способ получения сорбента на основе сульфата кальция на носителе из целлюлозных волокон

Формула изобретения

Способ получения сорбента на основе сульфата кальция на носителе из фибриллированных целлюлозных волокон, содержащих не менее 95 мас.% волокон с длиной не более 1,20 мм и не менее 55 мас.% волокон с длиной не более 0,60 мм, включающий приготовление исходной водной дисперсии, содержащей указанные волокна и растворенный хлористый кальций, обработку дисперсии сульфатом натрия с образованием частиц сульфата кальция и их иммобилизацией на волокнах с получением сорбента, состоящего из волокон и частиц сульфата кальция, отделение сорбента от жидкой фазы, при этом количество иммобилизованных частиц сульфата кальция составляет 100-1200 мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. волокон.

Описание изобретения к патенту

Способ относится к технологиям химического осаждения из водных растворов труднорастворимых неорганических соединений на различные носители и может быть использован в процессах селективного извлечения фтора и/или фосфатов из технологических или природных вод, содержащих различные загрязнители.

Известен способ получения тонкослойных неорганических сорбентов на носителе из целлюлозных волокон (Н.Д. Бетенков. Применение тонкослойных неорганических сорбентов в гидрометаллургии и радиохимии. Межвузовский сборник научных трудов, Пермский политехнический институт, 1980 г., стр.115-120). В этом способе из волокон древесной целлюлозы готовят носитель в виде гранул размером 0,2-0,5 мм. При получении сорбентов, например, на основе гидроксида железа гранулы диспергируют в водном растворе соли железа. Дисперсию обрабатывают щелочным реагентом-осадителем, например NaOH. В результате реакций образуются и выделяются в виде твердой фазы частицы труднорастворимого гидроксида железа, которые иммобилизуются на носителе с образованием частиц сорбента, состоящего из целлюлозных волокон в виде гранул, и активного компонента в виде частиц гидроксида железа. По мнению авторов, осажденные частицы образуют на гранулах тонкий слой с хорошей его адгезией к подложке.

Частицы сорбента отделяют от жидкой фазы отстаиванием или фильтрацией.

Недостаток способа заключается в том, что полученные по нему сорбенты имеют низкое содержание активного компонента (АК) (5-30 мг на 1 г сорбента). Вследствие этого основное назначение таких сорбентов - это извлечение из растворов веществ в разбавленном и ультраразбавленном состоянии, когда полное использование ионообменной емкости недостижимо.

Новыми техническими результатами от использования предлагаемого изобретения являются повышение содержания активного компонента в сорбенте и, соответственно, его емкости, а также обеспечение возможности селективного извлечения фтора и/или фосфатов из природных и сточных вод.

Указанные результаты достигаются тем, что способ получения сорбентов на основе сульфата кальция на носителе из фибриллированных целлюлозных волокон, содержащих не менее 95 мас.% волокон с длиной не более 1,20 мм и не менее 55 мас.% волокон с длиной не более 0,60 мм, включает приготовление исходной водной дисперсии, содержащей указанные волокна и растворенный хлористый кальций, обработку дисперсии сульфатом натрия с образованием в качестве продуктов обработки частиц сульфата кальция и их иммобилизацией на волокнах с получением частиц сорбента, состоящего из волокон и частиц сульфата кальция, отделение частиц сорбента от жидкой фазы, при этом количество иммобилизованных частиц сульфата кальция составляет 100-1200 мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. волокон.

Фибриллированные целлюлозные волокна (ФЦВ) с указанными выше характеристиками обладают в водной дисперсии очень высокой сорбционной способностью по отношению к образующимся в дисперсии при ее реагентной обработке нерастворимым частицам различных соединений металлов в момент их образования. В наших экспериментах было обнаружено, что сорбционная емкость волокон превышает 1500 мас.ч. соединений металлов на 100 мас.ч. волокон.

Эти волокна в водной среде обладают также высокой активностью к взаимодействию друг с другом и способностью быстро (в 10-20 сек) образовывать даже при низкой концентрации (20-30 мг/л) флокулы и хлопья, хорошо удерживающие пузырьки воздуха и поэтому легко флотируемые к поверхности воды.

Такими же свойствами обладают частицы сорбентов даже при высоком содержании в них частиц соединений металлов - активных компонентов и/или продуктов очистки стоков. Поэтому для выведения частиц из жидкой фазы следует использовать технологию напорной флотации, причем без применения вспомогательных веществ, таких как коагулянты, флокулянты, флотоагенты.

Сорбенты получают с соотношением в них, в мас.ч, активного компонента (АК) - сульфата кальция, и ФЦВ, равным 100-1200:100 в зависимости от условий использования сорбента.

Способ осуществляют следующим образом. Готовят суспензию ФЦВ, содержащую, в мас.%, не менее 95% волокон с длиной не более 1,20 мм и не менее 55% волокон с длиной не более 0,60 мм, с заданной концентрацией. Готовят также растворы хлористого кальция и сульфата натрия с заданными концентрациями.

Для получения сорбента используют установку непрерывного действия, содержащую смеситель, реактор, сатуратор и флотатор.

В смеситель подают при равных объемных скоростях суспензию ФЦВ с их содержанием 300-600 мг/л и раствор хлористого кальция с содержанием соли 235-2822 мг/л. Полученную исходную дисперсию направляют в реактор, в который подают также с такой же объемной скоростью раствор реагента-осадителя - сульфата натрия - с его содержанием 313-3760 мг/л, то есть в количествах, стехиометрически равных расходу хлористого кальция. В реакторе в результате реакций образуются 100-1200 мг/л частиц активного компонента в виде частиц сульфата кальция. Частицы иммобилизуются на ФЦВ с образованием сорбента в количестве 200-1950 мг/л. Далее дисперсию сорбента направляют в сатуратор, насыщают ее воздухом при его давлении 2-3 атм и из сатуратора направляют в камеру флотатора, в которой сорбент выводят из жидкой фазы в виде флотошлама.

Следующие примеры иллюстрируют возможности предлагаемого способа.

Пример 1. В смеситель подают с равными объемными скоростями суспензию ФЦВ, содержащую, в мас.%, не менее 95% волокон с длиной не более 1,20 мм и не менее 55% с длиной волокон не более 0,60 мм, с их содержанием 300 мг/л и раствор CaCl₂ с содержанием этой соли 235,02 мг/л и получают исходную дисперсию. Ее направляют в реактор, в который с такой же скоростью подают в качестве осадителя раствор Na₂SO₄ с содержанием соли 104,41 мг/л. В результате реакций в реакторе в качестве АК образуются 100 мг/л частиц CaSO₄. Указанные частицы иммобилизуются на ФЦВ с образованием 200 мг/л сорбента, в котором соотношение АК: ФЦВ равно 100:100. Сорбент выводят из жидкой фазы методом флотации.

Пример 2. В отличие от примера 1 используют суспензию ФЦВ с их содержанием 600 мг/л, раствор CaCl₂ с содержанием соли 3057,21 мг/л, и раствор Na₂SO ₄ с его содержанием 4071,9 мг/л. В результате реакций в дисперсии в качестве АК образуются частицы CaSO₄ в количестве 1300 мг/л. Частицы иммобилизуются на ФЦВ с образованием 1500 мг/л сорбента, в котором соотношение АК: ФЦВ равно 650:100.

Пример 3. В отличие от примера 1 используют суспензию ФЦВ с их содержанием 450 мг/л, раствор CaCl₂ с содержанием соли 6888,63 мг/л и раствор Na₂SO₄ с его содержанием 5638,14 мг/л. В результате реакций в дисперсии в качестве АК образуются 1800 мг/л частиц CaSO₄. Эти частицы иммобилизуются на ФЦВ с образованием 1950 мг/л сорбента, в котором соотношение АК: ФЦВ равно 1200:100.

Жидкая фаза в примерах 1-3 после выведения из нее сорбента содержит в качестве продукта реакций NaCl с содержанием 85,91, 1116,83 и 1546,38 мг/л соответственно.

Емкость сорбентов по примерам 1-3 в расчете на 1 г сорбента по фтору равна 139,5, 213,5 и 247,97 мг, по фосфатам (в пересчете на P₂О ₅) - 173,75, 300,93 и 320,74 мг/л соответственно.