СПОСОБ ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИОННОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ ВЫСОКОДИСПЕРСНЫХ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД
METHOD FOR ELECTROFLOTATION EXTRACTION OF FINELY DISPERSED CARBON MATERIALS FROM WASTE WATER

Изобретение относится к области химической промышленности и охраны окружающей среды и может быть использовано для очистки сточных вод, содержащих высокодисперсные углеродные материалы. Вследствие малых размеров высокодисперсных углеродных материалов и высокой коллоидной устойчивости процесс извлечения их затруднен.
Для решения многих технологических задач применяются водные растворы высокодисперсных углеродных материалов в присутствии поверхностно-активных веществ. Использование золь-гель технологий позволяет вводить углеродные материалы в неорганические, полимерные и композиционные материалы. Но введение высокодисперсных углеродных материалов в водные растворы приводит к образованию новых жидких техногенных отходов, которые образуются на стадиях каталитического получения углеродных материалов, при промывке емкостей и реакторов, используемых для получения целевого продукта, а также при сбросе технологического брака. В результате, сточные воды предприятий, производящих и использующих данные углеродные материалы, содержат в себе электролиты, кислоты, ионы цветных металлов, а также поверхностно-активные вещества и высокодисперсные углеродные материалы.
Перспективным методом извлечения из сточных вод взвешенных веществ является электрофлотация. Причем, вследствие малых размеров высокодисперсных углеродных материалов и высокой коллоидной устойчивости извлечение их затруднительно.
Известен способ электрофлотационного извлечения углеродных наноматериалов в растворах электролитов в присутствии поверхностно-активных веществ и коагулянтов [А.Д. Милютина, В.А. Колесников, A. В. Колесников. Электрофлотационное извлечение углеродных наноматериалов в растворах электролитов в присутствии ПАВ и коагулянтов // Успехи в химии и химической технологии. Том XXX, 2016. № 3]. Найдены оптимальные условия, позволяющие извлекать углеродные наночастицы в присутствии поверхностно-активных веществ из водных растворов электролитов на 80-92 %. Недостатком способа является недостаточно высокая степень извлечения высокодисперсных углеродных материалов в присутствии катионного поверхностно-активного вещества, лежащая в пределах 80-85 %.
Наиболее близким по техническому решению является способ электрофлотационного извлечения высокодисперсных углеродных материалов из сточных вод и жидких техногенных отходов [Колесников B. А., Милютина А.Д., Колесников А.В., Крюков А.Ю. Исследование эффективности электрофлотационного метода извлечения высокодисперсных углеродных материалов из сточных вод и жидких техногенных отходов в присутствии поверхностно-активных веществ // Химическая промышленность сегодня. 2017.№ 3, С. 46-51]. Степень извлечения высокодисперсных углеродных материалов при добавлении 0,5 г/л сульфата натрия составляет 73 % за 20 минут электрофлотации. Этот способ выбран за прототип.
Недостатком метода является недостаточно высокая степень извлечения высокодисперсных углеродных материалов в присутствии алкилдиметил (2-гидроксиэтил) аммоний хлорида, лежащая в пределах 73 % за 20 минут процесса.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение степени извлечения высокодисперсных углеродных материалов в присутствии алкилдиметил (2-гидроксиэтил) аммоний хлорида.
Поставленная цель достигается тем, что электрофлотационное извлечение высокодисперсных углеродных материалов проводится при рН 7, плотности тока 0,2 А/л в присутствии поверхностно-активного вещества алкилдиметил (2-гидроксиэтил) аммоний хлорид и хлорида натрия при массовом соотношении их к друг другу [1:1:5].
Данное изобретение позволяет увеличить степень извлечения высокодисперсных углеродных материалов с 70,0-73,0 % до 89,0-90,0 при сохранении времени электрофлотации 20 минут.
Таким образом, эффективность от применения предлагаемого способа обусловлена повышением степени извлечения высокодисперсных углеродных материалов из сточных вод на 16,0-20,0 %.
2
4
2
3
2
4
Извлечение высокодисперсных углеродных материалов из водных растворов осуществлялось в непроточном электрофлотаторе с нерастворимыми металл-оксидными анодами. Исследования проводились в растворах, содержащих 100 мг/л высокодисперсных углеродных материалов, 100 мг/л поверхностно-активных веществ в присутствии NaCl, NaSO, NaCO, NaHPO в диапазоне концентраций по анионам от 50 до 5000 мг/л при комнатной температуре (20±2°С). Анализ концентрации высокодисперсных углеродных материалов в диапазоне 1-100 мг/л проводили по адаптированной методике количественного анализа (графический по калибровочному графику) на спектрофотометре ПРОМЭКОЛАБ ПЭ-5300В. Изобретение иллюстрируется следующим примером.
Пример. В 1 л воды, содержащей 100 мг высокодисперсных углеродных материалов, вводят при перемешивании 500 мг NaCl, 100 мг/л поверхностно-активного вещества алкилдиметил (2-гидроксиэтил) аммоний хлорид. Раствор при рН 6,5-7,0 перемешивают в течение 0,5 минут и подают в электрофлотационный аппарат для отделения образовавшихся частиц от очищаемой воды при плотности тока 0,2 А/л. Процесс электрофлотации ведут в течение 20 мин. После электрофлотации отбирают пробу вод на анализ и определяют содержание высокодисперсных углеродных материалов.
Для сравнения эффективности известного и предлагаемого способов проводилась очистка сточных вод с использованием одной и той же системы электродов, конструкции электрофлотатора, плотности тока, исходных концентраций высокодисперсных углеродных материалов, рН среды. Полученные результаты представлены в таблице 1.
Как видно из таблицы 1, предлагаемый способ позволяет существенно повысить степень извлечения высокодисперсных углеродных материалов из сточных вод до 89,0-90,0 %, что на 16,0-20,0 % больше по сравнению с прототипом.
В таблице 2 представлена сравнительная характеристика эффективности предлагаемого способа и прототипа.
Таким образом, эффективность от применения предлагаемого способа обусловлена повышением степени извлечения высокодисперсных углеродных материалов из сточных вод на 16,0-20,0 %.
v
С(УНЧ) = 100 мг/л; С(ПАВ) = 100 мг/л; рН 7,0; J= 0,2 А/л