RU2708860C1 - Способ получения сорбционных материалов - Google Patents
Способ получения сорбционных материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2708860C1 RU2708860C1 RU2019117868A RU2019117868A RU2708860C1 RU 2708860 C1 RU2708860 C1 RU 2708860C1 RU 2019117868 A RU2019117868 A RU 2019117868A RU 2019117868 A RU2019117868 A RU 2019117868A RU 2708860 C1 RU2708860 C1 RU 2708860C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chitosan
- solution
- granules
- acetic acid
- added
- 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
- B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
- B01J20/24—Naturally occurring macromolecular compounds, e.g. humic acids or their derivatives
-
- 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
- B01J20/3028—Granulating, agglomerating or aggregating
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
Изобретение относится к получению сорбционных материалов для очистки сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов, таких как цинк, кадмий, свинец, медь. Согласно способу, получают раствор хитозана в 3%-ной уксусной кислоте, затем добавляют порошки измельчённого карбонизированного остатка обмолота проса и остаточной биомассы ряски Lemna minor, взятые в массовом соотношении 1:1. Полученный раствор периодически перемешивают до однородного состояния, затем вливают через гранулятор в раствор едкого натрия, сформированные гранулы выдерживают в растворе едкого натрия до полного омыления и формирования гранул. Гранулы промывают водой до нейтрального рН и высушивают. Изобретение обеспечивает повышение ёмкости сорбента и улучшение его механических свойств. 4 з.п. ф-лы, 2 табл., 4 пр.
Description
Изобретение относится к химической технологии, в частности к способу получения сорбционных материалов с высокими сорбционными свойствами, в том числе для очистки сточной воды. Изобретение может быть использовано для извлечения ионов тяжелых металлов (цинк, кадмий, свинец, медь) для защиты окружающей среды.
Известен сорбент для удаления нефти и нефтепродуктов и способ его получения из шелухи гречихи [RU патент № 2259874]. Способ реализуют при температуре 460-700°С в барабанной, шахтной или камерной печах при атмосферном давлении; в плазме высокочастотного разряда пониженного давления, в плазме высокочастотного или дугового разрядов атмосферного давления.
Известен способ получения сорбента для очистки водоемов, промышленных отходов от различных химических загрязнений, в частности нефти и нефтепродуктов, путем утилизации рисовой шелухи, включающий получение сорбента из фракции рисовой шелухи до 3 мм, ее термообработку пиролизом при температуре 350-500°С в течение от 10 до 30 минут. Остальной объем рисовой шелухи фракцией свыше 3 мм используют для получения высокочистого диоксида кремния. В процессе термообработки используют реактор, который продувают отсасываемыми из него газообразными продуктами пиролиза. Газообразные продукты пиролиза очищают от сажи. Кроме того, по меньшей мере, часть фракции рисовой шелухи свыше 3 мм подвергают измельчению [RU патент № 2304559].
Недостатками данных способов являются сложность процесса получения сорбционного материала, высокие температуры термообработки, значительные затраты энергоресурсов, невысокие сорбционные емкости по меди и кадмию.
Известен способ получения сорбента для очистки воды, выбранный за прототип [Е.А. Тарановская, Н.А. Собгайда, Д.Ю. Маркина, П.А. Морев, Технология получения и использования композиционных материалов из хитозана и шелухи проса для очистки стоков от ионов тяжелых металлов//Вестник ПНИПУ. Прикладная экология. Урбанистика. 2016. №1. С. 50-62].
Для получения гранул готовят раствор хитозана (2%) с уксусной кислотой: к 980 мл 3%-ной уксусной кислоты при постоянном перемешивании постепенно в течение 1 ч добавляют 20 г хитозана. Смесь перемешивают в течение 4–5 ч до полного растворения хитозана. Для этого в смесь хитозана с уксусной кислотой добавляют порошок измельченной термообработанной шелухи проса в количестве 20%. Полученную смесь перемешивают до однородного состояния. Смесь вливают через шприцы в 5%-ный раствор едкого натрия (NaOH). Сформированные гранулы выдерживают в течение суток в растворе щелочи NaOH, с последующей промывкой водой до значений рН 7,0–7,5 и высушивают при комнатной температуре в течение суток. Эффективность очистки составляет 98%. Недостатками данного способа являются низкая сорбционная емкость (50 мг/г).
Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание способа получения сорбционных материалов, с повышенными механическими и сорбционными характеристиками по отношению к ионам металлов, позволяющего при этом получать сорбент, который является нетоксичным, биодеградируемым, экологически безопасным для окружающей среды.
Технический результат достигается способом получения сорбционных материалов, при котором: к 93-95 г 3%-ной уксусной кислоты при постоянном перемешивании добавляют хитозан в количестве 5-7 г, полученную смесь периодически перемешивают до полного растворения хитозана, после чего в смесь добавляют порошок измельчённого карбонизированного остатка обмолота проса (КООП) в количестве 2-8 г и остаточной биомассы ряски Lemna minor (КООБ) в количестве 2-8 г, при этом порошок карбонизированного остатка обмолота проса и биомассы ряски Lemna minor добавляют в соотношении 1:1, полученный раствор периодически перемешивают до однородного состояния, затем вливают через гранулятор в раствор едкого натрия, сформированные гранулы выдерживают в растворе едкого натрия до полного омыления и формирования гранул, далее промывают водой до нейтральной среды рН и высушивают при комнатной температуре до полного высыхания.
Кроме того:
в предлагаемом способе хитозан добавляют при постоянном перемешивании в течение 55-60 минут;
в предлагаемом для растворения хитозана в растворе 3% уксусной кислоты смесь периодически перемешивают в течение 4 часов при температуре 20-22°С;
в предлагаемом способе при добавлении порошка измельчённого карбонизированного остатка обмолота проса и остаточной биомассы ряски Lemna minor в раствор уксусной кислоты с растворенным хитозаном полученный раствор перемешивают периодически в течение 60 минут;
в предлагаемом способе остаточную биомассу ряски Lemna minor предварительно термически обрабатывается при температуре 400°С в условиях ограниченного доступа кислорода.
Остаточная биомасса образуется после извлечения ценных компонентов (пектиновых веществ) из ряски Lemna minor. Предварительно остаточная биомасса ряски Lemna minor термически обрабатывается при температуре 400°С в условиях ограниченного доступа кислорода.
Молекулы хитозана имеют 2 гидроксильные группы, которые привязаны к мономерному звену, из-за чего плохо растворимы в воде, но растворяются в слабых растворах уксусной кислоты. При растворении в растворе слабой уксусной кислоте хитозан набухает, образуя гель, достаточной вязкости для получения гранул. Механическая прочность обуславливается адгезионными свойствами карбонизированного остатка обмолота проса и остаточной биомассы ряски Lemna minor в структуре биополимера хитозана. Хитозан, обладая высокими сорбционными свойствами, выступает в качестве связующего и пластификатора для порошкообразных карбонизированных добавок обмолота проса и остаточной биомассы ряски Lemna minor. Карбонизированный остаток обмолота проса обладает сорбционной емкостью до 12 мг/г по отношению к ионам тяжелых металлов, карбонизированный остаток остаточной биомассы - ряски Lemna minor 9,3 мг/г, значительно увеличивает сорбционные свойства гранул.
Гранулы выдерживают в растворе едкого натрия до полного омыления и формирования гранул, с последующей промывкой водой до нейтральной среды рН и высушивают при комнатной температуре до полного высыхания.
Хитозан, помимо увеличения сорбционных свойств, обладает обеззараживающими свойствами, что немаловажно, в случае очистки сточных вод.
Таким образом, совокупность представленных признаков позволяет решить поставленную проблему.
Смесь хитозана и уксусной кислоты в количествах 5-7 г и 93–95 г, соответственно, при указанных режимах необходимы для получения гелеподобной однородной структуры смеси, что важно для формирования гранул. Добавление обмолота проса 2-8 г и остаточной биомассы ряски Lemna minor в количестве 2-8 г в одинаковом процентном соотношении (1:1) при определенных режимах позволяют увеличить их механическую прочность.
Гранулы с количеством добавки больше или меньше указанных, имеют меньшую механическую прочность и большую истираемость.
Далее приведен частный пример осуществления предлагаемого способа.
Для получения сорбционного материала использовали хитозан с насыпной плотностью =0,2738 г/см3, влажностью 13,8%, средневязкостной молекулярной массой ММ=420 кДа (килодальтон), степенью деацетилирования СД=80%.
Изначально готовят смесь хитозана с уксусной кислотой, для этого к 93 мл 3%-ной уксусной кислоты при постоянном перемешивании добавляют 5 г хитозана. Смесь перемешивают в течение 4 часов до полного растворения хитозана. Затем в смесь добавляли порошок измельчённого карбонизированного остатка обмолота проса и остаточной биомассы ряски Lemna minor в количестве 2 г каждого. Остаточная биомасса ряски Lemna minor подвергалась термической обработке при температуре 400°С в течение 20 минут, температурные режимы для обмолота проса составили 350°С в течение 20 минут.
За счет выгорания происходит образование пористой структуры с размерами пор от ~0,8 до ~ 4-5 нм. Полученную смесь перемешивают до однородного состояния и вливают через гранулятор в раствор едкого натрия. Сформированные гранулы выдерживают в растворе едкого натрия до полного омыления и формирования гранул, с последующей промывкой водой до нейтральной среды рН и высушивают при комнатной температуре до полного высыхания.
Соответственно апробирован способ по другим указанным параметрам (Примеры 1,2,3,4)
Таблица №1
Полученный сорбционный материал исследовали на сорбционную емкость - способность извлекать ионы тяжелых металлов (Pb2+, Cd2+, Zn2+) с начальной концентрацией от 5 до 100 мг/л с шагом 5 мг/л. В модельные растворы добавляли полученные гранулы в количестве 2 г на литр и проводили процесс сорбции в статических условиях в течение 20 мин (время достижения сорбционного равновесия) при постоянном перемешивании и термостатировании в интервале температур 293+2 K.
По изотермам адсорбции были рассчитаны значения максимальной сорбционной емкости (А, мг/г) сорбционных материалов при следующем соотношении компонентов, массовых частей:
1. Пример 1 - А=Pb2+(62,9), Cd2+(52,3), Zn2+(63,3)
2. Пример 2 - А=Pb2+(73,3), Cd2+(59,4), Zn2+(70,4)
3. Пример 3 - А=Pb2+(64,1), Cd2+(55,7), Zn2+(66,6)
4. Пример 4 - А=Pb2+(62,7), Cd2+(54,0), Zn2+(61,1)
Таблица №2
Из таблицы 2 видно, что сорбционные материалы соответствуют требованиям ГОСТ Р 51641–2000. (Материалы фильтрующие зернистые. Общие технические условия. – М.: Стандартинформ, 2000. – 14 с.) (истираемость не более 0,5%, измельчаемость не более 4%).
Полученный сорбционный материал для очистки воды обладает высокой сорбционной емкостью по сравнению с прототипом и механическими характеристиками, отвечающими требованию ГОСТ.
Добавка карбонизированного остатка обмолота проса и остаточной биомассы ряски Lemna minor, кроме того, позволяет снизить себестоимость получаемого сорбционного материала и позволяет решить вопрос транспортировки.
При сравнении сорбционной емкости сорбционный материалов было установлено, что максимальная сорбционная емкость достигается по сорбционному материалу с содержанием карбонизированного остатка обмолота проса 5 г и карбонизированного остатка остаточной биомассы ряски Lemna minor 5 г. При использовании добавки КООП и КООБ в количестве 10 г механическая прочность гранул снижается и не соответствует ГОСТ.
Claims (5)
1. Способ получения сорбционного материала, включающий растворение хитозана в уксусной кислоте, отличающийся тем, что к 93-95 г 3%-ной уксусной кислоты при постоянном перемешивании добавляют хитозан в количестве 5-7 г, полученную смесь периодически перемешивают до полного растворения хитозана, после чего в смесь добавляют порошок измельчённого карбонизированного остатка обмолота проса в количестве 2-8 г и порошок остаточной биомассы ряски Lemna minor в количестве 2-8 г, при этом порошок карбонизированного остатка обмолота проса и биомассы ряски Lemna minor добавляют в соотношении 1:1, полученный раствор периодически перемешивают до однородного состояния, затем вливают через гранулятор в раствор едкого натрия, сформированные гранулы выдерживают в растворе едкого натрия до полного омыления и формирования гранул, далее промывают водой до нейтральной среды рН и высушивают при комнатной температуре до полного высыхания.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что хитозан добавляют при постоянном перемешивании в течение 55-60 минут.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для растворения хитозана в растворе 3% уксусной кислоты, смесь периодически перемешивают в течение 4 часов при температуре 20-22°С.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при добавлении порошка измельчённого карбонизированного остатка обмолота проса и остаточной биомассы ряски Lemna minor в раствор уксусной кислоты с растворенным хитозаном полученный раствор перемешивают периодически в течение 60 минут.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что остаточную биомассу ряски Lemna minor предварительно термически обрабатывают при температуре 400°С в условиях ограниченного доступа кислорода.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019117868A RU2708860C1 (ru) | 2019-06-07 | 2019-06-07 | Способ получения сорбционных материалов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019117868A RU2708860C1 (ru) | 2019-06-07 | 2019-06-07 | Способ получения сорбционных материалов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2708860C1 true RU2708860C1 (ru) | 2019-12-11 |
Family
ID=69006801
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019117868A RU2708860C1 (ru) | 2019-06-07 | 2019-06-07 | Способ получения сорбционных материалов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2708860C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112892491A (zh) * | 2021-01-20 | 2021-06-04 | 南京财经大学 | 一种吸附重金属的可食性壳聚糖-果胶凝胶珠的制备方法及其应用 |
CN113477226A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-10-08 | 佛山科学技术学院 | 一种利用壳聚糖改性生物炭去除水溶液中三价锑的方法 |
CN114620838A (zh) * | 2022-04-07 | 2022-06-14 | 辽宁大学 | 一种强化浮萍修复铜污染水体的方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1402588A1 (ru) * | 1986-03-24 | 1988-06-15 | Казанский Отдел Гидрологии И Водных Ресурсов Уральского Научно-Исследовательского Института Комплексного Использования И Охраны Водных Ресурсов | Способ биологической очистки сточных вод животноводческих комплексов |
RU2315006C1 (ru) * | 2006-04-04 | 2008-01-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" | Способ биотестирования воды на загрязнение тяжелыми металлами |
RU2657506C1 (ru) * | 2017-09-25 | 2018-06-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" (ИГХТУ) | Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов |
RU2687465C1 (ru) * | 2018-06-21 | 2019-05-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" (ИГХТУ) | Способ получения сорбента для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов |
RU2691015C1 (ru) * | 2018-06-04 | 2019-06-07 | Государственное бюджетное учреждение Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт скорой помощи им. И.И. Джанелидзе | Способ лечения переломов костей голени и предплечья |
-
2019
- 2019-06-07 RU RU2019117868A patent/RU2708860C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1402588A1 (ru) * | 1986-03-24 | 1988-06-15 | Казанский Отдел Гидрологии И Водных Ресурсов Уральского Научно-Исследовательского Института Комплексного Использования И Охраны Водных Ресурсов | Способ биологической очистки сточных вод животноводческих комплексов |
RU2315006C1 (ru) * | 2006-04-04 | 2008-01-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" | Способ биотестирования воды на загрязнение тяжелыми металлами |
RU2657506C1 (ru) * | 2017-09-25 | 2018-06-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" (ИГХТУ) | Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов |
RU2691015C1 (ru) * | 2018-06-04 | 2019-06-07 | Государственное бюджетное учреждение Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт скорой помощи им. И.И. Джанелидзе | Способ лечения переломов костей голени и предплечья |
RU2687465C1 (ru) * | 2018-06-21 | 2019-05-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" (ИГХТУ) | Способ получения сорбента для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
Политаева Н.А. и др. Сорбционные свойства материалов на основе хитозана и углеродных добавок, Вестник технологического ун-та, т. 20, 23, 2017, с. 100-103. * |
Смятская Ю.А. и др. Композиционные сорбционные материалы для очистки сточных вод от ионов тяжёлых металлов, Вестник технологического ун-та, т. 21, 2, 2018, с. 215-219 * |
Тарановская Е.А. и др., Технология получения и использования композиционных материалов из хитозана и шелухи проса для очистки стоков от ионов тяжёлых металлов, Вестник ПНИПУ, Прикладная экология, Урбанистика, 2016, 1, с. 50-59. * |
Тарановская Е.А. и др., Технология получения и использования композиционных материалов из хитозана и шелухи проса для очистки стоков от ионов тяжёлых металлов, Вестник ПНИПУ, Прикладная экология, Урбанистика, 2016, 1, с. 50-59. Политаева Н.А. и др. Сорбционные свойства материалов на основе хитозана и углеродных добавок, Вестник технологического ун-та, т. 20, 23, 2017, с. 100-103. Смятская Ю.А. и др. Композиционные сорбционные материалы для очистки сточных вод от ионов тяжёлых металлов, Вестник технологического ун-та, т. 21, 2, 2018, с. 215-219. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112892491A (zh) * | 2021-01-20 | 2021-06-04 | 南京财经大学 | 一种吸附重金属的可食性壳聚糖-果胶凝胶珠的制备方法及其应用 |
CN113477226A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-10-08 | 佛山科学技术学院 | 一种利用壳聚糖改性生物炭去除水溶液中三价锑的方法 |
CN114620838A (zh) * | 2022-04-07 | 2022-06-14 | 辽宁大学 | 一种强化浮萍修复铜污染水体的方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2708860C1 (ru) | Способ получения сорбционных материалов | |
Ayouch et al. | Crosslinked carboxymethyl cellulose-hydroxyethyl cellulose hydrogel films for adsorption of cadmium and methylene blue from aqueous solutions | |
Yuan et al. | Preparation of a poly (acrylic acid) based hydrogel with fast adsorption rate and high adsorption capacity for the removal of cationic dyes | |
Ma et al. | Modification of porous starch for the adsorption of heavy metal ions from aqueous solution | |
Pinto et al. | Film based on magnesium impregnated biochar/cellulose acetate for phosphorus adsorption from aqueous solution | |
Guan et al. | Hemicelluloses-based magnetic aerogel as an efficient adsorbent for Congo red | |
Nguyen et al. | Gellan gum/bacterial cellulose hydrogel crosslinked with citric acid as an eco-friendly green adsorbent for safranin and crystal violet dye removal | |
Hu et al. | Smart and functional polyelectrolyte complex hydrogel composed of salecan and chitosan lactate as superadsorbent for decontamination of nickel ions | |
Yaneva et al. | Applicability comparison of different kinetic/diffusion models for 4-nitrophenol sorption on Rhizopus oryzae dead biomass | |
Salehi et al. | Chitosan/polyethylene glycol impregnated activated carbons: Synthesis, characterization and adsorption performance | |
Qi et al. | A non-covalent strategy for montmorillonite/xylose self-healing hydrogels | |
Awokoya et al. | Synthesis of oxidized Dioscorea dumentorum starch nanoparticles for the adsorption of lead (II) and cadmium (II) ions from wastewater | |
Liu et al. | Reinforced chitosan beads by chitin nanofibers for the immobilization of β-glucosidase | |
Xu et al. | Green fabrication of chitin/chitosan composite hydrogels and their potential applications | |
Sethy et al. | Simultaneous studies on kinetics, bio-adsorption behaviour of chitosan grafted thin film nanohydrogel for removal of hazardous metal ion from water | |
Manyatshe et al. | Lignocellulosic derivative-chitosan biocomposite adsorbents for the removal of soluble contaminants in aqueous solutions–preparation, characterization and applications | |
US11577219B2 (en) | Method for preparing natural organic macromolecular water treatment agent | |
CN106336858B (zh) | 钻井液用抗高温降滤失剂及其生产工艺和应用 | |
Mondal et al. | Adsorbents from rice husk and shrimp shell for effective removal of heavy metals and reactive dyes in water | |
Park et al. | Production of single-component cellulose-based hydrogel and its utilization as adsorbent for aqueous contaminants | |
US4013585A (en) | Nitrohumic acid-containing adsorbents and process for producing same | |
WO2004058423A1 (ja) | 焼却灰中の重金属除去方法 | |
JPH03278834A (ja) | キトサン―磁性体複合粒子とその製造方法 | |
Nguyen et al. | Improved biosorption of phenol using crosslinked chitosan beads after modification with histidine and Saccharomyces cerevisiae | |
RU2735837C1 (ru) | Способ получения углеродного сорбента для очистки сточных вод от нефтепродуктов |