Способ получения сорбента из отходов древесины для очистки сточных вод от тяжелых металлов

(51) 01 20/282 (2006.01) 08 8/00 (2010.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ очистки растворов и сточных вод от ионов токсичных тяжелых металлов. Заявляемый способ заключается в химической модификации предварительно измельченной и высушенной массы, состоящей из отходов хвойной древесины,ортофосфорной кислотой(в соотношении 15 по массе исходного сырья к массе модификатора) путем выпаривания до влажных остатков, последующей карбонизации со скоростью нагрева 10 С/мин и выдерживанием при конечной температуре 600 С в течение 2 часов, и высокотемпературной оработкой водой,спосообствущем более полному раскрытию пор и увеличению внутренней удельной поверхности сорбента. При этом достигаются высокие значения сорбционной очистки водных объектов от ионов ТМ 99,84 (по 2) и 99,98 (по 2).(76) Амерханова Шамшия Кенжегазиновна Шляпов Рустам Маратович Уали Айтолкын Сайлаубеккызы(56) Дейнеко И.П., Круглова И.С., Дейнеко И.В. Влияние природы кислотного реагента на выход и свойства катионитов, полученных из древесных опилок // Химия растительного сырья. - 2013. 1. с. 59-66(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА ИЗ ОТХОДОВ ДРЕВЕСИНЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ(57) Настоящее изобретение относится к химической технологии, к способам создания углеродсодержащих сорбентов из отходов хвойной древесины, которые могут быть использованы для Настоящее изобретение относится к химической технологии,к способам создания углеродсодержащих сорбентов из отходов хвойной древесины, которые могут быть использованы для очистки растворов и сточных вод от ионов токсичных тяжелых металлов. Наиболее близким к предлагаемому способу по совокупности признаков и достигаемому результату является способ получения сорбента на растительной основе для очистки водных растворов от тяжелых металлов (Дейнеко И.П., Круглова И.С.,Дейнеко И.В. Влияние природы кислотного реагента на выход и свойства катионитов,полученных из древесных опилок//Химия растительного сырья.-2013.-1. -С.59-66.), в котором в качестве сырья используют сосновые опилки. Процесс получения сорбента состоит из стадий температурной обработки исходного сырья под действием кислотных реагентов (в том числе и ортофосфорной кислотой) и м-ксилола в течение 4 часов с последующим охлаждением и фильтрованием поочередного промывания нерастворимого остатка 2-пропанолом, водой,раствором гидроксида натрия, соляной кислотой. Недостатком данной технологии являются относительно низкие значения величин адсорбции по отношению к ионам ТМ, многостадийность процесса и большой расход реагентов. Известен способ получения сорбентов на растительной основе (Осадченко И.М., Горлов И.Ф.,Шигаева Н.И., Патент 2252818), который состоит из измельчения, промывания и поэтапного высушивания кожуры цитрусовых культур способ позволяет получить сорбент, эффективный для очистки водных растворов от тяжелых металлов,например от меди и кадмия. Способ очень прост по технике выполнения,однако,основным недостатком этого способа по сравнению с заявленным способом является то, что степень очистки по кадмию составляет 65. Известен аналогичный по результату способ(Никифорова Т.Е., Багровская Н.А., Лилин С.А.,Козлов В.А., Максимов А.И., Титов В.А., Патент 2217231), предлагающий использование в способе получения сорбента плазмохимическую модификацию, позволяющую достичь высокой эффективности сорбционной очистки. Согласно этому способу,для модифицирования целлюлозасодержащего сорбента используют тлеющий разряд, имеющий следующие параметры рабочее давление 50 Па, ток 15 мА и напряжение на электродах 1 кВ. Обработку сорбента в плазме низкого давления проводят в течение 0,5 мин. Затем сорбент извлекают из реактора и заливают при комнатной температуре 0,5 л водного раствора(модуль 50), содержащего 10 мг/л ионов 2. Через 1 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов металлов методом атомно-абсорбционной спектроскопии на приборе Сатурн. Концентрация ионов цинка после трех циклов сорбции составила 0,2 мг/л (степень извлечения 98). К недостаткам этого способа относятся использование низкотемпературной плазмы, создание режима низкого давления. Задачей технического решения в предлагаемом способе является разработка технологичного способа получения сорбента на основе отходов хвойной древесины, который можно использовать для сорбции ионов металлов (цинка, кадмия и т.д.). Техническим результатом является создание сорбента с высокими показателями по отношению к ионам металлов. Технический результат достигается в способе получения сорбента для очистки воды на основе отходов хвойной древесины с последующей химической кислотной модификацией и карбонизацией. Сущность настоящего изобретения заключается в обработке предварительно измельченной и высушенной массы хвойных отходов 10 М раствором ортофосфорной кислоты (в массовом соотношении сырья к модификатору 15) с последующей термической обработкой в течение 2 часов при температуре 600 С и высокотемпературной обработкой водой,в результате использования которого степень очистки воды составляет 99,84 и 99,98 . В качестве исходного сырья использовали измельченную массу (0,5-2 мм), полученную на основе сухих отходов хвойной древесины,влажность которого составляла 8, содержание летучих веществ 12,2. Фосфорная кислота способствует дегидратации целлюлозы с образованием угля и уменьшению выхода летучих веществ,способных к воспламенению, причем дегидратация целлюлозы,обработанной фосфорной кислотой, происходит при пониженных температурах по сравнению с необработанной целлюлозой. Кроме того,фосфорная кислота при нагревании до температуры выше 150 С дегидратируется с образованием полифосфорных кислот, а при дальнейшем повышении температуры - полиоксидов фосфора,образующих защитную пленку, изолирующую поверхность от кислорода воздуха. Некоторое минимальное количество фосфорной кислоты в древесине в процессе модификации распределяется по поверхности частиц и образует защитную пленку, предотвращая окисление кислородом воздуха древесины с поверхности. В то же время,высокая скорость повышения температуры при протекании процесса карбонизации/активации обуславливает высокую скорость дегидратации целлюлозы. Вполне вероятно,что бурно выделяющиеся при этом пары воды способствуют развитию пористой структуры образующегося активного угля. Дальнейшая промывка активных углей горячей водой приводит к еще большому раскрытию пор, что спосообствует формированию сорбента с высокоразвитой внешней и внутренней удельной поверхностью. Сорбционная емкость по йоду составила 78,49,по метиленовому голубому 201,45. Были проведены исследования адсорбционной емкости изучаемого сорбента в процессе очистки реального водного объекта, в данном случае в качестве объекта были взяты образцы воды рек Красноярка (содержание ионов 2 1080 мг/л) и Тихая (с содержанием ионов 2 1000 мг/л), на берегах которых производится складирование отходов добычи и переработки горных пород (Восточно-Казахстанская область, Казахстан). Таблица Условия и результаты сорбционной очистки вод с использованием сорбента, полученного по заявляемому способу Образец воды Сисх, мг/л Условия очистки Метод определения остаточной концентрации ионов металлов в растворе 1080,00 сорб 1,00 г. 24 час. Т 298 К Комплексонометрическое титрование, индикатор эриохром черный Т Результаты проведенных опытов показывают,что сорбент, полученный по заявляемому способу действительно проявляет высокосорбционные свойства и может быть использован в технологии очистки сточных вод и ионов тяжелых металлов. ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ Способ получения сорбента для очистки сточных вод, состоящий из обработки химическим реагентом измельченных отходов древесины, отличающийся тем, что перед карбонизацией предварительно измельченную и сухую массу из отходов хвойной древесины,обрабатывают раствором ортофосфорной кислоты (10 М), а после двухчасовой термической обработки при 600 С,промывают горячей водой (80 С) для полного раскрытия пор, позволяющий получить сорбент с адсорбционной емкостью по метиленовому голубому 201,45 и по йоду - 78,49, в случае применения которого степень сорбционной очистки водсоставляет 99,84 (по 2) и 99,98 (по 2).