способ извлечения ионов марганца (vii) из водного раствора

Формула изобретения

Способ извлечения ионов марганца из водного раствора, включающий сорбцию ионов марганца на активированном угле, отличающийся тем, что перед сорбцией активированный уголь подвергают кислотной, щелочной или водной обработке, сорбцию осуществляют в течение 2 ч, при этом после предварительной кислотной или щелочной обработки активированного угля сорбцию проводят при рН 2-3, а после водной - при рН 2-5.

Описание изобретения к патенту

Способ извлечения ионов марганца из водного раствора относится к области извлечения веществ с использованием сорбентов и может быть использован в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков.

Известно извлечение марганца восстановлением из оксидов кремнием или алюминием в электропечах, электролизом растворов MnSO₄ и другими методами [Р.Рипан, И.Четяну. Неорганическая химия, т.2. Химия металлов. Под ред. В.И.Спицына и И.Д.Колли. М.: Мир, 1972. С.392-394].

Недостатками способов являются длительность и сложность процесса.

Наиболее близким техническим решением является способ извлечения ионов тяжелых металлов, в том числе и марганца, из водного раствора, включающий сорбцию ионов марганца на сорбентах, в том числе на активированном угле [Патент RU 2008273 C1, VGR С 02 F 1/42, опубл. 28.02.1994].

Недостатком способа является то, что не определены условия, при которых сорбция на активированном угле (АУ) наиболее эффективна.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является нахождение оптимальных условий для быстрого и эффективного способа извлечения ионов марганца из водного раствора на АУ.

Техническим результатом, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, является эффективность процесса извлечения ионов марганца из водного раствора.

Этот технический результат достигается тем, что в известном способе извлечения ионов марганца сорбцией на активированном угле перед сорбцией активированный уголь подвергают кислотной, щелочной или водной обработкам, сорбцию осуществляют в течение двух часов, при этом после предварительной кислотной или щелочной обработок активированного угля сорбцию проводят при рН 2-3, а после водной - при рН 2-5.

Сущность способа поясняется чертежами, где на фиг.1, 3, 5, 7 даны зависимости остаточной концентрации ионов марганца в мг Mn (VII)/дм³ от величины рН раствора, времени сорбции и способа предварительной обработки сорбента. В результате окислительно-восстановительных реакций между ионом марганца (VII) и АУ в растворе появляются продукты восстановления аниона марганца (VII). На фиг.2, 4, 6 дано общее извлечение всех ионов марганца Е, в % от исходной концентрации.

Примеры конкретного выполнения способа.

Сорбцию Mn (VII) осуществляли из 200 см³ исходного раствора KMnO₄, масса сорбента 2 г. Сорбент предварительно в течение суток выдерживали в 0,1 н. растворах NaOH, Н₂ SO₄ или в дистиллированной воде.

Концентрацию ионов марганца определяли на фотоколориметре марки КФК-3, кислотно-основные характеристики раствора контролировали pH-метром марки рН-121.

В процессе сорбции величина рН раствора изменялась, поэтому в процессе сорбции проводили коррекцию заданного значения рН при непрерывном перемешивании.

Перемешивание и поддержание заданного значения рН осуществляли до тех пор, пока в дальнейшем кислотно-основные характеристики системы изменялись незначительно. Однако для большей гарантии достижения равновесия контакт сорбента и раствора осуществляли не менее суток. Для поддержания заданного значения рН раствора в процессе сорбции в качестве нейтрализаторов использовали растворы NaOH или Н₂SO₄. Заданное значение рН поддерживали в течение 2 часов от начала сорбции нейтрализацией раствора, в дальнейшем величина рН изменялась незначительно, поэтому коррекцию величины рН осуществляли один раз в сутки.

Сорбцию осуществляли при комнатной температуре.

Используя значения концентраций ионов марганца в водном растворе исходном и после сорбции, рассчитывали сорбционную обменную емкость при равновесии (СОЕ, мг/г).

Пример 1 (фиг.1 и 2).

Сорбент предварительно в течение суток выдерживали в 0,1 н. растворе H₂SO₄.

На фиг.1 и 2 даны результаты сорбции из водного раствора с концентрацией 1 г Mn (VII)/дм ³ за время 120 мин.

Из данных фиг.1 следует, что сорбция осуществлялась в интервале рН 2-10 за время менее 2 часов, лучшие результаты получены при рН 2-3, СОЕ=92,1-91,4 мг/г.

Из данных фиг.2 следует, что лучшие показатели извлечения всех ионов марганца из водного раствора осуществлялись в интервале рН 2-3, за время 2 ч извлечение составило 86-95%.

За сутки показатели сорбции составили:

рН	2	3	4	5	6	7	8	9	10
С, мг Mnобщ/дм3	5	13	30	40	40	102	97	52	115
Е(Mnобщ), %	86	95	96	96	96	89	89	94	88

Пример 2 (фиг.3 и 4).

Сорбент предварительно в течение суток выдерживали в 0,1 н. растворе NaOH.

На фиг.3 и 4 даны результаты сорбции из водного раствора с концентрацией 1 г Mn(VII)/дм³ за время 120 мин.

Из данных фиг.3 следует, что сорбция осуществлялась в интервале рН 2-9 за время менее 2 часов, лучшие результаты получены при рН 2-3, СОЕ=87,4-92,7 мг/г за время 1 час.

Из данных фиг.4 следует, что лучшие показатели извлечения всех ионов марганца из водного раствора осуществлялось в интервале рН 2-3, за время 1 ч извлечение составило 90-94%.

За сутки показатели сорбции составили:

рН	2	3	4	5	6	7	8	9
С, мг Mnобщ /дм3	65	413	30	207	136	130	258	413
Е(Mnобщ ), %	93	55	97	78	86	86	73	57

Пример 3 (фиг.5 и 6).

Сорбент предварительно в течение суток выдерживали в дистиллированной воде.

На фиг.5 и 6 даны результаты сорбции из водного раствора с концентрацией 1 г Mn (VII)/дм³ за время 120 мин.

Из данных фиг.5 следует, что сорбция осуществлялась в интервале рН 2-10 за время менее 2 часов, лучшие результаты получены при рН 2-5, СОЕ=89,2-92,6 мг/г за время 1 час.

Из данных фиг.6 следует, что лучшие показатели извлечения всех ионов марганца из водного раствора осуществлялось в интервале рН 2-5, за время 1 ч извлечение составило 87-99,9%.

За сутки показатели сорбции составили:

рН	1,6	2	3	4	5	6	7	8	9	10
С, мг Mnобщ/дм 3	0	52	80	13	122	13	25	22	20	361
Е(Mn общ), %	99,9	94	91	99	87	99	97	98	98	61

Пример 4 (фиг.7).

Сорбент предварительно в течение суток выдерживали в дистиллированной воде.

На фиг.7 даны результаты сорбции из водного раствора при рН 7 за время 150 мин с концентрациями 0,4-3,0 г Mn (VII)/дм³.

Из данных фиг.7 следует, что результаты сорбции ионов марганца зависят от концентрации исходного раствора, сорбционное равновесие наступает за время 90 мин.

Из данных фиг.1-7 следует, что при комнатной температуре результаты сорбции зависят от предварительной обработки сорбента, концентрации исходного раствора, величины рН раствора в процессе сорбции и времени сорбции.

По сравнению с прототипом сорбция на активированном угле при оптимальных условиях является быстрым и эффективным способом извлечения ионов марганца (VII) из водных растворов.