RU2336946C2 - Sorbent for heavy metals, method of its production and method of water purification - Google Patents
Sorbent for heavy metals, method of its production and method of water purification Download PDFInfo
- Publication number
- RU2336946C2 RU2336946C2 RU2006105424/15A RU2006105424A RU2336946C2 RU 2336946 C2 RU2336946 C2 RU 2336946C2 RU 2006105424/15 A RU2006105424/15 A RU 2006105424/15A RU 2006105424 A RU2006105424 A RU 2006105424A RU 2336946 C2 RU2336946 C2 RU 2336946C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sorbent
- granules
- water
- iron
- alumina
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к очистке воды от ионов тяжелых металлов, предпочтительно мышьяка, и может быть использовано в комплексной очистке питьевой воды.The invention relates to the purification of water from heavy metal ions, preferably arsenic, and can be used in the complex treatment of drinking water.
В настоящее время применение адсорбционных процессов для удаления из воды загрязняющих агентов органического и неорганического происхождения имеют огромное значение в практической деятельности. Одним из наиболее активных адсорбентов мышьяка и других тяжелых металлов является активированный оксид алюминия.At present, the use of adsorption processes to remove polluting agents of organic and inorganic origin from water is of great importance in practical activities. One of the most active adsorbents of arsenic and other heavy metals is activated alumina.
Известен адсорбент и способ его получения с высокой емкостью по фенолам и тяжелым металлам [RU 2168357 С2, 2001], с этой целью в патенте предложена обработка нановолокон, образованных из ультрадисперсного порошка алюминия, полученного электрическим взрывом алюминиевой проволоки в среде аргона, бикарбонатом натрия в течение 0,5-1:5 ч с повторной прокалкой при 200-300°С в течение 1,5-3 ч.An adsorbent is known and a method for producing it with a high capacity for phenols and heavy metals [RU 2168357 C2, 2001], for this purpose, the patent proposes the processing of nanofibers formed from ultrafine aluminum powder obtained by electric explosion of an aluminum wire in argon, sodium bicarbonate for 0.5-1: 5 hours with repeated calcination at 200-300 ° C for 1.5-3 hours.
Однако нановолокнистый сорбент в виде порошка состоит из агломератов нановолокон с размерами около 0,1 мкм и диаметром около 0,005 мкм, что делает невозможным его применение в динамических системах очистки, вследствие уноса потоком воды отдельных частиц и высокого гидродинамического сопротивления.However, the nanofiber sorbent in the form of a powder consists of agglomerates of nanofibres with dimensions of about 0.1 μm and a diameter of about 0.005 μm, which makes it impossible to use it in dynamic cleaning systems, due to the entrainment of individual particles by the water flow and high hydrodynamic resistance.
При изготовлении сорбентов для удаления из воды тяжелых металлов в ряде патентов вводится дополнительная фаза - активный углерод [US 4,923,843, WO 03043731, US 6,030,537], гидратированный оксид трехвалентного железа, соединения марганца.In the manufacture of sorbents for removing heavy metals from water, a number of patents introduce an additional phase — active carbon [US 4,923,843, WO 03043731, US 6,030,537], hydrated ferric oxide, manganese compounds.
Известен сорбент и способ его получения [RU 2242276 С1, 2004]. Сорбент состоит из несферических частиц оксида алюминия и частиц волокнистого материала, содержит компонент с отрицательным зарядом поверхности и модификатор, выбранный из ряда оксид или гидрооксид магния, кремния или их смеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксид алюминия - не менее 20; компонент с отрицательным зарядом поверхности - 0,5-5,0; модификатор - 0,1-3,0; волокнистый материал - остальное. В качестве компонента с отрицательным зарядом поверхности используют оксид или гидроксид кремния, железа, марганца, хрома или их смеси. Сущность способа состоит в том, что несферические частицы оксида алюминия смешивают с частицами волокнистого материала, перед смешиванием обоих компонентов к волокнистому материалу добавляют компонент с отрицательным зарядом поверхности, в процессе смешивания трех компонентов производят активацию получаемой смеси электрическим током или ультразвуком, после чего вводят модификатор, выбранный из ряда оксид или гидроксид магния, кремния или их смеси, и снова все перемешивают.A known sorbent and method for its production [RU 2242276 C1, 2004]. The sorbent consists of non-spherical particles of aluminum oxide and particles of fibrous material, contains a component with a negative surface charge and a modifier selected from the series oxide or hydroxide of magnesium, silicon or a mixture thereof in the following ratio of components, wt.%: Aluminum oxide - not less than 20; component with a negative surface charge - 0.5-5.0; modifier - 0.1-3.0; fibrous material - the rest. As a component with a negative surface charge, silicon or iron, manganese, chromium oxide or hydroxide or a mixture thereof is used. The essence of the method is that non-spherical alumina particles are mixed with particles of fibrous material, before mixing both components, a component with a negative surface charge is added to the fibrous material, during the mixing of the three components, the resulting mixture is activated by electric current or ultrasound, after which a modifier is introduced, selected from a series of oxide or hydroxide of magnesium, silicon or a mixture thereof, and again all are mixed.
Сорбент содержит три компонента - частицы оксида алюминия, волокнистый материал и компонент с отрицательным зарядом поверхности, что не может не усложнить технологию его изготовления. Сорбент представляет собой механическую смесь компонентов, поэтому обладает малой емкостью относительно удаляемых ионов тяжелых металлов.The sorbent contains three components - aluminum oxide particles, fibrous material and a component with a negative surface charge, which cannot but complicate the technology of its manufacture. The sorbent is a mechanical mixture of components, therefore, has a low capacity relative to the removed ions of heavy metals.
В заявке [US 2005029198] предложен адсорбент для очистки водных систем от тяжелых металлов, представляющий собой смесь волокон наноалюминия и соединения железа и/или марганца.In the application [US 2005029198] an adsorbent for purification of water systems from heavy metals is proposed, which is a mixture of nano-aluminum fibers and iron and / or manganese compounds.
Исходя из размеров нановолокон, можно предположить, что в динамических условиях работа такого сорбента будет затруднена или невозможна.Based on the size of the nanofibers, it can be assumed that under dynamic conditions the operation of such a sorbent will be difficult or impossible.
В изобретении [US 4,459,370 B1, 1984] "Процесс приготовления катализатора или адсорбента на основе 3-х валентного оксида железа" оксид железа готовят из раствора соли железа посредством взаимодействия гидроксил ионов и железа в присутствии носителя. Заряженный таким образом носитель высушивают, прокаливают и размельчают. Раствор соли железа вводят при сильном перемешивании под поверхностью носителя. рН суспензии поддерживают 4-7. Разделяют заряженный железом носитель от раствора. В патенте соли железа наносятся на поверхность носителя, который затем прокаливается и размельчается.In the invention [US 4,459,370 B1, 1984] “Process for the preparation of a catalyst or adsorbent based on 3-valent iron oxide”, iron oxide is prepared from an iron salt solution by reacting hydroxyl ions and iron in the presence of a carrier. The carrier thus charged is dried, calcined and crushed. The iron salt solution is introduced with vigorous stirring under the surface of the carrier. The pH of the suspension is 4-7. Separate the iron-charged carrier from the solution. In the patent, iron salts are applied to the surface of the carrier, which is then calcined and crushed.
При указанном способе часть поверхности носителя не может быть покрыта гидроокисью железа. Соответственно эффективность такого сорбента будет ниже, чем эффективность сорбента, первоначально состоящего из отдельных частиц. Также носитель предварительно не активирован, что снижает эффективность нанесения гидроксил ионов железа и соответственно снижает эффективность сорбции.With this method, part of the surface of the carrier cannot be coated with iron hydroxide. Accordingly, the effectiveness of such a sorbent will be lower than the efficiency of the sorbent, originally consisting of individual particles. Also, the carrier is not pre-activated, which reduces the efficiency of deposition of hydroxyl iron ions and, accordingly, reduces the efficiency of sorption.
В [WO 03043731, 2003] предложена среда для удаления мышьяка из водных систем, включающая боксит, алюминия тригидрат и оксид железа. Смесь после определенных операций прокаливают и далее формируют маленькие гранулы.[WO 03043731, 2003] proposed a medium for removing arsenic from aqueous systems, including bauxite, aluminum trihydrate and iron oxide. After certain operations, the mixture is calcined and then small granules are formed.
К недостаткам предложенного способа можно отнести то, что исходные частицы оксида алюминия имеют размер порядка микрометров и более, обладают сравнительно низкой площадью удельной поверхности и, соответственно, малой сорбционной емкостью по отношению к наноразмерным частицам.The disadvantages of the proposed method include the fact that the initial particles of aluminum oxide have a size of the order of micrometers or more, have a relatively low specific surface area and, accordingly, a small sorption capacity with respect to nanoscale particles.
В качестве прототипа выбран [RU 2225251 С2, 2004], в котором предложен продукт для обработки воды, представляющий собой состоящий из макрочастиц материал, имеющий удельную площадь поверхности, равную по крайней мере 10,0 м2/г, или изделие, полученное связыванием такого состоящего из макрочастиц материала, и имеющее нерастворимое покрытие из гидратированного оксида трехвалентного железа. Предпочтительно, состоящий из макрочастиц материал представляет собой материал на основе оксида алюминия. Продукт эффективен при обработке воды для удаления органических веществ, катионов или анионов, особенно As, Se или F. В этом патенте нанесение оксида трехвалентного железа осуществляется на частицы, имеющие размер от 5 мкм до 5000 мкм, с максимальной площадью удельной поверхности, по крайней мере 100 м2/г.As a prototype, [RU 2225251 C2, 2004] was selected, in which a water treatment product is proposed, which is a particulate material having a specific surface area of at least 10.0 m 2 / g, or an article obtained by bonding such consisting of particulate material, and having an insoluble coating of hydrated ferric oxide. Preferably, the particulate material is an alumina based material. The product is effective in treating water to remove organic substances, cations or anions, especially As, Se or F. In this patent, the deposition of ferric oxide is carried out on particles having a size of from 5 μm to 5000 μm, with a maximum specific surface area of at least 100 m 2 / g.
Используемый носитель представляет собой пористый материал, полученный нагреванием макрочастиц оксида алюминия, и состоит из частиц размером 5-10 мкм и обладает удельной поверхностью, равной 100-150-200 м2/г. Однако поверхность таких макрочастиц полностью не доступна, часть поверхности, особенно в закрытых порах недоступна для осаждения металлов. Это ограничивает сорбционную емкость материала и снижает скорость адсорбции в динамических условиях эксплуатации сорбционного материала. Способ нанесения оксида железа не позволяет получить сорбционный слой, обладающий высокими сорбционными характеристиками.The support used is a porous material obtained by heating alumina particulate matter and consists of particles of 5-10 microns in size and has a specific surface area of 100-150-200 m 2 / g. However, the surface of such particles is not completely accessible; part of the surface, especially in closed pores, is not accessible for metal deposition. This limits the sorption capacity of the material and reduces the adsorption rate under dynamic operating conditions of the sorption material. The method of applying iron oxide does not allow to obtain a sorption layer having high sorption characteristics.
Задачей предлагаемой группы изобретений является разработка нового сорбирующего материала (сорбента) с высокой сорбционной емкостью по отношению к тяжелым металлам, преимущественно мышьяка, обладающего низким гидродинамическим сопротивлением и высокой механической прочностью.The objective of the proposed group of inventions is the development of a new sorbent material (sorbent) with high sorption capacity in relation to heavy metals, mainly arsenic, which has low hydrodynamic resistance and high mechanical strength.
Дополнительным преимуществом предлагаемого сорбента является его способность эффективно удалять мышьяк при высоких значениях рН воды.An additional advantage of the proposed sorbent is its ability to effectively remove arsenic at high pH values of water.
Поставленная задача достигается тем, что предлагаемый сорбент тяжелых металлов, предпочтительно мышьяка, содержит оксид алюминия, модифицированный наноразмерными частицами оксидов железа.This object is achieved in that the proposed sorbent of heavy metals, preferably arsenic, contains alumina modified with nanosized particles of iron oxides.
Новым является то, что он выполнен в форме гранул высокопористого оксида алюминия с объемом пор не менее 0,55 см3/г, удельной поверхностью не менее 200 м2/г, представляющих собой сборку нановолокон, связанных между собой в жесткую губчатую структуру, при этом наноразмерные частицы оксидов железа сформированы в виде слоя на поверхности упомянутых гранул в количестве 2-10% от веса гранул.New is that it is made in the form of granules of highly porous alumina with a pore volume of at least 0.55 cm 3 / g, a specific surface area of at least 200 m 2 / g, which is an assembly of nanofibers interconnected into a rigid sponge structure, with this nanosized particles of iron oxides are formed in the form of a layer on the surface of the said granules in the amount of 2-10% by weight of the granules.
Кроме того, оксид алюминия выполнен в форме гранул, предпочтительно, сферической формы с размером частиц, имеющим диаметр 0,2-4,0 мм.In addition, alumina is made in the form of granules, preferably spherical, with a particle size having a diameter of 0.2-4.0 mm.
Кроме того, в качестве материала на основе оксида алюминия он содержит γ-Al2О3.In addition, as a material based on aluminum oxide, it contains γ-Al 2 About 3 .
Кроме того, в качестве материала на основе оксида алюминия он содержит моногидрат оксида алюминия.In addition, as an alumina-based material, it contains alumina monohydrate.
Кроме того, наноразмерные частицы оксидов железа имеют соотношение диаметра d к длине 1, находящееся в пределах: 1≥d/1<0,01.In addition, nanosized particles of iron oxides have a ratio of diameter d to length 1, which is in the range: 1≥d / 1 <0.01.
Кроме того, наноразмерные частицы оксидов железа представляют собой наноразмерные частицы, например, гетита и/или гематита и/или акагенита.In addition, nanosized particles of iron oxides are nanosized particles, for example, goethite and / or hematite and / or acagenite.
Кроме того, содержание наноразмерных частиц оксидов железа составляет не менее 2-10% от веса основы.In addition, the content of nanosized particles of iron oxides is at least 2-10% by weight of the base.
Поставленная задача достигается также тем, что, как и известный, заявляемый способ получения сорбента тяжелых металлов, предпочтительно мышьяка, включает пропитывание пористой основы водным раствором соединения железа, последующее добавление раствора щелочи.The task is also achieved by the fact that, like the known, the inventive method for producing a sorbent of heavy metals, preferably arsenic, involves impregnating the porous base with an aqueous solution of an iron compound, followed by the addition of an alkali solution.
Новым является то, что в качестве пористой основы используют гранулы высокопористого оксида алюминия с объемом пор не менее 0,55 см3/г, удельной поверхностью не менее 200 м2/г, которые перед пропитыванием водным раствором соединения железа подвергают смачиванию водой.It is new that granules of highly porous alumina with a pore volume of at least 0.55 cm 3 / g and a specific surface area of at least 200 m 2 / g are used as a porous base, which are wetted with water before being impregnated with an aqueous solution.
Кроме того, гранулы оксида алюминия имеют сферическую форму, диаметр 0,2-4,0 мм и представляют собой сборку нановолокон, связанных между собой в жесткую губчатую структуру.In addition, the granules of aluminum oxide have a spherical shape, a diameter of 0.2-4.0 mm and are an assembly of nanofibers connected together in a rigid sponge structure.
Кроме того, в качестве материала на основе оксида алюминия используют γ-Al2O3.In addition, γ-Al 2 O 3 is used as an alumina-based material.
Кроме того, в качестве материала на основе оксида алюминия используют моногидрат оксида алюминия.In addition, alumina monohydrate is used as an alumina material.
Кроме того, в качестве водного раствора соединения железа используют раствор хлорида железа с концентрацией 400-800 г/л.In addition, a solution of iron chloride with a concentration of 400-800 g / l is used as an aqueous solution of the iron compound.
Кроме того, в качестве раствора щелочи используют раствор гидроксида натрия с концентрацией 40-400 г/л.In addition, a solution of sodium hydroxide with a concentration of 40-400 g / l is used as an alkali solution.
Кроме того, пропитывание проводят при периодическом перемешивании раствора.In addition, the impregnation is carried out with periodic stirring of the solution.
Кроме того, полученный сорбент промывают и высушивают.In addition, the resulting sorbent is washed and dried.
Способ очистки воды, предпочтительно питьевой, от ионов тяжелых металлов, предпочтительно мышьяка, включающий пропускание воды через слой вышеописанного сорбента, содержащего в качестве основы частицы материала на основе оксида алюминия, выполненные в виде гранул, предпочтительно сферической формы, с удельной поверхностью не менее 200 м2/г и объемом пор не менее 0,55 см3/г, при этом частицы модифицированы наноразмерными частицами оксида железа с использованием вышеописанного способа.A method for purifying water, preferably drinking water, from heavy metal ions, preferably arsenic, comprising passing water through a layer of the above-described sorbent containing, as a basis, particles of alumina-based material made in the form of granules, preferably spherical, with a specific surface area of at least 200 m 2 / g and a pore volume of at least 0.55 cm 3 / g, the particles being modified with nanosized particles of iron oxide using the above method.
Кроме того, он предусматривает пропускание воды, содержащей растворимые ионы мышьяка при величине рН воды не менее 8.In addition, it provides for the transmission of water containing soluble arsenic ions at a pH of at least 8.
Кроме того, он предусматривает пропускание воды, содержащей дополнительно ионы тяжелых металлов, выбранных из группы, состоящей из хрома, меди, марганца, селена, фтора.In addition, it provides for the passage of water, additionally containing heavy metal ions selected from the group consisting of chromium, copper, manganese, selenium, fluorine.
Эффективность сорбции сорбентов различного происхождения главным образом определяется активностью сорбирующей поверхности и ее площадью. Анализ публикаций по исследуемой теме позволяет сделать вывод, что важнейшим направлением в разработке новых высокоэффективных сорбентов является использование наноразмерных материалов, имеющих высокую поверхностную активность и большую площадь доступной удельной поверхности. Характерной особенностью в развитии современных сорбционных материалов является нанесение сорбционного слоя (покрытия) на поверхность гранулированного материала-носителя. Эта технология позволяет избежать сложного, многостадийного, неэкологичного процесса приготовления сорбента. К тому же, традиционный процесс зачастую не позволяет проводить в строго контролируемых условиях синтез сорбента и получать сорбент с требуемыми заданными механическими и сорбционными свойствами [Е.А.Казанцев, В.П.Ремез. Сорбционные материалы на носителях в технологии обработки воды.//Химия и технология воды. 1995, т.17. 31, с.50-60]. Для увеличения же ионообменной емкости сорбционных материалов в качестве второго компонента активного сорбционного слоя (покрытия) широко используются оксиды железа, нашедшие применение для извлечения из воды многих элементов, в частности мышьяка, хрома, фтора и др. По литературным данным [Driehaus W., Jekel M. and Hildebrandt U.: Granular ferric hydroxide - a new adsorbent for the removal of arsenic from natural water. J. Water Supply: Results and Technology - Aqua. 1998. 47, p.30-35] оксиды железа являются одними из наиболее эффективных сорбентов токсичных элементов, в частности мышьяка. Нанесение оксидов железа в форме наночастиц на поверхность носителя позволяет получить сорбент с высокой скоростью адсорбции и сорбционной емкостью.The sorption efficiency of sorbents of various origin is mainly determined by the activity of the sorbing surface and its area. An analysis of publications on the topic under study allows us to conclude that the most important direction in the development of new highly effective sorbents is the use of nanoscale materials with high surface activity and a large area of available specific surface area. A characteristic feature in the development of modern sorption materials is the deposition of a sorption layer (coating) on the surface of a granular carrier material. This technology avoids the complex, multi-stage, non-environmentally friendly sorbent preparation process. In addition, the traditional process often does not allow sorbent synthesis to be carried out under strictly controlled conditions and to obtain a sorbent with the required specified mechanical and sorption properties [E.A. Kazantsev, V.P. Remez. Sorption materials on carriers in water treatment technology. // Chemistry and technology of water. 1995, T. 17. 31, p. 50-60]. To increase the ion-exchange capacity of sorption materials, iron oxides are widely used as the second component of the active sorption layer (coating), which have been used to extract many elements from water, in particular arsenic, chromium, fluorine, etc. According to published data [Driehaus W., Jekel M. and Hildebrandt U .: Granular ferric hydroxide - a new adsorbent for the removal of arsenic from natural water. J. Water Supply: Results and Technology - Aqua. 1998. 47, p.30-35] iron oxides are one of the most effective sorbents of toxic elements, in particular arsenic. The application of iron oxides in the form of nanoparticles on the surface of the carrier allows one to obtain a sorbent with a high adsorption rate and sorption capacity.
В настоящем изобретении предложен способ получения сорбента, при котором на поверхности гранулированного материала на основе оксида алюминия с высокопористой структурой формируется слой, представляющий собой наноразмерные частицы оксида железа. Применяемая основа - высокопористый оксид алюминия в форме гранул, полученные из наноразмерного оксида алюминия, например, полученного механохимическими методами, что усиливает сорбционные свойства активного сорбционного компонента, например оксида железа. Гранулы должны иметь большой объем пор - не менее 0,55 см3/г и высокую удельную поверхность - не менее 200 м2/г и представлять собой сборку нановолокон, связанных между собой с образованием жесткой губчатой структуры.The present invention provides a method for producing a sorbent in which a layer comprising nanosized particles of iron oxide is formed on the surface of a granular material based on aluminum oxide with a highly porous structure. The base used is highly porous alumina in the form of granules obtained from nanosized alumina, for example, obtained by mechanochemical methods, which enhances the sorption properties of the active sorption component, for example, iron oxide. The granules should have a large pore volume of at least 0.55 cm 3 / g and a high specific surface of at least 200 m 2 / g and be an assembly of nanofibers connected together to form a rigid sponge structure.
Такой оксид сохраняет в основном исходную структуру наноразмерных частиц и является матрицей для синтезируемых наноразмерных частиц оксидов железа.Such an oxide mainly preserves the initial structure of nanosized particles and is a matrix for synthesized nanosized particles of iron oxides.
Одним из отличительных признаков способа получения является предварительное смачивание гранул. Это обусловлено тем, что при смачивании гранул, состоящих из оксида алюминия, выделяется довольно много теплоты. При локальном повышении температуры внутри гранул хлорид железа самопроизвольно гидролизуется с образованием гидроксидов железа. Процесс гидролиза идет в неконтролируемых условиях, чтобы избежать этого, затормозить процесс самопроизвольного гидролиза и необходимо предварительное смачивание гранул. Ионы железа могут глубже проникнуть внутрь пор гранулы, не закрывать образовавшимся гидроксидом железа поры, образовывать частицы оксидов железа требуемой формы, имеющих большую сорбционную емкость.One of the distinguishing features of the production method is the preliminary wetting of the granules. This is due to the fact that when wetting granules consisting of aluminum oxide, quite a lot of heat is released. With a local increase in temperature inside the granules, iron chloride spontaneously hydrolyzes with the formation of iron hydroxides. The hydrolysis process is carried out under uncontrolled conditions, in order to avoid this, to slow down the process of spontaneous hydrolysis and preliminary wetting of the granules is necessary. Iron ions can penetrate deeper into the pores of the granule, do not cover the pores with the formed iron hydroxide, and form particles of iron oxides of the desired shape with a large sorption capacity.
Для регулирования свойств среды, в которой идет образование оксида железа добавляют раствор щелочи. При добавлении щелочи к смеси начинается перекристаллизация гидроксида железа с образованием тех или иных фаз оксидов железа - гетита, гематита, акагенита в виде наноразмерных частиц как сферической, так и несферической формы, например игл [Рыжак И.А., Криворучко О.П., Буянов Р.А. и др. Изучение генезиса гидроокиси и окиси трехвалентного железа. // Кинетика и катализ, 1969, т.10, №2, с.377-385].An alkali solution is added to control the properties of the medium in which iron oxide is formed. When alkali is added to the mixture, recrystallization of iron hydroxide begins with the formation of various phases of iron oxides - goethite, hematite, acagenite in the form of nanoscale particles of both spherical and non-spherical shapes, for example needles [Ryzhak I.A., Krivoruchko O.P., Buyanov R.A. and others. The study of the genesis of hydroxide and ferric oxide. // Kinetics and catalysis, 1969, v.10, No. 2, p.377-385].
Перекристаллизация гидроксида железа, образовавшегося при добавлении гидроксида натрия, в гетит протекает при высоких значениях рН не менее 12, в гематит - при рН не менее 8.Recrystallization of iron hydroxide formed upon the addition of sodium hydroxide to goethite occurs at high pH values of at least 12, and to hematite at a pH of at least 8.
Полученные частицы оксидов железа по данным рентгенофазового анализа имеют наноразмеры и образуют слой осажденных частиц на поверхности носителя.The obtained particles of iron oxides according to x-ray phase analysis are nanosized and form a layer of deposited particles on the surface of the carrier.
Высокая механическая прочность и низкое гидродинамическое сопротивление обеспечивается выбором исходного материала носителя, обладающего такими свойствами за счет метода его получения. В процессе приготовления гранул носителя, приведенным в примере 1, исходный оксид алюминия обработан связующим реагентом и прокален, что придает гранулам высокую механическую прочность - не менее 8 МПа.High mechanical strength and low hydrodynamic resistance is ensured by the choice of the starting material of the carrier having such properties due to the method of its preparation. In the process of preparing the carrier granules shown in Example 1, the initial alumina is treated with a binder and calcined, which gives the granules a high mechanical strength of at least 8 MPa.
Выбор вида гранул, их размеры определяются требованиями условий применения, зависит от объема и производительности очистительной установки. Чем меньше размеры и производительность очистительной установки (фильтра), тем меньше могут быть размеры гранул.The choice of the type of granules, their sizes are determined by the requirements of the application, depends on the volume and performance of the treatment plant. The smaller the size and performance of the treatment plant (filter), the smaller the size of the granules.
Природная вода, подлежащая очистке, часто имеет значение рН более 8. Как правило, сорбенты при такой величине рН имеют малую емкость по мышьяку. Добавлять реагенты, снижающие рН воды, достаточно сложно - необходимо определять исходную величину рН воды, рассчитать необходимое количество реагента, обычно кислоты, и смешать с водой. Предпочтительно использовать сорбент, работающий при высоких величинах рН. Получаемый по предлагаемому изобретению сорбент проявляет большую емкость при таких значениях рН.Natural water to be treated often has a pH value of more than 8. As a rule, sorbents at this pH value have a small arsenic capacity. Adding reagents that lower the pH of the water is quite difficult - you need to determine the initial pH of the water, calculate the required amount of the reagent, usually acid, and mix with water. It is preferable to use a sorbent operating at high pH values. Obtained according to the invention, the sorbent exhibits a large capacity at such pH values.
Изобретение иллюстрируется графическими материалами.The invention is illustrated in graphic materials.
На фиг.1 приведены результаты сравнения сорбционных свойств сорбента, полученного согласно предлагаемого изобретения и сорбента фирмы Bayer AG.Figure 1 shows the results of a comparison of the sorption properties of the sorbent obtained according to the invention and the sorbent of Bayer AG.
На фиг.2 приведены результаты сравнения гидродинамических свойств сорбента, полученного согласно предлагаемого изобретения и сорбента фирмы Bayer AG.Figure 2 shows the results of a comparison of the hydrodynamic properties of the sorbent obtained according to the invention and the sorbent from Bayer AG.
В дальнейшем изобретение поясняется примерами получения сорбента и примерами его использования для очистки воды.The invention is further illustrated by examples of the sorbent and examples of its use for water purification.
Пример 1.Example 1
В качестве материала основы использовали гранулированный (форма гранул сферическая) γ оксид алюминия с диаметром гранул 0,2-0,8 мм, с удельной поверхностью 220 м2/г, объем пор 0,56 см3/г, прочностью 8,1 МПа, производимый ОАО "Катализатор", г.Новосибирск.As the base material used granular (spherical granule shape) γ alumina with a diameter of granules of 0.2-0.8 mm, with a specific surface area of 220 m 2 / g, pore volume 0.56 cm 3 / g, strength 8.1 MPa manufactured by JSC "Catalyst", Novosibirsk.
1,00 кг гранул заливали 1,00 л воды так, чтобы они были покрыты полностью. К смоченным гранулам приливали 1,00 л раствор хлорида железа (FeCl3) с концентрацией 480 г/л. Выдерживали в течение 24 часов, периодически помешивая смесь. Затем сливали избыток жидкости с гранул и к гранулам приливали 4,00 л раствора NaOH с концентрацией 80 г/л. Далее смесь нагревали при температуре 70°С в течение 24 часов. Полученный сорбент промывали деионизированной водой, сушили при комнатной температуре.1.00 kg of granules was filled with 1.00 l of water so that they were completely coated. A 1.00 L solution of iron chloride (FeCl 3 ) with a concentration of 480 g / L was poured onto the wetted granules. Maintained for 24 hours, periodically stirring the mixture. Then the excess liquid was poured from the granules and 4.00 L of NaOH solution with a concentration of 80 g / L was poured into the granules. Next, the mixture was heated at a temperature of 70 ° C for 24 hours. The resulting sorbent was washed with deionized water, dried at room temperature.
Полученный сорбент в виде гранул сферической формы содержал 8,5% гетита по отношению к весу сорбента. Размер частиц гетита (I) находился в пределах 10 нм<l<200 нм. Удельная поверхность 220 м2/г и объемная пористость готового сорбента 0,56 см3/г.The obtained sorbent in the form of spherical granules contained 8.5% goethite with respect to the weight of the sorbent. The particle size of goethite (I) was in the range of 10 nm <l <200 nm. The specific surface area is 220 m 2 / g and the bulk porosity of the finished sorbent is 0.56 cm 3 / g.
Пример 2.Example 2
Полученный по примеру 1 сорбент испытывали на эффективность удаления (поглощения) мышьяка из воды.Obtained in example 1, the sorbent was tested for the efficiency of removal (absorption) of arsenic from water.
Навеска сорбента, полученного по примеру 1, весом 1,0 г помещалась в колонку из нержавеющей стали диаметром 4 мм и пропускался раствор арсената натрия с рН 8,5-8,7 и содержанием мышьяка 50 мкг/л со скоростью 1,2-1,4 мл/мин, давление воды на входе в колонку - 0,2-0,5 бар. Скорость протекания воды соответствует расходу воды, устанавливаемого международным стандартом NSF/ANSI 53-2002е. Концентрация мышьяка в исходном растворе и после пропускания воды через слой сорбента определялась с применением тестового набора Arsenic Test Kit, с помощью которого можно определять концентрации мышьяка в диапазоне 1-300 мкг/л. Результаты испытания сорбента на сорбционную емкость и гидродинамическое сопротивление показаны на фиг.1 и 2.A portion of the sorbent obtained in example 1, weighing 1.0 g, was placed in a stainless steel column with a diameter of 4 mm and a solution of sodium arsenate with a pH of 8.5-8.7 and arsenic content of 50 μg / L was passed at a speed of 1.2-1 , 4 ml / min, the water pressure at the inlet to the column is 0.2-0.5 bar. The water flow rate corresponds to the flow rate established by the international standard NSF / ANSI 53-2002e. The concentration of arsenic in the initial solution and after passing water through the sorbent layer was determined using the Arsenic Test Kit, which can be used to determine arsenic concentrations in the range of 1-300 μg / L. The test results of the sorbent for sorption capacity and hydrodynamic resistance are shown in figures 1 and 2.
Claims (17)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006105424/15A RU2336946C2 (en) | 2006-02-21 | 2006-02-21 | Sorbent for heavy metals, method of its production and method of water purification |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006105424/15A RU2336946C2 (en) | 2006-02-21 | 2006-02-21 | Sorbent for heavy metals, method of its production and method of water purification |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2336946C2 true RU2336946C2 (en) | 2008-10-27 |
Family
ID=40042221
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006105424/15A RU2336946C2 (en) | 2006-02-21 | 2006-02-21 | Sorbent for heavy metals, method of its production and method of water purification |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2336946C2 (en) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2480420C1 (en) * | 2011-11-25 | 2013-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" | Purification of waste water from heavy metals |
| RU2484893C1 (en) * | 2012-02-28 | 2013-06-20 | Леонид Асхатович Мазитов | Method of preparing organomineral sorbent based on iron hydroxide |
| RU2502543C2 (en) * | 2008-11-21 | 2013-12-27 | ЭЛЛАЙЕНС ФОР САСТЭЙНБЛ ЭНЕРДЖИ, ЭлЭлСи | Composite filter from porous block with nanofibres |
| WO2014059323A1 (en) * | 2012-10-12 | 2014-04-17 | Advantageous Systems Llc | Immobilization of particles on a matrix |
| RU2520473C2 (en) * | 2012-07-04 | 2014-06-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии нефти Сибирского отделения Российской академии наук (ИХН СО РАН) | Sorbent for purification of water media from arsenic and method of obtaining thereof |
| RU2528989C2 (en) * | 2009-02-20 | 2014-09-20 | ДЗЕ УОТЕР ИНИШЕТИВ, ЭлЭлСи. | Water treatment water |
| RU2537004C1 (en) * | 2013-07-18 | 2014-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." | Sorbent for purification of sewages from heavy metal ions |
| RU2628396C2 (en) * | 2015-12-09 | 2017-08-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Sorbent for cleaning water environments from ions of arsenic and method of its production |
| RU2692344C1 (en) * | 2018-06-28 | 2019-06-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт" Министерства обороны Российской Федерации | Sorbent for purifying water from toxic organophosphorus compounds, cyanides and arsenous compounds and method for production thereof |
| RU2725315C1 (en) * | 2019-03-19 | 2020-07-02 | Анатолий Григорьевич Демахин | Method of purifying water from arsenic compounds |
| US10953383B2 (en) | 2015-08-14 | 2021-03-23 | Basf Corporation | Adsorbents and methods of making and using adsorbents |
| RU2774700C1 (en) * | 2015-08-14 | 2022-06-21 | Басф Корпорейшн | Adsorbents and methods for manufacturing and applying adsorbents |
-
2006
- 2006-02-21 RU RU2006105424/15A patent/RU2336946C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9409111B2 (en) | 2008-11-21 | 2016-08-09 | Global Water Group, Incorporated | Porous block nanofiber composite filters |
| RU2502543C2 (en) * | 2008-11-21 | 2013-12-27 | ЭЛЛАЙЕНС ФОР САСТЭЙНБЛ ЭНЕРДЖИ, ЭлЭлСи | Composite filter from porous block with nanofibres |
| RU2528989C2 (en) * | 2009-02-20 | 2014-09-20 | ДЗЕ УОТЕР ИНИШЕТИВ, ЭлЭлСи. | Water treatment water |
| RU2480420C1 (en) * | 2011-11-25 | 2013-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" | Purification of waste water from heavy metals |
| RU2484893C1 (en) * | 2012-02-28 | 2013-06-20 | Леонид Асхатович Мазитов | Method of preparing organomineral sorbent based on iron hydroxide |
| RU2520473C2 (en) * | 2012-07-04 | 2014-06-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии нефти Сибирского отделения Российской академии наук (ИХН СО РАН) | Sorbent for purification of water media from arsenic and method of obtaining thereof |
| WO2014059323A1 (en) * | 2012-10-12 | 2014-04-17 | Advantageous Systems Llc | Immobilization of particles on a matrix |
| RU2537004C1 (en) * | 2013-07-18 | 2014-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." | Sorbent for purification of sewages from heavy metal ions |
| US10953383B2 (en) | 2015-08-14 | 2021-03-23 | Basf Corporation | Adsorbents and methods of making and using adsorbents |
| RU2746911C2 (en) * | 2015-08-14 | 2021-04-22 | Басф Корпорейшн | Adsorbents and methods of manufacturing and using adsorbents |
| US11325098B2 (en) | 2015-08-14 | 2022-05-10 | Basf Corporation | Adsorbents and methods of making and using adsorbents |
| RU2774700C1 (en) * | 2015-08-14 | 2022-06-21 | Басф Корпорейшн | Adsorbents and methods for manufacturing and applying adsorbents |
| RU2628396C2 (en) * | 2015-12-09 | 2017-08-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Sorbent for cleaning water environments from ions of arsenic and method of its production |
| RU2692344C1 (en) * | 2018-06-28 | 2019-06-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт" Министерства обороны Российской Федерации | Sorbent for purifying water from toxic organophosphorus compounds, cyanides and arsenous compounds and method for production thereof |
| RU2725315C1 (en) * | 2019-03-19 | 2020-07-02 | Анатолий Григорьевич Демахин | Method of purifying water from arsenic compounds |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2336946C2 (en) | Sorbent for heavy metals, method of its production and method of water purification | |
| He et al. | Review of fluoride removal from water environment by adsorption | |
| Gai et al. | A comprehensive review of adsorbents for fluoride removal from water: performance, water quality assessment and mechanism | |
| Wang et al. | 3D porous Ca-modified Mg-Zr mixed metal oxide for fluoride adsorption | |
| Santhosh et al. | Magnetic SiO2@ CoFe2O4 nanoparticles decorated on graphene oxide as efficient adsorbents for the removal of anionic pollutants from water | |
| Luo et al. | Nanocomposites of graphene oxide-hydrated zirconium oxide for simultaneous removal of As (III) and As (V) from water | |
| Qing et al. | Simply synthesized sodium alginate/zirconium hydrogel as adsorbent for phosphate adsorption from aqueous solution: Performance and mechanisms | |
| Kamran et al. | Chemically modified activated carbon decorated with MnO2 nanocomposites for improving lithium adsorption and recovery from aqueous media | |
| Gupta et al. | Cadmium removal and recovery from aqueous solutions by novel adsorbents prepared from orange peel and Fe2O3 nanoparticles | |
| Zong et al. | Facile synthesis of potassium copper ferrocyanide composite particles for selective cesium removal from wastewater in the batch and continuous processes | |
| Peng et al. | One-step and acid free synthesis of γ-Fe2O3/SBA-15 for enhanced arsenic removal | |
| Sun et al. | Biotemplated fabrication of a 3D hierarchical structure of magnetic ZnFe2O4/MgAl-LDH for efficient elimination of dye from water | |
| Huo et al. | Zirconium-modified natural clays for phosphate removal: Effect of clay minerals | |
| Jorfi et al. | Adsorption of Cr (VI) by natural clinoptilolite zeolite from aqueous solutions: isotherms and kinetics | |
| CN103402624A (en) | Organic-inorganic composite material for removal of anionic pollutants from water and process for the preparation thereof | |
| Fernando et al. | Improved nanocomposite of montmorillonite and hydroxyapatite for defluoridation of water | |
| Goswami et al. | Removal of fluoride from drinking water using nanomagnetite aggregated schwertmannite | |
| Ou et al. | Self-templated synthesis of bifunctional Fe3O4@ MgSiO3 magnetic sub-microspheres for toxic metal ions removal | |
| TWI457173B (en) | Process for granulating adsorbent and granules prepared by the same | |
| Du et al. | Enhanced phosphate removal by using La-Zr binary metal oxide nanoparticles confined in millimeter-sized anion exchanger | |
| Li et al. | The synthesis and characterization of hydrous cerium oxide nanoparticles loaded on porous silica micro-sphere as novel and efficient adsorbents to remove phosphate radicals from water | |
| WO2004026464A1 (en) | Removal of arsenic and other anions using novel adsorbents | |
| Raghav et al. | Trimetallic oxide entrapped in alginate polymeric matrix employed for adsorption studies of fluoride | |
| Peng et al. | Enhanced removal of Cd (II) by poly (acrylamide-co-sodium acrylate) water-retaining agent incorporated nano hydrous manganese oxide | |
| Duan et al. | Amine-crosslinked Shaddock Peel embedded with hydrous zirconium oxide nano-particles for selective phosphate removal in competitive condition |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190222 |