[1]Изобретение относится к технологии регенерации сорбентов - веществ, способных поглощать и удерживать нежелательную влагу (сорбаты), и может быть использовано, например, для регенерации загрязненного диатомита, относящегося к силикатным сорбентам, применяемого при очистке воды от нефтепродуктов.
[2]Известен способ регенерации адсорбента [Патент 2571754 РФ, МПК B01J 20/30; C02F 1/28, 1/36. Способ регенерации сорбента / Мишин О.Л., Зыков Е.И., Шестаков В.Н., Малетин А.П.; заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «Газпром трансгаз Екатеринбург». - №2014114560/05; заявл. 11.04.2014, опубл. 20.12.2015, Бюл. №35. - 4. с. ], при котором сорбент помещают в емкость, оборудованную магнетроном, подвергают воздействию СВЧ-излучения для испарения сорбата, пропускают через сорбент продувочный газ для удаления паров сорбата, сорбент помещают в двустенную емкость, в межстенном пространстве которой расположен рекуперативный теплообменник, причем сорбент помещают во внутренний сосуд емкости слоями так, чтобы концентрация сорбата в сорбенте увеличивалась от нижнего слоя к верхнему слою, СВЧ-излучение направляют в сторону увеличения концентрации сорбата, при этом отработавший продувочный газ из внутреннего сосуда емкости пропускают через межстенное пространство для нагрева стенок внутреннего сосуда и рекуперативного теплообменника, направляют в конденсатор для охлаждения отработанного продувочного газа до точки росы, установленной для конденсации паров сорбата, затем указанный газ пропускают через рекуперативный теплообменник, после чего направляют во внутренний сосуд емкости.
[3]Недостатками известного метода являются низкая эффективность регенерации сорбента и невозможность его многократного восстановления.
[4]Также известен способ регенерации сорбента [Патент 2438774 РФ, МПК B01J 20/30; C02F 1/36, 1/28. Способ регенерации сорбентов нетепловым воздействие электромагнитного излучения сверхчастотного диапазона / Мюллер Р.Ф., Ольшанская В.П., Румянцев А.И., заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский центр имени Николы Тесла». - №2010120776/05; заявл. 21.05.2010, опубл. 10.01.2012, Бюл. №1. - 7. с. ], при котором регенерацию осуществляют в условиях резонанса системы, подводя мощность электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона, минимально необходимую и достаточную для разрыва межмолекулярных связей, образованных между сорбентом и сорбатом, при взаимодействии электромагнитного излучения с этими веществами в резонансной камере. Подвод энергии электромагнитного излучения осуществляют с минимально необходимой мощностью для исключения термического нагрева веществ в резонансной камере. Для равномерного заполнения сорбентом резонансной камеры используют насадку, прозрачную для электромагнитного излучения в сверхвысокочастотном диапазоне и химически инертную по отношению к сорбенту и сорбату, например, выполненную из стекла, кварца, фторопласта, керамики.
[5]Недостатками известного метода являются длительность времени регенерации (10.6 минут) и невозможность многократного восстановления сорбента.
[6]За прототип принят способ регенерации сорбента [Guang-Zhou Qu, Simulataneous pentachlorophenol decomposition and granular activated carbon regeneration assisted by dielectric barrier discharge plasma / Guang-Zhou Qu, Na Lu, Jie Li, Yan Wu, Guo-Feng Li, Duan Li // Journal of Hazardous Materials. - 2009. - V. 172. - P. 472-478.] [Guang-Zhou Qu, Одновременная деструкция пентахлорфенола и восстановление гранулированного активированного угля при помощи плазмы диэлектрического барьерного разряда / Guang-Zhou Qu, Na Lu, Jie Li, Yan Wu, Guo-Feng Li, Duan Li // Journal of Hazardous Materials. - 2009. - V. 172. - P. 472-478.], при котором сорбент, в качестве которого используется активированный уголь, помещают в емкость и обрабатывают в диэлектрическом барьерном разряде при напряжении, вкладываемом в разряд 9.0-21.2 кВ, подавая плазмообразующий газ - кислород с расходом газа 2 л/мин, и времени обработки 60 мин.
[7]Недостатками прототипа являются низкая эффективность деструкции сорбата с поверхности активированного угля, длительное время обработки, высокие энергозатраты и невозможность многократного восстановления сорбента данным методом.
[8]Техническим результатом изобретения является повышение эффективности регенерации сорбента, сокращение времени обработки, снижение энергозатрат и возможность многократного восстановления сорбента.
[9]Указанный результат достигается тем, что в способе регенерации сорбента, заключающемся в размещении его в емкости, подаче плазмообразующего газа - кислорода и последующей обработке в диэлектрическом барьерном разряде при напряжении, вкладываемом в разряд 10,0-20,0 кВ, согласно изобретению в качестве сорбента используют силикатный сорбент - диатомит, загрязненный нефтепродуктами, который обрабатывают в диэлектрическом барьерном разряде в течение 0,5-1,5 мин, при расходе газа 0,5-1,5 л/мин и постоянном встряхивании в течение всего времени обработки.
[10]Технический результат достигается за счет того, что при регенерации силикатного сорбента - диатомита, загрязненного нефтепродуктами, происходит рост его сорбционной емкости и увеличение поверхностной активности по сравнению с прототипом (сорбционная емкость сорбента - диатомита, загрязненного нефтепродуктами, после обработки в диэлектрическом барьерном разряде увеличивалась в 2-2,5 раза). При этом происходит повышение эффективности регенерации сорбента, сокращение времени обработки, снижение энергозатрат, а также возможность многократного восстановления заявляемого загрязненного сорбента в диэлектрическом барьерном разряде для повторного его использования для очистки воды от нефтепродуктов.
[11]Изобретение осуществляют следующим образом.
[13]В качестве сорбента используют диатомит, загрязненный нефтепродуктами, например, марки СМД СОРБ.
[14]Сорбент массой 5 г, содержащий известную массу нефтепродуктов (50 мг), засыпают в емкость, представляющую собой стеклянный сосуд цилиндрической формы, внутренний диаметр которого составляет 60 мм, для обработки в диэлектрическом барьерном разряде. Сосуд герметично закрывают крышкой, в которою вмонтирован электрод, изготовленный из алюминиевого сплава (∅ 30 мм). С помощью патрубка в емкость подают плазмообразующий газ, в качестве которого используют кислород с расходом 1 л/мин, расстояние от слоя сорбента до неизолированного электрода во всех опытах одинаково и составляет 3 мм. Далее возбуждают плазму барьерного разряда с помощью высоковольтного трансформатора. Разряд имеет следующие параметры: сила тока 0.25 mA, напряжение 10, 13, 15 и 20 кВ, частота тока 500 Гц. Время обработки составляет 1 минуту при постоянном встряхивании сорбента.
[16]Сорбент массой 5 г, содержащий известную массу нефтепродуктов (50 мг), засыпают в емкость для обработки в диэлектрическом барьерном разряде.
[17]В емкость подают плазмообразующий газ, в качестве которого используют кислород с расходами: 0.2, 0.5, 1 и 1.5 л/мин. Разряд имеет следующие параметры: сила тока 0.25 mA, напряжение 10 кВ, частота тока 500 Гц. Время обработки составляет 1 минуту, при этом сорбент постоянно встряхивают.
[19]Сорбент массой 5 г, содержащий известную массу нефтепродуктов (50 мг), засыпают в емкость для обработки в диэлектрическом барьерном разряде.
[20]В емкость подают плазмообразующий газ, в качестве которого используется кислород с расходом 1 л/мин. Разряд имеет следующие параметры: сила тока 0.25 mA, напряжение 10 кВ, частота тока 500 Гц. Время обработки составляет 0.5, 1, 1.2, 1.5 минуты при постоянном встряхивании.
[21]Зависимость эффективности десорбции от основных параметров и в сравнении с параметрами прототипа представлена в таблице 1.
[22]
[23]Данные, представленные в таблице 1, показывают, что при напряжении 10 кВ десорбция нефтепродуктов может достигать 98,9%. При дальнейшем увеличении напряжения эффективность десорбции незначительно снижается из-за выгорания микропор. При расходах 0.2 и 0.5 л/мин плазмообразующего газа в ячейке недостаточно для протекания процесса десорбции во всех слоях сорбента, которая составляет 93 и 94% соответственно. При дальнейшем увеличении расхода до 1 л/мин десорбция увеличивается до 98,6%. При дальнейшем увеличении расхода эффективность десорбции снижается из-за разрушения микропор до 90%.
[24]При обработке 0.5 минуты сорбент не успевает восстановиться полностью, и десорбция составляет 80%. При обработке 1 мин десорбция составляет 98,8%. При дальнейшем увеличении времени обработки эффективность десорбции незначительно снижается. Обработка дольше 1 мин является нецелесообразной.
[26]Подтверждение возможности многократной регенерации сорбента. При параметрах обработки (сила тока 0.25 mA, время обработки 1 мин, расход О2 1 л/мин, напряжение 10 кВ, частота 500 Гц) определяют максимально возможное количество циклов сорбция/десорбция.
[27]Для этого навеску силикатного сорбента - диатомита загрязняют раствором нефтепродуктов (С0,i=90 мг/л), а затем обрабатывают в диэлектрическом барьерном разряде, рассчитывают сорбционную емкость по формуле
[28]
,
[29]где V0 - объем раствора, m - масса адсорбента, С0,i и Ci - его начальная и конечная равновесная концентрации, и далее обработанный сорбент снова загрязняют и обрабатывают до тех пор, пока его восстановление возможно.
[30]Результаты возможности многократной регенерации сорбента показывают, что сорбционная емкость снижается с каждым циклом, но даже на восьмом цикле сорбционная емкость обработанного сорбента выше, чем исходного, почти в 1,5 раза (таблица 2).
[31]
[32]Таким образом, можно говорить об использовании диэлектрического барьерного разряда для многократного восстановления диатомита, загрязненного нефтепродуктами, при их десорбции с поверхности сорбента.
