1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 29731
(51) C02F 1/62 (2006.01)
C02F 101/20 (2006.01)
МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2014/0589.1
(22) 28.04.2014
(45) 15.04.2015, бюл. №4
(72) Оспанова Алья Капановна; Ашимхан Назгуль
Сеилханкызы; Исабекова Айткуль Әсілханқызы
(73) Республиканское государственное предприятие
на праве хозяйственного ведения "Казахский
национальный университет им. аль-Фараби"
(56) Предварительный патентKZ 15593, 15.04.2005
(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ И ИЗВЛЕЧЕНИЯ
СВИНЦА ИЗ ПРОМЫШЛЕННЫХ И
БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД
(57) Изобретение относится к реагентным методам
очистки и извлечения ионов свинца из
промышленных и сточных вод и может быть
использовано в различных областях химической и
металлургической промышленностей, процессах
переработки отходов, а также при экологической
экспертизе в процессе экологического аудита
предприятий на содержание ионов свинца в
объектах контроля.
Достигаемый технический результат
изобретения заключается в упрощении
технологического процесса очистки за счет
использования только одного
комплексообразующего реагента, действующего в
широкой области pH - полиакриловой кислоты,
доступной и не требующих больших материальных
затрат; реализации экологически безопасной
технологии очистки сточных вод от ионов свинца и
его утилизации в виде оксида свинца.
(19)KZ(13)A4(11)29731
2. 29731
2
Изобретение относится к реагентным методам
очистки промышленных и бытовых сточных вод от
ионов свинца и может быть использовано в
различных областях химической и
металлургической промышленностей, процессах
переработки отходов, а также при экологической
экспертизе в процессе экологического аудита
предприятий на содержание ионов свинца в
объектах контроля.
Известен способ очистки сточных вод
промышленных предприятий от ионов свинца путем
обработки их комплексообразующими реагентами,
(Патент РК №7396, МПК C02F 1/62, опубл.
15.04.1999, бюлл. №4) одним из которых является
полиметакриловая кислота, а в качестве второго
используется катионное поверхностно-активное
вещество при мольном соотношении реагентов
ПМКК : ПАВ : Рb2+
- 14-20 : 1,1-1,5 : 1. После
обработки сточных вод поликислотой и ПАВ
выпадает осадок, который отделяют от раствора
фильтрованием, отстаиванием и
центрифугированием.
Недостатком способа является использование
дорогих реагентов и недостаточная полнота
извлечения ионов свинца - 77-82%.
Известен способ извлечения марганца, железа,
цинка, меди и свинца из природных и сточных вод
(Патент РФ №2010770, МПК C02F 1/62, опубл.
15.04.1994), основанный на использовании в
качестве сорбента полистирол-азо-салициловой
кислоты при pH 5,3-6,0 и температуре 15-30°С.
Метод извлечения основан на том, что в сточную
воду строго при pH 5,3-6,0 добавляют 50 мг
твердого, нерастворимого в воде, кислотах и
щелочах, порошка сорбента, смесь перемешивают
60 минут при температуре 30°С, после чего
фильтруют, концентрат промывают водой, на
последней стадии десорбируют металлы 1М НС1.
Определение содержания металлов в растворе
проводится атомно-адсорбционным методом.
Недостатком этого способа является узкая
область pH осаждения (5,3-6,0) и длительность
процесса.
Наиболее близким по химической сущности
является способ очистки промышленных и сточных
вод от ионов свинца, включающий их обработку
сорбентом с последующей фильтрацией и
получением концентрата, и его дальнейшее
промывание водой (Патент РК, №15593, C02F 1/62,
C02F 1/28, опубл. 15.04.2005, бюлл. №4). Для
осуществления способа очистки в качестве сорбента
используют полиэтиленимин (ПЭИ) и унитиол (Un),
взятые в соотношении ПЭИ : Рb2+
:Un=4:1:4, смесь
перемешивают 5-10 минут. Метод очистки основан
на том, что ионы свинца образуют с
полиэтиленимином и унитиолом нерастворимый
тройной полимерметаллический комплекс. Хотя
степень очистки довольно высокая (95-99%), способ
имеет следующий недостаток: оба реагента
являются дорогими и малодоступными для
широкого использования, и для осаждения
используют два компонента.
Задачей изобретения является разработка
способа, позволяющего реализовать экологически
безопасную технологию очистки сточных вод от
ионов свинца из промышленных сточных вод с
упрощением и удешевлением процесса очистки за
счет высокой комплексообразующей способности
полиэлектролита - полиакриловой кислоты с ионами
свинца в широкой области pH с последующим
выделением свинца в виде чистого оксида.
Полученный оксид свинца может быть товарным
продуктом или использоваться в дальнейшем для
получения чистого свинца, что экономически и
экологически выгодно для предприятий химической
и металлургической промышленностей.
Технический результат изобретения заключается
в упрощении технологического процесса очистки за
счет использования только одного
комплексообразующего реагента - полиакриловой
кислоты, доступной и не требующих больших
материальных затрат; реализации экологически
безопасной технологии очистки сточных вод от
ионов свинца и его утилизации в виде оксида
свинца.
Технический результат достигается способом
очистки промышленных и бытовых сточных вод от
ионов свинца путем обработки раствором
полиакриловой кислоты при мольном соотношении
компонентов ПАК : Рb2+
= 4:1 для любой области
pH. ПАК образует с ионами Рb2+
нерастворимый
полимерметаллический комплекс (ПМК), легко
отделяющийся от жидкой фазы и выпадающий в
осадок в виде объемных белых хлопьев. На
основании потенциометрического,
кондуктометрического и вискозиметрического
методов исследования процесса
комплексообразования ПАК с ионами свинца был
установлен состав ПМК, в котором на один ион
свинца приходится четыре мономерных звена ПАК.
Схема образования ПМК представлена на Фиг.1.
Предлагаемый способ очистки ионов свинца из
промышленных сточных вод имеет следующие
преимущества:
- устраняется необходимость использования
дорогих реагентов;
- обеспечивается извлечение ионов свинца из
промышленных растворов одним реагентом;
- обеспечивается утилизация свинца в виде
получения нового товарного продукта - оксида
свинца;
- сокращение времени очистки ионов свинца;
- предполагает экологическую безопасность и
экономическую выгодность от использования
предлагаемого способа.
Исследования ИК спектра
полимерметаллического комплекса свинца с ПАК
однозначно подтвердили предполагаемый химизм
формирования координационного соединения. На
это указывает присутствие характеристических
полос для ионов свинца в спектре
полимерметаллического комплекса (Фиг.2):
Исходная соль Рb(NO3)3, см-1
: 723,31; 805,67;
825,33; 1383; 1595; 1763; 2395; 2733; 2919; 3400-
3460.
3. 29731
3
Комплекс свинца с ПАК, см-1
: 723; 805; 825; 865;
1035; 1400; 1530; 1704; 1762; 2395; 2926; 3435.
При исследовании термической устойчивости
ПМК на основании термограммы комплекса (Фиг.1)
были установлены несколько экзо- и эндо-эффектов,
связанных с потерей молекул воды, деструкцией
органической части ПМК и формированием оксида
свинца.
ИК спектры прокаленного при 600°С образца
ПМК свинца и чистого товарного оксида показали
адекватную идентичность:
Образец ПМК, выдержанный при 600°С, см-1
:
470; 516; 621; 688; 881; 1003; 1089; 1435; 1631; 2926;
3200-3050.
Чистый оксид РbО, см-1
: 472; 515; 683; 881;
1003;1045; 1097, 1435; 1631; 2921; 3413.
На основании этих исследований было сделано
предположение о возможности не только очистки
сточных вод от ионов свинца, но и его извлечения в
виде чистого оксида.
В качестве реагентов для опыта были
использованы полиакриловая кислота (30 мл) с
концентрацией реагентов 1·10-1
моль/л, 1·10-2
моль/л
и 1·10-3
моль/л для примеров 1, 2 и 3,
соответственно. Предложенный способ апробирован
на синтетических растворах (рН=2-9,
регулировалась путем добавления растворов НСl,
NaOH), содержащих ионы свинца, близких по
составу к промышленным сточным водам.
Пример 1. В свинецсодержащие растворы с
концентрацией ионов металлов 1·10-2
моль/л вводят
растворы ПАК при мольном соотношении
полиакриловая кислота : свинец, равном 4:1. Смесь
перемешивают в течение 5-10 минут с помощью
магнитной мешалки со скоростью 200 об/мин.
Свинец осаждается в виде двойного
полимерметаллического комплекса. Осадок
промывают и отфильтровывают на фильтре Шотта
№3. Очищенная вода практически не содержит
ионы свинца. Остаточное содержание ионов свинца
в фильтрате определяют атомно-адсорбционным
методом. Осадок прокаливают в муфельной печи
при температуре 600°С до постоянного веса,
полученный таким образом оксид свинца можно
использовать для дальнейших производственных
целей. В процессе обжига органическая часть
подвергается деструкции, все компоненты выгорают
и удаляются в виде СО2 и Н2О. Полученные
результаты обработаны методом математической
статистики и представлены в таблице 1.
Пример 2. Процедура извлечения проведена
аналогично примеру 1, но модельный сток содержит
ионы свинца с концентрацией 1·10-3
моль/л.
Результаты представлены в таблице 1.
Пример 3. Процедура извлечения проведена
аналогично примеру 1, но модельный сток содержит
ионы свинца с концентрацией 1·10-4
моль/л.
Результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1
Результаты очистки сточных вод от ионов свинца
Исходная концентрация ионов
свинца, моль/л
Остаточная концентрация ионов
свинца, моль/л
Степень извлечения ионов
свинца, %
1·10-2
4,2·10-4
95,8
1·10-2
3,9·10-4
96,1
1·10-2
4,3·10-4
95,7
В среднем по результатам трех опытов 95,86±1,17
1·10-3
4,1·10-5
95,9
1·10-3
3,8·10-5
96,2
1·10-3
3,7·10-5
96,3
В среднем по результатам трех опытов 96,13±1,53
1·10-4
3,2·10-6
96,8
1·10-4
2,9·10-6
97,1
1·10-4
2,6·10-6
97,4
В среднем по результатам трех опытов 97,1±1,21
Преимуществом предлагаемого метода очистки
сточных вод является высокая степень очистки и
извлечения свинца из сточных вод, сокращение
времени очистки, легкость регенерации металла,
возможность использования очищенной воды в
замкнутом цикле, дешевизна, доступность реагентов
и простота аппаратурного оборудования.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ очистки и извлечения свинца из
промышленных и бытовых сточных вод,
отличающийся тем, что для осаждения
свинецсодержащего осадка производят обработку
раствором полиакриловой кислоты при мольном
соотношении ПАК:Рb2+
=4:1, с последующим
отделением образующегося нерастворимого осадка
и прокаливанием его при 600°С для получения
оксида свинца.
