CZ202186A3 - Method of producing and using carbon-based sorbent - Google Patents
Method of producing and using carbon-based sorbent Download PDFInfo
- Publication number
- CZ202186A3 CZ202186A3 CZ2021-86A CZ202186A CZ202186A3 CZ 202186 A3 CZ202186 A3 CZ 202186A3 CZ 202186 A CZ202186 A CZ 202186A CZ 202186 A3 CZ202186 A3 CZ 202186A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- sorbent
- temperature
- solution
- fabric
- filter
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/10—Inorganic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/32—Hydrocarbons, e.g. oil
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
Způsob výroby sorbentu na bázi uhlíku spočívá v tom, že se surová dřevní hmota bez kůry s obsahem sušiny 60 až 90 % hmotn. udržuje po dobu 20 až 60 min. na teplotě 580 až 780 °C v prostředí s nedostatkem vzduchu, výsledný uhlíkatý materiál se po dobu alespoň 10 min. vystaví v inertním prostředí za tlaku 0,1 až 5 bar (0,01 až 0,5 MPa) působení vodní páry o teplotě 100 až 150 °C a následně se rozemele na částice o velikosti do 10 µm.The method of producing a carbon-based sorbent consists in the fact that raw wood without bark with a dry matter content of 60 to 90 wt.% maintains for 20 to 60 min. at a temperature of 580 to 780 °C in an environment with a lack of air, the resulting carbonaceous material is heated for at least 10 min. exposed in an inert environment under a pressure of 0.1 to 5 bar (0.01 to 0.5 MPa) to the action of water vapor at a temperature of 100 to 150 °C and subsequently ground into particles with a size of up to 10 µm.
Description
Způsob výroby a použití sorbentu na bázi uhlíkuMethod of production and use of carbon-based sorbent
Oblast technikyField of technology
Vynález se týká sorbentu k čištění odpadních vod, znečištěných zejména průmyslovými chemikáliemi, ropnými uhlovodíky, farmaky a jejich metabolity, hormony a podobnými moderními polutanty, anebo agrochemikáliemi, jako pesticidy, herbicidy nebo průmyslová hnojivá.The invention relates to a sorbent for the purification of wastewater, polluted in particular by industrial chemicals, petroleum hydrocarbons, pharmaceuticals and their metabolites, hormones and similar modern pollutants, or agrochemicals, such as pesticides, herbicides or industrial fertilizers.
Dosavadní stav technikyCurrent state of the art
Znečištění odpadních vod chemickými látkami a uhlovodíky z průmyslových provozů se odstraňuje většinou chemickým srážením pomocí koagulantů. Vedle nedostatečné účinnosti je hlavním problémem tohoto způsobu vznik značného množství nebezpečného odpadu v podobě kalů. Navíc větší část tohoto odpadu vzniká bez důvodu, protože často jsou koncentrace znečištění v odpadní vodě menší než limitní, ale vzhledem k neexistujícímu měření na vstupu čistírny probíhá chemické srážení průběžně.Wastewater pollution by chemical substances and hydrocarbons from industrial operations is mostly removed by chemical precipitation using coagulants. In addition to insufficient efficiency, the main problem with this method is the generation of a significant amount of hazardous waste in the form of sludge. In addition, the greater part of this waste is created for no reason, because often the concentration of pollution in the wastewater is less than the limit, but due to the non-existent measurement at the entrance of the treatment plant, chemical precipitation takes place continuously.
Znečištění agrochemikáliemi postihuje převážně povrchové vody, vodní toky a podzemní vody, které jsou po potřebné úpravě využívány jako pitná voda. Většina úpraven ale není na odstraňování těchto látek vybavena. Pokud ano, používá se zpravidla filtrace přes aktivní uhlí. Účinnost odstranění pesticidů aktivním uhlím je většinou dostatečná, náklady na filtrační náplň jsou ale poměrně vysoké.Pollution by agrochemicals mainly affects surface water, watercourses and groundwater, which after the necessary treatment are used as drinking water. However, most treatment plants are not equipped to remove these substances. If so, filtration through activated carbon is usually used. The effectiveness of removing pesticides with activated carbon is usually sufficient, but the costs of the filter cartridge are relatively high.
Moderní polutanty, zejména farmaka, jejich rezidua a metabolity jakož i hormonální látky se dosud v podstatě z odpadních vod neodstraňují. Čistírny odpadních vod nejsou na tento typ znečištění připraveny. Přitom se v poslední době stále častěji objevují informace o závažných dopadech farmak obsažených v odpadních vodách na lokální ekosystémy.Modern pollutants, especially pharmaceuticals, their residues and metabolites, as well as hormonal substances, have not yet been essentially removed from wastewater. Sewage treatment plants are not prepared for this type of pollution. At the same time, information about the serious impacts of pharmaceuticals contained in wastewater on local ecosystems has been appearing more and more frequently.
Vynález si klade za úkol navrhnout způsob výroby sorbentu na bázi uhlíku určeného pro adsorpci znečišťujících látek z kapalin a způsoby jeho použití.The invention sets itself the task of designing a method of producing a carbon-based sorbent intended for the adsorption of pollutants from liquids and methods of its use.
Podstata vynálezuThe essence of the invention
Uvedený úkol splňuje způsob výroby sorbentu na bázi uhlíku, který spočívá vtom, že se surová dřevní hmota bez kůry s obsahem sušiny 60 až 90 % hmotn. udržuje po dobu 20 až 60 min. na teplotě 580 až 780 °C v prostředí s nedostatkem vzduchu, výsledný uhlíkatý materiál se po dobu alespoň 10 min. vystaví v inertním prostředí za tlaku 0,1 až 5 bar (0,01 až 0,5 MPa) působení vodní páry o teplotě 100 až 150 °C a následně se rozemele na částice o velikosti do 10 pm.The mentioned task is fulfilled by the method of producing a carbon-based sorbent, which consists in the fact that raw wood without bark with a dry matter content of 60 to 90 wt. maintains for 20 to 60 min. at a temperature of 580 to 780 °C in an environment with a lack of air, the resulting carbonaceous material is heated for at least 10 min. exposed in an inert environment under a pressure of 0.1 to 5 bar (0.01 to 0.5 MPa) to the action of water vapor at a temperature of 100 to 150 °C and subsequently ground into particles with a size of up to 10 pm.
Ke zvýšení sorpčního účinku výsledného sorbentu se rozemletý uhlíkatý materiál zalije směsí H2SO4 a HNO3 a po ochlazení ve vodní lázni o teplotě 5 až 10 °C se vystaví působení KCIO3 s následujícím promytím destilovanou vodou a separací sorbentu vysušením, sedimentací nebo filtrací.To increase the sorption effect of the resulting sorbent, the ground carbonaceous material is poured with a mixture of H2SO4 and HNO3, and after cooling in a water bath at a temperature of 5 to 10 °C, it is exposed to the action of KCIO3, followed by washing with distilled water and separation of the sorbent by drying, sedimentation or filtration.
Ke zvýšení oxidačního účinku se vodní lázeň po přidání KCIO3 ohřeje na teplotu 45 až 55 °C a míchá se po dobu alespoň 5 hodin.To increase the oxidation effect, the water bath after the addition of KCIO3 is heated to a temperature of 45 to 55 °C and stirred for at least 5 hours.
Sorbent vytvořený uvedeným způsobem se použije k čištění odpadních vod tak, že se vytvoří jeho roztok o složení 0,1 až 20 mg sorbentu na 1 1 odpadní vody, který se 10 až 50 min. intenzívně míchá, načež se sorbent z roztoku odfiltruje.The sorbent created in the above-mentioned manner is used for wastewater treatment by creating a solution with a composition of 0.1 to 20 mg of sorbent per 1 liter of wastewater, which is left for 10 to 50 min. stirs intensively, after which the sorbent is filtered from the solution.
- 1 CZ 2021 - 86 A3- 1 CZ 2021 - 86 A3
Sorbent lze použít na vytvoření filtru k čištění odpadních vod tak, že se vytvoří roztok s organickým rozpouštědlem v poměru 0,5 až 20 mg sorbentu na 1 ml organického rozpouštědla, do roztoku se ponoří netkaná textilie o hustotě 100 až 300 g/m2, na jejíž 1 cm2 plochy připadne 10 až 30 mg sorbentu, načež po úplném vsáknutí roztoku do textilie se přebytek kapalné fáze odfiltruje a zbylá kapalina se odpaří a poté se povrch vysušené textilie po obou stranách zažehlí při teplotě 150 až 200 °C. Popsaným způsobem je vyrobena filtrační textilie s uhlíkovým sorbentem určená pro výrobu filtračních vložek do průtočných filtrů různých typů.The sorbent can be used to create a filter for wastewater treatment by creating a solution with an organic solvent in the ratio of 0.5 to 20 mg of sorbent per 1 ml of organic solvent, a non-woven fabric with a density of 100 to 300 g/m 2 is immersed in the solution. 10 to 30 mg of sorbent will fall on 1 cm 2 of its surface, after which, after complete absorption of the solution into the fabric, the excess of the liquid phase is filtered off and the remaining liquid is evaporated, and then the surface of the dried fabric is ironed on both sides at a temperature of 150 to 200 °C. Filter fabric with carbon sorbent intended for the production of filter inserts for flow filters of various types is produced in the described manner.
Filtr lze vytvořit rovněž tak, že se suchý sorbent mechanicky nanese na netkanou textilii o hustotě 50 až 100 g/m2, která se vloží mezi dvě čisté netkané textilie o hustotě 10 až 200 g/m2 a společně se laminují při teplotě 100 až 200 °C po dobu nejméně 10 sekund.The filter can also be created by mechanically applying a dry sorbent to a non-woven fabric with a density of 50 to 100 g/m 2 , which is inserted between two clean non-woven fabrics with a density of 10 to 200 g/m 2 and laminated together at a temperature of 100 to 200 °C for at least 10 seconds.
Sorbent lze rovněž použít na vytvoření nanovlákenné membrány k čištění odpadních vod tak, že se přidá do lázně polymeru připraveného k zvláknění a tento polymer se zvlákní, přičemž nanovlákna vytvoří membránu.The sorbent can also be used to create a nanofibrous membrane for wastewater treatment by adding it to a bath of polymer ready to be spun and spinning the polymer, with the nanofibers forming the membrane.
Takto vyrobený a aplikovaný uhlíkatý sorbent odstraňuje znečišťující látky z vod principem chemisorpce. Proces chemisorpce lze charakterizovat vznikem chemické vazby mezi molekulou znečišťující látky a aktivním povrchem sorbentu, na kterém jsou funkční skupiny, například typu COOH, -OH, -NH2 a podobné. Kromě filtrační textilie lze sorbent použít ke zhotovení filtrační membrány z nanovláken tak, že se sorbent smísí s polymerem určeným k zvláknění, a při následném zvláknění se vytvoří membrána s nanovláken.The carbon sorbent produced and applied in this way removes pollutants from water using the principle of chemisorption. The process of chemisorption can be characterized by the formation of a chemical bond between the pollutant molecule and the active surface of the sorbent on which there are functional groups, for example COOH, -OH, -NH2 and the like. In addition to filter fabric, the sorbent can be used to make a nanofiber filter membrane by mixing the sorbent with a polymer to be spun, and then spinning to form a nanofiber membrane.
Filtrační textilie nebo membrána se následně může kombinovat s dalšími filtračními materiály, například filtrační membránou pro odstraňování mechanických nečistot nebo bakterií. Pokud je filtrační textilie nebo membrána určena pro odstraňování pesticidů, může být s výhodou kombinována s filtračním materiálem, obsahujícím železné kovy nebo jejich ionty.The filter fabric or membrane can then be combined with other filter materials, for example a filter membrane for removing mechanical impurities or bacteria. If the filter fabric or membrane is intended for the removal of pesticides, it can be advantageously combined with a filter material containing iron metals or their ions.
Objasnění výkresůClarification of drawings
Obr. 1 - sorpční vlastnosti sorbentu B-4073 - jeho IR spektrum.Giant. 1 - sorption properties of sorbent B-4073 - its IR spectrum.
Obr. 2 - sorpční vlastnosti sorbentu B-4073-OXO - jeho IR spektrum.Giant. 2 - sorption properties of sorbent B-4073-OXO - its IR spectrum.
Obr. 3 - závislost sorpce na čase.Giant. 3 - dependence of sorption on time.
Obr. 4 - závislost sorpce na koncentraci sorbentu.Giant. 4 - dependence of sorption on sorbent concentration.
Příklady uskutečnění vynálezuExamples of implementation of the invention
Příklady výroby sorbentuExamples of sorbent production
Příklad 1Example 1
Ze smrkového dřeva s obsahem sušiny 70 % hmotn. byl za teploty 745 °C při době expozice 54 minut vyroben uhlíkatý materiál, který byl po dobu 15 min. vystaven za tlaku 2 bar (0,2 MPa) působení vodní páry o teplotě 130 °C a následně rozdrcen na čelisťovém drtiči na velikost částic 0,2 až 8 mm. Rozdrcený materiál se následně mlel na kolíkovém mlýně čtyřmi průchody.Made of spruce wood with a dry matter content of 70% by weight. a carbonaceous material was produced at a temperature of 745 °C and an exposure time of 54 minutes, which was for 15 min. exposed at a pressure of 2 bar (0.2 MPa) to the action of steam at a temperature of 130 °C and subsequently crushed on a jaw crusher to a particle size of 0.2 to 8 mm. The crushed material was then ground on a pin mill with four passes.
Takto vyrobený práškový sorbent byl označen B-4073.The powder sorbent produced in this way was designated B-4073.
Střední velikost částic, zjištěná sítovou analýzou 100 gramů byla stanovena na 0,09 mm. Spalné teplo B-4073 bylo zjištěno v hodnotě 31,635 MJ/kg.The average particle size determined by sieve analysis of 100 grams was determined to be 0.09 mm. The heat of combustion of B-4073 was found to be 31.635 MJ/kg.
-2CZ 2021 - 86 A3-2CZ 2021 - 86 A3
Měrný specifický povrch B-4073 byl BET analýzou stanoven na 571,6 ± 9,2 m2/g. Objem monomolekulámí vrstvy byl zjištěn, a to 131,3 cm3/g. Plocha mikropórů je rovna 325,7 m2/g, kdežto mezopóry a makropóry společně tvoří povrch o velikosti 245,9 m2/g. Největší distribuce mezopórů byla 2 a 7 nm, u mikropórů 1,05 nm. Celkový objem mezopórů byl zjištěn 0,189 cm3/g, u mikropórů 0,247 cm3/g.The specific surface area of B-4073 was determined by BET analysis to be 571.6 ± 9.2 m 2 /g. The volume of the monomolecular layer was found to be 131.3 cm 3 /g. The area of micropores is equal to 325.7 m 2 /g, while mesopores and macropores together form a surface of 245.9 m 2 /g. The largest distribution of mesopores was 2 and 7 nm, for micropores 1.05 nm. The total volume of mesopores was found to be 0.189 cm 3 /g, for micropores 0.247 cm 3 /g.
Analýzou FT-IR spektra sorbentu B-4073 byly zjištěny vazebné vibrace funkčních skupin OH (3400 cm1), CH (2900 cm1), C-O, C-O-C (1050 cm1) v intervalech 1300 až 1900 cm1 (C=O, C=C, -COO-).By analyzing the FT-IR spectrum of the B-4073 sorbent, the binding vibrations of the functional groups OH (3400 cm 1 ), CH (2900 cm 1 ), CO, COC (1050 cm 1 ) in the intervals 1300 to 1900 cm 1 (C=O, C =C, -COO-).
Sorpční vlastnosti sorbentu B-4073 - jeho IR spektrum ukazuje diagram na obr. 1Sorptive properties of sorbent B-4073 - its IR spectrum is shown in the diagram in Fig. 1
Pro stanovení funkčních skupin by dále použit titrátor Titrino 795. Titrace byla provedena roztokem NaOH a HC1 o koncentraci 0,1 mol/1. Z naměřených výsledků byl vypočítán obsah -OH skupin na 0,386 ±0,02 mmol/g.A Titrino 795 titrator would also be used to determine the functional groups. The titration was performed with a solution of NaOH and HC1 with a concentration of 0.1 mol/1. From the measured results, the content of -OH groups was calculated to be 0.386 ±0.02 mmol/g.
Dále byla provedena prvková analýza pro stanovení obsahu uhlíku (82,03 %), vodíku (0,74 %) a kyslíku (16,96 %).Furthermore, an elemental analysis was carried out to determine the content of carbon (82.03%), hydrogen (0.74%) and oxygen (16.96%).
Příklad 2Example 2
Modifikace sorbentu B-4073Modification of sorbent B-4073
Navážka B-4073 (3,48 g) byla v Erlenmeyerovč baňce převrstvena 40 ml H2SO4 +20 ml HNO3. Tato suspenze byla 1 hod míchána magnetickým míchadlem, poté byla ochlazena vodní lázní s ledem (5 až 10 °C) a po malých dávkách (20 min) přidán KCIO3 (18 g). Pozvolna po přidání chlorečnanu se zvyšovala teplota na 35 až 55 °C. Při této teplotě byla reakční směs míchána 10 hodin, dále ponechána 4 dny odstát v klidovém stavu. Směs byla rozložena 120 ml destilovanou vodou a následoval lOx opakovaný proces odstřeďování s následnou dekantací (nad usazeninou se dekantoval koloidní roztok). Po zdekantování byla usazenina promývaná destilovanou vodou a proces se opakoval. Zahuštěná vodní suspenze byla sušena 2 dny při 60 až 70 °C. Ve spektru, které charakterizuje průběh teplotního rozkladu lze identifikovat 3 teplotní rozpětí s výraznějšími váhovými úbytky vzorku, ato 50 až 130 °C (úbytek 17,4 %) 130 až 300 °C (18,7 %), 300 až 400 °C (20,8 %). Tento kaskádový pozvolný rozklad vyústí v prudký exoefekt s maximem při 425 °C (úbytek 44 %) s tepelným zabarvením 13,0 kJ/g.A portion of B-4073 (3.48 g) was layered in an Erlenmeyer flask with 40 ml of H2SO4 + 20 ml of HNO3. This suspension was stirred with a magnetic stirrer for 1 h, then cooled in an ice water bath (5 to 10 °C) and KCIO3 (18 g) was added in small portions (20 min). The temperature was gradually increased to 35 to 55 °C after the addition of chlorate. At this temperature, the reaction mixture was stirred for 10 hours, then left to stand for 4 days in a resting state. The mixture was dissolved in 120 ml of distilled water and followed by a 10x repeated centrifugation process followed by decantation (the colloidal solution was decanted above the sediment). After decanting, the sediment was washed with distilled water and the process was repeated. The thickened water suspension was dried for 2 days at 60 to 70°C. In the spectrum that characterizes the course of thermal decomposition, 3 temperature ranges with more significant weight losses of the sample can be identified, i.e. 50 to 130 °C (17.4% loss), 130 to 300 °C (18.7%), 300 to 400 °C ( 20.8%). This cascading gradual decomposition results in a sharp exoeffect with a maximum at 425 °C (44% loss) with a thermal coloration of 13.0 kJ/g.
Takto vyrobený práškový sorbent byl označen B-4073-OXO.The powder sorbent produced in this way was labeled B-4073-OXO.
Sorpční vlastnosti sorbentu B-4073-OXO - jeho IR spektrum ukazuje diagram na obr. 2.The sorption properties of the B-4073-OXO sorbent - its IR spectrum is shown in the diagram in Fig. 2.
Testování sorpčních schopností sorbentů B-4073 a B-4073-OXO.Testing the sorption capacities of sorbents B-4073 and B-4073-OXO.
Sorpce NEL (uhlovodíků C10 - C40).Sorption of NEL (hydrocarbons C10 - C40).
Z průmyslových odpadních vod (COV) rafinerie Slovnaft, a.s. se sídlem v Bratislavě (rafinerskopetrochemická společnost) byl pro zkoušky vybrán stupeň čištění odpadních vod - Mechanický stupeň čištění VSTUP. Vzorek byl zpracován v laboratořích Slovnaft a.s., byly provedeny zkoušky stanovení CHSKCr - chemické spotřeby kyslíku (oxidační činidlo dichroman) a stanovení NEL - nepolárních extrahovatelných látek.From the industrial wastewater (COV) of the refinery Slovnaft, a.s. with headquarters in Bratislava (rafinerskopetrochemicka společnost) was selected for the tests the level of wastewater treatment - Mechanical level of VSTUP treatment. The sample was processed in the laboratories of Slovnaft a.s., tests were performed to determine CHSKCr - chemical oxygen consumption (oxidizing agent dichroman) and to determine NEL - non-polar extractable substances.
Byly použity sorbenty B-4073. B-4073-OXO a aktivní uhlí pro chromatografii 0,3 až 0,5 mm Merck (AU), v navážkách na 1 litru odpadní vody 0,3; 0,5; 0,7; 1,0; 1,5 a 1,7 gramu. Jednotlivé směsi odpadních vod a B-4073, B-4073-OXO či AU byly smíchány a míchány 2 hodiny na třepačce otáčky 280 rpm (Heidolph Promax 2020), následně byly směsi přefiltrovány přes papírový filtr aB-4073 sorbents were used. B-4073-OXO and activated carbon for chromatography 0.3 to 0.5 mm Merck (AU), in weights per 1 liter of wastewater 0.3; 0.5; 0.7; 1.0; 1.5 and 1.7 grams. Individual mixtures of wastewater and B-4073, B-4073-OXO or AU were mixed and mixed for 2 hours on a shaker at 280 rpm (Heidolph Promax 2020), then the mixtures were filtered through a paper filter and
-3 CZ 2021 - 86 A3 byly u filtrátu provedeny rozbory. Získali jsme hmotnostní sorpční křivku (vztažená k poměru množství odpadní voda/B-4073, B-4073-OXO či AU). Stejným postupem jsme provedli i měření časové závislosti navážky 1 g sorbentu. U vybraných šarží byly získané filtrační koláče sušeny pět dní při laboratorní teplotě a po stažení z filtračního papíru následovala jejich analýza FT-IR a TGA, 5 DSC.-3 CZ 2021 - 86 A3 analyzes were performed on the filtrate. We obtained a mass sorption curve (related to the ratio of the amount of waste water/B-4073, B-4073-OXO or AU). Using the same procedure, we also measured the time dependence of the weight of 1 g of sorbent. For selected batches, the obtained filter cakes were dried for five days at laboratory temperature, and after removal from the filter paper, their analysis was followed by FT-IR and TGA, 5 DSC.
Výsledky CHSK aNEL u vzorku odpadní vody před a po sorbování B-4073, B-4073-OXO a AUCOD and NEL results of the wastewater sample before and after sorbing B-4073, B-4073-OXO and AU
io U sorpce kyslíku - chemická spotřeba kyslíku (CHSKCr), který vypovídá o celkovém obsahu organických (oxidovatelných) látek ve vodě byla účinnost u B-4073 maximálně 84,5 %, u B-4073-OXO maximálně 82,4 %, v obou případech tedy vyšší, než u AU a která dosáhla maximální hodnoty 73,9 %.io For oxygen sorption - chemical oxygen consumption (CHCOCr), which indicates the total content of organic (oxidizable) substances in water, the efficiency for B-4073 was a maximum of 84.5%, for B-4073-OXO a maximum of 82.4%, in both cases, thus higher than for AU and which reached a maximum value of 73.9%.
-4CZ 2021 - 86 A3-4CZ 2021 - 86 A3
U sorpce nepolárních extrahovaných látek (NEL) u celé hmotnostní řady B-4073 i B-4073-OXO byla účinnost téměř 100 % (98,0 až 99,8 %) a byla vyšší než u hmotnostní řady AU. Hodnoty účinnosti sorpce kyslíku AU jsou proměnlivé a dosáhly maximální hodnoty 90,0 %. Výsledky účinnosti sorpce NEL v závislosti na změně času byly zkoumány u B-4073 a rostou do 30 min, poté dojde k ustálení a účinnost sorpce byla téměř 100 %.For non-polar extractables (NEL) sorption for both B-4073 and B-4073-OXO weight series, the efficiency was nearly 100% (98.0 to 99.8%) and was higher than AU weight series. The oxygen sorption efficiency values of AU are variable and reached a maximum value of 90.0%. The NEL sorption efficiency results as a function of time change were investigated for B-4073 and they increase within 30 min, then stabilize and the sorption efficiency was almost 100%.
Sorpce toluenu C-H»Sorption of toluene C-H»
V rámci laboratorního testování se připravili čtyři vzorky, ve třech se nacházelo 50 ml roztoku toluenu a 300 mg sorbentu, čtvrtý byl slepý vzorek. Všechny vzorky byly protřepávány po dobu jedné hodiny při 250 otáčkách za minutu a všechny kromě slepého pokusu byly následně přefiltrovány.As part of laboratory testing, four samples were prepared, three containing 50 ml of toluene solution and 300 mg of sorbent, the fourth was a blank sample. All samples were shaken for one hour at 250 rpm and all but the blank were subsequently filtered.
Přesný popis níže:Exact description below:
• Slepý pokus - 50 ml roztoku toluenu • B-4073 - 50 ml roztoku a 300 mg sorbentu B-4073 • B-4073-OXO - 50 ml roztoku a 300 mg B-4073-OXO • GO - BI 1:1 - 50 ml roztoku a 300 mg B-4073 + grafenoxidem v poměru 1:1• Blank test - 50 ml of toluene solution • B-4073 - 50 ml of solution and 300 mg of sorbent B-4073 • B-4073-OXO - 50 ml of solution and 300 mg of B-4073-OXO • GO - BI 1:1 - 50 ml of solution and 300 mg of B-4073 + graphene oxide in a ratio of 1:1
Výsledky:Results:
Výsledky dokládají vysokou sorpční účinnost všech zvolených sorbentů. Nejlepší výsledek vykazuje modifikovaný B-4073 s grafenoxidem (GO - BI) 1:1, který má účinnost 92,59 %. Hodnota sorpční kapacity je v tomto případě více vypovídající, protože s nejvyšší hodnotou 83,33 mg/g se všechny vzorky drží pod průměrem.The results demonstrate the high sorption efficiency of all selected sorbents. The best result is shown by modified B-4073 with graphene oxide (GO - BI) 1:1, which has an efficiency of 92.59%. The value of the sorption capacity is more telling in this case, because with the highest value of 83.33 mg/g, all samples stay below the average.
Odstranění celkového znečištění (jako CHSKcr)Removal of total pollution (as CODcr)
Testy byly prováděny na odpadní vodě z výroby lahůdek z rybího masa. Hlavními složkami znečistění je sůl, ocet, mléčné tuky, živočišné a rybí tuky, želatina a kolagen. Vzorky byly odebrány za mechanickým odlučovačem tuků.The tests were carried out on wastewater from the production of fish delicacies. The main components of pollution are salt, vinegar, milk fats, animal and fish fats, gelatin and collagen. The samples were collected after a mechanical fat separator.
Byly provedeny tři experimenty, každý s jinou dávkou sorbentu B-4073. Všechny se prováděly přímým dávkováním sorbentu do znečištěné vody a mícháním pro různou dobu při rychlosti 700 rpm. Následně byla voda přefiltrována přes filtrační papír.Three experiments were performed, each with a different dose of B-4073 sorbent. All were performed by directly dosing the sorbent into the polluted water and stirring for various times at a speed of 700 rpm. Subsequently, the water was filtered through filter paper.
Experiment č. 1 - Z1Experiment #1 - Z1
Dávka sorbentu B-4073-OXO 1,5 g na 1 1 vody.Dose of sorbent B-4073-OXO 1.5 g per 1 1 of water.
Provedeno šest variant času kontaktu Z1-10 = 10 minut až Z1-60 = 60 minut.Six variants of contact time Z1-10 = 10 minutes to Z1-60 = 60 minutes have been implemented.
Experiment č. 2 - Z2Experiment #2 - Z2
Dávka sorbentu B-4073 2 g na 1 1 vody.Dose of sorbent B-4073 2 g per 1 liter of water.
Provedeno šest variant času kontaktu Z2-10 = 10 minut až Z2-60 = 60 minut.Six variants of contact time Z2-10 = 10 minutes to Z2-60 = 60 minutes have been implemented.
Experiment č. 3 - Z1Experiment No. 3 - Z1
Dávka sorbentu B-4073 3 g na 1 1 vody.The dose of sorbent B-4073 is 3 g per 1 liter of water.
Provedeno šest variant času kontaktu Z3-10 = 10 minut až Z3-60 = 60 minut.Six variants of contact time Z3-10 = 10 minutes to Z3-60 = 60 minutes have been implemented.
-5CZ 2021 - 86 A3-5CZ 2021 - 86 A3
Výsledky odstranění CHSKCr z odpadní vody potravinářské výroby:Results of CODCr removal from food production wastewater:
Nejvyšší hodnoty odstranění celkového CHSKcr bylo dosaženo při dávce sorbentu B-4073 2 g na 1 1 vody, a to prakticky ve všech variantách stejně - 73,8 až 76,6 %.The highest total CODcr removal value was achieved at a dose of sorbent B-4073 of 2 g per 1 1 of water, practically the same in all variants - 73.8 to 76.6%.
Odstraňování farmak a jejich metabolitůRemoval of drugs and their metabolites
Pro testování byla odebrána voda z COV, ve které se stanovila léčiva. Ze získaných dat se vybralo několik analytů pro testování sorbentu a dále byly vybrány čtyři analyty (Diclofenac, Tramadol, Clarithromicin, Sulfamethoxazol) pro testování sorpční kapacity a pro pochopení reaktivity na sorbent.For testing, water was taken from the COV, in which the drugs were determined. From the obtained data, several analytes were selected for sorbent testing, and four analytes (Diclofenac, Tramadol, Clarithromycin, Sulfamethoxazole) were selected for sorption capacity testing and to understand reactivity to the sorbent.
Pro stanovení účinnosti odstraňování analytů byly zvoleny dvě navážky sorbentu B-4073 a to 0,5 g/1 1 a 1 g/1 1. K naváženému B-4073 byla přidána COV voda a v časových intervalech 30, 60 a 180 minut byl postupně odebrán vzorek vody ke stanovení analytů pomocí LC-MS.To determine the efficiency of analyte removal, two doses of sorbent B-4073 were chosen, namely 0.5 g/1 1 and 1 g/1 1. COV water was added to the weighed B-4073 and in time intervals of 30, 60 and 180 minutes it was gradually water sample taken for analyte determination by LC-MS.
Výsledky jsou uvedeny v tabulce. Je patrné, že již po 30 minutách a navážce 0,5 g na litr je odstraněno již 85 % původní koncentrace analytů a po 3 hodinách v průměru 95 % původní koncentrace analytů. Jakmile se navážka zdvojnásobí, dosáhne se po 30 minutách skoro 100% účinnosti.The results are shown in the table. It can be seen that after 30 minutes and a weight of 0.5 g per liter, 85% of the original analyte concentration is already removed, and after 3 hours, on average, 95% of the original analyte concentration is removed. Once the dosage is doubled, almost 100% effectiveness is achieved after 30 minutes.
-6CZ 2021 - 86 A3-6CZ 2021 - 86 A3
Pro sorpční testy byly testovány čtyři analyty - Diclofenac, Tramadol, Clarithromicin, Sulfamethoxazol. Jelikož během testování sorpční kapacity docházelo k okamžité reakci Clarithromicinu se sorbentem, byl vybrán ještě jiný analyt - Carbamazepin, který se také dosti vyskytuje v odpadních vodách. Při testování docházelo opět k rychlé sorpci, tak bylo možné proměřit pouze kinetiku sorpce (zobrazena v grafu) a vliv účinnosti sorpce při růžné navážce. Z naměřených dat vyplynulo, že k sorpci analytu dochází již po 5 až 10 minutách, kdy je nasorbováno minimálně 50 % analytu. U Clarithromicinu nedochází k postupné sorpci, ale k okamžité reakci na sorbent, což je dáno velikostí molekuly tohoto analytu a velkým množstvím funkčních skupin, které toto léčivo má.Four analytes were tested for sorption tests - Diclofenac, Tramadol, Clarithromycin, Sulfamethoxazole. Since Clarithromycin immediately reacted with the sorbent during the sorption capacity testing, another analyte was selected - Carbamazepine, which is also widely present in wastewater. During the testing, rapid sorption occurred again, so it was only possible to measure the kinetics of sorption (shown in the graph) and the effect of sorption efficiency in the case of pink weighing. The measured data showed that sorption of the analyte occurs after 5 to 10 minutes, when at least 50% of the analyte is absorbed. With Clarithromycin, there is no gradual sorption, but an immediate reaction to the sorbent, which is due to the size of the molecule of this analyte and the large number of functional groups that this drug has.
Závislost sorpce na čase ukazuje graf na obr. 3. Závislost sorpce na koncentraci sorbentu opak graf na obr. 4. Z grafu vyplývá, že již při použití malého množství sorbentu (0,05 g/1) dochází k sorpci testovaných analytů. Aby bylo dosaženo maximálního odstranění testovaných analytů, stačí použít 0,5 až 1 g/1 sorbentu. Výsledky platí pro testované koncentrace čtyř léčiv.The graph in Fig. 3 shows the dependence of sorption on time. The graph in Fig. 4 shows the dependence of sorption on the concentration of the sorbent. The graph shows that even when a small amount of sorbent (0.05 g/1) is used, sorption of the tested analytes occurs. In order to achieve the maximum removal of the tested analytes, it is enough to use 0.5 to 1 g/1 sorbent. The results apply to the tested concentrations of four drugs.
Příklady výroby filtrační textileExamples of filter textile production
Varianta 1.Option 1.
Z uhlíkatého sorbentu, vyrobeného postupem popsaným výše se smícháním s metanolem byly vytvořeny tň varianty roztoku a) obsahující 100 mg B-4073-OXO v 10 cl metanolu, b) obsahující 250 mg B-4073 v 10 cl metanolu c) obsahující 400 mg B-4073 v 10 cl metanolu.From the carbonaceous sorbent produced by the procedure described above and mixed with methanol, three variants of the solution a) containing 100 mg of B-4073-OXO in 10 cl of methanol, b) containing 250 mg of B-4073 in 10 cl of methanol, c) containing 400 mg of B -4073 in 10 cl methanol.
Do všech variant se následně ponořila netkaná textilie BASTELFILZ o hustotě 150 g/m2 o ploše 10 cm2. Po úplném nasáknutí roztoku na textilie se přebytek kapaliny mechanicky odlisoval mez dvěma přítlačnými válci a zbylá kapalina se odpařila na plotně při teplotě 75 °C. Povrch vysušené textilie byl po obou stranách zažehlen přítlačnou deskou při teplotě 195 °C a tlaku 2 Pa.BASTELFILZ non-woven fabric with a density of 150 g/m 2 and an area of 10 cm 2 was subsequently immersed in all variants. After complete soaking of the solution on the textiles, the excess liquid was pressed out mechanically between two pressure rollers and the remaining liquid was evaporated on a hot plate at a temperature of 75 °C. The surface of the dried fabric was ironed on both sides with a pressure plate at a temperature of 195 °C and a pressure of 2 Pa.
Takto byly připraveny čtyři typy filtrační textilie, obsahující sorbent v množství A - 10 mg/cm2, B - 25 mg/cm2, C - 40 mg/cm2, D - 50 mg/cm2.In this way, four types of filter fabric were prepared, containing sorbent in amounts A - 10 mg/cm 2 , B - 25 mg/cm 2 , C - 40 mg/cm 2 , D - 50 mg/cm 2 .
Varianta 2. Uhlíkatý sorbent B-4073-OXO, vyrobený výše uvedeným postupem, byl odvážen a aplikován na materiál vpichovaná textilie 80 g/m2 (VP). Nanesené množství sorbentu B-4073-OXO odpovídalo 25 mg/cm2. Homogenizace probíhala strojním nánosem a poté štětcem. Následně byla vpichovaná textilie přehnuta a doprostřed byla vložena textilie typu meltblownVariant 2. The carbon sorbent B-4073-OXO, produced by the above-mentioned procedure, was taken away and applied to the needle-punched textile material 80 g/m 2 (VP). The applied amount of sorbent B-4073-OXO corresponded to 25 mg/cm 2 . Homogenization took place by machine application and then by brush. Subsequently, the injected fabric was folded over and a meltblown fabric was inserted in the middle
-7 CZ 2021 - 86 A3-7 CZ 2021 - 86 A3
180 g/m2 (MB). Obě textilie se následně z obou stran překryly textilií typu spunbond 18 g/m2 (SB) a tato vrstvená textilie byla zalaminována při teplotě 130 °C, po dobu 14 sekund bez přítlaku. Vzorek textilie byl označen D - 25 mg - B-4073-OXO.180 g/m2 ( MB). Both fabrics were subsequently covered on both sides with a spunbond type fabric 18 g/m 2 (SB) and this layered fabric was laminated at a temperature of 130 °C for 14 seconds without pressure. The fabric sample was labeled D - 25 mg - B-4073-OXO.
Odstraňování farmak a jejich metabolitů průchodem filtračními textiliemiRemoval of pharmaceuticals and their metabolites by passing through filter fabrics
Do kolonek CHROMABOND vyseknuty filtry z textilie A-10 mg (OXO), B-25 mg a C-40 mg. K testování byl připraven roztok léčiv, který se nechal volně prokapat kolonkami s vyseknutým filtrem z textile o různém obsahu sorbentu, objem roztoku pro sorpci byl 10 ml. U filtru s obsahem 40 mg sorbentu již nedocházelo k samovolnému překapávání, tak byl použit mírný podtlak a rychlost kapání byla nastavena na 0,4 ml/min. Množství odstraněné na jednotlivých filtrech je uvedeno v tabulce:A-10 mg (OXO), B-25 mg and C-40 mg fabric filters cut into CHROMABOND columns. A drug solution was prepared for testing, which was allowed to drip freely through columns with a cut-out filter made of fabric with different sorbent content, the volume of the solution for sorption was 10 ml. With a filter containing 40 mg of sorbent, spontaneous dripping no longer occurred, so a slight negative pressure was used and the dripping rate was set to 0.4 ml/min. The amount removed on individual filters is shown in the table:
Filtrační textilie s obsahem 40 mg sorbentu na 1 cm2 vykazuje téměř stoprocentní efektivitu odstraňování nej běžnějších typů farmak a jejich metabolitů.The filter fabric with a content of 40 mg of sorbent per 1 cm 2 shows almost one hundred percent efficiency in removing the most common types of pharmaceuticals and their metabolites.
Testování filtrační textilie na průnik plynůTesting filter fabric for gas penetration
Filtrační textilie vyrobená podle varianty B., označená D - 25 mg - B-4073-OXO byla testována podle testu podle ČSN EN 149:2002 + A 1:20009 Ochranné prostředky dýchacích orgánů.The filter fabric produced according to variant B., marked D - 25 mg - B-4073-OXO was tested according to the test according to ČSN EN 149:2002 + A 1:20009 Respiratory protective devices.
-8CZ 2021 - 86 A3-8CZ 2021 - 86 A3
Při testech byly použity přístroje: zkušební zařízení pro stanovení dýchacích odporů INSPEC, Manometr GDH 200-07, rotametr Yokogawa P052, rotametr Yokogawa P161, stopky Ruhla, teploměr typ Centigrade 0,1, přístroj na zkoušení filtrů aerosolem parafinového oleje LORENZ typ BIA, přístroj na zkoušení aerosolem NaCl fy MOORE'S typ 1100.During the tests, the following devices were used: test device for determining breathing resistance INSPEC, Manometer GDH 200-07, rotameter Yokogawa P052, rotameter Yokogawa P161, stopwatch Ruhla, thermometer type Centigrade 0.1, device for testing paraffin oil aerosol filters LORENZ type BIA, device for testing with NaCl aerosol by MOORE'S type 1100.
Metrologické zajištění přístrojů se provádí v souladu s metrologickým řádem VÚBP-ZL.The metrological security of the devices is carried out in accordance with the VÚBP-ZL metrological regulations.
Příklad výroby filtrační membrány z nanovláken s uhlíkovým sorbentem B-4073.Example of manufacturing a filter membrane from nanofibers with carbon sorbent B-4073.
K výrobě byl použit zvlákňovací stroj typu NANOSPIDER- elektrostatické zvlákňování z hladiny polymeru. Byl použit polymer PVDF (kopolymer VDF-HFP).A spinning machine of the NANOSPIDER type was used for production - electrostatic spinning from the polymer surface. PVDF polymer (VDF-HFP copolymer) was used.
Varianta AVariant A
Do roztoku polymeru přidáno 30 % hmotn. B-4073 (na sušinu polymeru).30 wt.% was added to the polymer solution. B-4073 (per polymer solids).
-9CZ 2021 - 86 A3-9CZ 2021 - 86 A3
Varianta BOption B
Do roztoku polymeru přidáno 10 % hmotn. B-4073 (na sušinu polymeru).10% by weight was added to the polymer solution. B-4073 (per polymer solids).
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2021-86A CZ202186A3 (en) | 2021-02-25 | 2021-02-25 | Method of producing and using carbon-based sorbent |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2021-86A CZ202186A3 (en) | 2021-02-25 | 2021-02-25 | Method of producing and using carbon-based sorbent |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ309389B6 CZ309389B6 (en) | 2022-11-09 |
CZ202186A3 true CZ202186A3 (en) | 2022-11-09 |
Family
ID=83899256
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ2021-86A CZ202186A3 (en) | 2021-02-25 | 2021-02-25 | Method of producing and using carbon-based sorbent |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CZ (1) | CZ202186A3 (en) |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2160632C1 (en) * | 1999-12-15 | 2000-12-20 | Передерий Маргарита Алексеевна | Method of preparing sorbent for removal of crude oil and petroleum products from solid and water surfaces |
RU2436625C1 (en) * | 2010-06-09 | 2011-12-20 | Учреждение Российской академии наук Институт химии и химической технологии Сибирского отделения РАН (ИХХТ СО РАН) | Method to produce carbon adsorbent |
RU2567311C1 (en) * | 2014-06-30 | 2015-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Астраханский государственный университет" | Method of producing carbon-mineral sorbent from common reed for purification of aqueous media from organic and inorganic compounds |
RU2735837C1 (en) * | 2020-06-25 | 2020-11-09 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет» | Method of producing carbon sorbent for cleaning waste water from oil products |
-
2021
- 2021-02-25 CZ CZ2021-86A patent/CZ202186A3/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CZ309389B6 (en) | 2022-11-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Tomaszewska et al. | Removal of organic matter by coagulation enhanced with adsorption on PAC | |
Ho et al. | Sorption studies of acid dye by mixed sorbents | |
Moussavi et al. | The investigation of diazinon pesticide removal from contaminated water by adsorption onto NH4Cl-induced activated carbon | |
WO1999048584A9 (en) | Filter constructions and methods | |
Bennani et al. | Adsorption of cationic dyes onto Moroccan clay: Application for industrial wastewater treatment | |
CZ202186A3 (en) | Method of producing and using carbon-based sorbent | |
Aziz et al. | Removal of high-strength colour from semi-aerobic stabilized landfill leachate via adsorption on limestone and activated carbon mixture | |
Kim et al. | Competitive adsorption of trace organics on membranes and powdered activated carbon in powdered activated carbon-ultrafiltration system | |
Kakoi et al. | Performance of activated carbon prepared from sawdust as an adsorbent for endosulfan pesticide | |
Viraraghavan et al. | Adsorption of cadmium and chromium from wastewater by peat | |
Chafi et al. | Continuous fixed bed reactor application for decolourization of textile effluent by adsorption on NaOH treated eggshell | |
Ahmed et al. | Improvement of organic matter removal in water produced of oilfields using low cost Moringa peels as a new green environmental adsorbent | |
Orodu et al. | Removal of heavy metals from aqueous solutions using snail shell powder as available adsorbent | |
Alam | Biosorption of basic dyes using sewage treatment plant biosolids | |
Moraitopoulos et al. | Adsorption of phenol, 3-nitrophenol and dyes from aqueous solutions onto an activated carbon column under semi-batch and continuous operation | |
Ariyadi et al. | Design of water purification polluted by heavy metal Fe with active charcoal media of palm oil and bamboo | |
Rout et al. | Adsorption potential of Blast Furnace Granulated slag towards removal of aqueous cyanide | |
JP2000510387A (en) | Purification and filtration of liquids and gases | |
Bala et al. | Equilibrium, Kinetic and thermodynamic study of adsorption of Safranine O dye from aqueous solution by Bael tree (Aegle marmelos) bark powder | |
Tyagi et al. | Bio-sorption potential of V. zizanioides grass and roots for the removal of Cr (VI) | |
Albroomi et al. | Removal Of A Basic And Azo Dye From Aqueous Solution By Adsorption Using Activated Carbon | |
Bozkaya-Schrotter et al. | Treatment of trace organics in membrane concentrates I: pesticide elimination | |
JP2004057894A (en) | Filter for cleaning, refining or decoloring and its production method | |
Martin et al. | Comparison of two partially activated carbon fabrics for the removal of chlorine and other impurities from water | |
Thanki et al. | Review on the Evaluation of Various Natural Adsorbents for the Removal and Treatment of Textile Wastewater |