×
10.03.2016
216.014.bed0

СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002576569
Дата охранного документа
10.03.2016
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к способу извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов. Способ включает экстракцию с использованием в качестве экстрагента растительных масел, содержащих жирные кислоты, при величине рН водных растворов, равной 9-11. Затем ведут отстаивание образующейся системы с расслаиванием ее на фазы и их разделение. При этом отстаивание системы ведут с образованием трех фаз: верхней - масляной, представляющей собой регенерируемый экстрагент, нижней - водной, и промежуточной между ними - гелеобразной, состоящей из воды, масла и содержащей в виде сетчатой структуры гидроксокомплексы тяжелых металлов. Гелеобразную массу подвергают сушке при температуре 100-300°С до образования нанокристаллов оксидов тяжелых металлов. Технический результат заключается в эффективности очистки водных растворов металлов с использованием возобновляемого нетоксичного недорогого и эффективного экстрагента. 6 ил., 1 табл., 5 пр.
Основные результаты: Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов, включающий экстракцию с использованием в качестве экстрагента растительных масел, содержащих жирные кислоты, при величине рН водных растворов, равной 9-11, отстаивание образующейся системы с расслаиванием ее на фазы и их разделение, отличающийся тем, что отстаивание системы после экстракции ведут с образованием трех фаз, верхняя из которых - масляная, представляющая собой регенерируемый экстрагент, нижняя - водная, и промежуточная - гелеобразная, состоящая из воды, масла и содержащая в виде сетчатой структуры гидроксокомплексы тяжелых металлов, гелеобразную фазу после разделения подвергают сушке при температуре 100-300°С до образования нанокристаллов оксидов тяжелых металлов.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к извлечению веществ органическими экстрагентами из водных растворов и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков.

Известна жидкостная экстракция, основанная на распределении веществ между двумя несмешивающимися жидкостями, которая широко используется в аналитической химии для разделения компонентов растворов [Гиндин Л.М. Экстракционные процессы и их применение. М.: Наука, 1984. 144 с.]. Обычно в качестве двух жидких несмешивающихся фаз, используются водные растворы и органические растворители.

Недостатком является то, что большинство органических растворителей относятся к легколетучим, пожароопасным и токсичным веществам.

Наиболее близким техническим решением является способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов [патент РФ 2481409, МПК С22В 3/26, опубл. 10.05.2013], включающий экстракцию с использованием в качестве экстрагента растительных масел, содержащих жирные кислоты, при величине рН водных растворов, равной 9-11, отстаивание образующейся системы с расслаиванием ее на фазы и их разделение.

Недостатком способа является то, что не указана дальнейшая переработка фаз после расслаивания.

Задачей изобретения является разработка способов переработки фаз после их расслаивания и разделения.

Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, заключается в высокой степени эффективности извлечения металлов, глубокой очистке водной фазы, регенерации экстрагента с одновременной экономичностью, безопасностью процесса с использованием возобновляемого нетоксичного, недорогого и эффективного экстрагента.

Данный технический результат достигается тем, что в известном способе извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов, включающем экстракцию с использованием в качестве экстрагента растительных масел, содержащих жирные кислоты, при величине рН водных растворов, равной 9-11, отстаивание образующейся системы с расслаиванием ее на фазы и их разделение, отстаивание системы после экстракции ведут с образованием трех фаз: верхней - масляной, представляющей собой регенерируемый экстрагент, нижней - водной, и промежуточной между ними - гелеобразной, состоящей из воды, масла и содержащей в виде сетчатой структуры гидроксокомплексы тяжелых металлов, гелеобразную массу подвергают сушке при температуре 100-300°С до образования нанокристаллов оксидов тяжелых металлов.

Сущность способа поясняется данными таблицы и фиг. 1-6, в которых указаны концентрация ионов металлов в исходных растворах, время экстракции при заданной величине рН, концентрация металлов и величина рН в осветленной водной фазе, коэффициент распределения D, рассчитываемый как отношение равновесных концентраций ионов металлов в органической и водной фазах.

Перемешивание и поддержание заданного значения рН осуществляли до тех пор, пока в дальнейшем кислотно-основные характеристики системы изменялись незначительно. По достижении равновесия между органической и осветленной водной фазами органическую фазу отделяли от водной, в последней определяли величину рН и остаточную концентрацию иона металла. Для поддержания заданного значения рН раствора в процессе экстракции в качестве нейтрализаторов использовали растворы щелочи или кислоты.

Примеры конкретного выполнения способа

Пример 1 (фиг. 1)

На фиг. 1 дана зависимость остаточной концентрации ионов металлов от величины рН раствора. Экстрагент - оливковое масло; время экстракции 1 час; O:В=1:3, t=24 °С; исходная концентрация С0, г/дм3: 1,1 Zn (II); 5,1 Pb (II); 1,2 Cu (II); 1,3 Fe (III). Лучшие результаты экстракции приведены в таблице.

Пример 2. Исследована зависимость остаточной концентрации ионов металлов от отношения В:O.

В качестве экстрагента использовали оливковое масло; время экстракции - сутки; t=20-24°С.

Zn (II): С0=2,3 г/дм3, рН 10. Экстракция осуществляется при В:O≤7. При В:O≥8 образуются осадки.

Pb (II): С0=5,24 г/дм3, рН 11. Экстракция осуществляется при В:O≤7. При В:O≥8 образуются осадки, при этом остаточная концентрация включала сумму концентраций ионов свинца в растворе и в осадке.

Cu (II):

- рН 6; С0=1,1 г/дм3. Экстракция осуществляется при В:O=3-8.

При В:O>8 образуются осадки;

- рН 10; С0=1,1 г/дм3. Экстракция осуществляется при В:O≤8.

При В:O≥8 образуются осадки.

Fe (III). Экстракция ионов Fe (III) осуществляется при В:O≥3 практически сразу, остаточная концентрация примерно одинакова и равна С=0,095 г/дм3. При экстракции ионов Fe (III) образуется на дне стакана налет бурого цвета.

Fe (II)э7 Экстракция ионов Fe (II) осуществляется в пределах В:O=3-6. При В:O≥7 образуются осадки черного цвета. В процессе экстракции происходит окисление ионов Fe (II) до Fe (III).

Пример 3 (фиг. 2, 3)

На фиг. 2 даны зависимости остаточной концентрации С, г/дм3, ионов металлов Zn (II), Pb (II), Cu (II) и Fe (II) от времени τ, мин, и начальной концентрации С0, г/дм3. Экстрагент - оливковое масло; O:В=1:3. рН=10, t=20-24°С. Экстракция осуществляется за время, мин, не более: Zn (II) - 60; Pb (II) - 90; Cu (II) - 30; Fe (II) - 30 мин при O:В=1:3 и 70 мин при O:В=1:4,5.

Экстракция ионов Fe (III) при рН 10 и O:В=1:3 осуществляется практически сразу, остаточная концентрация примерно одинакова и равна С=0,095 г/дм3. При С0>3 г/дм3 образуются осадки бурого цвета. Экстракция ионов Fe (II) осуществляется в пределах 1 часа. При С0>1,6 г/дм3 образуются осадки черного цвета.

В интервале исследованных исходных концентраций для ионов Zn (II), Pb (II) и Fe (II) с увеличением концентрации указанных ионов скорость процесса убывает незначительно, а для ионов Cu (II) возрастает.

На фиг. 3 даны зависимости остаточной концентрации ионов металлов от времени и температуры. Экстрагент - оливковое масло, O:В=1:3.

В интервале исследованных температур для ионов Zn (II), Pb (II) и Fe (II) с увеличением температуры указанных ионов скорость процесса возрастает, а для ионов Cu (II) убывает.

Из фиг. 2, 3 видно, что экстракция ионов тяжелых металлов зависит от исходной концентрации, времени и температуры.

Для ионов Zn (II), и Fe (II) и Pb (II) процесс экстракции лежит в кинетической области и лимитируется образованием комплекса этих ионов с составляющими экстрагента, который сольватируется в органическую фазу.

Для ионов Cu (II) увеличение скорости процесса с ростом исходной концентрации может свидетельствовать о том, что экстракция лимитируется скоростью внешней диффузии. Уменьшение скорости экстракции с ростом температуры может быть связано с коалесценцией (слиянием капель растительного масла) внутри подвижного раствора при перемешивании. С увеличением температуры скорость коалесценции растет, а следовательно, уменьшается межфазная поверхность между органической и водной фазой, что, согласно первому закону Фика, снижает скорость диффузии. Кроме того, положение двойной связи в олеиновой кислоте может меняться при нагревании и при различных химических воздействиях. Например, термообработка в щелочной среде способствует миграции двойной связи в положение, смежное с карбоксильной группой. Следует учитывать также, что с ростом температуры за счет окислительно-восстановительных реакций между Cu (II) и растительным маслом увеличивается концентрация Cu (I), который не экстрагируется в масляную фазу.

Пример 4. Экстракция ионов железа из смеси солей Fe (II) и Fe (III). Установлено, что с увеличением концентрации коэффициент разделения растет. В процессе экстракции объем экстракта увеличивается на 5-10% от объема экстрагента, причем экстракт имеет структуру геля. Осадки гидроксокомплексов Fe (III) имеют бурый, а осадки Fe (II) - черный цвет. Осадки черного цвета после сушки магнитны и имеют состав FeO·Fe2O3 или Fe3O4.

Пример 5 (фиг. 4)

На фиг. 4 дана зависимость коэффициента распределения D от вида растительного масла: 1 - абрикосовое, 2 - тыквенное, 3 - кедровое, 4 - соевое, 5 - виноградное, 6 - кукурузное, 7 - грецкого ореха, 8 - подсолнечное, 9 - льняное, 10 - оливковое.

Растительные масла обладают различной способностью экстрагировать ионы Zn (II), Pb (II), Cu (II) и Fe (II). Все исследованные масла хорошо экстрагируют ионы Fe (III). Коэффициент распределения D ионов Сu для ряда масел на порядок больше, чем у других исследованных ионов металлов.

Пример 6 (фиг. 5, 6)

При отстаивании системы после экстракции больше суток происходит ее расслаивание на три фазы: верхнюю - масляную (регенерируемый экстрагент), нижнюю - водную, и промежуточную между ними - гелеобразную сетчатую структуру гидроксокомплексов металла с составляющими воды и масла. Из промежуточной фазы геля можно извлечь металл или его соединения.

На фиг. 5 показана динамика отстаивания системы после экстракции свинца для различных масел в пределах суток, O:В=1:3, рН=11, С0=5 г/дм3. Цифрами обозначены высоты фаз в мм (по вертикали) и время отстаивания в мин (по горизонтали).

Аналогичные результаты получены и для других исследованных металлов. Полученные данные дают перспективу технического использования растительных масел, особенно непригодных для употребления в пишу («прогорклые» масла).

При высушивании гидроксокомплексов при температуре выше 100-300°С образуются нанокристаллы оксидов металлов.

На фиг. 6 дана схема экстракции ионов металлов растительными маслами.

Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов, включающий экстракцию с использованием в качестве экстрагента растительных масел, содержащих жирные кислоты, при величине рН водных растворов, равной 9-11, отстаивание образующейся системы с расслаиванием ее на фазы и их разделение, отличающийся тем, что отстаивание системы после экстракции ведут с образованием трех фаз, верхняя из которых - масляная, представляющая собой регенерируемый экстрагент, нижняя - водная, и промежуточная - гелеобразная, состоящая из воды, масла и содержащая в виде сетчатой структуры гидроксокомплексы тяжелых металлов, гелеобразную фазу после разделения подвергают сушке при температуре 100-300°С до образования нанокристаллов оксидов тяжелых металлов.
СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 29.
10.05.2013
№216.012.3de2

Экстракция меди из водных растворов растительными маслами

Изобретение относится к экстракции меди из водных растворов и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков. Способ экстракции меди из водного раствора включает контактирование экстрагента, в качестве которого используют растительные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481409
Дата охранного документа: 10.05.2013
10.09.2013
№216.012.66da

Экстракция ионов железа из водных растворов растительными маслами

Изобретение может быть использовано в химической промышленности, металлургии и очистке промышленных и бытовых стоков. Экстракцию железа растительными маслами осуществляют из водного раствора при отношении водной (В) к органической (О) фазе В:O≥3 для Fe (III) и В:O=3-6 для Fe (II); при рН 2-3...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491977
Дата охранного документа: 10.09.2013
20.11.2013
№216.012.826b

Экстракция ионов цинка из водных растворов растительными маслами

Изобретение относится к способу экстракции цинка из водного раствора. Способ включает контактирование экстрагента и раствора, перемешивание смеси, отстаивание и разделение органической и водной фаз. Экстракцию осуществляют растительными маслами. Процесс ведут при отношении водной (B) к...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499063
Дата охранного документа: 20.11.2013
20.12.2013
№216.012.8d59

Экстракция ионов свинца из водных растворов растительными маслами

Изобретение относится к способу экстракции ионов свинца из водных растворов и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков. Способ включает контактирование экстрагента и водного раствора, перемешивание смеси, отстаивание и разделение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501868
Дата охранного документа: 20.12.2013
27.04.2014
№216.012.bd76

Сорбционное извлечение ионов кобальта из кислых хлоридных растворов

Изобретение относится к сорбционному извлечению ионов кобальта Соиз кислых хлоридных растворов и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков. Сорбцию ионов Соведут из солянокислых растворов, содержащих хлориды аммония или щелочных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514242
Дата охранного документа: 27.04.2014
27.04.2014
№216.012.bd78

Сорбционное извлечение ионов железа из кислых хлоридных растворов

Сорбционное извлечение ионов железа из кислых хлоридных растворов относится к области извлечения веществ с использованием сорбентов и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков. Извлечение ионов железа осуществляют сорбцией на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514244
Дата охранного документа: 27.04.2014
27.06.2014
№216.012.d754

Способ извлечения тяжелых металлов, железа, золота и серебра из сульфатного спека

Изобретение относится к области гидрометаллургии и может быть использовано при переработке концентратов, промпродуктов и твердых отходов, содержащих металлы. Способ извлечения ионов тяжелых металлов железа, золота и серебра из сульфатного кека включает выщелачивание спека 3 н. раствором HCl при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002520902
Дата охранного документа: 27.06.2014
20.12.2015
№216.013.9cb6

Экстракция ионов цинка (ii) из водных растворов трибутилфосфатом

Изобретение может быть использовано в металлургии и при очистке промышленных и бытовых стоков. Способ экстракции цинка из водного раствора трибутилфосфатом (ТБФ) включает контактирование экстрагента и раствора, перемешивание смеси, отстаивание и разделение фаз. Экстракцию осуществляют из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002571743
Дата охранного документа: 20.12.2015
20.01.2016
№216.013.a145

Экстракция ионов железа (iii) из водных растворов трибутилфосфатом

Изобретение относится к способу экстракции железа из водных растворов и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков. Экстракцию железа (III) из водного раствора трибутилфосфатом (ТБФ) осуществляют из водного раствора с концентрацией...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572927
Дата охранного документа: 20.01.2016
20.04.2016
№216.015.3745

Способ селективной экстракции железа (iii) и цинка (ii) из водных растворов трибутилфосфатом

Изобретение относится к способу селективного извлечения ионов Fe(III) и Zn(II) из водных растворов смеси их солей экстракцией трибутилфосфатом (ТБФ). Способ включает обработку раствора и экстрагента, контакт раствора и экстрагента. При этом осуществляют порционное введение экстрагента при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002581316
Дата охранного документа: 20.04.2016
Показаны записи 1-10 из 29.
10.05.2013
№216.012.3de2

Экстракция меди из водных растворов растительными маслами

Изобретение относится к экстракции меди из водных растворов и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков. Способ экстракции меди из водного раствора включает контактирование экстрагента, в качестве которого используют растительные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481409
Дата охранного документа: 10.05.2013
10.09.2013
№216.012.66da

Экстракция ионов железа из водных растворов растительными маслами

Изобретение может быть использовано в химической промышленности, металлургии и очистке промышленных и бытовых стоков. Экстракцию железа растительными маслами осуществляют из водного раствора при отношении водной (В) к органической (О) фазе В:O≥3 для Fe (III) и В:O=3-6 для Fe (II); при рН 2-3...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491977
Дата охранного документа: 10.09.2013
20.11.2013
№216.012.826b

Экстракция ионов цинка из водных растворов растительными маслами

Изобретение относится к способу экстракции цинка из водного раствора. Способ включает контактирование экстрагента и раствора, перемешивание смеси, отстаивание и разделение органической и водной фаз. Экстракцию осуществляют растительными маслами. Процесс ведут при отношении водной (B) к...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499063
Дата охранного документа: 20.11.2013
20.12.2013
№216.012.8d59

Экстракция ионов свинца из водных растворов растительными маслами

Изобретение относится к способу экстракции ионов свинца из водных растворов и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков. Способ включает контактирование экстрагента и водного раствора, перемешивание смеси, отстаивание и разделение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501868
Дата охранного документа: 20.12.2013
27.04.2014
№216.012.bd76

Сорбционное извлечение ионов кобальта из кислых хлоридных растворов

Изобретение относится к сорбционному извлечению ионов кобальта Соиз кислых хлоридных растворов и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков. Сорбцию ионов Соведут из солянокислых растворов, содержащих хлориды аммония или щелочных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514242
Дата охранного документа: 27.04.2014
27.04.2014
№216.012.bd78

Сорбционное извлечение ионов железа из кислых хлоридных растворов

Сорбционное извлечение ионов железа из кислых хлоридных растворов относится к области извлечения веществ с использованием сорбентов и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков. Извлечение ионов железа осуществляют сорбцией на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514244
Дата охранного документа: 27.04.2014
27.06.2014
№216.012.d754

Способ извлечения тяжелых металлов, железа, золота и серебра из сульфатного спека

Изобретение относится к области гидрометаллургии и может быть использовано при переработке концентратов, промпродуктов и твердых отходов, содержащих металлы. Способ извлечения ионов тяжелых металлов железа, золота и серебра из сульфатного кека включает выщелачивание спека 3 н. раствором HCl при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002520902
Дата охранного документа: 27.06.2014
20.12.2015
№216.013.9cb6

Экстракция ионов цинка (ii) из водных растворов трибутилфосфатом

Изобретение может быть использовано в металлургии и при очистке промышленных и бытовых стоков. Способ экстракции цинка из водного раствора трибутилфосфатом (ТБФ) включает контактирование экстрагента и раствора, перемешивание смеси, отстаивание и разделение фаз. Экстракцию осуществляют из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002571743
Дата охранного документа: 20.12.2015
20.01.2016
№216.013.a145

Экстракция ионов железа (iii) из водных растворов трибутилфосфатом

Изобретение относится к способу экстракции железа из водных растворов и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков. Экстракцию железа (III) из водного раствора трибутилфосфатом (ТБФ) осуществляют из водного раствора с концентрацией...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572927
Дата охранного документа: 20.01.2016
20.04.2016
№216.015.3745

Способ селективной экстракции железа (iii) и цинка (ii) из водных растворов трибутилфосфатом

Изобретение относится к способу селективного извлечения ионов Fe(III) и Zn(II) из водных растворов смеси их солей экстракцией трибутилфосфатом (ТБФ). Способ включает обработку раствора и экстрагента, контакт раствора и экстрагента. При этом осуществляют порционное введение экстрагента при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002581316
Дата охранного документа: 20.04.2016
+ добавить свой РИД