СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА ДЛЯ ОЧИСТКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ
METHOD FOR PREPARING A SORBENT FOR DRINKING WATER PURICFICATION

Изобретение относится к способу получения сорбентов, предназначенных для очистки питьевой воды, и может быть использовано для очистки питьевой воды в домашних условиях, фильтрах для очистки воды коллективного пользования и системах очистки в полевых условиях.
3
Известен способ получения сорбента, включающий пропитку гранул активного угля раствором сульфата меди с концентрацией 230-340 г/дм до обеспечения содержания сульфата меди в готовом хемосорбенте от 23 до 30% мас., причем удаление влаги с поверхности пропитанного угля проводится путем обдувки воздухом, подаваемым со скоростью 3-5 м/сек (см. патент РФ №2323877, кл. С01 В01J 20/2, опубликованный 10.05.2008 г.). Недостатком данного изобретения является сложность проведения процесса для обеспечения высокого содержания меди в готовом продукте.
3
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения сорбента для очистки питьевой воды, включающий пропитку активного угля с насыпной плотностью 410-480 г/дм и размером микропор 1,0-1,12 нм раствором углекислого или азотнокислого аммиаката серебра с концентрацией 0,1-0,5% мас., причем пропитку осуществляют при объемном соотношении уголь:раствор 1:(0,3-0,5), а термообработку проводят в печи кипящего слоя при температуре 120-250°С (см. патент №2145259 кл. В01J 20/20, С01В 31/08, 31/16, опубликованный 10.02.2000 г.).
Недостатком прототипа является низкая сорбционная способность при извлечении из воды цианида натрия.
Техническим результатом (целью изобретения) является повышение адсорбционной способности сорбента при извлечении из воды цианида натрия.
3
Поставленная цель достигается предложенным способом, включающим приготовление пропиточного раствора, пропитку зерен активного угля и термическую обработку, причем используют активный уголь с насыпной плотностью 750-850 г/дм и размером микропор 1,50-1,60 нм, а пропитку осуществляют аммиачным раствором углекислой основной меди, при этом содержание меди в сорбенте составляет 1,4-1,8% мас. в пересчете на медь, а размер зерен активного угля составляет 0,2-1,0 мм.
3
Отличие предлагаемого способа от прототипа состоит в том, что используют активный уголь с насыпной плотностью 750-850 г/дм и размером микропор 1,50-1,60 нм, а пропитку осуществляют аммиачным раствором углекислой основной меди, при этом содержание меди в сорбенте составляет 1,4-1,8% мас. в пересчете на медь, а размер зерен активного угля составляет 0,2-1,0 мм.
3
Авторам из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения сорбента для очистки питьевой воды, в котором используется активный уголь с насыпной плотностью 750-850 г/дм и размером микропор 1,50-1,60 нм, а пропитку осуществляют аммиачным раствором углекислой основной меди, при этом содержание меди в сорбенте составляет 1,4-1,8% мас. в пересчете на медь, а размер зерен активного угля составляет 0,2-1,0 мм.
Сорбенты на основе активных углей используются в системах очистки питьевой воды на заключительных стадиях процесса водоподготовки, когда вода уже обработана окислителями и обеззараживающими реагентами типа хлора и озона, поэтому здесь главным требованием к сорбентам становится эффективное поглощение низкомолекулярных токсикантов (типа цианидов).
Следовательно, нужно использовать угольную основу, обеспечивающую хорошую кинетику поглощения. Количество и вид хемосорбционных добавок должны быть такими, чтобы, с одной стороны, не блокировать микропористую структуру, а, с другой стороны, эффективно осуществлять хемосорбцию и комплексообразование продуктов деструкции.
3
3
3
3
Способ осуществляют следующим образом. Готовят пропиточный раствор в следующей последовательности: в емкость заливается вода и водный аммиак, которые подогревают до 30-40°С. И затем, при перемешивании, добавляется углекислый аммоний в количестве, обеспечивающем концентрацию его 35-45 г/дм. После этого раствор подогревают до 55-70°С и вводят при перемешивании основную углекислую медь в количестве, обеспечивающем ее концентрацию 55-65 г/дм. Берут активный уголь с суммарным объемом пор, равным 0,20-0,25 см/г, на основе антрацита с размером зерен 0,2-1,0 мм, насыпной плотностью 750-850 г/дм и размером микропор 1,50-1,60 нм, загружают его в аппарат типа бетономешалки, куда затем дозируют полученный раствор в количестве, равном 0,80-0,85 от суммарного объема пор активного угля. Перемешивание ведется в течение 10-15 минут, после чего пропитанный сорбент выгружают на вылеживание на открытом воздухе в течение 1,5-2,0 часов, затем проводят термическую обработку сорбента в печи кипящего слоя или вращающейся печи при температуре 120-145°С в течение 40-70 минут. Содержание меди в готовом сорбенте должно составлять от 1,4 до 1,8% мас., а влаги не более 3,0% мас.
3
Полученный сорбент имел адсорбционную активность по извлечению из воды цианида натрия (NaCN) при его исходной концентрации 1,0 мг/дм при температуре 20°С, равную 0,15-0,20 мг/г.
3
3
3
3
Пример 1. Берут активный уголь из антрацита марки ДАС ТУ 2568-390-04838763-2011, имеющий размер зерен 1,0 мм с насыпной плотностью 750 г/дм, суммарным объемом пор 0,22 см/г и размером микропор 1,5 нм; затем готовят пропиточный раствор добавлением в воду водного раствора аммиака, затем при нагревании до 35-40°С добавляют углекислый аммоний в количестве, обеспечивающем его концентрацию 35-45 г/дм, и углекислую основную медь, нагревая раствор до температуры 55-70°С в количестве, обеспечивающем ее концентрацию в растворе 55-65 г/дм, и подвергают термической обработке при температуре 120-145°С в течение 50-70 минут.
Полученный сорбент с содержанием 1,4% мас. в пересчете на медь имеет адсорбционную активность по извлечению из воды цианида натрия 0,15 мг/г.
3
Пример 2. Осуществление процесса как в примере 1, за исключением того, что берут активный уголь ДАС с размером зерен 0,2 мм, насыпной плотностью 850 г/дм и размером микропор 1,60 нм; полученный сорбент с содержанием меди 1,8% мас. в пересчете на медь имел адсорбционную активность по извлечению из воды цианида натрия 0,18 мг/г.
3
Пример 3. Осуществление процесса как в примере 1, за исключением того, что берут активный уголь ДАС с размером зерен 0,5 мм, насыпной плотностью 800 г/дм и размером микропор 1,55 нм. Полученный сорбент имел адсорбционную активность по извлечению из воды цианида натрия, равную 0,20 мг/г.
Сорбент для очистки питьевой воды, полученный по методу, изложенному в прототипе (пат. РФ №2145259), имел адсорбционную активность по цианиду натрия 0,09 мг/г.
Как показали многочисленные эксперименты, медь является наиболее эффективной хемосорбционной добавкой для поглощения из воды различных органических и неорганических соединений в отличие от серебра, которое проявляет в основном бактерицидные свойства.
3
3
Высокая насыпная плотность выше 850 г/дм обуславливает низкий уровень объема микропор и низкий суммарный объем пор, что снижает адсорбционную способность, а насыпная плотность ниже 750 г/дм дает увеличение объема сорбента, так как приводит к увеличению длины слоя. Относительно размера микропор было установлено, что при размере микропор ниже 1,50 нм ухудшается кинетика поглощения и возрастает длина работающего слоя, а при размере микропор более 1,60 нм снижается энергия адсорбции и падает адсорбционный потенциал. При содержании меди ниже 1,4% мас. уменьшается количество цианида натрия, поглощенного за счет хемосорбционной составляющей, а при содержании меди более 1,8% мас. происходит блокировка микропор и снижается количество поглощенного цианида натрия за счет сорбционной составляющей.
Размер зерен 0,2-1,0 мм обеспечивает хорошую внешнюю кинетику, если размер гранул более 1,0 мм - идет проскок за счет «стеночного» эффекта, если менее 0,2 мм - возрастает сопротивление слоя.
Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.