Результат интеллектуальной деятельности: Способ удаления нитрит-ионов из водных растворов

Изобретение относится к способу очистки воды и сточных вод от нитрит-ионов.

Известно, что нитрит-ионы содержатся в природных водах, в сточных водах, в промывных водах животноводства, в пищевых продуктах в концентрациях от 100 до 1000 мг/л [1].

Нитрит-ионы являются вредными веществами, поэтому их необходимо удалять из водных растворов для сохранения экологической безопасности страны.

Описаны различные способы удаления нитрит-ионов из водных растворов.

В патенте ФРГ [2] предложен каталитический способ очистки воды от нитритов и нитратов, заключающийся во введении в загрязненную воду водорода, являющегося восстановителем, с последующим восстановлением нитритов и нитратов на катализаторах, состоящих из пористого носителя, пропитанного металлическими компонентами (палладий, родий и др.).

Способ отличается сложностью технологии, использованием катализаторов, необходимостью их переработки.

Описан способ очистки воды от нитратов и нитритов, совмещающий электрохимический и каталитический способы очистки, включающий введение воды в катодное пространство электролизера, где образуется водород, аммиак и оксиды азота в результате катодного восстановления, после чего вода подается на катализатор, где происходит реакция с образованием молекулярного азота и оксидов азота [3].

Способ связан с сложностью технологии, большими затратами на оборудование.

Описан способ удаления нитрит-ионов из водных растворов окислением их гипохлоритом натрия до нитратов [4].

Недостатки способа: растворы гипохлорита натрия со временем разлагаются, теряют свою активность.

Наиболее близким по существу является способ удаления нитрит-ионов из водных растворов путем обработки в электрохимической ячейке с инертным (угольным или графитовым) электродами с неразделенным анодным и катодным пространством [5].

Межэлектродное пространство заполняли водным раствором хлорида натрия в концентрации 1,5-2,0 г/л, концентрации нитрит-ионов 0,17-0,19 мг/л. Электрообработку проводили при напряжении на ячейки 19,0-19,5 В, плотности тока 0,4-0,6 А/см², времени электролиза 20-40 мин. Степень удаления нитрит-ионов составляет по нашим расчетам 8,6-61,7%, в среднем 35,2%. Недостатки способа:

- низкая эффективность (степень удаления нитрит-ионов 35,2%);

- большой расход хлорида натрия (электролит) 1,5-2,0 г/л по отношению к содержанию нитрит-ионов (соотношение более 8000);

- неполнота данных по электрообработке (нет показателей силы тока, что не позволяет рассчитать показатель удельного расхода количества электричества (ампер-часов на 1 л водного раствора)).

Технический результат - повышение эффективности способа, снижение расхода электролита, расширение показателей электрообработки.

Это достигается тем, что в водный раствор вводили нитрит-ионы электролиты в виде сульфата натрия или хлорида натрия при их массовом соотношении электролит : нитрит-ион (1,5:1 - 4,5:1). Электрохимическая обработка (ЭХО) проводится в электролизере с диафрагмой установки (приборе) типа «МЕЛЕСТА» непроточного типа с катодом из нержавеющей стали и анодом типа ОРТА (окисно-рутениево-титановый анод). Общий объем раствора около 1 л (660 мл католита и 330 мл анолита). Электролизер снабжен нами новой крышкой и выпрямителем типа ВСА-5к. Межэлектродный зазор 30 мм. ЭХО проводили при температуре 18-30°С, при силе тока 0,25-0,40 А, напряжении 38-42 В (плотности тока на электродах 0,25-0,40 А/см²). Исходная концентрация нитрит-ионов составляла 0,1-0,2 г/л, электролита Na₂SO₄ или NaCl 0,3-0,45 г/л. Продолжительность ЭХО 40-45 мин. В анодном пространстве при ЭХО образовывались окислители - хлор, активный хлор - в случае использования NaCl; кислород, персульфаты, радикал ОН^⋅ - в случае использования Na₂SO₄. Восстановление нитритов в католите было водородом до N₂ и NO. Степень удаления нитрит-ионов составляла от 65 до 90% в анолите, 31-54% в католите.

Примеры осуществления способа.

Пример 1. В мерной колбе вместимостью 1 л растворяли в дистиллированной воде 0,3 г сульфата натрия и 0,3 г/л нитрита натрия (0,25 г/л -ионов), загружали в катодную камеру 660 мл раствора, в анодную камеру 330 мл раствора, проводили ЭХО при силе тока 0,25-0,40 А, напряжении 42 В, при температуре 22-30°С в течение 40 мин.

Методом химического анализа определено содержание нитрит-ионов: в католите 0,138 г/л, степени удаления нитритов к исходному 31%; в анолите 0,062 г/л, степень удаления 69%, среднее 50%.

Пример 2. Приготавливали 1 л раствора, содержащего 0,45 г/л NaCl и 0,15 г/л NaNO₂ (NO₂ 0,1 г/л). Проводили ЭХО 660 мл раствора в католите и 330 мл в анолите при силе тока 0,20-0,30 А, напряжении 38-41 В, температуре 19-26°С, в течение 45 мин.

Химическим анализом определено содержание нитрит-ионов: в католите 0,046 г/л, степени удаления нитритов к исходному 54%; в анолите 0,010 г/л, степень удаления 90%, среднее 72%.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет:

- повысить эффективность (степень удаления нитрит-ионов);

- снизить расход электропроводной добавки (Na₂SO₄ и NaCl);

- привести более полный набор технологических показателей, расширить ассортимент используемых растворов.

Изменение технологических показателей может привести к ухудшению эффективности обработки.

Перечень источников информации, принятых во внимание при экспертизе:

1. Халемский А.М. и др. Решение проблем очистки воды // Цветная металлургия, 2014, №2. - с. 60.

2. Патент ФРГ №3830850 оп 1990, C02F 1/46.

3. Патент ФРГ №3933206 оп 1990, C02F 1/46.

4. Волынец М.П., Волынец В.Ф. Аналитическая химия азота, М.: Наука, 1977, с. 128.

5. Патент RU №2471718 оп 2013, C02F 1/46.