Самый простой метод регенерации сорбента — нагревание его в некотором объеме воды. Это приводит к росту степени диссоциации и растворимости сорбата и, в итоге, к десорбции части сорбата. Так при регенерации активного угля нагревают воду и фильтруют ее через активный уголь. Эффект такой регенерации не выше — 20-40 %.
Из всех методов химической регенерации угля наибольшее распространение, особенно в водоподготовке, получила обработка активных углей растворами гидроокиси и карбоната натрия.
Регенерация 2.5% NaOH позволяет в 8 раз использовать уголь КАД-иодный для дезодорации воды (после 4-кратной регенерации) снижение сорбционной емкости составляет 40-50%. Наличие плохоомыляемых примесей снижает со временем емкость угля.
Десорбция органического сорбата с активного угля растворами кислот используется сравнительно редко. (2.5 % раствор Н2SO4 десорбирует некоторые пестициды). Чаще кислоты служат окислителем сорбата на угле. Окислителем органического сорбата может быть и H2O2.
В последнее время изучаются методы регенерации с использованием гамма-излучения, под воздействием которого происходит деструкция сорбата. В малых дозах это излучение инициирует окисление кислородом на активном угле органических соединений, присутствующих в воде CO2 и H2O. Доза облучения 3•104 рад/ч обеспечивает окисление аэрацией кислородом в воде таких соединений как лигнин, лигнинсульфат, бескислородная деструкция их требует дозы 1.1•106 рад/час.
Низкотемпературная термическая регенерация — это обработка сорбента паром или газом при 100-4000С. Процедура эта достаточно проста и во многих случаях ее ведут непосредственно в адсорберах.
Водяной пар вследствие высокой высокой энтальпии чаще других используют для низкотемпературной термической регенерации. Он безопасен и доступен в производстве.
Для пропарки адсорбера необходимы лишь парогенератор и холодильник-конденсатор. Отработанный конденсат направляется либо на сжигание, либо на выделение ценного сорбата.
Химическая регенерация и низкотемпературная термическая регенерация не обеспечивает полного восстановления адсорбционных углей.
Термическая регенерация процесс весьма сложный, многостадийный, затрагивающий не только сорбат, но и сам сорбент. Термическая регенерация приближена к технологии получения активных углей.
При карбонизации сорбатов различного типа на угле большая часть примесей разлагается при 200-3500С, а при 4000С обычно разрушается около половины всего адсорбата. CO, CO2, CH4 — основные продукты разложения органического сорбата выделяются при нагревании до 350-6000С.
В теории стоимость такой регенерации составляет 50 % стоимости нового активного угля.
Это говорит о необходимости продолжения поиска и разработки новых высокоэффективных методов регенерации сорбентов.
Сорбенты для очистки воды и их короткая характеристика
Для очистки стоковых вод используют много материалов естественного и искусственного происхождения, но чаще используют естественный уголь. Пока не удалось найти другого материала, который был бы таким эффективным как активный уголь (АВ). В настоящее время для сорбции из водных растворов используют гранулированный и порошковидный уголь, а также углеродные волокна.
Активный уголь - это пористые тверди тела, пустоты которых связаны между собой так, что структура их напоминает древесину. В зависимости от условий формирования весь активный уголь имеет моно- или полидисперсную структуру. Они состоят из многих беспорядочно расположенных микрокристаллов графита, которые образовались в результате соединения углеводных атомов при нагревании углеродного сырья. Для изготовления активного угля может служить: уголь, древесина, полимеры, отходы пищевой, целлюлозной и других отраслей производства. Изготовление активного угля состоит из двух этапов: карбонизация сырья и активация полупродукта [1]. По способу производства АВ делится на дробимое - БАУ, ДАК, КАД - да и собственно гранулировано - АГ-3, АГ-5, скг.
Предварительно размолотую и отсортированную сырье карбонизируют в барабанных печах (700 – 800 0С) без доступа воздуха.
Активация - наиболее сложная и ответственная стадия получения АВ.
Активирующими агентами могут быть кислород, водяная пара, углекислый и серный газы, а также неорганические соединения: хлориды цинка и кальция, сульфат, сульфид или карбонат калию, многообразные фосфаты. По окончанию активации неорганические активируя добавки вымывают из продукта.
Kроме активного угля широкое применение как сорбенты в процессах адсорбции находит активный окисел алюминия. В промышленных масштабах его получают переосаждением гидрату глинозема путем его растворения в кислотах (серной, азотной) или в лузе (едкому нaтpию) со следующим гидролизом, формированием, сушкой и прожариванием. Свойства синтезированного окисла зависят от структуры и морфологии выходного гидроксиду, а также от условий термообработки. Существует большое число модификаций окисла алюминия. В промышленности активный окисел алюминия в зависимости от назначения, выпускается в основном трех сортов, каждый Из которых содержит в себе ряд марок [2].
Личные сорбционные свойства имеют цеолит, который являет собой пористые кристаллические алюмосиликаты со строго регулярной кристаллической структурой.
Они используются в промышленности для глубокой осуши та очистка газов и жидкостей. Общая формула цеолита: М2мО" А12Оз" nSiO2" Н2О. Здесь М - катион, что имеет валентность м; n - коеффициент, что характеризует тип цеолита, иногда называется силикатным модулем; к - количество молекул воды.
Цеолит достаточно распространен в природе: встречаются в вулканическом туфе, базальте, пегматитових жилах и т.д. В промышленности, как правило. использует цеолит, полученный синтетическим путем – Гидротермальной кристализацией щелочных алюмосиликагелей. В процессе кристаллизации гидрогель превращается в мелкодисперсный порошок цеолита, что после промывания гранулируется с добавлением сопроводительного - глины. Введение соединений приводит к изменению ряда физико-химических свойств цеолита: каталитической активности, адсорбционной емкости, механической прочности и др. Потому промышленностью освоенный выпуск гранулированного цеолита, который не содержит веществ, кристаллизацией предварительно сформированного алюмосиликата. Естественный цеолит использует в виде порошков и фильтрующих материалов для очистки воды от синтетических поверхностно активных веществ (СПАРЬ), ароматических и канцерогенных органических соединений, красителей, пестицидов, коллоидных и бактериальных загрязнителей . [3]. Диатомиты, трепелы и опоки присутствуют в промышленности как адсорбенты разных жидкостей. По природе они являются осадочными горными породами.
Глава 3. Новый сорбент на основе природных материалов для очистки гальванических стоков
Загрязненные производственные стоки представляют угрозу для водных объектов, так как содержат высокотоксичные вещества, среди которых наиболее опасны соединения тяжелых металлов. Последние, попадая в окружающую среду и взаимодействуя с другими элементами, образуют токсиканты, даже незначительные количества которых могут нанести вред здоровью человека и состоянию окружающей среды. Тяжелые металлы, включаясь в пищевую цепь, способны концентрироваться в организме до количеств, в сотни и тысячи раз превосходящие их содержание в водной среде. Следует отметить, что металлы обладают ярко выраженным эффектом суммации, из-за чего совместное присутствие нескольких элементов усиливает их токсическое действие.Поэтому следует создавать водооборотные циклы на предприятиях с учетом регенерации отработанных технологических растворов, сточных вод и локальные замкнутые системы водопользования, которые являются основным звеном замкнутых систем водного хозяйства промышленных предприятий в целом.На машиностроительных предприятиях Алтайского края при нанесении гальванических покрытий образуются сточные воды, содержащие ионы меди и цинка. Поскольку данные стоки разнообразны по составу и свойствам, объединение их для последующей очистки нерационально.Выделение ионов тяжелых металлов из воды возможно различными способами: реагентными, адсорбционными, ионообменными, электрохимическими, а также выпариванием. Выбор способа зависит от масштабов производства, концентрации металлов в сточных водах, их стоимости. Наиболее часто применяют реагентное осаждение. Однако этот способ вызывает вторичное загрязнение воды и потерю ценных компонентов с осадками. Кроме того, осаждение, как правило, осуществляется известью, из-за чего в очищенной воде увеличивается содержание солей кальция, что затрудняет ее использование в оборотном водоснабжении.Так же интенсивно используют ионный обмен, что позволяет применять широкий спектр ионообменных материалов, например природные бентонитовые глины. Как правило, глубина залегания бентонитовых глин достаточно небольшая, что делает возможным их добычу открытым способом, благодаря чему они имеют невысокую стоимость.В составе бентонита преобладающим минералом является монтмориллонит с ярко выраженными ионообменными свойствами. Монтмориллонит содержит катионы металлов, которые выступают в качестве обменных катионов. Наиболее распространенным обменным катионом в бентонитах является Са2+, но значительно большей активностью обладают катионы Na+, К+ и Н+.Известны сорбционно-ионообменные материалы, созданные на основе бентонитовых глин путем их нанесения на поверхность базальтовых волокон [1]. Такие комплексы могут быть использованы для очистки стоков, содержащих тяжелые металлы. Однако определенные трудности связаны как с самим процессом нанесения бентонитовых глин на базальтовые волокна, так и с невысокой механической прочностью полученного сорбента. Поэтому интересен поиск другихматериалов, которые могут служить каркасом при нанесении бентонитовых глин.