RU2034647C1 - Method and device for production of sorbent - Google Patents
Method and device for production of sorbent Download PDFInfo
- Publication number
- RU2034647C1 RU2034647C1 RU93052778A RU93052778A RU2034647C1 RU 2034647 C1 RU2034647 C1 RU 2034647C1 RU 93052778 A RU93052778 A RU 93052778A RU 93052778 A RU93052778 A RU 93052778A RU 2034647 C1 RU2034647 C1 RU 2034647C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sorbent
- frequency
- limestone
- electrophysical
- resonance
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение касается обеспечение экологической безопасности при очистке воды от радионуклидов, пестицидов и других распространенных техногенных загрязнителей. The invention relates to ensuring environmental safety when treating water from radionuclides, pesticides and other common industrial pollutants.
Предлагаемый сорбент, получаемый методом электрофизической обработки экологически чистого природного известняка, предназначается для комплексной очистки воды от радиоактивных веществ: стронция-90, цезия-137, наиболее токсичных пестицидов типа ДДТ и его производных, а также полихлорбифенилов. The proposed sorbent obtained by the method of electrophysical processing of environmentally friendly natural limestone is intended for the comprehensive purification of water from radioactive substances: strontium-90, cesium-137, the most toxic pesticides such as DDT and its derivatives, as well as polychlorobiphenyls.
Характерным недостатком известных сорбентов, применяемых для очистки воды от различных техногенных загрязнителей, является их селективность по отношению к сорбатам. Например, способ очистки воды от радионуклидов [1,2] где сорбцию стронция ведут на калиевом цеолите типа шабазит с определенным соотношением SiО2/Al2O3, не обеспечивает одновременной сорбции других техногенных загрязнителей, например пестицидов [3] В ряде случае для очистки воды используют природный известняк (92-94%) СаСО3, но в природном виде известняк обладает малой сорбционной емкостью, а также достаточно малой универсальностью по отношению к сорбатам [4] Приготовление сорбента по известному способу заключается в его измельчении до получения мелкодисперсного состояния, что существенно повышает его сорбционную емкость. Измельчение можно проводить любыми доступными средствами. Однако измельчение даже до порошкообразного состояния недостаточно универсально, что существенно ограничивает область практического применения данного сорбента.A characteristic disadvantage of the known sorbents used to purify water from various technogenic pollutants is their selectivity with respect to sorbates. For example, a method of purifying water from radionuclides [1,2] where sorption of strontium is carried out on chabazite-type potassium zeolite with a certain ratio of SiО 2 / Al 2 O 3 does not simultaneously sorb other technogenic pollutants, for example pesticides [3] In some cases, for purification waters use natural limestone (92-94%) CaCO 3 , but in its natural form limestone has a small sorption capacity and also quite low versatility with respect to sorbates [4] Preparation of the sorbent according to the known method consists in grinding it to obtain finely dispersed state, which significantly increases its sorption capacity. Grinding can be carried out by any means available. However, grinding even to a powder state is not universal enough, which significantly limits the field of practical application of this sorbent.
Техническим результатом предлагаемого способа и устройства для его осуществления является устранение отмеченных недостатков известного способа путем повышения сорбционной емкости и универсальности сорбента, получаемого на основе природного известняка. The technical result of the proposed method and device for its implementation is to eliminate the noted disadvantages of the known method by increasing the sorption capacity and versatility of the sorbent obtained on the basis of natural limestone.
Это достигается следующим образом. Взвесь мелкодисперсного порошка природного известняка в воде с массовой концентрацией 0,25-0,75 г/см3помещают в гидробарокамеру, где подвергают в течение 1-3 мин комплексной электрофизической обработке, предусматривающей одновременное воздействие на него гидростатического давления в 450 атм, ультразвука и электромагнитного поля на частоте электрофизического резонанса известняка с последующим сепарированием и сушкой. Такое комплексное воздействие вызывает в исходном материале цепную реакцию образования дополнительных активных центров сорбции, что приводит к значительному повышению сорбционной емкости сорбента, а также одновременному повышению его универсальности по отношению к сорбатам за счет дипольного распределения активных центров, что способствует сорбции как положительных, так и отрицательных ионов загрязнителей.This is achieved as follows. A suspension of finely divided powder of natural limestone in water with a mass concentration of 0.25-0.75 g / cm 3 is placed in a pressure chamber, where it is subjected to complex electrophysical treatment for 1-3 min, providing for simultaneous exposure to hydrostatic pressure of 450 atm, ultrasound and electromagnetic field at the frequency of electrophysical resonance of limestone, followed by separation and drying. Such a complex effect causes a chain reaction in the source material to form additional active sorption centers, which leads to a significant increase in the sorption capacity of the sorbent, as well as a simultaneous increase in its versatility with respect to sorbates due to the dipole distribution of active centers, which contributes to sorption of both positive and negative pollutant ions.
Суть электрофизической обработки заключается в следующем. The essence of electrophysical processing is as follows.
При воздействии ультразвуковых колебаний на взвесь мелкодисперсного порошка исходного материала происходит релаксационное поглощение звука, определяемое выражением
α · (1) где α коэффициент поглощения звука;
ω круговая частота звуковой волны;
τ время релаксации;
Со и C1 скорости звука, зависящие от приложенного гидростатического давления при ωτ << 1 и ωτ > 1 соответственно, что вызывает образование кавитационных полостей, которые пульсируют, расширяясь в фазе разрежения и схлопываясь в фазе повышенного давления. При этом на частицы исходного материала, находящиеся в кавитационной области, действуют переменные давления, достигающие на частотах 20-30 кГц порядка нескольких тысяч МПа.Under the influence of ultrasonic vibrations on a suspension of finely divided powder of the starting material, relaxation sound absorption occurs, which is determined by the expression
α · (1) where α is the sound absorption coefficient;
ω circular frequency of the sound wave;
τ relaxation time;
C o and C 1 the speed of sound, depending on the applied hydrostatic pressure at ωτ << 1 and ωτ> 1, respectively, which causes the formation of cavitation cavities that pulsate, expanding in the rarefaction phase and collapse in the phase of increased pressure. In this case, the particles of the source material located in the cavitation region are affected by variable pressures reaching at the frequencies of 20-30 kHz about several thousand MPa.
Давления увеличиваются на несколько порядков при наступлении электрофизического резонанса, условие наступления которого можно найти из уравнения первой производной, дифференцируя переменную часть выражения (1)
α (C
f(ωτ)
ωτ 0
1 + ω2τ2-2ω2τ2 0;
ω2τ2=1 отсюда имеем ωτ 1 (2)
Для природного известняка резонансная частота составляет
ωр 27,7 кГц.The pressures increase by several orders of magnitude upon the occurrence of electrophysical resonance, the onset of which can be found from the equation of the first derivative, differentiating the variable part of the expression (1)
α (
f (ωτ)
ωτ 0
1 + ω 2 τ 2 -2ω 2 τ 2 0;
ω 2 τ 2 = 1 from here we have ωτ 1 (2)
For natural limestone, the resonance frequency is
ω p 27.7 kHz.
Существование резонанса доказано аналитическим путем (2). Значение этой частоты определено экспериментально на электрофизической установке методом последовательного приближения. The existence of resonance is proved analytically (2). The value of this frequency is determined experimentally on an electrophysical setup by the method of successive approximation.
Кавитационные схлопывания дополнительно диспегируют твердую фазу материала и приводят к трансформации его молекулярного строения с выделением атомных и ионизированных компонентов. Для воздействия одновременно прилагаемого электромагнитного поля происходит перераспределение зарядов и формирование дополнительных активных электрических центров сорбции дипольного характера. Cavitation collapses additionally disperse the solid phase of the material and lead to the transformation of its molecular structure with the release of atomic and ionized components. For exposure to the simultaneously applied electromagnetic field, redistribution of charges and the formation of additional active electrical sorption centers of a dipole nature occur.
При этом параметр сорбции Брунауэра-Эммета-Теллера имеет вид
(3) где Z количество дополнительных центров сорбции;
K1 константа в зависимости от характера взаимодействия сорбент-сорбат;
К2 константа в зависимости от электрофизического воздействия.In this case, the Brunauer-Emmett-Teller sorption parameter has the form
(3) where Z is the number of additional sorption centers;
K 1 constant depending on the nature of the interaction of the sorbent-sorbate;
K 2 constant depending on the electrophysical effects.
При отсутствии дополнительных активных центров сорбции (Z=0) выражение ( 3) приводится к известной формуле Ленгмюра
θZ=0 (4)
Отношение θZ= /θZ=0 дает количественную оценку тенденции повышения сорбционной емкости сорбента, получаемого по предлагаемому способу.In the absence of additional active sorption centers (Z = 0), expression (3) is reduced to the well-known Langmuir formula
θ Z = 0 (4)
The relation θ Z = / θ Z = 0 gives a quantitative assessment of the tendency to increase the sorption capacity of the sorbent obtained by the proposed method.
Например, при К 0,25, К=1 и Z=3 сорбционная емкость исходного материала увеличивается в 4,2 раза. К тому же дипольное распределение дополнительных активных центров сорбции, обусловленное воздействием электрической составляющей электромагнитного поля, обеспечивает сорбцию как положительных, так и отрицательных ионов загрязнителей, существенно повышая универсальность применения сорбента по отношению к сорбатам. Предлагаемый сорбент сохраняет свои свойства при сверхвысоких (до 2 ˙ 107рад) дозах гамма-облучения.For example, at K 0.25, K = 1 and Z = 3, the sorption capacity of the starting material increases by 4.2 times. In addition, the dipole distribution of additional active sorption centers, due to the action of the electric component of the electromagnetic field, provides sorption of both positive and negative pollutant ions, significantly increasing the versatility of the use of the sorbent with respect to sorbates. The proposed sorbent retains its properties at ultra-high (up to 2 ˙ 10 7 rad) doses of gamma radiation.
В таблице представлены экспериментальные данные сравнительной проверки эффективности сорбентов на примере очистки водопроводной воды с предварительно внесенными загрязнителями (содержание радионуклидов 2 кБк/л, пестицидов 0,25 г/л). The table shows the experimental data of a comparative verification of the effectiveness of sorbents on the example of the purification of tap water with previously added pollutants (the content of
Сорбционные свойства сорбентов представлены коэффициентом очистки, определяемым отношением удельных радиоактив- ностей исходного раствора и фильтрата. The sorption properties of the sorbents are represented by a purification coefficient determined by the ratio of the specific radioactivity of the initial solution and the filtrate.
При работе с пестицидами в водный раствор вносились стандарты ядохимикатов, меченые радиоактивным углеродом С-14. Коэффициент очистки воды от загрязнителей типа полихлорбифенилов (ПХБ)) определялся методом газовой хроматографии водной смеси. В смесь вводился американский стандарт типа арахлор-54 с последующей экстракцией. When working with pesticides, standards of toxic chemicals labeled with C-14 radioactive carbon were introduced into the aqueous solution. The coefficient of water purification from pollutants such as polychlorobiphenyls (PCBs)) was determined by gas chromatography of an aqueous mixture. An American standard of the arachlor-54 type was introduced into the mixture, followed by extraction.
Сорбция проводилась при нормальных условиях окружающей среды, расход сорбентов составлял 2,5 г на 1 л очищаемой воды. Величина зерен сорбентов составляла 1 мкм. Sorption was carried out under normal environmental conditions, the consumption of sorbents was 2.5 g per 1 liter of purified water. The grain size of the sorbents was 1 μm.
Из данных таблицы видно, что сорбент, полученный по предлагаемому способу, обладает значительно большей сорбционной емкостью (более чем в 3 раза) и универсальностью практического применения, что соответствует цели предложенного изобретения. From the table it is seen that the sorbent obtained by the proposed method has a significantly larger sorption capacity (more than 3 times) and the versatility of practical application, which corresponds to the purpose of the proposed invention.
Устройство для осуществления предлагаемого способа получения сорбента представляет собой корпус гидробарокамеру, рассчитанную на создание гидростатических давлений порядка 450 атм, где внутри корпуса в взвесь мелкодисперсного порошка природного известняка помещены ультразвуковой излучатель и его катушка возбуждения, выполненная на основе изолированного проводника и являющаяся одновременно источником электромагнитного поля на частоте работы ультразвукового излучателя. A device for implementing the proposed method for producing a sorbent is a pressure chamber chamber designed to generate hydrostatic pressures of the order of 450 atm, where an ultrasonic emitter and its excitation coil, made on the basis of an insulated conductor and at the same time a source of electromagnetic field, are placed in a suspension of fine powder of natural limestone the frequency of operation of the ultrasonic emitter.
Корпус содержит гермовводы для по- дачи сигнала возбуждения от внешнего генератора, настроенного на частоту электрофизического резонанса известняка (27,7 кГц). Мощность ультразвукового излучателя выбирается из расчета 1000 Вт/л рабочей среды. Длительность электрофизической обработки составляет 1-3 мин. Затем полученный сорбент подвергается сепарированию и сушке. The housing contains pressure glands for supplying an excitation signal from an external generator tuned to the frequency of electrophysical resonance of limestone (27.7 kHz). The power of the ultrasonic emitter is selected from the calculation of 1000 W / l of the working medium. The duration of the electrophysical treatment is 1-3 minutes. Then the resulting sorbent is subjected to separation and drying.
На чертеже показана структурная схема устройства для получения сорбента на основе природного известняка. The drawing shows a structural diagram of a device for producing a sorbent based on natural limestone.
Она имеет корпус компрессорной барокамеры 1, входной канал подачи исходного материала 2, компрессор 3, штуцер 4, генератор возбуждения ультразвукового излучателя 5, гермоввод 6, катушку возбуждения ультразвукового излучателя, являющуюся одновременно источником электромагнитного поля, ультразвуковой излучатель 8, выходной канал активированного материала 9, центрифугу 10, сушильную камеру 11, накопительный бункер 12. It has a compressor pressure chamber housing 1, an input channel for supplying
Взвесь мелкодисперсного порошка природного известняка в воде через предварительно открытый клапан 2 подается во внутреннюю полость барокамеры 1. После чего клапан 2 закрывается. Включается компрессор 3, связанный с корпусом 1 штуцером высокого давления 4. По условию достижения во внутренней области гидробарокамеры 450 атм компрессор 3 отключается. При этом включается генератор частоты возбуждения ультразвукового излучателя 5. Сигнал возбуждения внешнего генератора 5 по электрическим жилам через гермовводы 6, встроенные в корпус 1, поступает на катушку возбуждения ультразвукового излучателя 7, выполненного из изолированного проводника, затем на собственно ультразвуковой излучатель 8. Последовательно включенные катушка 7, порождающая электромагнитное поле, и ультразвуковой излучатель 8 находятся внутри корпуса 1 непосредственно в среде исходного материала. Таким образом исходный материал подвергается одновременному воздействию гидростатического давления, а также ультразвука и электромагнитного поля на частоте электрофизического резонанса природного известняка. По окончании 1-3 мин генератор 5 отключают. После чего активированный материал через выходной клапан 9 поступает в последовательно соединенные продуктопроводом центрифугу 10 и сушильную камеру 11, а затем в накопительный бункер 12. После чего выходной клапан 9 закрывается и устройство приходит в исходное состояние. A suspension of finely divided powder of natural limestone in water through a previously
Такой сорбент с успехом может быть использован для индивидуальной очистки воды в домашних условиях, для нужд пищевой и медицинской промышленности, а также использоваться в экологически напряженных технологических процессах. Such a sorbent can be successfully used for individual water purification at home, for the needs of the food and medical industries, as well as used in environmentally intensive technological processes.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93052778A RU2034647C1 (en) | 1993-12-03 | 1993-12-03 | Method and device for production of sorbent |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93052778A RU2034647C1 (en) | 1993-12-03 | 1993-12-03 | Method and device for production of sorbent |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2034647C1 true RU2034647C1 (en) | 1995-05-10 |
RU93052778A RU93052778A (en) | 1996-06-27 |
Family
ID=20149470
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93052778A RU2034647C1 (en) | 1993-12-03 | 1993-12-03 | Method and device for production of sorbent |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2034647C1 (en) |
-
1993
- 1993-12-03 RU RU93052778A patent/RU2034647C1/en active
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 1173600, кл. C 02F 1/28, 1986. * |
Авторское свидетельство СССР N 1331832, кл. C 02F 1/28, 1987. * |
Кузнецов Ю.В. и др. Основы очистки воды от радиоактивных загрязнителей. М.; 1974. * |
Патент DE N 3800873, кл. B 01J 20/02, опублик. 1988. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Pétrier et al. | Ultrasonic waste-water treatment: incidence of ultrasonic frequency on the rate of phenol and carbon tetrachloride degradation | |
Petrier et al. | Incidence of wave-frequency on the reaction rates during ultrasonic wastewater treatment | |
Petrier et al. | Ultrasonic degradation at 20 kHz and 500 kHz of atrazine and pentachlorophenol in aqueous solution: Preliminary results | |
US5435913A (en) | Fluid treating apparatus | |
WO2002060578A1 (en) | Apparatus for activating substance using active structure and apparatus for generating gas | |
US5330661A (en) | Process and apparatus for the decomposition of organochlorine solvent contained in water | |
JPS55159835A (en) | High selective heavy metal ion adsorbing agent, and method of preparation and adsorption thereof | |
Landi et al. | Influence of ultrasound on phenol removal by adsorption on granular activated carbon | |
Park et al. | Ultrasonic degradation of bisphenol A, 17β-estradiol, and 17α-ethinyl | |
RU2034647C1 (en) | Method and device for production of sorbent | |
US20210053846A1 (en) | Method for degrading phenol in industrial wastewater with dual-frequency composite ultrasound | |
JPS5491955A (en) | Water treatment | |
JPH11300334A (en) | Decomposing and removing method of organic chlorine compound such as dioxins in soil | |
CA2265083A1 (en) | Method and apparatus for processing polluted gas containing harmful substances | |
US4453079A (en) | Irradiator apparatus and method | |
Kidak et al. | Degradation of atrazine by advanced oxidation processes | |
Suri et al. | Heterogeneous ultrasonic destruction of aqueous organic contaminants | |
RU2051441C1 (en) | Plasmochemical etching plant | |
Das et al. | Determination of the rate-limiting step of lead removal by vermiculite | |
Mofrada et al. | Organochlorine pesticides removal from groundwater by citrus coal and UV/O | |
RU93052778A (en) | METHOD OF OBTAINING SORBENT AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
Mustofa | The adsorption potential of andisol/zeolite/fly ash as adsorbents on chromium hexavalent removal | |
Kavitha et al. | Adsorption of rhodamine B from an aqueous solution: kinetic and thermodynamic studies | |
JP2002029724A (en) | Method for producing activated carbon, activated carbon and water purifying device | |
Kaya et al. | ADVANCED OXIDATION PROCESS TO DIFFERENT INDUSTRIAL WASTEWATERS: SONOFENTON |