способ получения сорбентов на основе гидроксида трехвалентного железа на носителе из целлюлозных волокон

Формула изобретения

Способ получения сорбента на основе гидроксида трехвалентного железа на частицах носителя из целлюлозных волокон, включающий приготовление исходной водной дисперсии, содержащей хлорид или сульфат трехвалентного железа и фибриллированные целлюлозные волокна, которые содержат (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 и имеют сорбционную емкость по отношению к частицам гидроксида трехвалентного железа не менее 2500 мас.ч. на 100 мас.ч. волокон, обработку дисперсии гидроксидом натрия с образованием частиц гидроксида трехвалентного железа и их иммобилизацией на волокнах с получением композиционного сорбента, содержащего 2000-2500 мас.ч. гидроксида трехвалентного железа на 100 мас.ч. волокон, и отделение сорбента от жидкой фазы.

Описание изобретения к патенту

Способ относится к технологиям химического осаждения из водных растворов трудно растворимых неорганических соединений на различные подложки-носители и может быть использован в процессах очистки сточных и 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 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 трудно растворимого гидроксида железа, которые иммобилизуются на носителе с образованием частиц сорбента, состоящего из целлюлозных волокон в виде гранул, и 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) в виде гидроксида железа (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.

Новым техническим результатом от использования предлагаемого изобретения является повышение содержания активного компонента в сорбенте и, соответственно, его емкости, а также расширение областей его использования, например для очистки воды или абсорбентов от сероводорода, сульфидов, тиолов и других загрязнений.

Указанные результаты достигаются тем, что согласно изобретению способ получения сорбентов на основе гидроксида трехвалентного железа на частицах носителя из целлюлозных волокон включает приготовление исходной водной дисперсии, содержащей частицы носителя в виде фибриллированных целлюлозных волокон, содержащих, в мас.%, не менее 95% волокон с длиной не более 1,2 мм и не менее 55% волокон с длиной не более 0,60 мм, и с сорбционной емкостью по отношению к частицам гидроксида трехвалентного железа не менее 2500 мас.ч. на 100 мас.ч. волокон, хлорид или сульфат трехвалентного железа, обработку ее гидроксидом натрия с образованием частиц гидроксида трехвалентного железа и их иммобилизацией на волокнах с образованием композиционного сорбента, содержащего 2000-2500 мас.ч. гидроксида трехвалентного железа на 100 мас.ч. волокон, отделение сорбента от жидкой фазы. Хлорид или сульфат железа и гидроксид натрия берут в их стехиометрически равных количествах.

Фибриллированные целлюлозные волокна (ФЦВ) с указанными выше характеристиками обладают в их 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 3500 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 с) 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) - гидроксида трехвалентного железа к ФЦВ, равным 2000-2500:100, 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 хлорида или сульфата трехвалентного железа и раствор гидроксида 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 100 мг/л и раствор хлорида или сульфата трехвалентного железа с содержанием соли 3741,6-3794,5 мг/л. Полученную исходную дисперсию направляют в реактор, в который подают также с такой же объемной скоростью суспензию реагента-осадителя - гидроксида натрия - с его содержанием 2807,0-2245,6 мг/л. В реакторе в результате реакций образуются 2000-2500 мг/л нерастворимого соединения активного компонента (АК) в виде частиц гидроксида трехвалентного железа. Частицы иммобилизуются на ФЦВ с образованием сорбента в количестве 2100-2600 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 100 мг/л и раствор Fe₂(SO₄)₃ с содержанием этой соли 3741,6 мг/л и получают исходную дисперсию. Ее направляют в реактор, в который с такой же скоростью подают в качестве осадителя раствор NaOH с его содержанием 2245,6 мг/л. В результате реакций в реакторе в качестве АК образуются 2000 мг/л частиц Fe(OH)₃. Указанные частицы иммобилизуются на ФЦВ с образованием 2100 мг/л сорбента, в котором соотношение АК:ФЦВ равно 2000:100. Сорбент выводят из жидкой фазы методом флотации.

Пример 2. В отличие от примера 1 используют раствор FeCl₃ с содержанием соли 3794,5 мг/л и раствор NaOH с его содержанием 2307,0 мг/л. В результате реакций в дисперсии в качестве АК образуются частицы Fe(OH)₃ в количестве 2500 мг/л. Частицы иммобилизуются на ФЦВ с образованием 2600 мг/л сорбента, в котором соотношение АК:ФЦВ равно 2500:100.

В качестве еще одного продукта реакций в примере 1 образуются 2131,2 мг/л Na₂SO₄, а в примере 2 - 2313 мг/л NaCl, которые находятся в растворенном виде.