RU2798979C1 - Method for making an adsorbent for water purification from nickel (ii) and other heavy metals - Google Patents

Method for making an adsorbent for water purification from nickel (ii) and other heavy metals Download PDF

Info

Publication number
RU2798979C1
RU2798979C1 RU2022110322A RU2022110322A RU2798979C1 RU 2798979 C1 RU2798979 C1 RU 2798979C1 RU 2022110322 A RU2022110322 A RU 2022110322A RU 2022110322 A RU2022110322 A RU 2022110322A RU 2798979 C1 RU2798979 C1 RU 2798979C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
zeolite
heulandite
adsorbent
calcium
tsc
Prior art date
Application number
RU2022110322A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Дмитриевич Чугунов
Елена Геннадьевна Филатова
Юрий Николаевич Пожидаев
Сергей Николаевич Адамович
Елизавета Николаевна Оборина
Игорь Алексеевич Ушаков
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ")
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ")
Application granted granted Critical
Publication of RU2798979C1 publication Critical patent/RU2798979C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to a method for producing an adsorbent for the extraction of nickel (II) ions and can be used in mining, ore-dressing, electroplating, metallurgical, oil, chemical, petrochemical industries. A method is presented for obtaining an adsorbent for water purification from nickel (II), including modification of a zeolite with an organosilicon compound, characterized in that the calcium heulandite zeolite of a fraction of 0.5-1.0 mm, previously dried at a temperature of 150°C, treated with a 10-12% hydrochloric acid solution at a temperature of 120-150°C for 24 hours, then the resulting suspension is filtered and washed with distilled water until the neutral reaction, the resulting activated calcium heulandite ZH-HCl is dried to constant weight; after that, calcium heulandite is modified with a 1% solution of 1-(3-triethoxysilylpropyl)thiosemicarbazide TSC in hexane when heated to 50°C and stirring for 1 hour, then the resulting modified calcium heulandite ZH-HCl-TSC is filtered off and washed with hexane in an amount of 3.3 ml per 1 g of zeolite, dried in air for 12 hours and then in an oven at 110°C within 1 hour.
EFFECT: increased sorption activity of the adsorbent with respect to nickel ions due to the active functional groups of the modifier, which are soft bases, in accordance with the theory of hard and soft acids and bases.
1 cl, 2 dwg, 2 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к способам получения адсорбентов для извлечения ионов никеля (поверхностных и сточных вод). Может быть применено в горнодобывающей, рудообогатительной, гальванической, металлургической, нефтедобывающей, химической, нефтехимической промышленности; утечек нефти и нефтепродуктов, сельскохозяйственных удобрений, свалок твердых бытовых отходов и муниципальных сточных вод.The invention relates to methods for producing adsorbents for the extraction of nickel ions (surface and waste water). Can be applied in mining, ore processing, electroplating, metallurgical, oil, chemical, petrochemical industries; leaks of oil and oil products, agricultural fertilizers, solid waste landfills and municipal wastewater.

Одной из важнейших экологических проблем является загрязнение сточных и поверхностных вод промышленными, сельскохозяйственными и бытовыми отходами, содержащих ионы тяжелых металлов. Среди основных загрязнителей можно выделить ионы никеля. Для удаления высоких концентраций тяжелых металлов широко применяют реагентные и флотационные методы. Для тонкой очистки, до норм СанПин применяются ионообменные и сорбционные методы.One of the most important environmental problems is the pollution of waste and surface waters with industrial, agricultural and household wastes containing heavy metal ions. Nickel ions can be distinguished among the main pollutants. Reagent and flotation methods are widely used to remove high concentrations of heavy metals. For fine cleaning, up to SanPin standards, ion-exchange and sorption methods are used.

Перспективными адсорбентами являются минералы цеолитовой структуры как дешевые и доступные материалы. Однако природные цеолиты характеризуются низкой сорбционной емкостью и гидрофобностью и нуждаются в модифицировании.Promising adsorbents are minerals of the zeolite structure as cheap and available materials. However, natural zeolites are characterized by low sorption capacity and hydrophobicity and need to be modified.

Известен способ очистки воды от ионов тяжелых металлов (RU №2567650, МПК C02F 1/62, C02F 1/28, B01J 20/14, C02F 101/20, опубликовано 10.11.2015), который предназначен для удаления меди, никеля, кобальта и цинка в ионной форме путем обработки природного цеолита, раствором соляной кислоты в концентрации 0,5-1 моль/л.A known method of water purification from heavy metal ions (RU No. 2567650, IPC C02F 1/62, C02F 1/28, B01J 20/14, C02F 101/20, published 11/10/2015), which is designed to remove copper, Nickel, cobalt and zinc in ionic form by treating natural zeolite with a solution of hydrochloric acid at a concentration of 0.5-1 mol/l.

Недостаток данного способа заключается в относительно малой адсорбционной емкости, а также необходимости дополнительных стадий обработки раствором гидроксидом натрия, трехстадийного (предварительного, промежуточного и завершающего) прокаливания цеолита при 600-900°С в течении долго времени (45-90 мин.).The disadvantage of this method lies in the relatively low adsorption capacity, as well as the need for additional stages of treatment with sodium hydroxide solution, three-stage (preliminary, intermediate and final) calcination of the zeolite at 600-900°C for a long time (45-90 min.).

Общим признаком заявляемого изобретения с аналогом является использование соляной кислоты для предварительной обработки адсорбента при удалении ионов тяжелых металлов из водных растворов.A common feature of the claimed invention with analogue is the use of hydrochloric acid for pre-treatment of the adsorbent when removing heavy metal ions from aqueous solutions.

В качестве модификаторов можно использовать азот- и серосодержащие вещества, образующие комплексные соединения с ионами извлекаемых металлов.As modifiers, nitrogen- and sulfur-containing substances can be used, which form complex compounds with ions of the extracted metals.

Известен способ получения сорбента для очистки водных растворов от ионов тяжелых металлов (RU №2563011, МПК B01J 20/12, B01J 20/30, опубликовано 10.09.2015), предназначенный для удаления ионов меди, цинка, кадмия и свинца, 100 мл 0,04 М раствора родамина Б при комнатной температуре, кислой среде в течение 60 мин.A known method of obtaining a sorbent for the purification of aqueous solutions from heavy metal ions (RU No. 2563011, IPC B01J 20/12, B01J 20/30, published 09/10/2015), designed to remove ions of copper, zinc, cadmium and lead, 100 ml 0, 04 M solution of rhodamine B at room temperature, acidic medium for 60 min.

Недостаток данного способа заключается в недостаточном закреплении модификатора на алюмосиликатном материале, низкой гидрофобизации и адсорбционной емкости по металлам, необходимости предварительной промывке адсорбента дистиллированной водой для удаления растворимых в воде примесей до отрицательной реакции на хлориды, сушке готового продукта в течении 3 часов при температуре 100-105°C в сушильном шкафу.The disadvantage of this method is the insufficient fixation of the modifier on the aluminosilicate material, low hydrophobization and adsorption capacity for metals, the need for preliminary washing of the adsorbent with distilled water to remove water-soluble impurities until a negative reaction to chlorides, drying the finished product for 3 hours at a temperature of 100-105 °C in the oven.

Общим признаком заявляемого изобретения с аналогом является использование азотсодержащего соединения в качестве модификатора при удалении ионов тяжелых металлов из водных растворов.A common feature of the claimed invention with analogue is the use of a nitrogen-containing compound as a modifier in the removal of heavy metal ions from aqueous solutions.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению и принятый за прототип является способ очистки сточных вод от тяжелых металлов методом адсорбции, фильтрующий материал (сорбент) и способ получения сорбента (RU №2524111, МПК B01J 20/10, опубликовано 27.07.2014). Цеолит подвергают модификации воздействием ГМДС в толуоле в массовом соотношении 1-1,5 г ГМДС на 100 г цеолита в толуоле при температуре 20°С в течение 30 минут. Полученный модифицированный цеолит после отделения толуола высушивали на открытом воздухе и затем в течение 6 часов - в муфельной печи при температуре 110°С. Полученный цеолит используется для очистки вод от никеля(II) и цинка(II).The closest in technical essence and the achieved result to the claimed invention and taken as a prototype is a method for cleaning wastewater from heavy metals by adsorption, a filter material (sorbent) and a method for obtaining a sorbent (RU No. 2524111, IPC B01J 20/10, published on 07/27/2014 ). The zeolite is modified by the action of HMDS in toluene in a mass ratio of 1-1.5 g of HMDS per 100 g of zeolite in toluene at a temperature of 20°C for 30 minutes. The obtained modified zeolite after separation of toluene was dried in the open air and then for 6 hours in a muffle furnace at a temperature of 110°C. The resulting zeolite is used to purify water from nickel(II) and zinc(II).

Недостатком данного способа является малая сорбционная емкость получаемого адсорбента по тяжелым металлам (99 мг/г никеля и 95 мг/г цинка) и применимость только при малых концентрациях металла в воде (менее 1 мг/л). Увеличение соотношения ГМДС:цеолит выше 1,5:100 требует больший расход ГМДС и снижает сорбционную емкость получаемого цеолита. Уменьшение соотношения менее 1:100 также приводит к снижению сорбционной активности.The disadvantage of this method is the low sorption capacity of the resulting adsorbent for heavy metals (99 mg/g nickel and 95 mg/g zinc) and applicability only at low metal concentrations in water (less than 1 mg/l). An increase in the ratio of HMDS:zeolite above 1.5:100 requires a greater consumption of HMDS and reduces the sorption capacity of the resulting zeolite. Reducing the ratio less than 1:100 also leads to a decrease in sorption activity.

Общим признаком заявляемого изобретения с прототипом является использование азотсодержащего кремнийорганического соединения, обеспечивающего хорошее закрепление модификатора на цеолите и его гидрофобность; отсутствие стадии предварительной сушки или прокаливания цеолита, содержащего связанную воду, а также применение неабсолютизированного неполярного растворителя, позволяющего добиться максимального и равномерного покрытия цеолита слоем модификатором.A common feature of the claimed invention with the prototype is the use of nitrogen-containing organosilicon compounds, providing good fixing of the modifier on the zeolite and its hydrophobicity; the absence of a stage of pre-drying or calcination of the zeolite containing bound water;

Задача заявляемого изобретения заключается в получении цеолитсодержащего адсорбента с высокой емкостью по металлам.The objective of the claimed invention is to obtain a zeolite-containing adsorbent with a high metal capacity.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении сорбционной активности адсорбента по отношению к ионам никеля за счет активных функциональных групп модификатора, которые являются мягкими основаниями, в соответствии с теорией жестких и мягких кислот и оснований. Высокая адсорбционная способность модифицированного цеолита связана как с вовлечением пор и активных центров цеолита, так и активных групп иммобилизованного модификатора на поверхности цеолита.The technical result of the claimed invention is to increase the sorption activity of the adsorbent in relation to nickel ions due to the active functional groups of the modifier, which are soft bases, in accordance with the theory of hard and soft acids and bases. The high adsorption capacity of the modified zeolite is associated both with the involvement of pores and active centers of the zeolite and active groups of the immobilized modifier on the surface of the zeolite.

Технический результат достигается тем, что цеолит фракции 0,5-1,0 мм, предварительно высушенный при температуре 150°С, обрабатывают 10-12%-ным раствором соляной кислоты при температуре 120-150°С в течении 24 часов, затем полученную суспензию фильтруют и промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции, полученные активированные цеолиты ZH-HCl сушат до постоянного веса; после этого цеолит модифицируют 1%-ным раствором 1-(3-триэтоксисилилпропил)тиосемикарбазида TSC в среде гексана при нагревании до 50°С и перемешивании в течение 1 часа, затем полученный модифицированный цеолит отфильтровывают и промывают гексаном в количестве 3,3 мл на 1 г цеолита, сушат на воздухе в течение 12 часов и далее - в сушильном шкафу при 110°С в течение 1 часа.The technical result is achieved by the fact that the zeolite fraction 0.5-1.0 mm, previously dried at a temperature of 150°C, is treated with a 10-12% hydrochloric acid solution at a temperature of 120-150°C for 24 hours, then the resulting suspension filtered and washed with distilled water until neutral, the obtained activated zeolites ZH-HCl are dried to constant weight; after that, the zeolite is modified with a 1% solution of 1-(3-triethoxysilylpropyl)thiosemicarbazide TSC in hexane when heated to 50°C and stirred for 1 hour, then the resulting modified zeolite is filtered off and washed with hexane in an amount of 3.3 ml per 1 g of zeolite, dried in air for 12 hours and then in an oven at 110°C for 1 hour.

Отличием от прототипа является также использование в качестве природного цеолита гейландита кальция (ZH) Холинского месторождения Ca[Al2Si7O18] ⋅ 6H2O, содержащий 25-30% (масс.) калиевого шпата KAlSi3O8 в виде примесной породы, а также его фракционирование и отбор фракции 0,5-1,0 мм, которую затем перед модификацией предварительно обрабатывают раствором 10-12%-ой соляной кислоты при температуре 120-150°С в течении 24 часов с последующей фильтрацией суспензии, промывкой цеолита дистиллированной водой до нейтральной реакции и сушкой на воздухе.The difference from the prototype is also the use as a natural zeolite calcium heulandite (ZH) Kholinsky deposit Ca[Al 2 Si 7 O 18 ] ⋅ 6H 2 O containing 25-30% (wt.) potassium spar KAlSi 3 O 8 in the form of an impurity rock , as well as its fractionation and selection of a fraction of 0.5-1.0 mm, which is then pre-treated with a solution of 10-12% hydrochloric acid at a temperature of 120-150 ° C for 24 hours before modification, followed by filtering the suspension, washing the zeolite distilled water until neutral and air dried.

Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «новизна».The presence of distinctive features allows us to conclude that the claimed invention complies with the condition of patentability "novelty".

В результате предварительной обработки соляной кислотой происходит растворение алюминия (процесс деалюминации) и примесей в порах, частичного вытеснения ионов Ca2+ из слоев цеолита-сырца, что увеличивает его микропористость и площадь внешней поверхности, доступной для последующего закрепления модификатора. As a result of pre-treatment with hydrochloric acid, aluminum is dissolved (the process of dealumination) and impurities in the pores, Ca 2+ ions are partially displaced from the raw zeolite layers, which increases its microporosity and the outer surface area available for the subsequent fixation of the modifier.

Модификатор TSC синтезируется из смеси 0,1 моль 1-(3-аминопропил)-триэтоксисилана и тиосемикарбазида в присутствии 0,1 г катализатора (NH4)2SO4 реакцией конденсации, указанной на фиг. 1. Синтез проводится в колбе при 150°С в течение 3 часов до прекращения выделения аммиака. TSC - вязкая жидкость, желтоватого цвета, выход которой составляет 97%. 1-(3-аминопропил)-триэтоксисилан и тиосемикарбазид являются товарными продуктами и имеют относительно низкую стоимость 100-150 $/кг.The TSC modifier is synthesized from a mixture of 0.1 mol of 1-(3-aminopropyl)-triethoxysilane and thiosemicarbazide in the presence of 0.1 g of catalyst (NH4)2SO4 the condensation reaction indicated in Fig. 1. Synthesis is carried out in a flask at 150°C for 3 hours until the release of ammonia ceases. TSC is a yellowish viscous liquid with a yield of 97%. 1-(3-aminopropyl)-triethoxysilane and thiosemicarbazide are commercial products and have a relatively low cost of $100-150/kg.

Иммобилизация TSC на поверхности цеолита осуществлялась посредством прибавления 3 г воздушно-сухого цеолита ZH к 27 г гексана. К смеси небольшими порциями в течение 10 мин. прибавляли 0,27 г TSC. Смесь нагревали до 50°С при перемешивании в течение 1 ч. Продукт фильтровали и промывали гексаном (3,3 мл на 1 г цеолита) для удаления избытка свободного TSC. Затем цеолит с иммобилизованным TSC сушили на воздухе в течение 12 часов и далее в сушильном при 110°C в течение 1 часа Immobilization of TSC on the surface of the zeolite was carried out by adding 3 g of air-dry ZH zeolite to 27 g of hexane. To the mixture in small portions for 10 minutes. 0.27 g TSC was added. The mixture was heated to 50° C. with stirring for 1 hour. The product was filtered and washed with hexane (3.3 ml per 1 g of zeolite) to remove excess free TSC. Then the zeolite with immobilized TSC was dried in air for 12 hours and then in a dryer at 110°C for 1 hour.

Модификация цеолита является результатом взаимодействия между TSC и гидроксильными группами цеолитного материала и протекает в несколько стадий, показанных на фиг. 2, и включает в себя: The modification of the zeolite is the result of the interaction between the TSC and the hydroxyl groups of the zeolite material and proceeds in several steps shown in FIG. 2, and includes:

- реакцию гидролиза TSC, приводящая к образованию соответствующего силанола (a);- the hydrolysis reaction of TSC, leading to the formation of the corresponding silanol (a);

- реакцию конденсации силанола с гидроксильной группой цеолита, приводящая к образованию силанольного интермедиата (b);- condensation reaction of silanol with the hydroxyl group of the zeolite, leading to the formation of silanol intermediate (b);

- реакцию конденсации следующей молекулы силанола, как с гидрроксильной группой интермедиата, так и с ОН-группой цеолита, ведущая к образованию цепей -O-Si-O-Si-O- (c).- condensation reaction of the next silanol molecule, both with the hydroxyl group of the intermediate and with the OH group of the zeolite, leading to the formation of -O-Si-O-Si-O- chains (c).

В результате модификации происходит образования на поверхности цеолита самосборных функциональных силоксановых слоев-пленок. Модифицированный цеолит, полученный таким образом, представляет собой твердое вещество красно-коричневого цвета.As a result of the modification, self-assembled functional siloxane layers-films are formed on the surface of the zeolite. The modified zeolite thus obtained is a red-brown solid.

Использование водно-спиртовых растворов TSC приводит к высокой скорости гидролитической поликонденсации TSC, что приводит (в условиях растворитель спирт:вода=9:1) к образованию механической смеси цеолита и продукта поликонденсации модификатора. Фиксация модификатора на поверхности цеолита в данных условиях затруднена. При проведении процесса в среде гексана в отсутствие дополнительной влаги реакции гидролиза и конденсации TSC реализуются только на поверхности цеолита, что приводит к получению целевого продукта - модифицированного цеолита. Подтверждением этому служит тот факт, что раствор TSC в гексане после окончания процесса модификации остается прозрачным и не содержит твердых продуктов гидролитической поликонденсации TSC. Оставшийся раствор TSC в гексане устойчив при длительном хранении и, после корректировки по содержанию модификатора, может быть использован повторно.The use of water-alcohol solutions of TSC leads to a high rate of hydrolytic polycondensation of TSC, which leads (under solvent conditions alcohol:water=9:1) to the formation of a mechanical mixture of zeolite and modifier polycondensation product. Fixation of the modifier on the surface of the zeolite under these conditions is difficult. When the process is carried out in a hexane environment in the absence of additional moisture, the reactions of hydrolysis and condensation of TSC are realized only on the surface of the zeolite, which leads to the production of the target product - a modified zeolite. This is confirmed by the fact that the solution of TSC in hexane after the end of the modification process remains transparent and does not contain solid products of hydrolytic polycondensation of TSC. The remaining solution of TSC in hexane is stable during long-term storage and, after adjusting for the content of the modifier, can be reused.

Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной и смежных областях не позволило выявить источники, содержащие сведения об известностной совокупности всех отличительных признаков заявляемого технического решения.Comparison of the proposed technical solution not only with the prototype, but also with other technical solutions in this and related fields did not allow to identify sources containing information about the known totality of all the distinctive features of the proposed technical solution.

Новая совокупность признаков заявляемого способа получения адсорбента: использование гейландита кальция, его фракционирование, предварительная обработка раствором соляной кислоты и модифицирование раствором в гексане 1-(3-триэтоксисилилпропил)тиосемикарбазида позволяют получить адсорбент с сорбционной емкостью по никелю равной 165,7 мг/г, что на 67,4% больше чем в прототипе. Поэтому можно сделать вывод о том, что заявляемое изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».A new set of features of the proposed method for producing an adsorbent: the use of calcium heulandite, its fractionation, pretreatment with a solution of hydrochloric acid and modification with a solution in hexane of 1-(3-triethoxysilylpropyl)thiosemicarbazide make it possible to obtain an adsorbent with a nickel sorption capacity of 165.7 mg/g, which 67.4% more than in the prototype. Therefore, we can conclude that the claimed invention meets the condition of patentability "inventive step".

Способ осуществляется следующим образом.The method is carried out as follows.

В качестве сырья для получения сорбента был использован цеолита гейландита кальция Ca[Al2Si7O18]*6H2O. Цеолит фракционировали на ситах, отбирали фракцию 0,5-1,0 мм, которую подвергали действию 10-12%-ой соляной кислоты при температуре 120-150°С в течении 24 часов с последующей фильтрацией, промывкой и сушкой цеолита на воздухе. Модифицирование полученного адсорбента проводили 1%-ным раствором 1-(3-триэтоксисилилпропил)тиосемикарбазида (TSC) в среде гексана при нагревании до 50°С и перемешивании в течение 1 часа. Модифицированный цеолит отфильтровывали и промывали гексаном (3,3 мл на 1 г цеолита), сушили на воздухе в течение 12 часов и далее в сушильном шкафу при 110°С в течение 1 часа. Исходный цеолит не подвергался предварительному высушиванию, а гексан абсолютированию, присутствие влаги, связанной в цеолите и гексане, достаточно для процесса модификации.Calcium heulandite zeolite Ca[Al 2 Si 7 O 18 ] * 6H 2 O was used as a raw material for obtaining the sorbent. The zeolite was fractionated on sieves, a fraction of 0.5–1.0 mm was taken, which was hydrochloric acid at a temperature of 120-150°C for 24 hours, followed by filtration, washing and air drying of the zeolite. The obtained adsorbent was modified with a 1% solution of 1-(3-triethoxysilylpropyl)thiosemicarbazide (TSC) in hexane at heating to 50°C and stirring for 1 hour. The modified zeolite was filtered off and washed with hexane (3.3 ml per 1 g of zeolite), dried in air for 12 hours and then in an oven at 110°C for 1 hour. The original zeolite was not subjected to preliminary drying, and hexane was not subjected to absolute, the presence of moisture bound in zeolite and hexane is sufficient for the modification process.

Заявляемый способ иллюстрируется следующими примерамиThe claimed method is illustrated by the following examples

Пример 1. Активирование цеолита.Example 1. Zeolite activation.

Фракцию 0,5-1,0 мм гейландита кальция (данный размер частиц выбран, потому что позволяет получить максимальное значение адсорбции ионов Ni(II) и обеспечить оптимальную скорость фильтрации при очистке сточных вод), предварительно прогретого до постоянной массы при температуре 150°С, обрабатывают 10-12%-ным раствором соляной кислоты в течении 24 часов. Берется 200 мл раствора на 10 г цеолита. Затем суспензию фильтруют и промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции. Полученные активированные цеолиты ZH-HCl сушат до постоянного веса. Концентрация кислоты 10-12%-ой соляной кислоты, температура 120-150°С и время 24 часа выбраны, потому что позволяют максимально улучшить текстурные характеристики природного минерала (таблица 1).A fraction of 0.5-1.0 mm of calcium heulandite (this particle size was chosen because it allows obtaining the maximum adsorption of Ni (II) ions and ensuring the optimal filtration rate in wastewater treatment), preheated to constant weight at a temperature of 150 ° C , treated with a 10-12% hydrochloric acid solution for 24 hours. Take 200 ml of solution per 10 g of zeolite. Then the suspension is filtered and washed with distilled water until neutral. The obtained activated zeolites ZH-HCl are dried to constant weight. The acid concentration of 10-12% hydrochloric acid, the temperature of 120-150°C and the time of 24 hours are chosen because they allow to maximize the textural characteristics of the natural mineral (table 1).

Таблица 1 - Текстурные характеристики люмосиликатовTable 1 - Textural characteristics of lumosilicates ХарактеристикаCharacteristic ZHZH ZH -HClZH-HCl Удельная поверхность, м2Specific surface, m 2 /g 3333 7575 Удельный объем пор, см3Specific pore volume, cm 3 /g 0,0150.015 0,0360.036 Средний размер пор, нмAverage pore size, nm 1,81.8 1,61.6

Из представленных данных (таблица 1) видно, что при активировании цеолита 10-12%-ой соляной кислотой при температуре 120-150°С удельная поверхность и удельный объем пор увеличивается более чем в два раза. Средний размер пор сокращается от 1,8 до 1,6 нм.From the presented data (table 1) it can be seen that when the zeolite is activated with 10-12% hydrochloric acid at a temperature of 120-150°C, the specific surface area and specific pore volume increase by more than two times. The average pore size is reduced from 1.8 to 1.6 nm.

При увеличении концентрации соляной кислоты, температуры и времени обработки кислотой текстурные характеристики улучшаются незначительно.With an increase in the concentration of hydrochloric acid, temperature and time of treatment with acid, the textural characteristics improve slightly.

Адсорбционную емкость активированного цеолита ZH-HCl исследовали на модельных растворах, содержащих ионы Ni(II) в статических условиях. Для приготовления модельных растворов использовали соль NiSO4⋅7H2O и дистиллированную воду. Содержание ионов никеля(II) в растворах определяли по стандартным методикам.The adsorption capacity of the activated zeolite ZH-HCl was studied on model solutions containing Ni(II) ions under static conditions. NiSO 4 ⋅ 7H 2 O salt and distilled water were used to prepare model solutions. The content of nickel(II) ions in solutions was determined by standard methods.

Концентрация ионов Ni(II) в растворах изменялась от 1 до 30 мг/л.The concentration of Ni(II) ions in solutions varied from 1 to 30 mg/L.

Объем исследуемых растворов - 0,1 л.The volume of the investigated solutions - 0.1 l.

Масса навески адсорбента 1 г.The weight of the adsorbent sample is 1 g.

Время перемешивания 120 минут.Mixing time 120 minutes.

Величину адсорбции (А, мг/г) вычисляли по уравнению:The adsorption value ( A , mg/g) was calculated by the equation:

Figure 00000001
Figure 00000001

где с 0 и с равн - исходная и равновесная концентрации металла в растворе, мг/л; V - объем раствора, л; m - масса адсорбента, г.where c 0 and c equals the initial and equilibrium concentrations of the metal in the solution, mg/l; V is the volume of the solution, l; m is the mass of the adsorbent, g.

Максимальная величина адсорбции ионов Ni(II) получена при следующих показателях:The maximum adsorption value of Ni(II) ions was obtained with the following indicators:

Исходная концентрация Ni(II)- 25,3 мг/л.The initial concentration of Ni(II) is 25.3 mg/l.

Равновесная концентрация ионов Ni(II) 13,7 мг/лEquilibrium concentration of Ni(II) ions 13.7 mg/l

Величина адсорбции ионов Ni(II) составила при этом 11,6 мг/г.The adsorption value of Ni(II) ions was 11.6 mg/g.

Дальнейшее повышение концентрации ионов Ni(II) не приводит к увеличению адсорбции.A further increase in the concentration of Ni(II) ions does not lead to an increase in adsorption.

Пример 2. Модифицирование цеолита.Example 2 Modification of a zeolite.

Цеолит, фракции 0,5-1,0 мм гейландит кальция, модифицировали 10%-ным раствором TSC в среде гексана при нагревании до 50°С (температура выбрана такой, потому что позволяет наиболее полно растворить TSC в гексане и не допустить их выкипания) и перемешивании в течение 1 часа. Время перемешивания выбрано таким, потому что позволяет добиться максимального покрытия цеолита слоем модификатора. При его увеличении степень покрытия изменяется незначительно. Модифицированный цеолит отфильтровывали и промывали гексаном (3,3 мл на 1 г цеолита позволяет смыть свободный TSC), сушили на воздухе в течение 12 часов и далее в сушильном шкафу при 110°С в течение 1 часа. Времени и температуры сушки достаточно для удаления влаги и паров гексана из цеолита. Адсорбционную емкость модифицированного цеолита AS-TSC определяли на модельных растворах аналогично примеру 1. Первоначально выбранная высокая концентрация TSC 10% не обеспечивает приемлемую величину адсорбции ионов Ni(II), т.к. ведет к излишней агрегации частиц цеолита.Zeolite, fractions of 0.5–1.0 mm calcium heulandite, were modified with a 10% solution of TSC in hexane when heated to 50°C (this temperature was chosen because it allows the most complete dissolution of TSC in hexane and prevents them from boiling away) and stirring for 1 hour. The mixing time was chosen as such, because it allows to achieve maximum coverage of the zeolite with a layer of modifier. With its increase, the degree of coverage changes slightly. The modified zeolite was filtered off and washed with hexane (3.3 ml per 1 g of zeolite allows free TSC to be washed off), air dried for 12 hours and then in an oven at 110° C. for 1 hour. Drying time and temperature is sufficient to remove moisture and hexane vapor from the zeolite. The adsorption capacity of the modified AS-TSC zeolite was determined on model solutions analogously to Example 1. The initially chosen high TSC concentration of 10% does not provide an acceptable adsorption of Ni(II) ions, because leads to excessive aggregation of zeolite particles.

Концентрация ионов Ni(II) в растворах изменялась от 5 до 50 мг/л.The concentration of Ni(II) ions in solutions varied from 5 to 50 mg/l.

Объем исследуемых растворов - 0,1 л.The volume of the investigated solutions - 0.1 l.

Масса навески адсорбента 0,2 г.The weight of the adsorbent sample is 0.2 g.

Время перемешивания 120 минут.Mixing time 120 minutes.

Максимальная величина адсорбции ионов Ni(II) получена при следующих показателях:The maximum adsorption value of Ni(II) ions was obtained with the following indicators:

Исходная концентрация Ni(II)- 49,7 мг/л.The initial concentration of Ni(II) is 49.7 mg/l.

Равновесная концентрация ионов Ni(II) 16,5 мг/лEquilibrium concentration of Ni(II) ions 16.5 mg/l

Величина адсорбции ионов Ni(II) составила при этом 16,6 мг/г.The adsorption value of Ni(II) ions was 16.6 mg/g.

Дальнейшее повышение концентрации ионов Ni(II) не приводит к увеличению адсорбции.A further increase in the concentration of Ni(II) ions does not lead to an increase in adsorption.

Пример 3. Модифицирование активированного цеолита.Example 3 Modification of activated zeolite.

Адсорбент, активированный по примеру 1, модифицировали 0.5 (1.0; 1.8; 3.5; 4.5; 5.8) %-ным раствором TSC в среде гексана при нагревании до 50°С и перемешивании в течение 1 часа. Модифицированный цеолит отфильтровывали и промывали гексаном (3,3 мл на 1 г цеолита), сушили на воздухе в течение 12 часов и далее в сушильном шкафу при 110°С в течение 1 часа. Адсорбционную емкость поученного цеолита ZH-HCl-TSC определяли на модельных растворах аналогично примеру 1, полученные данные представлены в таблице 2.The adsorbent activated according to example 1 was modified with 0.5 (1.0; 1.8; 3.5; 4.5; 5.8) % TSC solution in hexane when heated to 50°C and stirred for 1 hour. The modified zeolite was filtered off and washed with hexane (3.3 ml per 1 g of zeolite), dried in air for 12 hours and then in an oven at 110°C for 1 hour. The adsorption capacity of the obtained zeolite ZH-HCl-TSC was determined on model solutions similarly to example 1, the data obtained are presented in table 2.

Концентрация ионов Ni(II) в растворах изменялась от 5 до 400 мг/л.The concentration of Ni(II) ions in solutions varied from 5 to 400 mg/L.

Объем исследуемого раствора - 0,1 л.The volume of the test solution is 0.1 l.

Масса навески адсорбента 0,2 г.The weight of the adsorbent sample is 0.2 g.

Время перемешивания 120 минут.Mixing time 120 minutes.

Таблица 2. Результаты адсорбцииTable 2. Adsorption results Концентрация
Модификатора TSC, %
Concentration
TSC modifier, %
Максимальная величина адсорбции, мг/гMaximum adsorption value, mg/g
0,50.5 120,6120.6 1,01.0 165,7165.7 1,81.8 135,2135.2 3,53.5 86,586.5 4,54.5 51,151.1 5,85.8 35,235.2

Максимальная величина адсорбции ионов Ni(II) получена при следующих показателях:The maximum adsorption value of Ni(II) ions was obtained with the following indicators:

Концентрация модификатора TSC 1%TSC Modifier Concentration 1%

Исходная концентрация Ni(II)- 400 мг/л.The initial concentration of Ni(II) is 400 mg/l.

Равновесная концентрация ионов Ni(II) 68,6 мг/лEquilibrium concentration of Ni(II) ions 68.6 mg/l

Величина адсорбции ионов Ni(II) составила при этом 165,7 мг/г.The adsorption value of Ni(II) ions was 165.7 mg/g.

Дальнейшее повышение концентрации ионов Ni(II) не приводит к увеличению адсорбции.A further increase in the concentration of Ni(II) ions does not lead to an increase in adsorption.

Использование заявляемого способа позволяет повысить сорбционную емкость фракции адсорбента по отношению к ионам никеля за счет применения в качестве модификатора 1-(3-триэтоксисилилпропил)тиосемикарбазида и предварительной обработки цеолита соляной кислотой, обеспечивающие хорошую адсорбционную способность. Модификатор производится на основе доступных реагентов простой и технологичной реакцией с высоким выходом, который может служить рентабельным и эффективным модификатором поверхностей, в частности, цеолита «гейландит». Величина адсорбции ионов никеля (II) составляет 165,7 мг/г.The use of the claimed method makes it possible to increase the sorption capacity of the adsorbent fraction with respect to nickel ions due to the use of 1-(3-triethoxysilylpropyl)thiosemicarbazide as a modifier and pre-treatment of the zeolite with hydrochloric acid, providing good adsorption capacity. The modifier is produced on the basis of available reagents by a simple and technological reaction with high yield, which can serve as a cost-effective and effective surface modifier, in particular, heulandite zeolite. The adsorption value of nickel (II) ions is 165.7 mg/g.

Claims (1)

Способ получения адсорбента для очистки вод от никеля (II), включающий модифицирование цеолита кремнийорганическим соединением, отличающийся тем, что цеолит гейландит кальция фракции 0,5-1,0 мм, предварительно высушенный при температуре 150 °С, обрабатывают 10-12%-ным раствором соляной кислоты при температуре 120-150 °С в течение 24 часов, затем полученную суспензию фильтруют и промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции, полученный активированный гейландит кальция ZН-HCl сушат до постоянного веса; после этого гейландит кальция модифицируют 1%-ным раствором 1-(3-триэтоксисилилпропил)тиосемикарбазида TSC в среде гексана при нагревании до 50 °С и перемешивании в течение 1 часа, затем полученный модифицированный гейландит кальция ZН-HCl-TSC отфильтровывают и промывают гексаном в количестве 3,3 мл на 1 г цеолита, сушат на воздухе в течение 12 часов и далее – в сушильном шкафу при 110 °С в течение 1 часа.A method for producing an adsorbent for water purification from nickel (II), including modifying the zeolite with an organosilicon compound, characterized in that the calcium heulandite zeolite of a fraction of 0.5-1.0 mm, previously dried at a temperature of 150 ° C, is treated with 10-12% hydrochloric acid solution at a temperature of 120-150 ° C for 24 hours, then the resulting suspension is filtered and washed with distilled water until neutral, the resulting activated calcium heulandite ZH-HCl is dried to constant weight; after that, calcium heulandite is modified with a 1% solution of 1-(3-triethoxysilylpropyl)thiosemicarbazide TSC in hexane when heated to 50 °C and stirred for 1 hour, then the resulting modified calcium heulandite ZН-HCl-TSC is filtered off and washed with hexane in in an amount of 3.3 ml per 1 g of zeolite, dried in air for 12 hours and then in an oven at 110°C for 1 hour.
RU2022110322A 2022-04-18 Method for making an adsorbent for water purification from nickel (ii) and other heavy metals RU2798979C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2798979C1 true RU2798979C1 (en) 2023-06-30

Family

ID=

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2524111C2 (en) * 2012-01-10 2014-07-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение профессионального образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВПО ИрГУПС) Method of removing heavy metals from waste water by adsorption, filter material (sorbent) and method of producing sorbent
WO2021032754A1 (en) * 2019-08-22 2021-02-25 Omya International Ag Modified zeolite for heavy metal removal

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2524111C2 (en) * 2012-01-10 2014-07-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение профессионального образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВПО ИрГУПС) Method of removing heavy metals from waste water by adsorption, filter material (sorbent) and method of producing sorbent
WO2021032754A1 (en) * 2019-08-22 2021-02-25 Omya International Ag Modified zeolite for heavy metal removal

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЗОНХОЕВА Э. Л. Природные цеолиты Забайкалья: свойства и применение. Издательство Бурятского научного центра СО РАН, 2018, С. 192. *
МАКАРОВ А. В. и др. Физико-химические исследования процесса адсорбции ионов тяжелых металлов на модифицированных алюмосиликатах. Вестник ИрГТУ, 2013, No.2 (73), С.147-154. ТЕЛЬХОЖАЕВА М. С. и др. Сорбция ионов свинца и кадмия из водных растворов модифицированным цеолитом. Вестник КазНУ. Серия химическая, 2018, No.4 (91), С.16-22. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sharififard et al. A novel natural chitosan/activated carbon/iron bio-nanocomposite: Sonochemical synthesis, characterization, and application for cadmium removal in batch and continuous adsorption process
Pawar et al. Activated bentonite as a low-cost adsorbent for the removal of Cu (II) and Pb (II) from aqueous solutions: Batch and column studies
Prabhu et al. A review on removal of heavy metal ions from waste water using natural/modified bentonite
Sadeek et al. Metal adsorption by agricultural biosorbents: adsorption isotherm, kinetic and biosorbents chemical structures
Popuri et al. Adsorptive removal of copper and nickel ions from water using chitosan coated PVC beads
Khraisheh et al. Remediation of wastewater containing heavy metals using raw and modified diatomite
Ge et al. Selective adsorption of Pb (II) and Hg (II) on melamine-grafted chitosan
Anirudhan et al. Adsorption of chromium (VI) from aqueous solutions by glycidylmethacrylate-grafted-densified cellulose with quaternary ammonium groups
Eser et al. Removal of nickel (II) ions by histidine modified chitosan beads
Jorfi et al. Adsorption of Cr (VI) by natural clinoptilolite zeolite from aqueous solutions: isotherms and kinetics
Aditya et al. Biosorption of chromium onto Erythrina Variegata Orientalis leaf powder
Fatimah Preparation, characterization and physicochemical study of 3-amino propyl trimethoxy silane-modified kaolinite for Pb (II) adsorption
Davidescu et al. Synthesis, characterization, and Ni (II) ion sorption properties of poly (styrene-co-divinylbenzene) functionalized with aminophosphonic acid groups
El Mouzdahir et al. Interaction of stevensite with Cd2+ and Pb2+ in aqueous dispersions
Vassileva et al. Bulgarian natural diatomites: modification and characterization
Ligate et al. Removal of heavy metal ions from aqueous solution using rice husks-based adsorbents
Naat et al. Synthesis and characterization of chitosansilica hybrid adsorbent from the extraction of Timor-East Nusa Tenggara island silica and its application to adsorption of copper (II) ion.
Da Silva et al. Use of natural and modified kaolinite/ilite as adsorbent for removal methylene blue dye from aqueous solution
JP2003225559A (en) Adsorbent made from plant biomass
Wang et al. Sorption of dissolved inorganic and organic phosphorus compounds onto iron-doped ceramic sand
RU2798979C1 (en) Method for making an adsorbent for water purification from nickel (ii) and other heavy metals
Menad et al. Copper (II)–humic acid adsorption process using microporous-zeolite Na-X
RU2701530C1 (en) Method of producing sorbent for extraction of cesium ions
You et al. Iron-aluminum and aluminum-single impregnated biochar composite for nitrate adsorption in rare earth wastewater: behavior and mechanism
Abd Aziz Optimization of pH and contact time of media in removing calcium and magnesium from groundwater