способ очистки растворов, содержащих дисперсные и коллоидные частицы

Формула изобретения

1. Способ очистки растворов, содержащих дисперсные и коллоидные частицы, включающий обработку их при перемешивании сверхвысокомолекулярным элементорганическим веществом и последующее отделение образовавшегося осадка, отличающийся тем, что в качестве сверхвысокомолекулярного элементорганического вещества используют кремнийорганическое вещество или интерполимерные комплексы на его основе, содержащие в обрамлении основной цепи функциональные группы, обеспечивающие его растворимость в различных средах, а также образование прочных связей не только с поверхностью дисперсной фазы, но и с другими макромолекулами, общей формулы

где m=1-9;

R₁=(CH ₂)_nPol, где n=2-4;

R ₂ и R₃, выбранные из Н; СН ₃; С₂Н₅; C ₃H₅; С₃Н ₇; С₄H₉;

R₄ и R₅, выбранные из СН₃; C₂H ₅; С₃Н₅; С ₃Н₇; С₄Н ₉; С₆Н₅; ОН; ОМ;

M=Na; К; Cs;

R₆=(СН ₂)_k, O; где k=1-4;

R ₇=R₄; [NR₁R ₂R₃]O;

Pol - органический полимер из ряда поливиниламинов, полиаллиламинов, поли-Н-виниламидов, полидиметилдиаллиламмоний галогенидов, полиакрилатов, полиметилакрилатов, а также сополимеры и блоксополимеры из мономеров, соответствующих вышеперечисленным полимерам.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что очистку ведут в присутствии щелочных агентов таких, как гидроксиды натрия и кальция.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что предварительно в очищаемую среду вводят окислитель, например серную кислоту, фосфорную кислоту, полифосфорную кислоту, перекись водорода, гипохлорид натрия или кальция.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической технологии очистки дисперсных сред и коллоидных растворов и может быть использовано для очистки жидких растительных, минеральных и синтетических масел, очистки сахаросодержащих растворов, подготовке и очистке сточных вод, а также во всех производствах, где требуется очистка растворов от дисперсных и коллоидных компонентов.

Известен способ очистки отработанных смазочных масел путем нагревания, отгонки воды и легких фракций от регенерируемого масла, обработкой последнего растворителем с последующей вакуумной разгонкой выделенного масла, отличающийся тем, что в качестве растворителя используется полиметилсилоксан при объемном соотношении растворителя и масла 2-10:1 и обработку проводят при 15-50°С, давлении 1,0-1,5 кгс/см ², вакуумную разгонку проводят в тонкопленочном испарителе при 240-350°С и давлении 2-20 мм рт.ст. (RU 2061741 С1, 10/06/1996).

Недостатком способа является его ограниченная применимость только для отработанных смазочных масел, высокая стоимость из-за затрат, связанных с необходимостью применения высоких температур, давления, вакуума и дорогостоящего полиметилсилоксана, используемого в качестве растворителя. В этом способе используется принцип различной растворимости масла и примесей, входящих в его состав, однако, очевидно, что таким способом отработанное масло от всех примесей очистить невозможно. Именно этим и объясняется необходимость вакуумной перегонки целевого продукта. Кроме того, применение этого способа возможно только для низкомолекулярных полиметилсилоксанов, которые могут быть перегнаны в вакууме.

Известен способ очистки кислых растворов от кремния, включающий обработку их при перемешивании кремнийсодержащим веществом и последующее отделение образовавшегося продукта от раствора, отличающийся тем, что в качестве кремнийсодержащего вещества используют кремнийорганический флокулянт, выбранный из соединений класса органосиликонатов щелочных металлов или металлорганосиликонатов щелочных металлов и их смесей. Объемное отношение - обрабатываемый раствор: флокулянт 1:0,0001-0,015. Способ отличается тем, что в соединениях класса органосиликонатов или металлорганосиликонатов органическими радикалами являются метил, этил, пропил, изопропил, винил или фенил; металл выбран из ряда: алюминий, цинк или магний, а щелочными металлами являются натрий или калий. (RU 2077506 С1, 20/04/1997).

Недостатком способа является его ограниченная применимость, только для очистки кислых водных растворов от кремния методом, вызывающим полимеризацию кремниевой кислоты.

Ближайшим аналогом предложенного способа является способ очистки и разделения дисперсных сред и коллоидных растворов, включающий обработку их при перемешивании кремнийсодержащим веществом и последующее отделение образовавшегося продукта от раствора, отличающийся тем, что в качестве кремнийсодержащего вещества используют кремнийорганический флокулянт общей формулы

где - индексы р=(1-8); k, l=(0-1); m=(0,05-0,5); n=(0,0-0,8); при этом сумма k+l+m+n=1.

Радикалы R ₁, R₂, R₃=СН ₃; С₂Н₅; С ₆Н₅; С₃Н ₇; С₄Н₉; O-[SiO ₂]_qOJ, где q=1-9;

R ₄, R₅=СН₃; С₂Н₅; С ₆Н₅; С₃Н ₇; С₄Н₉; С ₃Н₄F₃; С ₃Н₅; С₃Н ₄Cl₃; С₃Н ₈N;

R₆, R₇ , R₈=Н; СН₃; С ₂Н₅; С₃Н ₇; С₃Н₅;

J=Li; Na; K; Cs.

Активные группы и M=J; R ₆;

комплексообразователи: G=Cl; Br; I (RU 2246447 С1, 20.02.2005).

Недостатком способа является высокая стоимость продукта, связанная с тем, что даже для одного и того же технологического процесса в зависимости от меняющихся внешних факторов, например, качества исходного сырья, необходимо заново делать расчет количества звеньев (k, l, m, n) и типа углеводородного радикала. Это, в свою очередь, приводит к необходимости синтеза целой гаммы флокулянтов для каждого технологического процесса, что резко ограничивает возможность применения этого способа практически во всех областях очистки растворов от дисперсных и коллоидных частиц.

Технический результат изобретения заключается в упрощении и повышении эффективности процесса очистки растворов от различных дисперсных и коллоидных частиц, обеспечении доступности и простоты применения в различных технологических процессах, снижении энергетических затрат за счет пониженных температур и времени очистки.

Указанный технический результат достигается тем, что способ очистки растворов, содержащих дисперсные и коллоидные частицы, предусматривает применение сверхвысокомолекулярного элементорганического флокулянта, содержащего в обрамлении основной цепи функциональные группы, обеспечивающие его растворимость в различных средах, образование прочных связей не только с поверхностью дисперсной фазы, но и с другими макромолекулами, общей формулы

где m=1-9;

радикалы: R₁ =(CH₂)_nPol, где n=2-4;

R₂ и R₃, выбранные из Н; СН₃; С₂Н ₅; С₃Н₅; С ₃Н₇; С₄Н ₉;

R₄ и R₅ , выбранные из СН₃; С₂ Н₅; С₃Н ₅; С₃Н₇; С ₄Н₉; С₆Н ₅; ОН; ОМ;

M=Na; K; Cs;

R₆ =(CH₂)_k, O; k=1-4;

R₇=R₄; [NR ₁R₂R₃]O;

Pol = органический полимер из ряда поливиниламинов, полиаллиламинов, поли-N-виниламидов, полидиметилдиаллиламмоний галогенидов, полиакрилатов, полиметилакрилатов, а также сополимеры и блоксополимеры из мономеров, соответствующих вышеперечисленным полимерам.

Сверхвысокомолекулярный элементорганический флокулянт (СВЭФ), содержащий в качестве одного из радикалов соединение комплексной природы, четвертичную аммониевую соль, обеспечивает синергизм межмолекулярных взаимодействий дисперсных и коллоидных частиц, снижение величины градиента потенциала электрических зарядов, обеспечивает разрушение структурно-механических барьеров и сцепление с поверхностью частиц, одновременно сохраняя связь с другими высокомолекулярными молекулами.

При использовании СВЭФ для очистки растительных масел, полученных методом прессования, удаление коллоидных частиц шрота и гидратируемых фосфатидов происходит в широком интервале температур (от 0 до 90°С). Поэтому процесс очистки можно вести без нагревания, при этом R ₄=R₅=С₃Н ₅; С₃Н₇; С ₄Н₉; С₆Н ₅, R₄=ОМ, m=1-4, что обеспечивает высокую совместимость СВЭФ с растительными маслами, способствует глубокой конверсии карбоновых кислот в соли и выведению растворенных в масле фосфатидов из зоны взаимодействия в виде нерастворимого в масле осадка. Применение СВЭФ обеспечивает полную очистку масел, их хорошую фильтруемость, получение масла с кислотным числом до 0,6 мг КОН на грамм масла, что соответствует гидратированному рафинированному маслу.

Отработанные трансмиссионные и моторные масла могут быть очищены от мелкодисперсных примесей масляных нагаров, металлических частиц и других образований в две стадии. На первой стадии в смесь при перемешивании вводится многоосновная кислота (серная, сернистая, фосфорная и т.д.), после чего смесь нагревается до температуры (70-90°С). На второй стадии при перемешивании смесь нейтрализуют основанием до значения рН 6,5-7,5, после чего вводят СВЭФ, при этом R₄=R ₅=С₃Н₇; С ₄Н₉; С₆Н ₅, m=3-5, n=3. Такая схема применения СВЭФ позволяет удалить примеси в виде осадка, очищая масло до первоначальной оптической прозрачности.

Сахаросодержащие растворы могут быть очищены по этому способу в одну или несколько стадий, включающих их обработку при перемешивании СВЭФ и последующим удалением образовавшегося осадка в присутствии СаО или без него при следующих значениях R₄=R₅=СН ₃; С₂Н₅; С ₃Н₅; С₃Н ₇; ОН, m=4-9. Значение R₆ зависит от рН среды. Для рН<7 R₆=0, для других значений водородного показателя R₆=(CH ₂)_k. Предложенный способ позволяет проводить очистку сахаросодержащих растворов с чистотой менее 80%, причем в случае очистки диффузионного сока в технологическом процессе переработки сахарной свеклы большинство несахаров выводится со стружкой уже в процессе экстракции сахарозы в диффузионном аппарате. Кроме того, предложенная технология позволяет стабилизировать технологический процесс и сделать его менее чувствительным к изменению качества сырья и других технологических параметров. За счет высокого эффекта очистки (45-60%) отпадает необходимость в таких стадиях технологического процесса, как сульфитация, вторая дефекация и сатурация и т.п.

Пример 1. К 1 кг растительного масла, полученного методом холодного прессования, при температуре 18°С добавляют при перемешивании 25 мл, 5% раствора СВЭФ при следующих значениях индексов: R₁=(СН ₂)₃Pol, R₂=R ₃=С₃Н₅, R ₄=R₇=ONa, R₅ =C₂H₅, R ₆=О, m=2, Pol = полиакрилат. Смесь перемешивают в течение 15 минут, образовавшийся осадок удаляют методом фильтрации или центрифугирования. Очищенное масло имеет кислотное число менее 0,4 мг КОН на грамм масла, что соответствует гидратированному рафинированному маслу.

Пример 2. К 1 кг отработанного машинного масла при перемешивании добавляют 8 мл 40% раствора ортофосфорной кислоты, смесь нагревают до 80°С, затем при перемешивании вводят 20 мл известкового молока, после чего добавляют 2 мл 10% СВЭФ при следующих значениях индексов: (СН₂ )₃Pol, R₂=C ₄H₉, R₃=С ₃Н₅, R₄=СН ₃, R₅=С₆H ₅, R₆=(CH₂) ₂, m=1, Pol = полидиметилдиаллиламмоний. Смесь перемешивают 10 минут и отправляют на фильтрацию или центрифугирование, после чего удаляют легкокипящую фракцию при остаточном давлении 2-10 мм рт.ст. и температуре 70-90°С. Затем нагретую смесь фильтруют на нутч-фильтре. Очищенное масло представляет собой прозрачную вязкую жидкость, без механических примесей и неприятного запаха.

Пример 3. Очистка сахаросодержащего раствора полученного из сахара-сырца с чистотой 98,0% проводится в аппарате с мешалкой. К 1 кг сахаросодержащего раствора с содержанием сухих веществ 56% при перемешивании добавляют 1,5 гр СаО и 0,05 гр СВЭФ при следующих значениях индексов: (СН₂) ₂Pol, R₂=СН₃ , R₃=С₃Н ₅, R₄=СН₃, R₅=С₂H ₅, R₆=(СН₂) ₂, R₇=[NR₁R ₂R₃]O; m=9, Pol = поли-N-виниламид. Смесь перемешивают 10 минут, образовавшийся осадок удаляют фильтрацией или центрифугированием. Эффект обесцвечивания составил 92,5%.