Spôsob čistenia roztokov

Číslo patentu: 279382

Dátum: 07.10.1998

Autori: Tucker Philip Martin, Bradbury David, Elder George Richard

Stiahnuť PDF súbor.

Zhrnutie / Anotácia

Čistený roztok je privádzaný do styku s kompozitnými magnetickými živičnými časticami obsahujúcimi magnetické častice zabudované v organickej polymérnej základnej hmote, ktorá na seba viaže častice selektívnych absorbentov na selekciu znečisťujúcich iónov v prítomnosti ďalších iónov, ktorých odstránenie sa nevyžaduje, nasleduje oddelenie kompozitných magnetických živičných častíc z roztoku magnetickou filtráciou, pričom oddelené kompozitné magnetické živičné častice sa regenerujú vhodným regeneračným roztokom, potom sú regenerované kompozitné magnetické živičné častice z regeneračného roztoku oddelené a znova zavedené späť do čistého roztoku.

Text

Pozerať všetko

Predložený vynález sa týka spôsobu čistenia roztokov,a to predovšetkým vodných roztokov, s cieľom odstrániť znečisťujúce ióny, akými sú ióny ťažkých kovov a rádioizotópov.Čistenie vody s cieľom odstrániť ťažké kovy a rádioizotopy je jedným zo základných cieľov zlepšovania životného prostredia. V mnohých prípadoch voda obsahuje ďalšie pevné alebo tekuté materiály, ktorých odstraňovanie súčasne so škodlivými látkami by bolo neekonomické, a je preto potrebná schopnosť selektívneho odstraňovaní uvádzaných jedovatých látok. Najčastejším spoločným znakom procesu úpravy vody je odstraňovanie nežiaducich zložiek absorbciou alebo ich prevedením do pevného stavu. Ak je to dosiahnuté, potom takýto materiál môže byť odstraňovaný fyzikálnym riešením kolónového procesu vprípadc, že predmetné častice sú väčšie, alebo použitím filtrácie V prípade malých častíc.Na úpravy veľkých množstiev prietokovej vody v malých zariadeniach je nevyhnutné, aby prevedenie znečisťujúcich látok do pevného stavu prebiehalo rýchlo, čo znamená, že rozhodujúce budú malé častice. Tiež plati, že pokiaľ nie sú tieto častice pórovité, je potrebné, aby mali veľmi malý rozmer, aby bol zabezpečený potrebný pomer plochy ich povrchu k objemu, čím bude dosiahnutá dostačujúca kapacita na odstraňovanie uvedených znečisťujúcich látok. Filtrácia malých častíc je však obvykle ťažká a energeticky náročná.Selektívna výmena iónov je spoľahlivo zavedenou metódou na odstraňovanie vybraných znečisťujúcich látok z vody, najmä ide o chelátovú výmenu iónov, pri ktorej sú kovy viazané organickými chelátovýrni skupinami spojenými s pevným organickým polymérom, Väzbová reakcia je typicky reverzibilnou pôsobením kyslých roztokov.Už skôr bolo zavedené odstraňovanie pevných a tekutých fáz ztekutćho prostredia pomocou procesov, ktoré uplatňujú magnetické úpravy.Napríklad GB-A-2 l 70736 vysvetľuje funkčnosť magnetitu so símikovými skupinami, výsledkom čoho je pútanie ťažkých kovov. BG-A-2206206 opisuje spôsob viazania malých častíc reverzibilne na magnetické častice, ktorý využíva vlastnosti polyiónového polyméru na dosiahnutie efektu viazania a odstránenia malých častíc z roztoku. Tento spôsobje zvlášť využiteľný na čistenie roztokov.EP-A-0302293 opisuje čistenie pevných látok a roztokov pomocou granulovaných magnetických častíc zmiešaných so substanciou, ktorá absorbuje nečistoty, ktore majú byť odstránené. Granulát je vyrábaný zmiešaním magnetických časti s absorbčným činidlom a zlosovaním tejto zmesi.US-A-4935 l 47 opisuje oddelenie substancie z tekutého prostredia, pri ktorom sú magnetické častice spojené s nemagnetickými časticami pomocou chemických prostriedkov na nešpeciñcké spojenie takýchto zložiek dohromady. Chemickým prostriedkom použiteľným na viazanie a spojovanie častíc dohromady môže byť napríklad polyelektrolyt. Viazanie je reverzibilné.US-A-4 l 3483 l opisuje proces odstraňovania znečisťujúcich látok z usadením jazier, riek a oceánov, pri kto rom selektívny iónový menič je mechanicky pripevnený na magnetických časticiach, napríklad zmiešaním iónového meniča s magnetickým materiálom a následným vytvorením granúl.US-A-466 l 327 opisuje proces odstraňovania zamorujúcich látok z pôdy zmiešanim pôdy s katiónovou alebo aniónovou živicou polymerizovanou na magnetickom jadre,po ktorom nasleduje selektívna separácia magnetických častíc.Teraz sme vyvinuli spôsob odstraňovanie iónov kovov z roztoku, ktorý ich obsahuje. Tento spôsob využíva selektívne, účelu zodpovedajúce živice v absorpčne regeneračnom cykle, v priebehu ktorého je magnetická filtrácia použitá dvakrát, a to prvýkrát pri oddeľovaní častíc od upravovaného roztoku a druhýkrát pri ich premiestňovani z regeneračného roztoku na opätovné uplatnenie v uvedenom cykle.V súlade s tým predkladaný vynález poskytuje spôsob na odstraňovanie jedného alebo viacerých znečisťujúcich iónov z vodného roztoku, ktorý takéto íóny obsahuje, pričom tento spôsob zahŕňa nasledujúce krokyI. upravovaný roztok prichádza do styku s kompozitnými magnetickými živičnými časticami, ktoré majú častice zabudované v organickej polymémej úkladnej hmote, ktorá viaže na seba častice selektívnych aborbérov na selekciu znečisťujúcich iónov v prítomnosti ďalších iónov, ktorých odstránenie nie je požadovanélI. oddelenie kompozitných magnetických živičných častíc z roztoku prostredníctvom magnetickej filtrácielII. regenerácia oddelených kompozitných magnetických živičných častíc použitím vhodného regeneračného roztokuIV. znowzavedenie oddelených kompozitných magnetických živičných častíc do cyklu podľa bodu I tohto spôsobu.Znečisťujúce ióny, ktoré sú odstraňované spôsobom podľa vynálezu, môžu zahŕňať ióny kovov alebo iné zriečisťujúce ióny.Častice použité v spôsobe podľa vynálezu obsahujú kompozit, v ktorom sú magnetické častice zabudované vorganickej polymémej základnej hmote, ktorá na seba viaže častice selektívnych absorbentov na selekciu znečisťujúcich iónov, ktoré majú byť odstránené. Je zrejmé, že všetky údaje týkajúce sa špecifikácie polymémej základnej hmoty sa týkajú organickej polymémej základnej hmoty.Spôsob podľa vynálezu umožňuje selektívne odstraňovanie iónov škodlivých látok z roztoku takým spôsobom,že ďalšie ióny, ktorých odstránenie nie je požadované, nie sú magnetickými časticami odstraňované. Navyše spôsob podľa vynálezu využíva trvanlivé magnetické častice,v ktorých nie je uplatnené mechanické upevnenie iónových meničov na magnetické častice. Trvanlivosť častíc použitých podľa vynálezu je dôležitá, pretože tieto častice musia byť schopne odolávať silám vznikajúcim pri míešaní kvapaliny a oteru častíc počas jednotlivých krokov spôsobu. Keby sa magnetické častice odpojili od selektívneho iónového meniča vpriebehu absorpčnej fázy spôsobu podľa vynálezu, iónový menič zachytenými škodlivými látkami nemohol by byť odstránený magnetickými filtrami a roztokby takto obsahoval škodlivé látky vo vysokej koncentrácii na meniči. Je preto dôležité, aby častice použité v spôsobe podľa vynálezu boli trvanlivé a aby sa magnetická funkcia v priebehu použitia neoddelila od funkcie sclektívnej iónovej výmeny.Kompozít obsahuje magnetické častice zabudované v polymémej živici, ktorá má na seba viazané malé častice selektívnych absorbentov. Takýmto selektívnyrn absorbentom môže byť napriklad hexakyanoželeznatan kobaltnatodraselný, kysličník manganíčitý, hydrát oxidu titanu alebo aluminosilikáty.Ako základný polymér môže byť použitý akýkoľvek polymér.Častice kompozitnej magnetickej živice použité podľa vynálezu budú mať pomeme malý celkový priemer, výhodne menší ako 20 mikrometrov, výhodnejšie menší ako 10 mikrometrov, na zabezpečenie vysokého pomem povrchu k objemu, čím je maximalizované využitie aktívnych miest na odstraňovanie znečistenia.Ako magnetický materiál zabudovaný do kompozitných magnetických živičných častíc podľa vynálezu môže byť použitý akýkoľvek materiál s magnetíckými vlastnosťami, pokiaľ je možné ho zabudovať do kompozitu s polymérom. Vhodným je napríklad magnetit.Pri uplatňovaní spôsobu podľa vynálezu sú kompozitné magnetické živične častice privádzané do styku supravovaným roztokom. Ak je upravovaný roztok vodným roztokom, potom kompozitné magnetické živičné častice sú zmiešané s roztokom a selektívne z neho absorbujú znečisťujúce ióny.Kompozitne magnetické živičné častice, ktore sú znečistené znečisťujúcimi iónami, sú potom selektívne získané z roztoku magnetickou ñltráciou, známou zo stavu techniky.Kompozitné magnetické živičné častice sú potom uvoľnené z filtra a znečisťujúce ióny sú odstránené použitím regeneračnćho romoku, napriklad kyslćho roztoku. Vyčistené kompozimé magnetické živičné častice potom môžu byť odobratć zregeneračného roztoku opäť magnetickou iiltráciou a následne sa tieto čisté častice vracajú do prvého kroku tohto spôsobu.Prehľad obrázkov na výkreseVynález bude ďalej popisaný s odkazom na pripojené výkresy, na ktorých obr. 1 je schematické znázomenie spôsobu podľa vynálezu obr. 2 je schematické znázomenie kompozitnej magnetickej živičnej častice použitej vo vynáleze.Na obr. 1 je vzťahovou značkou l označený celok čistiacej jednotky vody. Voda 2 vstupuje do zmíešavacej bunky 3, kde sa mieša s primeraným množstvom kompozitných magnetických živičných častíc, ktoré sú zvolené tak,aby odstránili nežiaduci znečisťujúci ión alebo ióny zo znečistenej vody. Upravená voda potom vchádza do magnetického separátora 4. Kontaminovanć živičné častice 5 sú separované z čistej vody 6, ktorá vystupuje z čistiacej jednotky 1 vody. Znečistené živičné častice 5 sú ďalej premiesmené do príslušnej komory, kde prebieha dekontami načný cyklus 7. Vyčístené živičné častice sú separované zo znečisteného regeneračného roztoku magnetickým separátorom a zvyšný znečistený roztok je odvádzaný do izolačnej jednotky 8, zatial čo čistá živica 9 sa vracia do zmiešavacej bunky 3 na ďalšie použitie.Obr. 2 schematicky znázorňuje komplexnú magnetickú živičnú časticu, ktoráje určená na použitie v tomto vynáleze. Stredové jadro 15 tejto častice obsahuje magnetit. Magnetit je obklopený polymémym poťahom 16, ktorý má na svojom povrchu zabudované častice 17 selektívneho absorbenta.Vynalez bude ďalej opisaný s odkazom na nasledujúce príklady. Vysoká trvanlivosť polymémych častíc bude opísaná v príklade 23, v ktorom je iónový menič (klioptiolít) spojený jednako magnetickým zlísovaním, jednako je altemativne zakotvený do polymémej základnej hmoty v súlade s predkladaným vynálezom. Porovnanie rozsahu defektov týchto dvoch typov častíc pri miešaní dokazuje,že použitie polymémej základnej hmoty podľa vynálezu je lepšie.Selektívne zmesi na selekciu cezia boli vyrobené v dvoch krokoch. Najskôr bol vyrobený magnetický materiál jadra a potom bol na toto jadro upevnený céziový iónový menič.Krok l - výroba magnetického materiálu jadra60,82 g jemne mletého vyzrážaného Fe 304 bolo zmiešaných s 52,5 g akrylamidu, 4,64 g N,Nmetylenbisakrylamidu a 0,5 ml N,N,N,Ntetrametyléndiamínu v 70 ml vody. Po niekoľko minútovom premiešaní sa pridalo 0,5 m 1 5 persíranu amónneho a roztok bol premiešavaný po celý čas priebehu polymerizácie s cieľom udržať oxid železa v suspenzii. Po niekoľkých minútach vystúpila teplota na I 00 °C a reakčná nádoba sa chladila v ľadovom kúpeli.Po vychladení bola pevná živica rozdrvená, rozomletá,vypratá a roztriedená presievaním cez sitá spostupne sa stále zmenšujúcimi rozmermi ôk (od 150 mikrometrov nížšie).Záverom boli roztríedene vzorky preprané v destilovanej vode a prefiltrované magnetickou ñltráciou,takže bol zadržaný len magnetický materiál.Krok 2 - výroba selektívneho magnetického kompozitu, selektívneho pre cézium19,26 g akrylamidu, 1,7 g N,Nmetylénakrylamidu a 0,5 ml N,N,N,Ntetrametyléndiamidu bolo rozpustených v 29 ml vody. Po rozpustení sa pridalo 15 g magnetického jadrového materiálu pripraveného podľa kroku l a 20,0 g práškového klinoptilolitu (v prírode sa vyskytujúci minerál, ktorý je céziovým iónovým meničom s veľkosťou častíc menšou ako 75 mikrometrov) (prekurzor) a niekoľko minút prebiehalo miešanie v prostredí dusíka. Potom boli pridané 2 ml 0,25 persíranu arnónneho a roztok bol stále miešaný s cieľom udržovať suspenziu až do ukončenia polymerizácie. Po minúte sa teplota polymerizácie týmto postupom zvýšila na 70 °C a tekutina začala tuhnúť. Pridal sa ľad na ochladenie živice a taktiež ochladíla sa aj reakčná nádoba V ľadovom kúpeli.Po vychladnutí bol kompozitný materiál jemne rozdrvený, rozomletý a roztriedený. S cieľom oddeliť malé množstvo prekurzora z magnetického kompozitu (menej ako 5 ) prebehlo pranie vo vode a magnetické ñltrovanie.Podobný postup bol uplatnený pri vytvorení ďalšieho kompozitu založenćho na prekurzore Zeolon 900 (výrobcom je firma Norton).Štruktúru kompozitu je možné pozorovať nizkonapäťovým mikroskopom. Počas absorpčných/regeneračných testov nebola zaznamenané žiadna preukázateľná strata prekurzora z kompozitu.Absorpčné vlastnosti živičného kompozitu boli testované jeho zavedením do roztoku iónov cézia v prítomnosti iónov sodíka (100 mg Cs/ 1 l ako síran cézny v 200 ppm roztoku hydroxidu dopovaného rádioaktívnym C 5137 indikátorom). Koncentrácia cézia v roztoku ako funkcia času bola meraná použítím gamaspektometra monitorujúceho koncentráciu cézia vo vzorkách odobratých z roztoku.10 ml mokrej živice (ekvivalent k 1,7 g suchej živice) bolo zmiešaných so 100 m 1 roztoku a dôkladne pretrepanej.Absorpcia cézia pre cézium selektívnym magnetickým živičným kompozitom je uvedená V tabuľke 1.Cézium, ktoré zostáva Cézium , ktoré zostávaPo prepraní a magnetickej filtrácii boli častice nesúcc cézium regenerované. Regeneračnć vlastnosti živičného kompozitu boli testované vložením kompozitu do 250 ml roztoku uhličitanu amónneho (2 mol/dm 3). Koncentrácia cézia vroztoku ako funkcia času bola meraná použitím gamaspektometra monitorujúceho koncentráciu cézia vo vzorkách odobratých z roztoku.Vylúhovanie cézia zpre cézium selektívneho magnetického živičného kompozitu je uvedene vtabuľke 2 (je potrebné si uvedomiť, že od zavedenia dávkového vyrovnania by pravdepodobne mohlo byť väčšie množstvo cézia odstránené vyrovnaním čerstvým roztokom).Tento priklad demonštruje lepšiu trvanlivosť materiálov opísaných v príklade l v porovnaní s materiálmi vyrobenými spojením toho istého pre cézium selektivneho iónového meniča s tými istými magnetickými časticami statickým zlosovaním. Toto je najmä príklad, kedy je požadované, aby materiály boli dlhodobo vystavené účinkom vody.Vzorka zlisovaných materiálov bola vyrobená nasledujúcim spôsobom Magnetit (10 g) tak, ako bol použitý v pňklade l, bol zmiešaný s klinoptiolitom (10 g), tiež použitým v príklade l. Vzorka takto kombinovanej zmesibola vložená do statického lísu a vystavená tlaku 13 ton na l cmĺ. Výsledný výlisok bo rozdrvený a roztriedený, čím bol získaný materiál jemnejší ako 300 milcrometrov. Na oddelenie malého množstva prekurzora z kompozítného materiálu bolo uskutočnené pranie a magnetické. filtrácia. Pranie bolo opakovane dovtedy, pokial kvapalina nad usadenými časticami nezostala číra.Tento materiál (zlisovaný) a vzorka materiálu vyrobeného podľa prikladu l (polyméma) boli vystavené rovnakým podmienkam miešania vo vode. Bolo zistené, že kvapalína nad zlosovaným materiálom sa zakalila. Spribúdajúcim časom sa zakaľovala stále viac, ale nad polymémym materiálom zostala kvapalina číra. Po vybratí magnetického materiálu magnetickou ñltráciou, bola zvyšná tekutina filtrovaná a tiltračná usadenina bola vysušená a zvážená. Váhy pevných tiltrovaných látok boli nasledujúce zlisovaný materiál 41,2 mg, čo je asi 2 celkového množstva použitého materiálu,polymérny materiál 0,0 mg.Vzorky zlisovaného a polyrnémeho materiálu boli následne vložené do vody na 16 hodín. Proces intenzívneho premiešania a magnetickej filtrácie bol s obídvoma materiálmi opakovaný a kvapalina bola ešte raz ñltrovaná. Vyñltrovaná usadenina bola vysušená a odvážená. Váhy pevných filtrovaných látok boli nasledujúce zlisovaný materiál 77,0 mg,polymémy materiál 0,0 mg.Spôsob podľa vynálezu umožňuje selektivne odstraňovanie iónov škodlivých látok z roztoku využitím magnetických častíc, V ktorých nie je uplatnené mechanické upevnenie iónových meničov na magnetických časticiach.l. Spôsob čistenia roztokov odstraňovanim znečisťujúcich iónov prítomných najmä vo vodných roztokoch,vyznačuj úci sa tým ,žečistenýroztokjeuvádzaný do styku s kompozitnými magnetickými živičnými časticami obsahujúcimi magnetické častice zabudované v organíckej polymémej základnej hmote, ktorá na seba viaže častice selektívnych absorbentov na selekciu znečisťujúcich iónov vprítomnosti ďalších iónov, ktorých odstránenie nie je požadované, nasleduje oddelenie kompozitných magnetických živičných častíc z roztoku magnetickou filtráciou, pričom oddelené kompozitné magnetické živičné častice sa regenerujú vhodným regeneračným roztokom, potom sú regenerovane kompozitné magnetické živičnć častice oddelené zregeneračnćho roztoku a znova zavedené späť do čistého roztoku.2. Spôsob podľanároku l,v y z n a č u j ú ci s a tý m , že selektivne absorbenty obsahujú hexakyanoželeznatan kobaltodraselný, oxid manganičitý, hydrát oxidu titanu alebo hlinitokremičitany.3. Spôsob podľa nároku l alebo 2, vyznačuj úci sa tým, že kompozitné magnetické živičné častice majú celkový priemer menší ako 20 mikrometrov, výhodne menej ako 10 mikrometrov.4. Spôsob podľa ktoréhokoľvek zpredohádzajúcich nárokov 1 až 3, vyznačujúci sa tým, že kompozitné živičné častice prichádzajú do styku s prúdíacim upravovaným roztokom.5. Spôsob podľa ktoréhokoľvek zpredchádzajúcich nárokov 1 až 4, vyznačujúci sa tým, že kompozitný magnetický materiál, ktorý selektívne absorboval znečisťujúcc ióny, je regenerovaný kyslým regeneračným roztokom.6. Spôsob podľa ktoréhokoľvek zpredchádzajúcích nárokov l až 5, vyznačujúci sa tým, že znečísťujúcimi iónmí sú íóny kovov.

MPK / Značky

MPK: B01J 47/06, B01J 39/16, B01J 47/00

Značky: roztokov, čistenia, spôsob

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/6-279382-sposob-cistenia-roztokov.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Spôsob čistenia roztokov</a>

Podobne patenty