C02F1 / 74 - Обробка води, промислових і побутових стічних вод або відстою стічних вод (поділ взагалі B01D; спеціальні пристрої на судах для обробки води, промислових і побутових стічних вод, наприклад для отримання питної води B63J; додавання до води речовин для запобігання корозії C23F ; обробка рідин, забруднених радіоактивними речовинами G21F 9/04)
B82B3 / 00 - Виготовлення або обробка наноструктур
Власники патенту RU 2548093:
Федеральне державне бюджетне освітня установа вищої професійної освіти "Воронезький державний університет" (RU)
Винахід відноситься до способів видалення формальдегіду шляхом каталітичного окислення киснем і може бути використано для очищення стічних вод в нафтохімічній, медичної, хімічної та фармацевтичної промисловості. Спосіб видалення формальдегіду з водних розчинів при кімнатній температурі і атмосферному тиску включає приведення формальдегіду в контакт з каталізатором і його окислення киснем. В якості каталізатора використовується нанокомпозитний матеріал срібло - високоосновних аніонообменнік в ОН - -форме. Окислення здійснюють за 0,5-5 год. Винахід дозволяє видалити до 60-80% від вихідної концентрації формальдегіду з водних розчинів при Т = 20-25 ° С і атмосферному тиску простим і економічним способом. 3 пр.
Винахід відноситься до способів обробки води шляхом каталітичного окислення киснем для видалення формальдегіду і може бути використано для очищення стічних вод в нафтохімічній, медичної, хімічної, фармацевтичної і харчової промисловості.
Відомо, що найбільш дієвим методом є каталітичне окислення. Окислення формальдегіду до мурашиної кислоти ведуть на гетерогенних каталізаторах V2 O5 / TiO2 при температурі 100-140 ° С. [Попова Г.Я. Чесалов Ю.А. Андрушкевич Т.В. Гетерогенне селективне окислення формальдегіду на оксидних каталізаторах. III. Фур'є-ІК-спектроскопическое дослідження in situ поверхневих сполук формальдегіду на V-Ti-O-каталізаторі. Вплив кисню / Кінетика і каталіз. 200. т.41, №4. С.601-607]. Показано, що присутність кисню в реакційній суміші збільшує вихід продукту неповного окислення - мурашиної кислоти.
Відмінною каталітичної здатністю володіє Au / CeO2 каталізатор, що відрізняється високопористої структурою [Jun Zhang, Ying Jin, Changyan Li, Yuenian Shen, Li Han, Zhongxue Hu, Xiaowei Di, Zhiliang Liu. Creation of three-dimensionally ordered macroporous Au / СеО2 catalysts with controlled pore sizes and their enhanced catalytic performance for formaldehyde oxidation / Journal of Physics D: Applied Physics. Vol.39. N.16]. Ступінь окислення формальдегіду з використанням даного каталізатора склала 100% при температурі 75 ° С.
В АС 552309 (МПК C02F 1/72, 30.03.1977) при очищенні стічних вод від формальдегіду їх обробляють перекисом водню, що додається до стоку в присутності платинованого графіту, регенерацію каталітичної здатності якого проводять катодного і анодного поляризацією в розчині 0,1 н. H2 SO4 протягом 20-30 хв один раз в тиждень. Ступінь очищення досягає 96-98%. Кількість подається перекису водню має бути строго еквівалентна кількості формальдегіду в водному розчині.
Таким чином, видалення формальдегіду з водних розчинів при Т = 20-25 ° С і атмосферному тиску раніше відомими способами можливо тільки в присутності дорогих благородних металів. А для досягнення високого ступеня окислення застосовуються оксидні каталізатори, що працюють при високій температурі.
Завдання даного винаходу полягає в розробці простого і недорогого способу видалення найпростіших аліфатичних альдегідів (формальдегідів) з водних розчинів, що дозволяє досягти максимального ступеня окислення в м'яких умовах (при кімнатній температурі і нормальному тиску), з використанням методу каталітичного окислення киснем.
Технічний результат винаходу полягає у видаленні до 60-80% від вихідної концентрації формальдегіду з водних розчинів в при Т = 20-25 ° С і атмосферному тиску простим в технологічному виконанні та економічним способом.
Технічний результат досягається тим, що в способі видалення формальдегіду з водних розчинів в м'яких умовах шляхом приведення його у контакт з каталізатором в якості каталізатора використовується нанокомпозитний матеріал срібло - аніонообменнік і окислення здійснюється при постійному перемішуванні потоком кисню.
Регенерацію каталізатора проводять пропускаючи через нього слабоконцентрірованних розчин лугу, насичений киснем.
Перевагою цього способу є просте витяг каталізатора з реакційного середовища та подальше багаторазове його використання без втрати каталітичної здатності.
Продукти неповного окислення альдегідів (карбонові кислоти) можуть бути видалені сорбцией фіксованими зарядженими групами матриці полімеру.
Приклад 1. У способі видалення формальдегіду з водних розчинів каталітичне окислення здійснюють приводячи в контакт каталізатор з розчином формальдегіду (у співвідношенні 1:10) в статичних умовах при постійному перемішуванні потоком кисню.
З метою регенерації гідроксильної іонної форми каталізатора через шар композиту пропускають в динамічних умовах 0.005 М розчин лугу з розрахунку 100 мл розчину лугу на 1 см 3 композиту, далі дистильовану воду для промивання. Для попередньої адсорбції кисню на поверхні срібних частинок композит обробляють киснем.
В результаті 30-ти хвилин каталітичного окислення концентрація формальдегіду в розчині зменшується від 0,6 ммоль / л до 0,4 ммоль / л (33%), після двох годин скорочується до 0,23 ммоль / л (62%), а після п'яти годин до 0,14 ммоль / л (77%). Багаторазове повторення цієї операції (6-48 разів) з одним і тим же зразком каталізатора не призводить до втрати його каталітичної активності. За рахунок взаємодії продукту неповного окислення формальдегіду - мурашиної кислоти - з гідроксил іонами матриці каталізатора відбувається, по-перше, нейтралізація кислоти, а по-друге, сорбція форміат-аніону композитом за рахунок наявності високої концентрації фіксованих позитивно заряджених центрів в матриці. Таким чином, навіть при неповному окисленні формальдегіду рН розчину не змінюється.
Приклад 2. Каталітичне окислення і синтез нанокомпозитного каталізатора срібло - анионообменника здійснюють згідно з прикладом 1. Відновлювачем в даному випадку служить лужної розчин борогідріда натрію. Синтезований нанокомпозит характеризується розміром агрегатів металевих наночастинок 60 нм і ємністю по сріблу 0,2 мг · екв / см 3. Спосіб попередньої обробки каталізатора і регенерації описаний в прикладі 1.
В результаті 30 хвилин каталітичного окислення концентрація формальдегіду в розчині зменшується від 0,6 ммоль / л до 0,2 ммоль / л (66,7%). Важливо, що в присутності даного каталізатора досягається така ж ступінь видалення формальдегіду в результаті 30 хв окислення, як в попередньому прикладі через 2 години.
Приклад 3. Каталітичне окислення і синтез нанокомпозитного каталізатора срібло - анионообменника здійснюють згідно з прикладом 1. Як аміноаніонообменной матриці беруть пористий полімер АВ-17-2п, іонообмінна ємність якого 2,5 мг · екв / см 3. Синтезований нанокомпозит характеризується розміром агрегатів металевих наночастинок 30-60 нм і ємністю по сріблу 1,34 мг · екв / см 3. Спосіб попередньої обробки каталізатора і регенерації описаний в прикладі 1.
В результаті 30 хвилин каталітичного окислення концентрація формальдегіду в розчині зменшується від 0,6 ммоль / л до 0,3 ммоль / л (50%), після двох годин скорочується до 0,25 ммоль / л (58%), а після п'яти годин до 0,15 ммоль / л (75%).
Спосіб видалення формальдегіду з водних розчинів при кімнатній температурі і атмосферному тиску в результаті окислення киснем шляхом приведення його у контакт з каталізатором, який відрізняється тим, що в якості каталізатора використовується нанокомпозитний матеріал срібло - високоосновних аніонообменнік в ОН - -форме, а реакцію здійснюють за 0.5- 5 ч.