з подальшим висадженням в осад. Металнеорганічні комплекси - сполуки, що складаються з 1 чи 2 атомів металів і 1 чи кількох аніонів неорганічних кислот, наприклад, (NH3)6[PtСl4], K2[Pt(CN)4Сl2]. Металорганічні комплекси хімічні сполуки, що складаються з 1 чи 2 атомів металів і 1 чи кількох аніонів органічних кислот, наприклад, [Мо4En(CN)8]. У склад металорганічного і металнеорганічного комплексів для синтезу коагулянтів можуть входити метали Fe, Co, Mo, W. Загальний склад коагулянту можна описати формулою Aln(OH)3n-mClm[M(RX)]k[M(NY)]i, (1) де: n-1-2, m-1-3, k-0,002-0,01, і - 0,01-0,03, RX-аніон металорганічного комплексу; NY-аніон металнеорганічного комплексу, М - Fe, Co, W, Mo. Спосіб реалізується таким чином. В реактор із зворотнім водяним холодильником і механічною мішалкою із швидкістю обертання 40 об/хв завантажують соляну кислоту 3 концентрацією 15-33 мас. % в кількості 110-730 г/дм , розрахованій по формулі (1). Потім в реактор завантажують металнеорганічний комплекс, наприклад, [Fe(CO)2(NO)2], K4[Fe(CN)6] або К4[Si(W 3O10)4] в кількості 1,0-3,0 мас. % для його розчинення і рівномірного розподілу по об'єму реакційної маси. Після того в реактор почергово порціями по 2-5 г завантажують металевий 3 алюміній або його сплави в кількості 27-81 г/дм , що залежить від потрібної концентрації готового продукту, і заливають воду порціями по 40-50 мл до 70-80 % визначеного об'єму. Процес розчинення алюмінію відбувається при температурі 105-110 °C. Кількість кислоти і води вимірюють за допомогою скляного циліндра із шкалою на боковій поверхні. Після розчинення 60-70 % металу реакція розчинення уповільнюється і реактор ставлять на гліцеринову баню для підтримання температури реакції в межах 105-110 °C. Після цього в реактор дозавантажують решту алюмінію і воду такими ж порціями до визначеної кількості та об'єму. Після закінчення процесу розчинення реакційну масу охолоджують до температури 90-92 °C і при перемішуванні в неї додають металорганічний комплекс, наприклад, [CoN2(CH2)6(COOH)4)], [MoN(C2H4NH2)3)], [FeN2(CH2)6(COOH)4)] в кількості 0,2-1,0 мас. % для його розчинення і рівномірного розподілу по об'єму реакційної маси. Перемішування маси триває 30 хв при тій же температурі. Потім реакційну масу охолоджують до температури 35-40 °C і фільтрують через зернистий фільтр. Послідовність завантаження інгредієнтів, вид і кількість комплексних сполук та температурні режими синтезу коагулянтів було визначено експериментально. За такою технологією були синтезовані коагулянти із комплексами наведеного ряду металів (Fe, Mo, Co, W) зазначених складів 50 Аl2(ОН)5Сl[Co(RX)]0,002[Fe(NY)]0,03 (К-1) Аl(ОН)2Сl[Mo(RX)]0,005[Fe(NY)]0,02 (К-2) Аl(ОН)Сl2[Fe(RX)]0,0075[W(NY)]0,01 (К-3) Аl(ОН)Сl2[Fe(RX)]0,01[Fe(NY)]0,03 (К-4) 55 Синтез цих коагулянтів можна проілюструвати наступними прикладами. Приклад 1. У реактор із зворотнім водяним холодильником при перемішуванні завантажували 121,5 г 33 % (104 мл) соляної кислоти, 5,16 г залізонеорганічного комплексу [Fe(CO)2(NO)2] і порціями по 4-5 г металевого алюмінію, а також порціями по 40-50 мл воду в кількості 396 мл до об'єму реакційної маси 500 мл. Коли було розчинено 35 г алюмінію, реактор 1 UA 107824 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 поставили на гліцеринову баню, щоб утримувати температуру реакційної маси в межах 105110 °C. Після цього в реактор порціями по 40-50 мл додавали воду в кількості 200 мл, довівши об'єм реакційної маси до 750 мл і алюміній в кількості 19 г порціями по 2-4 г. Після розчинення всього металу температуру реакційної маси знизили до 90-92 °C і при перемішуванні в неї додали 0,56 г кобальторганічного комплексу [CoN2(CH2)6(COOH)4)]. Перемішування маси тривало 30 хв після чого одержаний продукт було охолоджено до 40 °C і профільтровано через зернистий фільтр. Таким чином було одержано 750 мл коагулянту складу Аl2(ОН)5Сl [Co(RX)]0,002Fe(NY)]0,03 (K-1). Приклад 2. У реактор із зворотнім водяним холодильником при перемішуванні завантажували 231 г (140 мл) 33 % соляної кислоти, 7,36 г залізонеорганічного комплексу К4[Fe(CN)6] і порціями по 4-5 г металевого алюмінію в кількості 32 г, а також порціями по 40-50 мл воду в кількості 300 мл до об'єму 400 мл. Коли було розчинено 32 г алюмінію, реактор поставили на гліцеринову баню, щоб утримувати температуру реакційної маси в межах 105110 °C. Після цього в реактор порціями по 40-50 мл додавали воду в кількості 60 мл до об'єму 500 мл і алюміній в кількості 8,5 г порціями по 2-4 г. Після розчинення всього металу температуру реакційної маси знизили до 90-92 °C і при перемішуванні в неї додали 1,21 г молібденорганічного комплексу [MoN(C2H4NH2)3)]. Перемішування маси тривало 30 хв після чого одержаний продукт було охолоджено до 40 °C і профільтровано через зернистий фільтр. Таким чином було одержано 500 мл коагулянту Аl(ОН)2Сl[Mo(RX)]0,005[Fe(NY)]0,02 (К-2). Приклад 3. У реактор із зворотнім водяним холодильником при перемішуванні завантажували 110 г (95 мл) 27 % соляної кислоти, 8,96 г вольфрамнеорганічного комплексу K4[Si(W 3O10)4] і порціями по 4-5 г сплаву алюмінію в кількості 21,8 г, який містив у своєму складі Аl-91,5 %, Сu-3,4 %, Сr-4,2 %, Si-0,5 %, Zn-0,5 %, Mg-3,4 %, Ті - 6,8 %, а також порціями по 40-50 мл воду в кількості 655 мл до об'єму 750 мл. Коли було розчинено 21,8 г сплаву алюмінію (20 г по алюмінію), реактор поставили на гліцеринову баню, щоб утримувати температуру реакційної маси в межах 105-110 °C. Після цього в реактор порціями по 40-50 мл додавали воду в кількості 205 мл, довівши об'єм реакційної маси до 955 мл і сплав алюмінію в кількості 7,7 г (7 г по алюмінію) порціями по 2-3 г. Після розчинення всього металу температуру реакційної маси знизили до 90-92 °C і при перемішуванні в неї додали 2,08 г залізоорганічного комплексу [FeN2(CH2)6(COOH)4)]. Перемішування маси тривало 30 хв після чого одержаний продукт було охолоджено до 40 °C і профільтровано через зернистий фільтр. Таким чином було одержано 955 мл коагулянту складу Аl(ОН)Сl2[Fe(RX)]0,0075[W(NY)]0,01 (К - 3). Приклад 4. У реактор із зворотнім водяним холодильником при перемішуванні завантажували 730 г (660 мл) 15 % соляної кислоти, 11,04 г залізонеорганічного комплексу K4[Fe(CN)6] і порціями по 4-5 г алюмінієвий сплав, який містить у своєму складі Аl-87 %, Сu2,5 %, Сr-4,2 %, Sn-0,3 %, Zn-2,5 %, Mg-7 %, і воду порціями по 40 і 50 мл в кількості 90 мл, довівши об'єм реакційної маси до 750 мл. Коли було розчинено 80,5 г сплаву (70 г по алюмінію), реактор поставили на гліцеринову баню, щоб утримувати температуру реакційної маси в межах 105-110 °C. Після цього в реактор порціями по 40-50 мл додавали воду в кількості 100 мл, довівши об'єм реакційної маси до 850 мл і сплав алюмінію в кількості 12,6 г (11 г по алюмінію) порціями по 2-4 г. Після розчинення всього металу температуру реакційної маси знизили до 9092 °C і при перемішуванні в неї додали 2,78 г залізоорганічного комплексу [FeN2(CH2)6(COOH)4)]. Перемішування маси тривало 30 хв після чого одержаний продукт було охолоджено до 40 °C і профільтровано через зернистий фільтр. Таким чином було одержано 850 мл коагулянту складу Аl(ОН)Сl2[Fe(RX)]0,01[Fe(NY)]0,03 (К-4) Послідовність завантаження інгредієнтів синтезу у реактор визначена експериментально. Така послідовність забезпечує максимальну ефективність очищення стоків від радіоізотопів 134 137 60 Cs, Cs, Co. Одержані зразки коагулянтів були випробувані на модельній воді з такими 134 -10 3 137 -10 3 60 характеристиками: активність по ізотопам Cs-3,72·10 ku/дм ; Cs-4,15·10 ku/дм ; Со -9 3 3 1,29·10 ku/дм . Коагуляцію проводили коагулянтами дозою 20 мг/дмпо Аl2О3 по методиці, згідно якій із кожного із досліджуваних зразків коагулянтів шляхом розведення у воді готувались робочі розчини концентрацією 2 мг/мл по Аl2О3. Воду із радіоактивним забрудненням заливали в 1- літрові циліндри, підлужували розчином гідроксиду натрію до рН 8,5 і в кожен із них дозували по 10 мл одного із робочих розчинів коагулянтів. Таким чином у кожен циліндр 3 дозувався окремий коагулянт дозою 20 мг Аl2О3/дм . Після введення коагулянтів у циліндри в них до дна занурювалися шланги, через які від акваріумного компресора подавалось стиснене повітря для організації активного перемішування очищуваної води барботуванням, яке тривало 2 години. Потім вода відстоювалась впродовж 1 години. За цей час коагулянти гідролізувались, утворюючи пластівці гідроксиду алюмінію, які з'єднувались між собою, утворюючи агрегати 2 UA 107824 C2 5 величиною від 0,5 до 2 мм з добре розвинутою поверхнею, на якій сорбувались комплекси з вилученими із води радіонуклідами і випадали в осад. Очищена вода фільтрувалась через піщаний фільтр. У фільтрованій воді визначався залишковий рівень активності по вищеназваним ізотопам і визначався ступінь очищення води. Результати проведених досліджень наведені в Таблиці 1. 3 Встановлено, що одержані зразки коагулянтів зазначених складів при дозі 20 мг/дм по Аl2О3 134 137 на очищують модельну воду, від ізотопу Cs - на 94-100 %, від ізотопу Cs - на 83-100 %, від 60 ізотопу Со - на 68-78 %. Таблиця 1 Активність очищеної води, ku / дм Коагулянт, доза 3 мг/дм по Аl2О3 К -1, Д=20 3 мг/дм К -2, Д=20 3 мг/дм К -3, Д=20 3 мг/дм К -4, Д=20 3 мг/дм Ступінь очищення, % 134 Cs не виявлено 100 Ступінь очищення, % 137 Cs не виявлено -10 69 -10 68 -10 74 -10 78 -11 91 4,09-10 -11 83 3,38-10 100 2,84-10 3,82-10 -11 94 7,24-10 не виявлено Со 9,06-10 96 1,77-10 Ступінь очищення, % 60 100 -12 9,68-10 3 100 не виявлено 10 Джерела інформації: [1] Декларативний патент України №29359А кл. COIF 7/56 від 16.10.2000 " Спосіб одержання основних хлоридів алюмінію із стабілізованою структурою " Шабанов М.В. Бюл № 5-11,2000р. 15 20 25 30 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Спосіб одержання коагулянтів для очищення стоків від радіоактивних забруднень, який 3 полягає в розчиненні металевого алюмінію або його сплавів у кількості 27-81 г/дм в хімічному 3 реакторі в 110-730 г/дм соляної кислоти концентрацією 15-33 мас. % з додаванням води в 3 кількості 190-860 мл/дм , необхідній для одержання продукту потрібної концентрації при температурі 105-110 °C, охолодженні продукту до температури 35-40 °C, вивантаженні і фільтрації, який відрізняється тим, що в реактор при синтезі коагулянту додають металнеорганічний комплекс, а після закінчення процесу розчинення металевого алюмінію або його сплавів реакційну масу охолоджують до температури 90-92 °C і при перемішуванні в неї вводять металорганічний комплекс при подальшому перемішуванні впродовж 30 хв. при тій же температурі, після чого одержаний продукт охолоджують до температури 35-40 °C, вивантажують з реактора і фільтрують. 2. Склад коагулянтів для очищення стічних вод від радіоактивних забруднень, який містить гідроксохлориди алюмінію, який відрізняється тим, що додатково містить металнеорганічний комплекс у кількості 1,0-3,0 мас. % і металорганічний комплекс в кількості 0,2-1,0 мас. %, який відповідає загальній формулі Aln(OH)3n-mClm[M(RX)]k[M(NY)]i, де: n - 1-2, m - 1-3, k - 0,002-0,01, і - 0,01-0,03, RX - аніон металорганічного комплексу, NY - аніон металнеорганічного комплексу, М - Fe, Co, W, Mo. 35 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3