RU2775549C1 - Method for sorption extraction of chromium (vi) from aqueous solutions on mechano-activated graphite - Google Patents
Method for sorption extraction of chromium (vi) from aqueous solutions on mechano-activated graphite Download PDFInfo
- Publication number
- RU2775549C1 RU2775549C1 RU2021112619A RU2021112619A RU2775549C1 RU 2775549 C1 RU2775549 C1 RU 2775549C1 RU 2021112619 A RU2021112619 A RU 2021112619A RU 2021112619 A RU2021112619 A RU 2021112619A RU 2775549 C1 RU2775549 C1 RU 2775549C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sorbent
- solution
- chromium
- sorption
- treatment
- Prior art date
Links
- JOPOVCBBYLSVDA-UHFFFAOYSA-N chromium(6+) Chemical compound [Cr+6] JOPOVCBBYLSVDA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 23
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical class [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 20
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 238000000605 extraction Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000008351 acetate buffer Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- -1 chromium (VI) ions Chemical class 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 4
- 239000002352 surface water Substances 0.000 description 4
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 3
- 230000003472 neutralizing Effects 0.000 description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000002378 acidificating Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000004137 mechanical activation Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 1
- 230000000711 cancerogenic Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 231100000357 carcinogen Toxicity 0.000 description 1
- 239000003183 carcinogenic agent Substances 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 230000001427 coherent Effects 0.000 description 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 125000000896 monocarboxylic acid group Chemical group 0.000 description 1
- SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);titanium(4+) Chemical class [O-2].[O-2].[Ti+4] SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static Effects 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- 231100000167 toxic agent Toxicity 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области извлечения веществ из растворов с использованием сорбентов, в частности, извлечения токсичных соединений хрома (VI) углеродными материалами.The invention relates to the field of extraction of substances from solutions using sorbents, in particular, the extraction of toxic compounds of chromium (VI) carbon materials.
Сточные воды, образующиеся в результате промышленной деятельности - основной источник ионов хрома (VI) в поверхностных водах суши. Хром (VI) является канцерогеном и экотоксикантом, его максимально допустимая концентрация (ПДК) в воде довольно низкая - 0,05 мг/л. Разработка недорогих и эффективных методов удаления хрома (VI) из воды является актуальной задачей.Wastewater from industrial activities is the main source of chromium (VI) ions in land surface waters. Chromium (VI) is a carcinogen and ecotoxicant, its maximum allowable concentration (MAC) in water is rather low - 0.05 mg/l. The development of inexpensive and efficient methods for removing chromium (VI) from water is an urgent task.
Известен способ очистки сточных вод от ионов хрома (VI) (RU №2547756, МПК C02F 1/28, B01J 20/20, опубл. 10.04.2015), включающий пропускание сточных вод через слой адсорбента при 0,5≤рН≤0,9, где в качестве адсорбента используют углеродный адсорбент с размером частиц 0,5-2 мм при суммарной пористости не менее 0,5 см3/г и удельной поверхности не менее 500 м2/г, полученный на основе длиннопламенного каменного угля.A known method of wastewater treatment from chromium (VI) ions (RU No. 2547756, IPC C02F 1/28, B01J 20/20, publ. 04/10/2015), including passing wastewater through an adsorbent layer at 0.5≤рН≤0, 9, where a carbon adsorbent with a particle size of 0.5-2 mm is used as an adsorbent with a total porosity of at least 0.5 cm 3 /g and a specific surface of at least 500 m 2 /g, obtained on the basis of long-flame coal.
Недостатками данного способа является значительное отличие оптимального значения рН сорбции от типичных значений рН поверхностных и грунтовых вод, необходимость создания оптимальной среды с помощью концентрированных кислот.The disadvantages of this method is a significant difference between the optimal pH value of sorption from the typical pH values of surface and groundwater, the need to create an optimal environment using concentrated acids.
Известен также способ адсорбции хрома (VI) на активированном угле, включающий обработку адсорбента и раствора, контакт адсорбента и раствора, адсорбцию на активированном угле в слабокислой или кислой среде при регулировании рН непрерывной нейтрализацией раствора до оптимальных значений (RU №2091318, МПК C02F 1/28, опубл. 27.09.01997).There is also known a method of adsorption of chromium (VI) on activated carbon, including processing of the adsorbent and solution, contact of the adsorbent and solution, adsorption on activated carbon in a weakly acidic or acidic environment while adjusting the pH by continuously neutralizing the solution to optimal values (RU No. 2091318, IPC C02F 1/ 28, published 09/27/01997).
Недостатками данного способа является необходимость регулирования процесса путем непрерывной нейтрализации раствора до оптимальных значений pH добавлением определенного количества нейтрализатораThe disadvantages of this method is the need to regulate the process by continuously neutralizing the solution to optimal pH values by adding a certain amount of neutralizer
Наиболее близким к данному изобретению является способ сорбционного извлечения хрома (VI) из водных растворов, включающий обработку раствора неорганическим сорбентом на основе диоксида титана при воздействии ультрафиолетового излучения, с последующим отделением сорбента, где в качестве сорбента используют механоактивированный диоксид титана, отделение сорбента проводят путем коагуляции при нагревании до 50°С и выдержке в течение 30 минут (RU №2740685, МПК С22В 34/32, С22В 3/24, C02F 101/22, C02F 1/32, опубл. 19.01.2021).Closest to this invention is a method for the sorption extraction of chromium (VI) from aqueous solutions, including treatment of the solution with an inorganic sorbent based on titanium dioxide under the influence of ultraviolet radiation, followed by separation of the sorbent, where mechanically activated titanium dioxide is used as a sorbent, the separation of the sorbent is carried out by coagulation when heated to 50°C and held for 30 minutes (RU No. 2740685, IPC S22V 34/32, S22V 3/24, C02F 101/22, C02F 1/32, published on January 19, 2021).
Данный способ позволяет извлекать хром (VI) из его водных растворов с содержанием 50 мг/л практически полностью - на 98%, проводится при pH=5, ненамного отличающемся от нормативного значения pH поверхностных вод суши (pH=6.5-8.5), и не требует постоянного регулирования процесса с помощью добавления нейтрализатора (проводится в среде буферного раствора), однако сорбцию приходится проводить в течение 3 часов и необходима достаточно высокая концентрация сорбента в растворе - 16.7 г/л. При этом достигаемая максимальная емкость сорбента (согласно модели Ленгмюра) невысока - 3.8 мг хрома на 1 г сорбента.This method allows you to extract chromium (VI) from its aqueous solutions with a content of 50 mg / l almost completely - by 98%, is carried out at pH = 5, which is not much different from the standard pH value of land surface waters (pH = 6.5-8.5), and does not requires constant regulation of the process by adding a neutralizer (carried out in a buffer solution), however, sorption has to be carried out for 3 hours and a sufficiently high concentration of the sorbent in the solution is required - 16.7 g/l. At the same time, the maximum sorbent capacity achieved (according to the Langmuir model) is low - 3.8 mg of chromium per 1 g of sorbent.
Техническим результатом заявляемого изобретения является в сокращении времени очистки воды от ионов хрома (VI), уменьшении необходимой массы сорбента на 1 л воды, а также повышении максимальной емкости сорбента.The technical result of the claimed invention is to reduce the time of water purification from chromium (VI) ions, reduce the required mass of the sorbent per 1 liter of water, and increase the maximum capacity of the sorbent.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе сорбционного извлечения хрома (VI) из водных растворов на механоактивированном графите, включающем обработку раствора сорбентом его с последующим отделением, согласно изобретению раствор подвергают обработке при pH 6,3 в среде ацетатного буфера, где в качестве сорбента используют термически обработанный при температуре 250°С в течение двух суток механоактивированный графит с размером кристаллитов не более 10 нм, при массовом соотношении сорбент: раствор 1:150, нагревают раствор до 90°С в течение часа и отделяют сорбент путем фильтрования.This technical result is achieved by the fact that in the method of sorption extraction of chromium (VI) from aqueous solutions on mechanically activated graphite, including treatment of the solution with a sorbent followed by separation, according to the invention, the solution is treated at pH 6.3 in an acetate buffer medium, where as a sorbent mechanically activated graphite with a crystallite size of not more than 10 nm is used, thermally treated at a temperature of 250°C for two days, at a mass ratio of sorbent: solution 1:150, the solution is heated to 90°C for an hour and the sorbent is separated by filtration.
Совокупность признаков использования в качестве сорбента термически обработанного при температуре 250°С в течение двух суток механоактивированного графита с размером кристаллитов не более 10 нм, pH ацетатного буфера равный 6,3 и нагрев раствора до 90°С позволяет достигать высокой степени сорбции хрома (VI) (более 98%) и помогает избежать необходимости регулирования процесса путем непрерывной нейтрализации раствора до оптимальных значений pH добавлением нейтрализатора (в области pH ниже 3.5 и свыше 6.3 пользоваться ацетатным буфером невозможно) при невысоком расходе сорбента.The combination of signs of using mechanically activated graphite with a crystallite size of not more than 10 nm as a sorbent as a sorbent at a temperature of 250 ° C for two days, an acetate buffer pH of 6.3 and heating the solution to 90 ° C allows achieving a high degree of sorption of chromium (VI) (more than 98%) and helps to avoid the need to regulate the process by continuously neutralizing the solution to optimal pH values by adding a neutralizer (in the pH range below 3.5 and above 6.3, it is impossible to use an acetate buffer) at a low consumption of the sorbent.
Проведение процесса при поддержании заявляемого массового соотношения механоактивированного графита и раствора 1:150 позволяет достигать высокой степени сорбции (более 98%) в течение 1 часа.Carrying out the process while maintaining the claimed mass ratio of mechanically activated graphite and solution 1:150 allows you to achieve a high degree of sorption (more than 98%) within 1 hour.
Зависимость степени сорбции хрома (VI) от pH с использованием механоактивированного графита (размер кристаллитов не более 10 нм) продемонстрирован на рисунке 1.The dependence of the degree of sorption of chromium (VI) on pH using mechanically activated graphite (crystallite size no more than 10 nm) is shown in Figure 1.
Обработка раствора в данных условиях способствует достижению максимальной степени извлечения хрома из раствора (более 98%) и максимальной емкости сорбента - 37 мг хрома на 1 г сорбента.Treatment of the solution under these conditions contributes to the achievement of the maximum degree of extraction of chromium from the solution (more than 98%) and the maximum capacity of the sorbent - 37 mg of chromium per 1 g of sorbent.
Способ осуществляют следующим образом.The method is carried out as follows.
Спектрально чистый графит подвергают механоактивации под контролем размера областей когерентного рассеяния (размеров кристаллитов) методом рентгеновской дифракции, до достижения размера не более 10 нм. После этого графит термически обрабатывают - выдерживают при температуре 250°С двое суток. Сорбцию хрома (VI) из водных растворов проводят в статическом режиме при нагревании на электрической плите при температуре 90°С в течение часа. Соотношение твердой (графит) и жидкой фаз (водный раствор) составляет 100 мг сорбента к 15 мл раствора хрома (VI) концентрацией 50 мг/л. После сорбции фазы разделяют путем фильтрования.Spectrally pure graphite is subjected to mechanical activation under the control of the size of coherent scattering regions (crystallite sizes) by X-ray diffraction, until the size is not more than 10 nm. After that, graphite is thermally treated - kept at a temperature of 250 ° C for two days. Sorption of chromium (VI) from aqueous solutions is carried out in static mode when heated on an electric stove at a temperature of 90°C for an hour. The ratio of solid (graphite) and liquid phases (aqueous solution) is 100 mg of sorbent to 15 ml of chromium (VI) solution with a concentration of 50 mg/l. After adsorption, the phases are separated by filtration.
Высокая степень сорбции при этом сохраняется, сорбция ведется при pH, близком к нормативным для поверхностных вод суши.At the same time, a high degree of sorption is maintained; sorption is carried out at a pH close to the normative for land surface waters.
Пример 1. Степень сорбции хрома (VI) в среде ацетатного буфера в зависимости от pHExample 1. The degree of sorption of chromium (VI) in an acetate buffer medium depending on pH
Показатель pH в диапазоне от 3,5 до 6,3 раствора с концентрацией хрома (VI) 50 мг/л устанавливают в ацетатном буфере (смесь 1 М CH3COONa и 1 М СН3СООН). В 15 мл приготовленного раствора помещают навеску сорбента 100 мг. Для протекания сорбции полученную суспензию 1 ч нагревают на электроплите при 90°С.The pH in the range from 3.5 to 6.3 solution with a concentration of chromium (VI) 50 mg/l set in acetate buffer (a mixture of 1 M CH 3 COONa and 1 M CH 3 COOH). In 15 ml of the prepared solution, a weighed portion of the
Методом атомной эмиссии с индуктивно связанной плазмой определяют остаточное содержание хрома (VI) в растворах после вышеуказанной процедуры сорбции, предварительно отделив твердую фазу от жидкой путем фильтрования с помощью бумажного фильтра «зеленая лента».The method of atomic emission with inductively coupled plasma determines the residual content of chromium (VI) in solutions after the above sorption procedure, after separating the solid phase from the liquid by filtering with a green tape paper filter.
Степень сорбции (R) хрома (VI) рассчитывают как отношение разницы между исходным и остаточным содержанием хрома (VI) в растворе к исходному содержанию, в %.The degree of sorption (R) of chromium (VI) is calculated as the ratio of the difference between the initial and residual content of chromium (VI) in solution to the initial content, in%.
Результаты представлены на рисунке 1, который демонстрирует, что максимальная степень сорбции (99%) хрома (VI) достигается в среде ацетатного буфера при pH 6,3.The results are presented in Figure 1, which demonstrates that the maximum degree of sorption (99%) of chromium (VI) is achieved in an acetate buffer medium at pH 6.3.
Пример 2. Влияние времени сорбции и массового соотношения сорбент/раствор на степень сорбцииExample 2. Effect of sorption time and mass ratio of sorbent/solution on the degree of sorption
Сорбция хрома (VI) из 15 мл его водного раствора с концентрацией 50 мг/л с pH=6,3 (установлено с помощью ацетатного буферного раствора) с добавлением 25-500 мг рутила с или без механоактивации проводилась в течение 0-1 часа при нагреве на электроплите при 90°С (0 часов - сорбент и раствор были перемешаны и сразу же отфильтрованы).Sorption of chromium (VI) from 15 ml of its aqueous solution with a concentration of 50 mg/l with pH=6.3 (established using an acetate buffer solution) with the addition of 25-500 mg of rutile with or without mechanical activation was carried out for 0-1 hour at heating on an electric stove at 90°C (0 hours - the sorbent and solution were mixed and immediately filtered).
Результаты, представленные в таблице 1, демонстрируют, что время сорбции 1 час и соотношение сорбент/раствор 1:150 являются необходимыми и достаточными условиями для эффективного (более 99%) удаления хрома (VI) из водных растворов.The results presented in Table 1 demonstrate that a sorption time of 1 hour and a sorbent/solution ratio of 1:150 are necessary and sufficient conditions for efficient (more than 99%) removal of chromium (VI) from aqueous solutions.
В данных условиях построена изотерма сорбции хрома (VI) на механоактивированном графите (рисунок 2). На ее основании вычислена максимальная емкость данного сорбента - 37 мг хрома на 1 г сорбента.Under these conditions, an isotherm of sorption of chromium (VI) on mechanically activated graphite was built (Figure 2). On its basis, the maximum capacity of this sorbent was calculated - 37 mg of chromium per 1 g of sorbent.
Основным преимуществом предлагаемого способа перед способом, представленном в прототипе, является высокая степень сорбции хрома (VI) и более высокая емкость сорбента при меньшем времени сорбции.The main advantage of the proposed method over the method presented in the prototype is a high degree of sorption of chromium (VI) and a higher capacity of the sorbent with less sorption time.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2775549C1 true RU2775549C1 (en) | 2022-07-04 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2469958C1 (en) * | 2011-06-17 | 2012-12-20 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Composition for wastewater purification |
| CN105884100B (en) * | 2016-06-08 | 2019-01-22 | 浙江奇彩环境科技股份有限公司 | A kind of processing method of heavy metal wastewater thereby |
| RU2740685C1 (en) * | 2020-08-11 | 2021-01-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук (ИМЕТ УрО РАН) | Method of sorption extraction of chromium (vi) from aqueous solutions |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2469958C1 (en) * | 2011-06-17 | 2012-12-20 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Composition for wastewater purification |
| CN105884100B (en) * | 2016-06-08 | 2019-01-22 | 浙江奇彩环境科技股份有限公司 | A kind of processing method of heavy metal wastewater thereby |
| RU2740685C1 (en) * | 2020-08-11 | 2021-01-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук (ИМЕТ УрО РАН) | Method of sorption extraction of chromium (vi) from aqueous solutions |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Driehaus et al. | Granular ferric hydroxide—a new adsorbent for the removal of arsenic from natural water | |
| Zheng et al. | Adsorption of Cd (II) and Cu (II) from aqueous solution by carbonate hydroxylapatite derived from eggshell waste | |
| US7445718B2 (en) | Removal of arsenic from drinking and process water | |
| US8679349B2 (en) | Heavy metal removal from waste streams | |
| Ando et al. | Removal of musty-odorous compounds in water and retained in algal cells through water purification processes | |
| JP4440323B1 (en) | Leached water purification method and purification device | |
| KR101344235B1 (en) | Adsorbent for eliminating harmful ions using alum sludge and method for producing the same | |
| RU2775549C1 (en) | Method for sorption extraction of chromium (vi) from aqueous solutions on mechano-activated graphite | |
| Ghrab et al. | Copper adsorption from wasterwater using bone charcoal | |
| JP3262015B2 (en) | Water treatment method | |
| JP2002086160A (en) | Treatment method of fluorine-containing waste water | |
| JP3373033B2 (en) | How to remove phosphorus from water | |
| Tsarenko et al. | Removal of humic substances from aqueous solutions with a photocatalytic membrane reactor | |
| JPH11309448A (en) | Arsenic (iii, v), and fluorine adsorbing filter medium and production thereof | |
| SU1066942A1 (en) | Method of purifying water from viruses | |
| KR101927288B1 (en) | Manufacturing method of surface modified activated carbon and the surface modified activated carbon manufacturing by the method | |
| RU2740685C1 (en) | Method of sorption extraction of chromium (vi) from aqueous solutions | |
| Loc | Phosphate removal from aqueous solution by using modified sludge from water treatment plant | |
| RU2763824C1 (en) | Wastewater purifying method | |
| RU2809345C1 (en) | Method for processing liquid radioactive waste | |
| RU2085499C1 (en) | Method of cleaning waste water from phenols | |
| Gerba et al. | Enhancement of poliovirus adsorption in wastewater onto activated carbon | |
| JP2006159123A (en) | Purification agent for organic arsenic compound contamination water and purification method | |
| Mutlu et al. | Removal of natural organic matter from drinking water by hybrid coagulation/adsorption-membrane filtration | |
| JP2899697B1 (en) | Method for treating wastewater containing molybdenum compound and / or antimony compound |