RU2748595C1 - Method for producing aluminosilicate sorbent for purification of natural and waste waters from heavy metal ions - Google Patents

Method for producing aluminosilicate sorbent for purification of natural and waste waters from heavy metal ions Download PDF

Info

Publication number
RU2748595C1
RU2748595C1 RU2020134214A RU2020134214A RU2748595C1 RU 2748595 C1 RU2748595 C1 RU 2748595C1 RU 2020134214 A RU2020134214 A RU 2020134214A RU 2020134214 A RU2020134214 A RU 2020134214A RU 2748595 C1 RU2748595 C1 RU 2748595C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sorbent
temperature
brick
treated
fraction
Prior art date
Application number
RU2020134214A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анастасия Сергеевна Уварова
Ирина Андреевна Виткалова
Евгений Сергеевич Пикалов
Олег Григорьевич Селиванов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ)
Priority to RU2020134214A priority Critical patent/RU2748595C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2748595C1 publication Critical patent/RU2748595C1/en

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
    • B01J20/10—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate
    • B01J20/16—Alumino-silicates
    • 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
    • B01J20/32—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • 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
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/58—Treatment of water, waste water, or sewage by removing specified dissolved compounds
    • C02F1/62—Heavy metal compounds

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

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to a meth od for producing an aluminosilicate sorbent for purifying natural and waste waters from ions of Pb(II), Cd(II), Mn(II), Zn(II), Cu(II), Co(II), Ni(II), Fe(III) and Cr(III), and as the initial aluminosilicate material, a broken ceramic brick is used, and heat treatment consists in heating the sorbent to a temperature of 250°C for 45 minutes and holding at this temperature for 45 minutes, with the following production technology sorbent: brick breakage is crushed with the selection of a fraction with a particle size of 1-2 mm, which is then dried to constant weight at a temperature of at least 100°C; for the specified fraction of brick scraps, heat treatment is carried out, then the fraction of brick scraps is treated with a solution of hydrochloric acid with a concentration of 0.5 mol/l at a ratio of 1 g of sorbent per 30 ml of solution for 1.5 hours at a temperature of 30°C, it is again heat-treated, after of this, the fraction of brick scraps is treated with a sodium hydroxide solution with a concentration of 0.5 mol/l at a ratio of 1 g of sorbent per 40 ml of solution at a temperature of 30°C, and upon completion it is heat-treated.
EFFECT: invention improves the method for producing an aluminosilicate sorbent.
1 cl, 2 tbl, 4 ex

Description

Изобретение относится к области очистки воды от ионов тяжелых металлов методом сорбции и может быть использовано в процессах водоочистки и водоподготовки технической и питьевой воды.The invention relates to the field of water purification from ions of heavy metals by sorption and can be used in the processes of water purification and water treatment of technical and drinking water.

Известны состав и способ для получения гранулированного комбинированного наноструктурированного сорбента [1], который содержит мелкодисперсные сорбционные наполнители: обогащенный глауконит, фуллеренсодержащий шунгит, диатомит, терморасширенный углерод, интеркаллированный графит, активированный уголь или цеолит и связующее - суспензию глауконитовой и бентонитовой муки на водной основе при соотношении от 1:3 до 3:5, соответственно, при влажности суспензии не более 95%. Сорбент получают перемешиванием компонентов при содержании наполнителей от 20 до 60 масс. %, гранулированием массы с последующими сушкой, обжигом при температуре 700°С в течение часа и охлаждением.Known composition and method for producing a granular combined nanostructured sorbent [1], which contains fine sorption fillers: enriched glauconite, fullerene-containing shungite, diatomite, thermally expanded carbon, intercalated graphite, activated carbon or zeolite and a binder - a suspension of glauconite and mucous a ratio from 1: 3 to 3: 5, respectively, with a suspension moisture content of not more than 95%. The sorbent is obtained by mixing the components with the content of fillers from 20 to 60 wt. %, granulation of the mass followed by drying, firing at a temperature of 700 ° C for an hour and cooling.

Преимуществом данных сорбентов является возможность использования алюмосиликатного сырья (глауконита, бентонитовой глины диатомита, цеолита) с высоким содержанием обменных катионов. Недостатками получаемого сорбента является использование природного сырья высокого качества (бентонитовой глины), использование в ряде случаев дефицитного углеродного сырья с трудоемкой предварительной подготовкой (фуллеренсодержащий шунгит, терморасширенный углерод, интеркаллированный графит), низкая степень десорбции основного компонента (глауконита) и сравнительно высокая температура обработки, повышающая энергоемкость производства. Для данного сорбента в зависимости от соотношения компонентов и применяемых наполнителей характерны низкие значения степеней очистки для одних ионов и высокие степени очистки для других с большим разбросом между значениями с неэффективными минимальными значениями (например, степени очистки от ионов железа изменяются в диапазоне от 45 до 98%).The advantage of these sorbents is the possibility of using aluminosilicate raw materials (glauconite, bentonite clay, diatomite, zeolite) with a high content of exchangeable cations. The disadvantages of the obtained sorbent are the use of high quality natural raw materials (bentonite clay), the use in some cases of scarce carbon raw materials with laborious preliminary preparation (fullerene-containing shungite, thermally expanded carbon, intercalated graphite), a low degree of desorption of the main component (glauconite) and a relatively high processing temperature, increasing the energy intensity of production. For this sorbent, depending on the ratio of components and used fillers, low values of the degrees of purification for some ions and high degrees of purification for others with a large spread between values with ineffective minimum values are characteristic (for example, the degrees of purification from iron ions vary in the range from 45 to 98% ).

Известен способ получения сорбента для очистки сточных вод от многокомпонентных загрязнений [2], заключающийся в смешивании 30-50 мас. % водной суспензии бентонитовой глины (состав, %: SiO2=49,58; Al2O3=18,55; Fe2O3=5,75; MgO=4,89; CaO=2,24; TiO2=0,558; K2O=0,952; Na2O=3,159; Cr2O3=0,041), имеющей соотношение глина : вода = 3: 5, и 50-70 мас. % отходов табачно-махорочного производства в виде табачной пыли и гранулировании получаемой массы. Гранулы подвергают химической обработке при помощи 5-25%-го раствора серной кислоты в течение 45-60 мин и термической обработке при температуре 300-750°С в течение 210-240 мин. После остывания сорбент промывают и ведут сушку в естественных условиях до влажности 2-3%.A known method of producing a sorbent for purifying wastewater from multicomponent contaminants [2], which consists in mixing 30-50 wt. % of an aqueous suspension of bentonite clay (composition,%: SiO 2 = 49.58; Al 2 O 3 = 18.55; Fe 2 O 3 = 5.75; MgO = 4.89; CaO = 2.24; TiO 2 = 0.558; K 2 O = 0.952; Na 2 O = 3.159; Cr 2 O 3 = 0.041), having a clay: water ratio = 3: 5, and 50-70 wt. % waste of tobacco-makhorka production in the form of tobacco dust and granulation of the resulting mass. The granules are subjected to chemical treatment with a 5-25% sulfuric acid solution for 45-60 minutes and heat treatment at a temperature of 300-750 ° C for 210-240 minutes. After cooling, the sorbent is washed and dried under natural conditions to a moisture content of 2-3%.

Преимуществами данного сорбента является использование глинистого сырья с высоким содержанием обменных катионов, возможность использования вторичного сырья для его получения, повышение сорбционной емкости за счет термокислотной модификации и достаточно высокие степени очистки от ионов железа (95%) и меди (97%). Недостатками данного сорбента являются использование высококачественного природного сырья, многостадийность и длительность производства сорбента, продолжительность которого лимитируется сушкой в естественных условиях, а также высокая энергоемкость производства из-за длительной обработки при сравнительно высокой температуре.The advantages of this sorbent are the use of clay raw materials with a high content of exchangeable cations, the possibility of using secondary raw materials for its production, an increase in the sorption capacity due to thermoacid modification, and rather high degrees of purification from iron (95%) and copper (97%) ions. The disadvantages of this sorbent are the use of high-quality natural raw materials, the multistage and duration of the sorbent production, the duration of which is limited by drying in natural conditions, as well as the high energy consumption of production due to prolonged processing at a relatively high temperature.

Известен способ получения сорбента для извлечения соединений тяжелых металлов из сточных вод [3]. Для получения сорбента предварительно получают смесь гидразингидрата и моноэтаноламина в мольном соотношении 10: 1 и растворяют в нем серу при мольном соотношении сера : моноэтаноламин = 6:1 при температуре 60-65°С. Цеолит клиноптиолитового типа вводят в полученный раствор при температуре 20-25°С и мольном соотношении цеолит : сера = 5:1. Затем проводят обработку всей смеси 1,2,3-трихлорпропаном при мольном соотношении 1,2,3-трихлорпропан : сера = 1: 3 с последующими фильтрованием, промывкой и сушкой сорбента.A known method of obtaining a sorbent for the extraction of heavy metal compounds from wastewater [3]. To obtain a sorbent, a mixture of hydrazine hydrate and monoethanolamine is preliminarily obtained in a molar ratio of 10: 1 and sulfur is dissolved in it at a molar ratio of sulfur: monoethanolamine = 6: 1 at a temperature of 60-65 ° C. Zeolite of clinoptiolite type is introduced into the resulting solution at a temperature of 20-25 ° C and a molar ratio of zeolite: sulfur = 5: 1. Then the whole mixture is treated with 1,2,3-trichloropropane at a molar ratio of 1,2,3-trichloropropane: sulfur = 1: 3, followed by filtration, washing and drying of the sorbent.

Преимуществом данного сорбента является использование алюмосиликатного сырья (цеолита клиноптиолитового типа) с высоким содержанием обменных катионов формирование на поверхности сорбента сетки из серосодержащего полимера с высоким сродством к ионам тяжелых металлов. Недостатками данного материала являются многостадийность процесса получения и многокомпонентный набор реагентов для активации. При использовании данного сорбента получают достаточно высокие степени очистки от ионов никеля (80-98%), свинца (86-92%) и ртути (75-87%) при низких степенях очистки от ионов меди (44-57%), кадмия (50-52%) и цинка (42-54%).The advantage of this sorbent is the use of aluminosilicate raw materials (clinopthiolite-type zeolite) with a high content of exchangeable cations, the formation on the sorbent surface of a network of sulfur-containing polymer with a high affinity for heavy metal ions. The disadvantages of this material are the multistage production process and a multicomponent set of reagents for activation. When using this sorbent, sufficiently high degrees of purification from nickel ions (80-98%), lead (86-92%) and mercury (75-87%) are obtained at low degrees of purification from copper ions (44-57%), cadmium ( 50-52%) and zinc (42-54%).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ очистки воды от ионов тяжелых металлов [4]. Способ заключается в получении сорбента на основе цеолитсодержащего трепела (состав, %: SiO2=62,6; Al2O3=19,6; СаО=8,17%; MnO=2,2%; Na2O=1,5%; K2O=1,82%) [4]. Сначала цеолит прокаливают при температуре 800-900°С в течение 45 мин. Затем прокаленный сорбент обрабатывают раствором кислоты с концентрацией 0,5-1 моль/л в течение 1,5 ч при температуре 30°С. Затем сорбент прокаливают в течение 1,5 ч при температуре 600°С и обрабатывают раствором щелочи с концентрацией 0,5-1 моль/л в течение 1,5 ч при температуре 30°С. Обработанный щелочью сорбент прокаливают при температуре 600°С в течение 1,5 ч.Closest to the proposed invention is a method of water purification from heavy metal ions [4]. The method consists in obtaining a sorbent based on zeolite-containing tripoli (composition,%: SiO 2 = 62.6; Al 2 O 3 = 19.6; CaO = 8.17%; MnO = 2.2%; Na 2 O = 1, 5%; K 2 O = 1.82%) [4]. First, the zeolite is calcined at a temperature of 800-900 ° C for 45 minutes. Then the calcined sorbent is treated with an acid solution with a concentration of 0.5-1 mol / l for 1.5 h at a temperature of 30 ° C. Then the sorbent is calcined for 1.5 h at a temperature of 600 ° C and treated with an alkali solution with a concentration of 0.5-1 mol / l for 1.5 h at a temperature of 30 ° C. The alkali-treated sorbent is calcined at a temperature of 600 ° C for 1.5 h.

Преимуществами данного сорбента являются применение природного алюмосиликатного сырья (цеолитсодержащего трепела) с высоким содержанием обменных катионов повышение сорбционной емкости за счет комплексной термохимической модификации поверхности и высокие степени очистки от ионов никеля (98,1%), кобальта (97,5%), цинка (98,5%) и меди (99,4%). Недостатками данного сорбента являются многостадийность получения и высокая температура обработки, что повышает энергоемкость получения материала.The advantages of this sorbent are the use of natural aluminosilicate raw materials (zeolite-containing tripoli) with a high content of exchangeable cations, an increase in the sorption capacity due to the complex thermochemical modification of the surface and a high degree of purification from nickel ions (98.1%), cobalt (97.5%), zinc ( 98.5%) and copper (99.4%). The disadvantages of this sorbent are the multistage production and high processing temperature, which increases the energy consumption of the material.

Задачами, на решение которых направлено предлагаемое изобретение, являются применение техногенных отходов на основе алюмосиликатов и снижение температуры термообработки для утилизации отходов с получением сорбента низкой стоимости и высокой эффективностью очистки воды от ионов Pb(II), Cd(II), Mn(II), Zn(II), Cu(II), Co(II), Ni(II), Fe(III) и Cr(III).The tasks to be solved by the present invention are the use of technogenic waste based on aluminosilicates and a decrease in the temperature of heat treatment for waste disposal to obtain a sorbent of low cost and high efficiency of water purification from Pb (II), Cd (II), Mn (II) ions, Zn (II), Cu (II), Co (II), Ni (II), Fe (III) and Cr (III).

Для достижения поставленных задач в заявляемом изобретении предлагается в качестве исходного сырья вместо цеолитсодержащего трепела применять кирпичный бой и проводить его термообработку при температуре 250°С. В заявляемом способе получения сорбента предлагается применять бой керамического кирпича, в частности рядового керамического кирпича, который измельчается в шаровой мельнице с отбором фракции с размером частиц от 1 до 2 мм, которая затем высушивается до постоянной массы при температуре не менее 100°С. Указанную фракцию кирпичного боя нагревают в термошкафу или муфельной печи до 250°С в течение 45 мин и выдерживают при этой температуре в течение 45 мин. Затем указанная фракция кирпичного боя обрабатывается раствором соляной кислоты концентрацией 0,5 моль/л при соотношении 1 г сорбента на 30 мл раствора в течение 1,5 ч при температуре 30°С в термостате. После этого указанную фракцию кирпичного боя повторно нагревают в термошкафу или муфельной печи до 250°С в течение 45 мин и выдерживают при этой температуре в течение 45 мин. Затем указанную фракцию кирпичного боя обрабатывают раствором гидроксида натрия концентрацией 0,5 моль/л при соотношении 1 г сорбента на 40 мл раствора в течение 1,5 ч при температуре 30°С в термостате. Потом указанную фракцию кирпичного боя вновь нагревают в термошкафу или муфельной печи до 250°С в течение 45 мин и выдерживают при этой температуре в течение 45 мин.To achieve the set objectives in the claimed invention, it is proposed as a raw material instead of zeolite-containing tripoli to use brick breakage and carry out its heat treatment at a temperature of 250 ° C. In the claimed method for producing a sorbent, it is proposed to use a ceramic brick break, in particular an ordinary ceramic brick, which is crushed in a ball mill with the selection of a fraction with a particle size of 1 to 2 mm, which is then dried to constant weight at a temperature of at least 100 ° C. The specified fraction of the broken brick is heated in a heating cabinet or muffle furnace to 250 ° C for 45 minutes and kept at this temperature for 45 minutes. Then the specified fraction of the brick scraps is treated with a solution of hydrochloric acid with a concentration of 0.5 mol / l at a ratio of 1 g of sorbent per 30 ml of solution for 1.5 h at a temperature of 30 ° C in a thermostat. Thereafter, the specified fraction of the broken brick is reheated in a heating cabinet or muffle furnace to 250 ° C for 45 minutes and kept at this temperature for 45 minutes. Then the specified fraction of the brick is treated with a sodium hydroxide solution with a concentration of 0.5 mol / l at a ratio of 1 g of sorbent per 40 ml of solution for 1.5 h at a temperature of 30 ° C in a thermostat. Then the specified fraction of the broken brick is again heated in a heating cabinet or muffle furnace to 250 ° C for 45 minutes and kept at this temperature for 45 minutes.

Применение кирпичного боя в качестве исходного сырья для получения сорбента позволяет вместо природного алюмосиликатного сырья применять техногенный отход, который также является алюмосиликатным материалом, содержит гидроксильную оболочку, способствующую электростатическому притяжению ионов тяжелых металлов к поверхности сорбента, содержит обменные катионы кальция и магния. Микропористая структура частиц кирпичного боя обеспечивает высокую площадь контакта между поверхностью сорбента и очищаемой водой. В тоже время применения кирпичного боя способствует снижению стоимости сорбента, дает возможность вместо регенерации сорбента проводить замены отработанного сорбента на свежие порции сорбента. Кроме того, предлагаемый способ способствует решению проблемы утилизации кирпичного боя, являющегося крупнотоннажным отходом с высокими темпами накопления и недостаточно большой востребованностью в различных технологиях переработки отходов.The use of brick breakers as a raw material for the production of a sorbent makes it possible to use technogenic waste instead of natural aluminosilicate raw materials, which is also an aluminosilicate material, contains a hydroxyl shell that promotes electrostatic attraction of heavy metal ions to the sorbent surface, and contains exchangeable calcium and magnesium cations. The microporous structure of the broken brick particles provides a high contact area between the sorbent surface and the water to be purified. At the same time, the use of brick strips helps to reduce the cost of the sorbent, makes it possible, instead of regenerating the sorbent, to replace the spent sorbent with fresh portions of the sorbent. In addition, the proposed method contributes to solving the problem of recycling brick breakage, which is a large-tonnage waste with high accumulation rates and insufficient demand in various waste processing technologies.

Выбор температуры обработки кирпичного боя направлен на снижение энергоемкости способа получения сорбента. Сорбент, обработанный при температуре 250°С, обладает более высокой адсорбционной емкостью по сравнению с необработанным кирпичным боем и сорбентами, обработанными при более высоких температурах. Термообработка кирпичного боя способствует удалению структурно и адсорбционно связанной воды в микропорах частиц кирпичного боя, что способствует проникновению очищаемой воды в микропоры, свободные от остаточной влажности. Термообработка при более высоких температурах приводит к спеканию сорбента, что снижает его микропористость и понижает площадь контакта между поверхностью сорбента и очищаемой водой. Влияние температуры обработки на эффективность применения получаемого сорбента без химической модификации на примере очистки модельных растворов от ионов Fe3+ показано в табл. 1.The choice of the processing temperature for brick scraps is aimed at reducing the energy consumption of the sorbent production method. Sorbent treated at a temperature of 250 ° C has a higher adsorption capacity compared to untreated brick breakage and sorbents treated at higher temperatures. Heat treatment of brick scraps helps to remove structurally and adsorptively bound water in the micropores of the particles of brick scraps, which promotes the penetration of purified water into micropores free from residual moisture. Heat treatment at higher temperatures leads to sintering of the sorbent, which reduces its microporosity and reduces the contact area between the sorbent surface and the water to be purified. The effect of the treatment temperature on the efficiency of using the obtained sorbent without chemical modification is shown in Table 1 by the example of purification of model solutions from Fe 3+ ions. one.

Figure 00000001
Figure 00000001

Выбор стадий термохимической обработки и их последовательность направлены на получение высоких степеней очистки воды от ионов тяжелых металлов. При обработке поверхности сорбента раствором соляной кислоты или раствором гидроксида натрия происходит частичное растворение поверхностного слоя, что способствует формированию развитой поверхности частиц сорбента, увеличению объема и размеров пор, открытию части закрытых пор, а, следовательно, повышает площадь контакта между поверхностью сорбента и очищаемой водой.The choice of stages of thermochemical treatment and their sequence are aimed at obtaining high degrees of water purification from heavy metal ions. When the surface of the sorbent is treated with a solution of hydrochloric acid or a solution of sodium hydroxide, the surface layer is partially dissolved, which contributes to the formation of a developed surface of the sorbent particles, an increase in the volume and size of pores, the opening of a part of closed pores, and, consequently, increases the contact area between the surface of the sorbent and the water being purified.

Кроме того, при обработке кирпичного боя раствором соляной кислоты происходит замещение ионов кальция и магния, входящих в состав минеральных фаз кирпичного боя, в поверхностном слое частиц и пор частиц кирпичного боя на ионы водорода кислоты, что способствует получению выраженной H-формы поверхности сорбента, повышению скорости и сорбционной емкости керамического материала. В свою очередь при обработке кирпичного боя раствором гидроксида натрия происходит замена ионов водорода на ионы натрия в гидроксильных оболочках на поверхности частиц и пор частиц кирпичного боя, что также способствует улучшению сорбционных характеристик и обеспечивает получение наружного слоя сорбента в Na-форме. Термообработка, проводимая после реагентной обработки, наряду с удалением остаточной влажности позволяет исключить стадию промывки сорбента.In addition, when processing brick breakage with a solution of hydrochloric acid, calcium and magnesium ions, which are part of the mineral phases of brick breakage, are replaced in the surface layer of particles and pores of particles of brick breakage with acid hydrogen ions, which contributes to obtaining a pronounced H-form of the sorbent surface, increasing speed and sorption capacity of ceramic material. In turn, when processing brick scraps with sodium hydroxide solution, hydrogen ions are replaced by sodium ions in hydroxyl shells on the surface of particles and pores of brick scraps, which also improves the sorption characteristics and provides an outer sorbent layer in the Na-form. The heat treatment carried out after the reagent treatment, along with the removal of residual moisture, makes it possible to exclude the stage of washing the sorbent.

В тоже время последовательное проведение термообработки, обработки соляной кислотой, термообработки, обработки гидроксидом натрия, термообработки позволяет получить сорбент с поверхностным слоем в H-форме и наружным слоем в Na-форме. При последовательном проведении термообработки, обработки гидроксидом натрия, термообработки, обработки соляной кислотой, термообработки будет происходить обмен между ионами водорода кислоты и ионами натрия в наружном слое, а также ионами кальция и магния в поверхностном слое - в результате будет образовываться наружный слой в ОН-форме, как у исходного кирпичного боя, и поверхностный слой в H-форме которая будет менее выраженной и с поверхностным слоем меньшей толщины по сравнению с термокислотной обработкой.At the same time, sequential heat treatment, hydrochloric acid treatment, heat treatment, sodium hydroxide treatment, heat treatment makes it possible to obtain a sorbent with a surface layer in the H-form and an outer layer in the Na-form. With sequential heat treatment, sodium hydroxide treatment, heat treatment, hydrochloric acid treatment, heat treatment, there will be an exchange between acid hydrogen ions and sodium ions in the outer layer, as well as calcium and magnesium ions in the surface layer - as a result, the outer layer in the OH-form will be formed , as in the original brick fight, and the surface layer in the H-form, which will be less pronounced and with a surface layer of less thickness compared to the thermoacid treatment.

Обоснованность и преимущества заявляемого изобретения основаны на измерении степеней очистки модельных растворов от ионов Pb(II), Cd(II), Mn(II), Zn(II), Cu(II), Co(II), Ni(II), Fe(III) и Cr(III) при помощи сорбентов, полученных по разным методам термохимической обработки, могут быть проиллюстрированы следующими примерами:The validity and advantages of the claimed invention are based on measuring the degrees of purification of model solutions from ions of Pb (II), Cd (II), Mn (II), Zn (II), Cu (II), Co (II), Ni (II), Fe (III) and Cr (III) using sorbents obtained by different methods of thermochemical treatment can be illustrated by the following examples:

1. Предварительно высушенную фракцию кирпичного боя с размером частиц 1-2 мм подвергают термообработке при температуре 250°С, обрабатывают раствором соляной кислоты и вновь проводят термообработку при температуре 250°С по предлагаемому способу и применяют в качестве сорбента.1. The pre-dried fraction of brick scraps with a particle size of 1-2 mm is subjected to heat treatment at a temperature of 250 ° C, treated with a solution of hydrochloric acid, and again heat treatment is carried out at a temperature of 250 ° C according to the proposed method and used as a sorbent.

2. Предварительно высушенную фракцию кирпичного боя с размером частиц 1-2 мм подвергают термообработке при температуре 250°С, обрабатывают раствором гидроксида натрия и вновь проводят термообработку при температуре 250°С по предлагаемому способу и применяют в качестве сорбента.2. The pre-dried fraction of brick scraps with a particle size of 1-2 mm is subjected to heat treatment at a temperature of 250 ° C, treated with a sodium hydroxide solution, and again heat treatment is carried out at a temperature of 250 ° C according to the proposed method and used as a sorbent.

3. Предварительно высушенную фракцию кирпичного боя с размером частиц 1-2 мм подвергают термообработке при температуре 250°С, обрабатывают раствором соляной кислоты, вновь проводят термообработку при температуре 250°С, обрабатывают раствором гидроксида натрия, снова проводят термообработку при температуре 250°С по предлагаемому способу и применяют в качестве сорбентаю.3. A pre-dried fraction of brick scraps with a particle size of 1-2 mm is subjected to heat treatment at a temperature of 250 ° C, treated with a solution of hydrochloric acid, again heat treatment is carried out at a temperature of 250 ° C, treated with a sodium hydroxide solution, again heat treatment is carried out at a temperature of 250 ° C according to the proposed method and used as a sorbentai.

4. Предварительно высушенную фракцию кирпичного боя с размером частиц 1-2 мм подвергают термообработке при температуре 250°С, обрабатывают раствором гидроксида натрия, вновь проводят термообработку при температуре 250°С, обрабатывают раствором соляной кислоты, снова проводят термообработку при температуре 250°С по предлагаемому способу и применяют в качестве сорбента.4. The pre-dried fraction of brick scraps with a particle size of 1-2 mm is subjected to heat treatment at a temperature of 250 ° C, treated with a sodium hydroxide solution, heat treatment is again carried out at a temperature of 250 ° C, treated with a hydrochloric acid solution, and heat treatment is again carried out at a temperature of 250 ° C according to the proposed method and used as a sorbent.

Степени очистки модельных растворов от ионов Pb(II), Cd(II), Mn(II), Zn(II), Cu(II), Co(II), Ni(II), Fe(III) и Cr(III) сорбентами, полученных разными методами термохимической обработки, представлены в табл. 2.Degrees of purification of model solutions from Pb (II), Cd (II), Mn (II), Zn (II), Cu (II), Co (II), Ni (II), Fe (III) and Cr (III) ions sorbents obtained by different methods of thermochemical treatment are presented in table. 2.

Figure 00000002
Figure 00000002

Технико-экономическая эффективность заявляемого изобретения по сравнению с известным способом позволяет получить сорбент для эффективной очистки природных и сточных вод от ионов тяжелых металлов при одновременном снижении энергоемкости способа получения сорбента за счет снижения температуры термообработки и уменьшении стоимости сорбента за счет использования в качестве исходного сырья кирпичного боя, являющегося техногенным отходом алюмосиликатного состава. Кроме снижения стоимости сорбента применение кирпичного боя по предлагаемому способу способствует решению проблемы утилизации данного крупнотоннажного отхода и позволяет не проводить регенерации сорбента в виду его низкой стоимости и доступности сырья для его получения.The technical and economic efficiency of the claimed invention in comparison with the known method makes it possible to obtain a sorbent for effective purification of natural and waste waters from heavy metal ions while reducing the energy consumption of the method for producing a sorbent by reducing the temperature of heat treatment and reducing the cost of the sorbent due to the use of brick breakage as a raw material , which is a technogenic waste of aluminosilicate composition. In addition to reducing the cost of the sorbent, the use of brick chips according to the proposed method helps to solve the problem of utilizing this large-tonnage waste and allows not to regenerate the sorbent due to its low cost and the availability of raw materials for its production.

Источники информацииInformation sources

1. Патент на изобретение №2482911, кл. B01J 20/00, B01J 20/12, B01J 20/30, В82В 3/00, 2013.1. Patent for invention No. 2482911, cl. B01J 20/00, B01J 20/12, B01J 20/30, В82В 3/00, 2013.

2. Патент на изобретение №2644880, кл. B01J 20/24, B01J 20/12, B01J 20/30, 2018.2. Patent for invention No. 2644880, cl. B01J 20/24, B01J 20/12, B01J 20/30, 2018.

3. Патент на изобретение №2624319, кл. B01J 20/18, B01J 20/32, 2017.3. Patent for invention No. 2624319, cl. B01J 20/18, B01J 20/32, 2017.

4. Патент на изобретение №2567650, кл. C02F 1/62, C02F 1/28, B01J 20/14, C02F 101/20, 2015.4. Patent for invention No. 2567650, cl. C02F 1/62, C02F 1/28, B01J 20/14, C02F 101/20, 2015.

Claims (3)

Способ получения алюмосиликатного сорбента для очистки природных и сточных вод от ионов Pb(II), Cd(II), Mn(II), Zn(II), Cu(II), Co(II), Ni(II), Fe(III) и Cr(III), отличающийся тем, что в качестве исходного алюмосиликатного материала применяется бой керамического кирпича, а термообработка заключается в нагреве сорбента до температуры 250°С в течение 45 мин и выдержке при этой температуре в течение 45 мин, при следующей технологии получения сорбента:A method of obtaining an aluminosilicate sorbent for purifying natural and waste waters from ions of Pb (II), Cd (II), Mn (II), Zn (II), Cu (II), Co (II), Ni (II), Fe (III) ) and Cr (III), characterized in that the breakage of ceramic bricks is used as the initial aluminosilicate material, and the heat treatment consists in heating the sorbent to a temperature of 250 ° C for 45 min and holding at this temperature for 45 min, with the following production technology sorbent: - кирпичный бой измельчается с отбором фракции с размером частиц 1-2 мм, которая затем высушивается до постоянной массы при температуре не менее 100 °С;- brick breakage is crushed with the selection of a fraction with a particle size of 1-2 mm, which is then dried to constant weight at a temperature of at least 100 ° C; - для указанной фракции кирпичного боя проводится термообработка, затем фракция кирпичного боя обрабатывается раствором соляной кислоты концентрацией 0,5 моль/л при соотношении 1 г сорбента на 30 мл раствора в течение 1,5 ч при температуре 30°С, вновь проводится ее термообработка, после этого фракция кирпичного боя обрабатывается раствором гидроксида натрия концентрацией 0,5 моль/л при соотношении 1 г сорбента на 40 мл раствора при температуре 30°С, а по завершении проводится ее термообработка.- for the specified fraction of brick scraps, heat treatment is carried out, then the fraction of brick scraps is treated with a solution of hydrochloric acid with a concentration of 0.5 mol / l at a ratio of 1 g of sorbent per 30 ml of solution for 1.5 hours at a temperature of 30 ° C, it is again heat-treated, after that, the fraction of the brick scraps is treated with a sodium hydroxide solution with a concentration of 0.5 mol / l at a ratio of 1 g of sorbent per 40 ml of solution at a temperature of 30 ° C, and upon completion it is heat-treated.
RU2020134214A 2020-10-17 2020-10-17 Method for producing aluminosilicate sorbent for purification of natural and waste waters from heavy metal ions RU2748595C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020134214A RU2748595C1 (en) 2020-10-17 2020-10-17 Method for producing aluminosilicate sorbent for purification of natural and waste waters from heavy metal ions

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020134214A RU2748595C1 (en) 2020-10-17 2020-10-17 Method for producing aluminosilicate sorbent for purification of natural and waste waters from heavy metal ions

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2748595C1 true RU2748595C1 (en) 2021-05-27

Family

ID=76033990

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020134214A RU2748595C1 (en) 2020-10-17 2020-10-17 Method for producing aluminosilicate sorbent for purification of natural and waste waters from heavy metal ions

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2748595C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2797375C1 (en) * 2022-06-20 2023-06-05 Елена Александровна Деньгина Method for producing composite sorbent for wastewater treatment based on mining and processing waste

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130037488A1 (en) * 2010-07-14 2013-02-14 King Abdulaziz City For Science And Technology Adsorbent for adsorption of heavy metals in waste water
RU2482911C1 (en) * 2011-12-22 2013-05-27 Виктор Геннадиевич Сержантов Composition for producing pelletised nanostructured sorbent and method to this end
RU2567650C1 (en) * 2014-06-04 2015-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный университет-учебно-производственный комплекс" (ФГБОУ ВПО "Госуниверситет-УНПК") Method of purifying water from heavy metal ions
RU2624319C1 (en) * 2016-03-30 2017-07-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Method of obtaining a sorbent to extract heavy metals from wastewater
RU2644880C1 (en) * 2017-03-14 2018-02-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) Method for obtaining sorbent for purifying wastewater from multicomponent pollutants

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130037488A1 (en) * 2010-07-14 2013-02-14 King Abdulaziz City For Science And Technology Adsorbent for adsorption of heavy metals in waste water
RU2482911C1 (en) * 2011-12-22 2013-05-27 Виктор Геннадиевич Сержантов Composition for producing pelletised nanostructured sorbent and method to this end
RU2567650C1 (en) * 2014-06-04 2015-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный университет-учебно-производственный комплекс" (ФГБОУ ВПО "Госуниверситет-УНПК") Method of purifying water from heavy metal ions
RU2624319C1 (en) * 2016-03-30 2017-07-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Method of obtaining a sorbent to extract heavy metals from wastewater
RU2644880C1 (en) * 2017-03-14 2018-02-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) Method for obtaining sorbent for purifying wastewater from multicomponent pollutants

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2797375C1 (en) * 2022-06-20 2023-06-05 Елена Александровна Деньгина Method for producing composite sorbent for wastewater treatment based on mining and processing waste

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9382133B2 (en) Adsorbent composite from natural raw materials to remove heavy metals from water
RU2482911C1 (en) Composition for producing pelletised nanostructured sorbent and method to this end
AU3429399A (en) Water treatment product and method
Deng et al. Formation of NaP zeolite from fused fly ash for the removal of Cu (II) by an improved hydrothermal method
JP2007506535A (en) Granules made of sintered crushed glass
CN102963953A (en) Method for treating coal washing wastewater
Hasan et al. Synthesis of KCC-1 using rice husk ash for Pb removal from aqueous solution and petrochemical wastewater
CN112371080A (en) Mesoporous adsorption material and preparation method and application thereof
CN102963951A (en) Method for treating papermaking wastewater
RU2748595C1 (en) Method for producing aluminosilicate sorbent for purification of natural and waste waters from heavy metal ions
RU2277013C1 (en) Water treatment sorbents preparation method
CN102951697A (en) Method for treating electroplating wastewater
JP2683225B2 (en) Method for producing activated carbon and method for using the activated carbon for water treatment
WO2006011191A1 (en) Anion adsorbent, process for producing the same and method of water treatment
JPS6259973B2 (en)
RU2797375C1 (en) Method for producing composite sorbent for wastewater treatment based on mining and processing waste
RU2241536C2 (en) Sorbent preparation method
JP2002003208A (en) Method for refining hydrogen gas
RU2031705C1 (en) Method for sorbent production
RU2682599C1 (en) Method for producing a mineral-based sorbent
CN114768754B (en) Preparation and regeneration methods and application of adsorption-selective Mg/Al layered double hydroxide formed adsorption particles
KR100425780B1 (en) The manufacture method of adsorbent by hydrothermal reaction of MSWI fly ash
KR100527036B1 (en) Method for Manufacturing Absorbent Capable of Absorbing Heavy Metal Using MSWI Fly Ash and Admixture
KR0182996B1 (en) Absorbent for treating heavy metal using clay mineral
KR950007214B1 (en) Coagulant for waste water treatment