Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА ДЛЯ ОЧИСТКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

Изобретение относится к способу получения сорбентов, предназначенных для очистки питьевой воды, и может быть использовано для очистки питьевой воды в домашних условиях, фильтрах для очистки воды коллективного пользования и системах очистки в полевых условиях.

Известен способ получения сорбента, включающий пропитку гранул активного угля раствором сульфата меди с концентрацией 230-340 г/дм³ до обеспечения содержания сульфата меди в готовом хемосорбенте от 23 до 30% мас., причем удаление влаги с поверхности пропитанного угля проводится путем обдувки воздухом, подаваемым со скоростью 3-5 м/сек (см. патент РФ №2323877, кл. С01 В01J 20/2, опубликованный 10.05.2008 г.). Недостатком данного изобретения является сложность проведения процесса для обеспечения высокого содержания меди в готовом продукте.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения сорбента для очистки питьевой воды, включающий пропитку активного угля с насыпной плотностью 410-480 г/дм³ и размером микропор 1,0-1,12 нм раствором углекислого или азотнокислого аммиаката серебра с концентрацией 0,1-0,5% мас., причем пропитку осуществляют при объемном соотношении уголь:раствор 1:(0,3-0,5), а термообработку проводят в печи кипящего слоя при температуре 120-250°С (см. патент №2145259 кл. В01J 20/20, С01В 31/08, 31/16, опубликованный 10.02.2000 г.).

Недостатком прототипа является низкая сорбционная способность при извлечении из воды цианида натрия.

Техническим результатом (целью изобретения) является повышение адсорбционной способности сорбента при извлечении из воды цианида натрия.

Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим приготовление пропиточного раствора, пропитку зерен активного угля и термическую обработку, причем используют активный уголь с насыпной плотностью 750-850 г/дм³ и размером микропор 1,50-1,60 нм, а пропитку осуществляют аммиачным раствором углекислой основной меди, при этом содержание меди в сорбенте составляет 1,4-1,8% мас. в пересчете на медь, а размер зерен активного угля составляет 0,2-1,0 мм.

Отличие предлагаемого способа от прототипа состоит в том, что используют активный уголь с насыпной плотностью 750-850 г/дм³ и размером микропор 1,50-1,60 нм, а пропитку осуществляют аммиачным раствором углекислой основной меди, при этом содержание меди в сорбенте составляет 1,4-1,8% мас. в пересчете на медь, а размер зерен активного угля составляет 0,2-1,0 мм.

Авторам из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения сорбента для очистки питьевой воды, в котором используется активный уголь с насыпной плотностью 750-850 г/дм³ и размером микропор 1,50-1,60 нм, а пропитку осуществляют аммиачным раствором углекислой основной меди, при этом содержание меди в сорбенте составляет 1,4-1,8% мас. в пересчете на медь, а размер зерен активного угля составляет 0,2-1,0 мм.

Сорбенты на основе активных углей используются в системах очистки питьевой воды на заключительных стадиях процесса водоподготовки, когда вода уже обработана окислителями и обеззараживающими реагентами типа хлора и озона, поэтому здесь главным требованием к сорбентам становится эффективное поглощение низкомолекулярных токсикантов (типа цианидов).

Следовательно, нужно использовать угольную основу, обеспечивающую хорошую кинетику поглощения. Количество и вид хемосорбционных добавок должны быть такими, чтобы, с одной стороны, не блокировать микропористую структуру, а, с другой стороны, эффективно осуществлять хемосорбцию и комплексообразование продуктов деструкции.

Способ осуществляют следующим образом. Готовят пропиточный раствор в следующей последовательности: в емкость заливается вода и водный аммиак, которые подогревают до 30-40°С. И затем, при перемешивании, добавляется углекислый аммоний в количестве, обеспечивающем концентрацию его 35-45 г/дм³. После этого раствор подогревают до 55-70°С и вводят при перемешивании основную углекислую медь в количестве, обеспечивающем ее концентрацию 55-65 г/дм³. Берут активный уголь с суммарным объемом пор, равным 0,20-0,25 см³/г, на основе антрацита с размером зерен 0,2-1,0 мм, насыпной плотностью 750-850 г/дм³ и размером микропор 1,50-1,60 нм, загружают его в аппарат типа бетономешалки, куда затем дозируют полученный раствор в количестве, равном 0,80-0,85 от суммарного объема пор активного угля. Перемешивание ведется в течение 10-15 минут, после чего пропитанный сорбент выгружают на вылеживание на открытом воздухе в течение 1,5-2,0 часов, затем проводят термическую обработку сорбента в печи кипящего слоя или вращающейся печи при температуре 120-145°С в течение 40-70 минут. Содержание меди в готовом сорбенте должно составлять от 1,4 до 1,8% мас., а влаги не более 3,0% мас.

Полученный сорбент имел адсорбционную активность по извлечению из воды цианида натрия (NaCN) при его исходной концентрации 1,0 мг/дм³ при температуре 20°С, равную 0,15-0,20 мг/г.

Пример 1. Берут активный уголь из антрацита марки ДАС ТУ 2568-390-04838763-2011, имеющий размер зерен 1,0 мм с насыпной плотностью 750 г/дм³, суммарным объемом пор 0,22 см³/г и размером микропор 1,5 нм; затем готовят пропиточный раствор добавлением в воду водного раствора аммиака, затем при нагревании до 35-40°С добавляют углекислый аммоний в количестве, обеспечивающем его концентрацию 35-45 г/дм³, и углекислую основную медь, нагревая раствор до температуры 55-70°С в количестве, обеспечивающем ее концентрацию в растворе 55-65 г/дм³, и подвергают термической обработке при температуре 120-145°С в течение 50-70 минут.

Полученный сорбент с содержанием 1,4% мас. в пересчете на медь имеет адсорбционную активность по извлечению из воды цианида натрия 0,15 мг/г.

Пример 2. Осуществление процесса как в примере 1, за исключением того, что берут активный уголь ДАС с размером зерен 0,2 мм, насыпной плотностью 850 г/дм³ и размером микропор 1,60 нм; полученный сорбент с содержанием меди 1,8% мас. в пересчете на медь имел адсорбционную активность по извлечению из воды цианида натрия 0,18 мг/г.

Пример 3. Осуществление процесса как в примере 1, за исключением того, что берут активный уголь ДАС с размером зерен 0,5 мм, насыпной плотностью 800 г/дм³ и размером микропор 1,55 нм. Полученный сорбент имел адсорбционную активность по извлечению из воды цианида натрия, равную 0,20 мг/г.

Сорбент для очистки питьевой воды, полученный по методу, изложенному в прототипе (пат. РФ №2145259), имел адсорбционную активность по цианиду натрия 0,09 мг/г.

Как показали многочисленные эксперименты, медь является наиболее эффективной хемосорбционной добавкой для поглощения из воды различных органических и неорганических соединений в отличие от серебра, которое проявляет в основном бактерицидные свойства.

Высокая насыпная плотность выше 850 г/дм³ обуславливает низкий уровень объема микропор и низкий суммарный объем пор, что снижает адсорбционную способность, а насыпная плотность ниже 750 г/дм³ дает увеличение объема сорбента, так как приводит к увеличению длины слоя. Относительно размера микропор было установлено, что при размере микропор ниже 1,50 нм ухудшается кинетика поглощения и возрастает длина работающего слоя, а при размере микропор более 1,60 нм снижается энергия адсорбции и падает адсорбционный потенциал. При содержании меди ниже 1,4% мас. уменьшается количество цианида натрия, поглощенного за счет хемосорбционной составляющей, а при содержании меди более 1,8% мас. происходит блокировка микропор и снижается количество поглощенного цианида натрия за счет сорбционной составляющей.

Размер зерен 0,2-1,0 мм обеспечивает хорошую внешнюю кинетику, если размер гранул более 1,0 мм - идет проскок за счет «стеночного» эффекта, если менее 0,2 мм - возрастает сопротивление слоя.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.