Спосіб очистки водних розчинів від органічних домішок

Изобретение относится к процессам очистки водных растворов от органических веществ в электромембранных системах и может быть использовано в различных отраслях химической, пищевой и фармацевтической промышленности, а также в биотехнологии. Известен способ очистки и концентрирования органических ве ществ в электромембранном аппарате [1]. Способ реализуется в устройстве, состоящем из корпуса с размещенными в нем электродами, между которыми помещены чередующиеся катионообменные, ультрафильтрационные (УФ) и анионообменные мембраны. Смесь органических веществ, загрязненную неорганическими примесями, подают в пространство между катионообменной и ультрафильтрационной мембранами под давлением 180-800 тыс. Па. На электродах создается разность потенциалов. Раствор концентрируемого органического вещества с большим молекулярным весом (задерживается УФ мембраной) и фильтрат, содержащий органическое вещество с меньшим молекулярным весом, удаляют через соответствующие коллекторы. При этом загрязняющие неорганические примеси удаляют за счет наложения внешнего электрического поля. Известный способ позволяет концентрировать органические вещества. Так как в описании технологии отсутствуют данные о степени очистки и концентрирования органических веществ, нами проведены исследования по определению эффективности работы известного способа. Опыты проводили в электромембранном аппарате, воспроизведенном по прототипу. Параметры работы электромембранного аппарата оценивали по концентрации поверхностно-активных веществ (ПАВ) в очищенном растворе и степени концентрирования раствора. Степень очистки воды от органического вещества определяли как где: Сис х. - концентрация органического вещества в исходном растворе, Свых. - концентрация органического вещества в очищенном растворе. Степень концентрирования органического вещества К определяли из соотношения где: Сконц. - концентрация органического вещества в камере концентрирования. Следует отметить, что процесс очистки и концентрирования можно проводить в электромембранном аппарате 2-мя путями; В І случае (фи г. 1) через камеры очистки и концентрирования циркулирует раствор органического вещества одинаковой концентрации (органическое соединение имеет отрицательно заряженные ионогенные труппы). Во ІІ случае (фиг. 2) через камеру очистки циркулирует дистиллированная вода, через камеру концентрирования - раствор органического вещества, подлежащий очистке и концентрированию. 1. Определяем эффективность известного способа при проведении процесса в электромембранном аппарате (фиг. 1), воспроизведенном по прототипу. Камера очистки 2 отделена от камеры концентрирования 3 ультрафильтрационной мембраной УПМ-55 П. Через камеры 2 и 3 в течение 45 мин пропускали раствор анионоактивного ПАВ - додецилсульфоната натрия (ДДС) с исходной концентрацией 1 г/л. В электродных камерах циркулировал 0,3 н раствор сульфата натрия. Процесс вели в гальваностатическом режиме при токе 500 мА. По окончании эксперимента концентрация ПАВ а камере очистки 2 составила 0,8 г/л, в камере концентрирования 3-6,0 г/л. Степень концентрирования ПАВ Степень очистки раствора II. Условия проведения эксперимента аналогичны вышеописанным в I. Опыт проводили в аппарате, схематически показанном на фиг. 2. При этом через камеру очистки 2 циркулировала дистиллированная вода, через камеру 3 - раствор ДДС с исходной концентрацией 1 г/л. В течение 6,42 ч на аппарат подавали ток 0,3 А. По окончании эксперимента концентрация ДДС в камере очистки составила 112 мг/л, в камере концентрирования - 8,5 г/л. Степень концентрирования ДДС Степень очистки раствора от ДДС Таким образом, известный способ характеризуется относительно невысокой степенью очистки раствора и малой степенью концентрирования органических веществ. Данный способ является наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту. Задачей изобретения является разработка способа очистки водных растворов от органических примесей в электродиализаторе с ультрафильтрационной мембраной, обеспечивающего увеличение глубины очистки воды и степени концентрирования органических веществ в результате усиления электроосмотического переноса воды через УФ мембрану с одновременной задержкой органических веществ в камере концентрирования. Поставленная задача решается способом очистки водных растворов от органических примесей путем пропускания раствора через электродиализатор, в котором камеры очистки и концентрирования разделены между собой УФ мембраной и отделены от электродных камер ионообменными мембранами, в котором, согласно изобретению, камера очистки заполнена ионообменным материалом, причем при концентрировании органических веществ с отрицательно заряженными ионогенными группами в качестве ионообменного материала используют катионообменный материал и катионообменные мембраны, а при концентрировании органических веществ с положительно заряженными ионогенными группами в качестве ионообменного материала используют анионообменный материал и анионообменные мембраны. Контакт гранулированного ионита с ультрафильтрационной мембраной приводит к обнаруженному нами новому и неожиданному нами новому и неожиданному эффекту усиления электроосмотического переноса воды через УФ мембрану с одновременной задержкой органических веществ в камере концентрирования. Это позволяет повысить глубину очистки раствора от органического вещества, т.е. снизить остаточную его концентрацию и увеличить степень его концентрирования. Предложенный способ реализуется в аппарате, состоящем из камер очистки и концентрирования, разделенных УФ мембраной (фиг. 1,2). В этом случае при очистке и концентрировании органических веществ с отрицательно заряженными ионогенными группами, например, анионных поверхностно-активных веществ (АПАВ), камеру очистки заполняют катионообменным материалом. При очистке и кон центрировании органических веществ с положительно заряженными ионогенными группами, например, катионных поверхностно-активных веществ (КП АВ), камеру очистки заполняют анионообменным материалом (фиг. 3,4). Рабочая поверхность одной мембраны 50 см 2. Камера очистки отделена от камеры концентрирования ультрафильтрационной мембраной УПМ-50 П и заполнена гранулированным ионитом КУ-2-8 или AB-17, ионообменным волокном ПАН-ССК или ПАН-АС-1. В качестве объекта исследования использовали АПАВ додецилсудьфонат натрия и алкилбензолсульфонат натрия и КПАВ - алкамон ДСУ. Концентрацию ПАВ определяли фотокалориметрией. Пример 1. В течение 45 мин раствор ДДС с исходной концентрацией 1 г/я пропускали через камеры очистки и концентрирования аппарат (фиг. 1). Камеры очистки заполнены гранулированным катионитом КУ-2-8. Процесс вели в гальваностатическом режиме при токе 500 мА. По окончании эксперимента концентрация АП АВ в камере очистки составила 0,4 г/л, в камере концентрирования -16 г/л. Степень концентрирования Степень очистки раствора Таким образом, степень очистки раствора от АП АВ по заявляемому способу в аналогичных условиях увеличилась с 20% до 60%, т.е. в 3 раза при уменьшении концентрации АПАВ в очищенном растворе с 0,8 г/л до 0,4 г/л по сравнению с известным способом. При этом глубина очистки воды от ПАВ заявляемым способом увеличилась в 2 раза при одновременном увеличении степени концентрирования в 2,66 раза. Пример 2. Через камеру очистки электромембранного аппарата (фиг. 2) циркулирует дистиллированная вода, через камеру концентрирования - раствор АПАВ с исходной концентрацией 1 г/л. В течение 6,42 г на аппарат подают ток 0,3 А. Через электродные камеры циркулирует 0,1 н. раствор сульфата натрия. По окончании эксперимента концентрация ДДС в камере очистки составила 11 мг/л, в камере концентрирования - 57,5 г/л. Степень концентрирования АПАВ Степень очистки раствора Таким образом, степень очистки раствора от АПАВ по заявляемому способу в сравнении с прототипом увеличилась с 89% до 99%, т.е. на 10% при увеличении степени концентрирования АПАВ с 8.5 до 57 - в 6,8 раза. В таблице представлены данные об эффективности очистки воды от органических веществ различной химической природы с одновременным их концентрированием в аппарате с использованием различных ионообменных материалов. Как следует из данных таблицы, при использовании предлагаемого способа достигается высокая степень очистки воды от органических веществ с одновременным увеличением степени концентрирования. Сравнительный анализ эффективности предлагаемого м известного способов, представленный в таблице, показывает, что степень очистки раствора возросла с 20 до 52-60% (на 32-40%) при эксплуатации аппарата no t схеме (в камере очистки - исходный раствор). При этом степень кон центрирования раствора увеличилась в 2,42,6 раза. При использовании II схемы (в камере очистки - дистиллированная вода) степень очистки раствора возросла с 80-89% до 96-99% (на 10-16%) при одновременном увеличении степени концентрирования с 7,5-8,5 до 36-57 (в 4,8-6,7 раза).