способ получения модифицированного активного угля

Формула изобретения

Способ получения модифицированного активного угля, включающий приготовление раствора модификатора, пропитку угля и его сушку, отличающийся тем, что в качестве модификатора используют кверцетин (Quercetin), альгиновую кислоту или ее соли щелочных металлов, причем используют активный уголь с отношением объема микропор к суммарному объему пор 0,3 0,4, а пропитку ведут водным раствором модификатора при соотношении объемов пропитки и угля 0,8 - 1,0.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области сорбционной техники и может быть использовано для получения модифицированных активных углей (МАУ), применяемых в водоочистке и водоподготовке, а также в медицинской технике.

Известен способ получения МАУ с использованием в качестве модификатора хлорида олова, наносимого на поверхность активного угля из раствора, с последующей сушкой при температуре 115 - 120^oC [1]. Недостатком известного способа является вымывание модификатора с поверхности активного угля при использовании его для очистки жидких сред.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения МАУ с отношением объема микропор к суммарному объему пор 0,5 - 0,6 путем пропитки исходного угля гуминовой или меланоидиновой кислотами, которые предварительно растворяют в смеси органического растворителя и воды в соотношении кислоты растворителя и воды 1:50:4; уголь выдерживают в пропиточном растворе, после чего промывают и сушат при температуре 115 - 120^oC [2]. Недостатком известного способа является низкая эффективность очистки воды от тяжелых металлов.

Целью данного изобретения является повышение эффективности работы МАУ по ионам тяжелых металлов (свинцу, меди, цинку, железу и др.) в системах очистки питьевой и технической воды при сохранении сорбционных свойств активного угля. Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим приготовление раствора модификатора, пропитку угля и его сушку; в качестве модификатора используют кверцетин (Quercetin), альгиновую кислоту или ее соли щелочных металлов, причем используют активный уголь с отношением объема микропор к суммарному объему пор 0,3 - 0,4, а пропитку ведут водным раствором модификатора при соотношении объемов пропитки и угля 0,8 - 1,0.

Отличие предложенного способа от известного заключается в том, что в качестве модификатора используют кверцетин (Quercetin), альгиновую кислоту или ее соли щелочных металлов, причем используют активный уголь с отношением объема микропор к суммарному объему пор 0,3 - 0,4, а пропитку ведут водным раствором модификатора при соотношении объемов пропитки и угля 0,8 - 1,0.

В процессе экспериментальных исследований большого количества органических веществ было выявлено, что кверцетин (Quercetin), альгиновая кислота или ее соли щелочных металлов в силу высокой поляризуемости заряда радикалов, удерживающих катионы, дают наиболее высокую ионообменную емкость. С другой стороны, эффективность работы МАУ зависит как от структуры активного угля, так и от условий его пропитки. Экспериментально установлено, что активные угли с большим значением отношения объема микропор к суммарному объему пор хотя и имеют высокую сорбционную емкость, но не обладают достаточной поверхностью транспортных пор для нанесения модификатора. В этом случае эффективность работы МАУ по тяжелым металлам снижается вследствие недостатка модификатора. Если же использовать активные угли с низким значением отношения объема микропор к суммарному объему пор, то резко снижается адсорбционная составляющая процесса очистки воды. При изготовлении МАУ важно и то обстоятельство, что необходимо выдержать определенное соотношение объемов пропитки и угля, так как при малом значении этой величины недостаточно модификатора для покрытия всей поверхности транспортных пор, а при большом соотношении имеет место блокировка модификатором пористой структуры угля и снижение сорбционной составляющей. В обоих случаях эффективность работы МАУ по тяжелым металлам снижается.

Способ осуществляется следующим образом.

Берут активный уголь (АГ-3, АР-А, СКТ и т.п.) с отношением объема микропор к суммарному объему 0,3 - 0,4. Для приготовления раствора модификатора берут воду или смесь воды с этиловым спиртом в соотношении 1:1 при температуре 20 - 40^oC и растворяют в них модификатор: кверцетин (Quercetin), альгиновую кислоту или соли щелочных металлов с тем, чтобы концентрация раствора составила 0,2 - 0,5 мас.%. Пропитку осуществляют в смесителе, выполненном из не корродирующих материалов (фарфор, стекло и т.п.) при соотношении объемов пропиточного раствора и угля 0,8 - 1,0. Затем пропитанный уголь выдерживают на воздухе 1,5 - 2,0 ч при температуре 25 - 30^oC. После этого уголь сушат в сушильном шкафу в течение 1,5 - 2,0 ч при температуре 115 - 120^oC.

Полученный МАУ имел следующую эффективность очистки воды от тяжелых металлов: свинец 98,0 - 99,8%, медь 97,1 - 99,5%, цинк 97,8 - 99,2%.

Пример 1. Берут активный уголь АГ-3 с отношением объема микропор к суммарному объему 0,3. Готовят раствор модификатора - кверцетина (Quercetin) в смеси воды и этилового спирта, взятых в соотношении 1:1, до концентрации 0,4% массовых. Помещают уголь в смеситель, добавляют пропиточный раствор в соотношении 0,8 : 1,0 и выдерживают при температуре 25^oC в течение 1,5 ч. Сушат уголь в сушильном шкафу при температуре 120^oC в течение 2 ч. Полученный МАУ имел эффективность очистки воды по свинцу 99,8%, по меди 99,5%, по цинку 99,2%.

Пример 2. Ведение процесса как в примере 1 за исключением того, что в качестве модификатора используют альгиновую кислоту. Эффективность очистки воды в этом случае составляла по свинцу 98%, по меди 97,1%, по цинку 97,8%.

Пример 3. Ведение процесса как в примере 1 за исключением того, что в качестве модификатора используют натриевую соль альгиновой кислоты, активный уголь берут с соотношением объема микропор к суммарному объему пор 0,4, а пропитку осуществляют при соотношении объемов пропиточного раствора и угля 1: 1. Эффективность очистки воды в этом случае составляла по свинцу 99%, по меди 98,2%, по цинку 98,6%.

Пример 4. Ведение процесса как в примере 1 за исключением того, что в качестве модификатора используют калиевую соль альгиновой кислоты, активный уголь берут с соотношением объема микропор к суммарному объему пор 0,35, а пропитку осуществляют при соотношении объемов пропиточного раствора и угля 0,9: 1. Эффективность очистки воды в этом случае составляла по свинцу 99,5%, по меди 98,6%, по цинку 99%.

При исследовании МАУ, полученного по способу прототипа, его эффективность очистки воды от тяжелых металлов была на 40 - 62% ниже, чем у предлагаемого: по свинцу 58%, по меди 48%, по цинку 35,8%.

Таким образом, предложенный способ позволяет получать МАЦ, превосходящие известные по эффективности очистки воды от тяжелых металлов, что дает реальную возможность решать широкий спектр экологических и технологических проблем.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а именно повышение эффективности работы сорбента по тяжелым металлам, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.