СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА
METHOD OF PRODUCING SORBENT

Изобретение относится к области сорбционной очистки воды, а именно к получению сорбентов, и может быть использовано для умягчения воды.
Известен способ получения сорбентов для очистки воды, включающий обработку алюмосиликата раствором хитозана в разбавленной уксусной кислоте при массовом отношении, равном 1:1, и конечном значении pH раствора над осадком, равным 8-9, для получения массы и формирование частиц путем продавливания массы через фильеры, после чего частицы сушат и обрабатывают раствором гуминовых кислот, а затем отделяют от раствора и отверждают образовавшийся на поверхности частиц полимерный слой (патент №2277013, МПК B01J 20/16, B01J 20/26, B01J 20/32, опубл. 2006).
Недостатком описанного способа является высокая стоимость необходимого для получения сорбента исходного компонента - хитозана.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ получения сорбента, включающий смешивание исходных компонентов для получения массы и формирование частиц. При этом в качестве исходных компонентов используют измельченную опоку до размера 0,001 мм в поперечнике в количестве 20 г, портландцемент-500 в количестве 60 г, 10%-ный раствор хлорида натрия в количестве 10 г, 10%-ный раствор хлорида кальция в количестве 10 г и активный уголь БАУ-4 в количестве 20 г. Компоненты смешивают до получения тестообразной массы. Формирование частиц осуществляют пропусканием тестообразной массы через шнековый измельчитель, затем частицы высушивают и после схватывания массы выдерживают в проточной воде до отрицательной реакции на хлорид-ион (патент №2489204, МПК B01J 20/02, B01J 20/30, опубл. 2013).
Недостатком описанного способа является большой расход проточной воды, обусловленный необходимостью промывки сорбента до отрицательной реакции на хлорид-ион, и высокая стоимость получения сорбента вследствие использования в качестве одного из исходных компонентов дорогостоящего активного угля БАУ-4.
Предлагаемым изобретением решается задача ресурсосбережения и снижения стоимости получения сорбента.
Для достижения указанного технического результата в способе получения сорбента, включающем смешивание исходных компонентов для получения массы и формирование частиц, в качестве исходных компонентов используют предварительно активированную раствором соли натрия бентонитовую глину и измельченный парафин, которые смешивают при температуре 60-70°С в течение 20 минут, после чего формируют частицы размером 2-5 мм перемешиванием массы при комнатной температуре якорной мешалкой с частотой вращения, равной 50-60 об/мин.
Ресурсосбережение, обусловленное экономией воды из-за отсутствия необходимости ее применения при получении сорбента, и снижение стоимости вследствие использования доступных и недорогих исходных компонентов обеспечивается тем, что в качестве исходных компонентов используют предварительно активированную раствором соли натрия бентонитовую глину и измельченный парафин, которые смешивают при температуре 60-70°С в течение 20 минут, после чего формируют частицы размером 2-5 мм перемешиванием массы при комнатной температуре якорной мешалкой с частотой вращения, равной 50-60 об/мин.
Проведение смешивания исходных компонентов, в качестве которых используют предварительно активированную раствором соли натрия бентонитовую глину и измельченный парафин, при температуре 60-70°С в течение 20 минут является оптимальным. Нецелесообразно проводить смешивание при температуре менее 60°С в течение менее 20 минут, так как парафин при этом расплавляется частично, что способствует неравномерному распределению его по объему бентонитовой глины и получению сорбента с неоднородной структурой, а при температуре более 70°С и смешивании в течение более 20 минут возникают потери парафина из-за испарения.
Перемешивание массы при комнатной температуре якорной мешалкой с частотой вращения, равной 50-60 об/мин., является оптимальным, поскольку приводит к формированию частиц размером 2-5 мм, характеризующихся устойчивостью и наличием развитой удельной поверхности и, как следствие, обладающими высокими сорбционными характеристиками, обеспечивающими эффективность сорбента при извлечении из воды солей кальция и магния.
Формирование частиц сорбента является оптимальным при частоте вращения якорной мешалки, равной 50-60 об/мин. При частоте вращения якорной мешалки более 60 об/мин. происходит образование частиц размером менее 2 мм, которые нецелесообразно применять для умягчения воды вследствие их значительного гидравлического сопротивления потоку воды, пропускаемого через сорбент. При частоте вращения якорной мешалки менее 50 об/мин. не происходит связывание частиц парафина с активированной бентонитовой глиной и в результате не образуются устойчивые частицы сорбента, которые могут быть использованы при удалении из воды соединений жесткости.
Предлагаемое изобретение поясняется таблицей.
Способ получения сорбента осуществляется следующим образом.
Смешивают предварительно активированную раствором соли натрия, в частности, раствором карбоната натрия бентонитовую глину и измельченный парафин при температуре 60-70°С в течение 20 минут. В результате образуется однородная масса с большим количеством активных центров бентонитовой глины, позволяющих извлекать из воды соединения кальция и магния. При этом предварительно активированную раствором карбоната натрия бентонитовую глину и измельченный парафин берут в соотношении, равном 5:1, которое является целесообразным согласно исследованиям, опубликованным в статье «Создание экоэффективной технологии умягчения природных вод с использованием новых типов материалов», Ползуновский вестник, №3/1, 2012, стр. 217-219.
После чего формируют частицы размером 2-5 мм перемешиванием массы при комнатной температуре якорной мешалкой с частотой вращения, равной 50-60 об/мин. Это обеспечивает равномерность размеров формируемых частиц сорбента, обладающих достаточной механической прочностью для использования их в качестве материала для очистки воды от соединений жесткости. Образовавшиеся частицы имеют большую удельную поверхность, что обеспечивает высокие сорбционные характеристики при очистке от соединений кальция и магния. Охлаждение массы сорбента до комнатной температуры является оптимальным, поскольку при температуре выше комнатной не происходит образование отдельных частиц массы вследствие их слипания между собой, а при температуре ниже комнатной полученные частицы массы становятся хрупкими и мелкими.
При получении сорбента применяют доступные и дешевые исходные компоненты - парафин и активированную бентонитовую глину, что позволяет снизить стоимость сорбционного материала по отношению к прототипу.
Пример конкретного выполнения способа.
Предварительно проводят активацию бентонитовой глины, например, раствором карбоната натрия. Для этого помещают 100 г бентонитовой глины в емкость, например, стеклянную, объемом 2 л, куда наливают 1000 мл раствора карбоната натрия концентрацией 100 мг/л, после чего суспензию выдерживают при комнатной температуре в течение 24 ч. Далее отделяют суспензию бентонитовой глины от воды и высушивают активированную бентонитовую глину в сушильном шкафу при температуре 120°C.
Затем смешивают 100 г измельченного парафина с полученной активированной бентонитовой глиной в соотношении, равном 5:1, например, в фарфоровой чашке при нагревании при постоянной температуре 60-70°C в течение 20 минут.
После чего формируют частицы размером 2-5 мм при постоянном перемешивании массы при комнатной температуре якорной мешалкой, например, LR-2 ST, с частотой 50-60 об/мин.
Определение сорбционной емкости полученного предлагаемым способом сорбента в статических условиях по отношению к соединениям кальция и магния осуществляют следующим образом.
Для определения сорбционной емкости в статических условиях берут 9 колб, в каждую из которых помещают навеску сорбента массой 1 г. После этого в каждую колбу добавляют раствор солей кальция и магния объемом 100 мл с концентрацией, равной 0,5, 1, 5, 15, 20, 25, 30, 35, 40 мг-экв/л соответственно. Затем содержимое каждой колбы перемешивают в течение 2 ч и проводят анализ каждого раствора на содержание солей кальция и магния, в частности, титриметрическим методом. Значение сорбционной емкости материала рассчитывают, как разницу между начальной и конечной концентрацией раствора в каждой колбе, отнесенную к единице массы сорбента (Е.Е. Ергожин, A.M. Акимбаева Органоминеральные сорбенты и полифункциональные системы на основе природного алюмосиликатного и угольно-минерального сырья. Алматы, 2007. 373 с). Определенное максимальное значение сорбционной емкости для ионов кальция и магния составило 2,1 мг-экв/г, что соответствует 85% эффективности очистки воды от данных соединений в диапазоне концентраций от 0,5 до 40 мг-экв/л.
Ресурсосбережение обусловлено экономией воды из-за отсутствия необходимости ее применения для создания однородной массы, достигаемой за счет плавления парафина при температуре 60-70°С и указанной интенсивности перемешивания. Из таблицы видно, что стоимость получения сорбента по предлагаемому способу примерно в 2 раза меньше стоимости сорбента, полученного по прототипу. Отсутствие необходимости высушивания и промывки получаемых частиц в сравнении с прототипом приводит к значительному сокращению времени получения сорбента. Кроме того, предлагаемый способ получения сорбента осуществляется в одном аппарате, что экономит площади, занятые под оборудование.
Таким образом, использование предлагаемого способа приводит к ресурсосбережению воды и снижению стоимости получения сорбента.