Способ получения сорбента для очистки среды

Способ получения сорбента для очистки среды

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к способу получения сорбента для очистки среды от радиоактивных и токсичных загрязнений на основе измельченных железомарганцевых конкреций и может быть использовано как в процессе обработки жидких радиоактивных отходов и при очистке сточных промышленных вод, так и для очистки воздушных и паро-воздушных сред.

Известный способ каталитического разложения закиси азота в чистом виде или находящейся в смеси газов по патенту ФРГ №3543640, МПК В01D-53/56, опубл. 1987 г., предусматривает применение палладийсодержащих катализаторов. Недостатком данного способа является сложность приготовления и регенерации применяемых катализаторов и применение дорогостоящего оборудования при низкой эффективности процесса.

По патенту ФРГ №3634553, МПК B01D-53/56, опубл. 1988 г., для снижения содержания оксидов азота в дымовых газах применяют комковатый марганец и марганецсодержащие морские конкреции. Недостатком данного способа являются низкие прочностные характеристики марганецсодержащих конкреций.

Согласно патенту РФ №2062518, МПК G21F 9/12, опубл. 1996 г., принятому за прототип, предложен способ очистки растворов, содержащих радиоактивные и токсичные загрязнения, на основе измельченных железомарганцевых конкреций до крупности 0,1-3,0 мм, термически обработанных при 750-850°С. Недостатками данного способа являются повышенные энергозатраты в процессе термообработки конкреций, а также большая вероятность протекания десорбции компонентов из фазы конкреций.

Техническим результатом является устранение указанных недостатков, а именно создание эффективного процесса очистки легкодоступным материалом от жидких радиоактивных отходов и сточных промышленных вод, а также очистки воздушных и паро-воздушных сред. Особенностью данного материала является возможность применения модифицированных железомарганцевых конкреций для очистки компонентов ракетных топлив от примесей суммарных окислов азота и несимметричного диметилгидразина.

Технический результат достигается тем, что в способе получения сорбента для очистки среды от токсичных и радиоактивных загрязнений согласно изобретению измельченные железомарганцевые конкреции связывают с бентонитом, гранулируют до крупности не более 0,1 мм и высушивают при температуре 25°С.

В качестве сорбента применяют железомарганцевые конкреции Финского залива.

Способ поясняется таблицей и чертежами. В таблице представлены значения удельной поверхности простых и модифицированных железомарганцевых конкреций, на Фиг.1 - кривые сорбции тетраоксида азота различными сорбентами, на Фиг.2 - кривые сорбции несимметричного диметилгидразина различными сорбентами.

Способ осуществляется следующим образом.

Железомарганцевые конкреции, на примере конкреций Финского залива, после дробления и измельчения до воздушно-сухого состояния связывают с бентонитом, получая гранулы крупностью менее 0,1 мм, и высушивают на воздухе при температуре 25°С. Бентонит - это коллоидная глина, обладающая резко выраженными сорбционными и пластичными свойствами. При использовании этого связующего емкостные и прочностные характеристики сорбента улучшаются, что объясняется увеличением удельной поверхности в процессе размола.

Удельная поверхность сорбентов определялась методом Брунауэра-Эммета-Теллера с использованием сжиженного воздуха и прецизионных весов. Результаты измерения удельной поверхности представлены в таблице.

Таблица Результаты определения удельной поверхности ЖМК
Сорбент	Удельная поверхность, м2/г
ЖМК (-1,6+1,0)	112,6
ЖМК (-0,4+0,1)	123,7
ЖМК (-0,3+0,1)	129,9
ЖМК (-0,2+0,1)	135,34
ЖМК, связанные бентонитом (<0,1 мм)	143,67

Для подтверждения возможности очистки модифицированными конкрециями радиоактивных и промышленных вод были получены значения статических предельных емкостей по стронцию и никелю, а также динамической емкости по железу (2+).

Сорбция стронция и никеля по отдельности изучалась в статических условиях на модельных растворах при отношении объема жидкой фазы к массе твердой V/m=10 мл·г^-1 и массе навески ЖМК, связанных с бентонитом, 5 г. Значение емкостей определялось по разности концентраций исходного С₀ и равновесного C_eq растворов. Модельный раствор соответствующего катиона перемешивали с навеской модифицированных ЖМК магнитной мешалкой при скорости перемешивания 400 об·мин^-1 до равновесного состояния. Время установления равновесия, отвечающего постоянству концентрации раствора, составляло 5-6 часов, в опытах время контакта фаз устанавливали не менее 10 часов. Равновесную концентрацию компонентов определяли фотометрическими методами. Экспериментально были определены значения емкости по стронцию 0,97 экв·кг^-1, никелю 2,058 экв·кг^-1.

Поведение железа (2+) изучалось в динамических условиях в колонке с высотой слоя 300 мм и диаметром 16 мм, объем сорбента в колонках - 60 мл. Динамическую емкость до проскока (ДЕ) железа (2+) концентрацией 0,1 мг/л (3,57 мгэкв/л) (ПДК для рыбохозяйственных водоемов) определяли путем анализа проб по 50 мл, отбираемых на выходе из колонки. В отобранных пробах раствора определяли общее содержание железа (2+) и (3+) спектрофотометрическим методом. Исходная концентрация железа (II) на входе в колонку при определении ДЕ составляла 0,026 экв/л (0,728 г/л), а при определении ПДЕ 0,134 экв/л (7,504 г/л). Динамическая емкость модифицированных конкреций оказалось равной 4,1-4,4 экв/кг, тогда как простых 0,5-3 экв/кг.

Для подтверждения возможности сорбции газовых смесей была собрана установка, включающая газодинамическую установка (ГДУ), позволяющую задавать концентрации примесей в паровоздушной смеси (ПВС) от 10^-6 до 10^-3 мг/л, газовый фотоспектрометрический колориметр (ГФСК) для аналитического контроля ПВС и фильтр, заполненный сорбентом. Схема проведения экспериментов представлена на чертеже 1. Измерения проводились по 5 последовательных серий по следующей схеме: воздух без примеси, ПВС с примесью азота или несимметричного диметилгидрозина (НДМГ), ПВС с азота и НДМГ, пропущенная через сорбент при нормальных климатических условиях (температура окружающей среды 25°С, давление 760 мм, влажность 85%).

Концентрация примеси азота и НДМГ в ПВС устанавливалась постоянной и составляла 1,00·10^-3 мг/л.

В качестве сорбентов использовались силикагель, антрацит, керамзит, искусственный сорбент марки «Аквамандикс», ЖМК различного грансостава и ЖМК, модифицированные бентонитом. Показано, что не один из использованных фильтров, кроме конкреций, связанных с бентонитом, не дал полной очистки ПВС от паров окисей азота (Фиг.1) и НДМГ (Фиг.2) до уровня предельно допустимой концентрации.

В способе могут быть использованы конкреции не только Финского залива, но и океанические конкреции, а также конкреции Балтийского моря.

Таким образом, в заявленном способе достигается высокая эффективность процесса очистки легкодоступным материалом от жидких радиоактивных отходов и сточных промышленных вод, а также очистки воздушных и паровоздушных сред. Особенностью данного материала является возможность применения модифицированных железомарганцевых конкреций для очистки компонентов ракетных топлив от примесей окислов азота и несимметричного диметилгидразина.

1. Способ получения сорбента для очистки среды от радиоактивных и токсичных загрязнений на основе измельченных железомарганцевых конкреций, отличающийся тем, что измельченные железомарганцевые конкреции связывают с бентонитом, гранулируют до крупности не более 0,1 мм и высушивают при температуре 25°С.

2. Способ получения сорбента по п.1, отличающийся тем, что применяют железомарганцевые конкреции Финского залива.