Разработка сорбентов для очистки воды от фтора на основе модифицированного цеолитсодержащего композита

• Автор: Епифанова, Наталья Анатольевна
• Шифр специальности: 05.23.04, 03.00.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Саранск
• Количество страниц: 159 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ОЧИСТКЕ ПРИРОДНЫХ ВОД.

1.1. Способы обесфторивания волы. Технологии обесфторивания.

1.1.1. Ионообменные методы удаления фтора из воды.

1.1.2. Сорбционные методы обесфторивания воды.

1.1.3. Электрохимические методы обесфторивания воды.

1.2. Природный клиноптилолит, его активирование и модифицирование

1.3. Композиционные материалы со специальными свойствами. Структура,

свойства, область применения

1.4. Цели и задачи исследования.

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Применяемые материалы и их свойства
2.2. Методики исследования
2.3. Планирование эксперимента и статистические методы анализа экспериментальных данных
3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБЕСФТОРИВАНИЯ ПРИРОДНЫХ ВОД ЦЕОЛИТСОДЕРЖАЩИМИ ПОРОДАМИ
3.1. Физикохимические основы механизма сорбции фтора.
3.2. Расчет алюмофторидных комплексов.
3.3. Фильтрационные характеристики цеолитсодержащих пород и их зависимость от гранулометрического состава
3.4. Выводы.
4. ИССЛЕДОВАНИЕ СОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ ЦЕОЛИТОВ И МАТЕРИАЛОВ НА ИХ ОСНОВЕ.
4.1. Изучение физикохимических и механических свойств цеолитсодержащей породы Атяшевского месторождения.
4.2. Дефторирование воды алюмомодифицированным клиноптилолитом
4.3. Изучение сорбционной емкости цеолитсодержащих пород модифицированных серной кислотой
4.4. Выводы
5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОРОВОЙ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ЦЕМЕНТНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА, НАПОЛНЕННОГО ЦЕОЛИТСОДЕРЖАЩИМИ ПОРОДАМИ.
5.1. Строение порового пространства наполненных.
цементных композиций.
5.2. Исследование физикомеханических свойств наполненных.
цементных композиций.
5.3. Влияние модификации на Изменение свойств наполненных.
цементных композиций.
5.4. Выводы
б.ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Максимальная сорбционная емкость активированного оксида алюминия а = 2,5 - 3,0 кг/м3 достигается при обработке истощенного сорбента не щелочью, а более дешевым реагентом— раствором сернокислого алюминия. Технологическая схема дефторирования фильтрованием через активированный оксид алюминия приведена на рис. В начальный период фильтрования содержание фтора в фильтрате близко к нулю, поэтому первые порции фильтрата смешивают с исходной водой до получения концентрации фтора в воде равной 1,0 - 1,2 мг/л. Продолжительность фильтроцикла определяется продолжительностью защитного действия загрузки активированного оксида алюминия, т. Рис. Регенерацию отработанного активированного оксида алюминия осуществляют путем предварительного взрыхления загрузки восходящим током воды с интенсивностью 4-5 л/см и последующего нисходящего фильтрования через загрузку 1,0-1,5% раствора сульфата алюминия со скоростью 2,0 - 2,5 м/ч. Продолжительность регенерации составляет 6-8 ч, поскольку вытеснение фтора из активированного оксида алюминия происходит очень медленно [, , ]. Расход сернокислого алюминия принимают из расчета - мг А^фО^з на 1 мг удаляемого фтора. Последние порции регенерирующего раствора (около % от общего объема) могут быть использованы вторично. После регенерации загрузку отмывают исходной водой, первые порции которой сбрасывают в водосток, а около % отводят в специальный резервуар для последующего использования в качестве промывных вод. Отказ от повсеместного внедрения этого метода очистки воды объясняется ограниченным выпуском активированного оксида алюминия отечественной промышленностью, а также довольно сложным и длительным периодом регенерации загрузки. Возможность удаления фтора из воды сорбцией его малорастворимыми фосфатами (трикальцийфосфатом, гидроксилапатитом) была установлена рядом исследователей [, ]. Во ВНИИ ВОДГЕО были проведены исследования по обесфториванию воды фильтрованием через зернистый гидроксилапатит [], полученный путем обработки отфильтрованного раствора технического суперфосфата аммиаком или едким натром. Образующийся осадок отмывали, сушили при температуре 0°С, дробили и отсеивали нужную фракцию крупностью 1-3 мм для загрузки в фильтры. Таким образом, получали гидроксилапатит состава Са9(Р)бСа(0Н)9. Са9(Р)б Са](ОН)2 + 2Г -> [Са9(Р)6 Са]Р2 + Н'. Отмечено, что более высокая обменная способность наблюдается при регенерации этого анионита сначала едким натром, а затем углекислотой. Са9(Р)бСа](0Н)2 + С -» [Са9(Р)6 Са]СЮ3 + Н. Са9(Р)б Са]С + 2? Са,(Р)бСа]Р2 + СО;,2'. Апатит в карбонатной форме обладает большей обменной способностью, чем гидроксилапатит, по-видимому, потому, что при переходе в фильтрат ионов С2‘ значение pH фильтрата повышается меньше, чем при поступлении в фильтрат эквивалентного количества ионов ОН'. Экспериментами установлено [], что реакция ионного обмена с поглощением ионов фтора апатитом идет лучше при низких значениях pH, при которых ионы ОН' в фильтрате связываются в воду. Дефторирующие установки с использованием фосфатсодержащих сорбентов обычно представлены фильтрами, загруженными гранулированными материалами, и резервуарами для хранения регенерирующих растворов. Технологическая схема водоочистки аналогична приведенной на рис. В связи с тем, что гидроксилапатит механически непрочен и нашей промышленностью не выпускается, этот метод не получил практического применения. В качестве ионообменников при дефторировании воды были опробованы сильноосновные аниониты (ЭДЭ-П, амберлайт 1 РА-0 и др. АН-2Ф) в хлоридной форме. Казахским институтом эпидемиологии, микробиологии и гигиены были проведены исследования [] по очистке воды последовательным фильтрованием ее через катионит КУ-2 и анионит ЭДЭ-П. На катионите из воды удаляются катионы, а анионит задерживает анионы сильных кислот и фтор-ионы. Несмотря на относительно высокий эффект дефторирования, технологическая схема (рис. Рис. Попытки дефторирования воды активированным углем БАУ, КАД, СКТ и активированным углем, пропитанным солями алюминия, предпринимаются уже давно [, ]. Однако исследования показали, что изученные активированные угли обладают низкой сорбционной емкостью по фтору.