Способ получения адсорбента из листьев пальмы для очистки вод
METHOD FOR OBTAINING AN ADSORBENT FROM PALM LEAVES FOR WATER TREATMENT

Изобретение относится к способу получения адсорбента из листьев пальмы, который может быть использован для очистки поверхностных, подземных и/или сточных вод.
Известен способ получения сорбента из рисовой соломы (патент RU 2 671 329 C1, МПК C02F 1/28, опубл. 30.10.2018) способ сорбционной очистки вод от аммонийного азота предприятий рыборазведения, включающий подачу сорбента, перемешивание и отделение твердой фазы, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют химически или термически активированную рисовую солому, при химической активации рисовой соломы ее промывают в дистилляте, а при термической активации проводят замораживание или высокотемпературную карбонизацию в электрической печи.
Известен, способ получения сорбента из листьев пальмы для очистки вод [Ahmed M. Soliman, Hanan M. Elwy, Thies Thiemann, Yasamin Majedi, Felix T. Labata, Nathir A.F. Al-Rawashdeh, Removal of Pb(II) ions from aqueous solutions by sulphuric acid-treated palm tree leaves, Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, Volume 58, 2016, Pages 264-273, ISSN 1876-1070, https://doi.org/10.1016/j.jtice.2015.05.035.(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1876107015002576)].
2
4
3
Согласно известному способу листья пальмы, собранные в естественных условиях в кампусе Университета Объединенных Арабских Эмиратов в Макаме, Аль-Айн, Абу-Даби, ОАЭ, обрабатывали в последовательности: промывка деионизированной водой, сушка на воздухе и разрезание на мелкие кусочки. Высушенные кусочки замачивали в 25% (масс./масс.) HSO при комнатной температуре (rt) в течение 24 ч. Обработанные листья тщательно промывали дистиллированной водой и высушивали при rt. Затем листовую массу переносили в печь для карбонизации при различных температурах в течение 24 ч. Активированному углю (AC) давали остыть до rt и многократно промывали деионизированной водой, затем 1% экв. NaHCO, до достижения pH супернатантов на уровне около pH 6,0. Затем полученный активированный уголь сушили при 105±1°C в течение 12 ч для удаления остаточной влаги, измельчали и просеивали на стандартных ситах для отбора частиц размером от 300 мкм до 425 мкм. Частицы были запечатаны в полиэтиленовые контейнеры для дальнейшего использования.
Полученный АС применяли для удаления ионов Pb(II) из воды.
3
3
В водный раствор Pb(II) концентрацией 50 - 100 мг/дм вносили AC дозой 4 - 5 г/ дм.Водный раствор перемешивали механически 1 минуту через 30 минут, фиксируя концентрацию ионов Pb(II) и рН воды во времени до достижения равновесного состояния, которое составило 3 часа.
3
3
3
3
При содержании в растворе 50 мг/дм Pb(II) наиболее эффективной дозой адсорбента является 4 г/ дм, при содержании в растворе 100 мг/дм Pb(II) - эффективная доза составляет 5 г/дм. Соответственно, эффективность очистки составила 98,6% и 92,6% при pH 5,5±0,3.
Одним из основных недостатков данного способа очистки вод является зависимость от термической активации и значительное потребление энергии.
Наиболее близким аналогом является способ получение сорбента из листьев пальмы для очистки вод [Mona El-Sayed, Amr A. Nada, Polyethylenimine -functionalized amorphous carbon fabricated from oil palm leaves as a novel adsorbent for Cr(VI) and Pb(II) from aqueous solution, Journal of Water Process Engineering, Volume 16, 2017, Pages 296-308, ISSN 2214-7144, https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2017.02.012. (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214714416305888)].
3
Листья пальмы были предварительно промыты дистиллированной водой, высушены в течение ночи при 60°C, измельчены, просеяны до постоянного размера и хранились до использования. Все используемые химические реактивы были аналитическими реактивами. Стандартные исходные растворы ионов металлов pb(II) и Cr(VI) с содержанием 1000 мг/дм были приготовлены из нитрата свинца и бихромата калия, соответственно, и далее разбавлены деионизированной водой для получения растворов более низкой концентрации.
Пальмовые листья подвергали процессу предварительной обработки, гидролизовали в разбавленной серной кислоте, полученный остаток подвергали процессу делигнификации для удаления лигнина, полученную целлюлозную массу подвергали реакции с наночастицей силиката кобальта в качестве катализатора под воздействием добавления концентрированной серной кислоты. В результате был получен готовый адсорбент АКТФ.
Далее, 20 г ACTF добавляли к 100 мл 10% (масс./об.) раствор полиэтиленимина / метанола, перемешивали при 160 об/мин при 298°К в течение 2 ч. Затем его немедленно переносили в 200 мл 1% (масс./об.) раствора глутаральдегида / метанола для сшивания, чтобы предотвратить его вымывание во время операции адсорбции. Раствор перемешивали при 160 об/мин при 298°К в течение 30 мин. Растворитель выпаривали при комнатной температуре, а адсорбент ACTF-PEI измельчали и просеивали до постоянного размера.
-1
-1
Результаты показали, что модификация тонкой пленки аморфного углерода полиэтиленимином значительно улучшила адсорбционные характеристики для Pb(II) и Cr(VI) и продемонстрировала, что рассчитанные равновесные сорбционные емкости составили 109,61 мг Pb(II) г и 108,80 мг Cr(VI) г.
Недостатком этого способа является длительность и повышенные затраты на приготовление адсорбирующего материала, а также то, что он зависит в основном от химической активации и термической активации.
3
Сущность изобретения заключается в том, что способ получения адсорбента из листьев пальмы для очистки вод, включающий промывку листьев водопроводной водой, высушивание, разрезание и ввод их в обрабатываемую жидкость, при этом высушивание осуществляют при комнатной температуре в течение суток, разрезание листьев производят на фракции до 6 мм, а ввод измельченных листьев в обрабатываемую воду производят при перемешивании в течении от 1 минуты дозами 0,1 - 0,4 г/0,05 дм.
Технический результат заключается в снижении затрат, а именно: снижается энергопотребление, время обработки и отсутствует необходимость использования химических реагентов на очистку вод.
Способ сорбционной очистки вод от растворенных и взвешенных органических загрязнений (по химической потребности в кислороде), который реализуется полученным адсорбентом из листьев пальмы, ежегодно в большом количестве выбрасываемых фермерскими хозяйствами.
3
Методика получения адсорбента, на примере образцов листьев пальм. Из сухих или срезанных свежих листьев пальмы для получения адсорбента готовят рабочий материал в вид снопов размером 15 - 30 см, который обрабатывается без активации в цилиндрической емкости проточной водопроводной водой при перемешивании и вымешивание руками (в лабораторных перчатках) для удаления жидкости в течение 15 - 20 минут при температуре 16°-18°С, далее листья помещают на наклонную влагостойкую поверхность с уклоном 10 - 15° для удаления стекающей с листьев жидкости в течение 20 - 30 минут, после чего раскладывают на плоскую впитывающую поверхность ровным слоем 2 - 3 см  и высушивают при комнатной температуре 30°-36°С в течение 24 часов. Затем в зависимости от технологической потребности применения при очистке вод, листья разрезают лабораторными ножницами на равные фракции, например, 2х2 мм, 6х2 мм и 10х2 мм и т.п., и вносят в обрабатываемую воду дозой 0.1 -0.2- 0.4 г/0,05 дм. В лабораторном стакане вместимостью 100 мл.
3
3
3
Пример реализации способа получения адсорбента из листьев пальмы. Подготовлен водный растворглюкозы концентрацией 0.25 г/дмс начальной концентрацией по ХПК 235 мгО/дм и 7 мг/дм по ХПК.
В лабораторных опытах обработку вод проводили на адсорбенте из листьев пальмы фракцией 6х6 мм, с разными дозами (0,1 г, 0,2 г, 0,4 г).
Были проведены эксперименты по определению значений химической потребности в кислороде (ХПК), Результаты экспериментов (таблицы 1- 9) показали эффективность адсорбента из листьев пальмы для удаления органических загрязнений по ХПК.
Таблица 1
Значения химической потребности в кислороде водного раствора<b></b>глюкозы концентрацией 0.25 г/дм<sup>3</sup><b></b>с начальной концентрацией по ХПК 235 мгО/дм<sup>3</sup> во времени контакта 1 - 30 минут, (без внесения адсорбента).
Время, минут
1
5
15
20
30
с перемешиванием
293
337
446
456
477
без перемешивания
276
321
433
473
445
Таблица 2
Значения химической потребности в кислороде (ХПК) по времени (доза адсорбента 0,1 <b>г,</b> листья пальмы, фракция 6 мм).
Время, минут
1
5
15
20
30
с перемешиванием
265
281
320
318
315
с перемеш холостая
293
337
446
456
477
Сорбировано,
28
56
126
138
162
мг/дм<sup>3</sup>
без перемешивания
245
256
271
281
302
без перемеш холост
276
321
433
473
445
Сорбировано,мг/дм<sup>3</sup>
31
65
162
192
143
Процесс адсорбции ХПК с перемешиванием и без перемешивания начинается с первой минуты и продолжает увеличиваться до 30 минут.
3
3
Средняя скорость адсорбции, при дозе 0,1 г листьев пальмы: с перемешиванием (510 мг /дм/30) 17,0 мг/мин, без перемешивания (593 мг/дм/30) 19,8 мг/мин.
Таблица 3
Значения химической потребности в кислороде (ХПК) по времени (доза адсорбента 0,2 г листьев пальмы, фракция 6 мм).
Время, минут
1
5
15
20
30
с перемешиванием
262
286
351
369
405
с перемеш. холост
293
337
446
456
477
Сорбировано, по ХПК мг/дм<sup>3</sup>
31
51
95
87
72
без перемешивания
232
253
309
331
375
………………
276
321
433
473
445
Сорбировано, мг/дм<sup>3</sup>
44
68
124
142
70
Процесс адсорбции ХПК с перемешиванием и без перемешивания начинается с первой минуты и продолжает увеличиваться до 30 минут.
3
3
Средняя скорость адсорбции, при дозе 0,2 г листьев пальмы: с перемешиванием (336 мг /дм/30) 11.2 мг/мин, без перемешивания (448 мг/дм/30) 14.93 мг/мин.
Таблица 4
Значения химической потребности в кислороде (ХПК) во времени (доза адсорбента 0,4 <b>г,</b> листья пальмы, фракция 6 мм).
Время, минут
1
5
15
20
30
с перемешиванием
271
335
465
506
588
с перемеш. холост
293
337
446
456
477
Сорбировано, по ТДС мг/дм<sup>3</sup>
22
2
-19
-50
-111
без перемешивания
242
288
380
398
435
без перемешивания. холост
276
321
433
437
445
Сорбировано, ХПК мг/дм<sup>3</sup>
34
33
53
39
10
Процесс адсорбции ХПК без перемешивания начинается с первой минуты и продолжает увеличиваться до 30 минут, а с перемешиванием начинается с первой минуты до 15 минут, затем начинается обратный процесс адсорбции(десорбция) до 30 минут.
3
3
Средняя скорость адсорбции, при дозе 0,4 г листьев пальмы: с перемешиванием (-156 мг /дм/30) мг/мин, без перемешивания (169 мг/дм/30) 5.63 мг/мин.
Таблица 5
Средняя скорость адсорбции, при дозах (0,1-0,2-0,4 г) листьев пальмы
дозы(г)
с перемешиванием (мг/мин)
без перемешивания (мг/мин)
0,1
17,0
19,8
0,2
11.2
14.93
0,4
-5,2
5.63
Таблица 6
Показатели выделения растворенных твердых веществ (ТДС) во времени (доза адсорбента 0,1 г, листья пальмы, фракция 6 мм)
Время, минут
1
5
15
20
30
с перемешиванием
12
37
66
82
93
с перемеш. холост
15
60
83
97
102
Сорбировано, по ТДС мг/дм<sup>3</sup>
3
23
17
15
9
без перемешивания
14
25
52
76
83
без перемешивания. холост
15
34
41
45
55
Сорбировано, мг/дм<sup>3</sup>
5
-6
-8
-6
1
Процесс адсорбции ТДС начинается с первой минуты до 30 минут с перемешиванием, а без перемешивания до 5 минут, затем начинается обратный процесс адсорбции(десорбция) до 30 минут.
3
3
Средняя нагрузка, на дозу 0,1 г: с перемешиванием (67 мг/дм/30) 2,23 мг/мин, без перемешивания (-14 мг/дм /30) -0.47 мг/мин.
Таблица<b> 7</b>
Показатели выделения растворенных твердых веществ (ТДС) во времени (количество адсорбента 0,2 <b>г, </b>листья пальмы, фракция 6 мм)
Время, минут
1
5
15
20
30
с перемешиванием
25
53
78
83
102
с перемеш. холост
15
60
83
97
102
Сорбировано, по ТДС мг/дм<sup>3</sup>
-10
7
5
14
0
без перемешивания
14
25
52
76
83
без перемешивания. холост
15
34
41
45
55
Сорбировано, мг/дм<sup>3</sup>
1
9
-11
-31
-28
Процесс адсорбции  ТДС начинается с пятой минуты до 30 минут с перемешиванием, а без перемешивания до 5 минут, затем начинается обратный процесс адсорбции(десорбция) до 30 минут.
3
3
Средняя нагрузка, на дозу 0,2 г: с перемешиванием (10 мг/дм/30) 0,53 мг/минут, без перемешивания (-60 мг/дм /30) -2 мг/мин.
Таблица 8
Показатели выделения растворенных твердых веществ (ТДС) во времени (количество адсорбента 0,4 <b>г,</b> листья пальмы, фракция 6 мм)
Время, минут
1
5
15
20
30
с перемешиванием
14
43
62
71
88
с перемеш. холост
15
60
83
97
102
Сорбировано, по ТДС мг/дм<sup>3</sup>
-7
17
21
26
14
без перемешивания
242
288
380
398
435
без перемешивания. холост
276
321
433
437
445
Сорбировано, мг/дм<sup>3</sup>
-3
2
2
-6
-7
Процесс адсорбции ТДС начинается с пятой минуты до 30 минут с перемешиванием, а без перемешивания до 15 минут, затем начинается обратный процесс адсорбции(десорбция) до 30 минут.
3
3
Средняя нагрузка, на дозу 0,4 г: с перемешиванием (71 мг/дм/30) 2,36 мг/минут, без перемешивания (-12 мг/дм /30) -0,4 мг/мин.
Таблица 9
Средняя нагрузка, на дозы (0,1-0,2-0,4 г) листьев пальмы
дозы(г)
с перемешиванием (мг/мин)
без перемешивания (мг/мин)
0,1
2,23
-0.47
0,2
0,53
-2
0,4
2,36
-0,4