СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА


RU (11) 2096082 (13) C1

(51) 6 B01J20/30 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 94042380/25 
(22) Дата подачи заявки: 1994.11.29 
(45) Опубликовано: 1997.11.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Авторское свидетельство СССР N 1498551, кл. B 01 J 20/22, 1985. 2. Авторское свидетельство СССР N 420572, кл. C 02 F 1/28, 1971. 3. Ермоленко И.Н., Дуглов Е.Д., Люблинер И.П. и др. Новые волокнистые сорбенты медицинского назначения. - Минск: Наука и техника, 1978, с. 29 - 38. 
(71) Заявитель(и): Ершов Борис Григорьевич 
(72) Автор(ы): Ершов Б.Г.; Селиверстов А.Ф.; Быков Г.Л.; Гелис В.М.; Милютин В.В. 
(73) Патентообладатель(и): Ершов Борис Григорьевич 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА 

Изобретение относится к сорбентам для очистки растворов и питьевых вод от ионов тяжелых и радиоактивных металлов. Древесину лиственных пород обрабатывают раствором состава: фосфорная кислота 0,5 - 2,0 моль/л, мочевина 2 - 6 моль/л, при температуре 60 - 90oC в течение 1 - 3 ч при соотношении т:ж = 1 : (5 - 20). Далее материал отжимают, сушат и подвергают термообработке при температуре 140 - 170oC в течение 1 - 3 ч. После промывки и сушки получают сорбент с обменной емкостью 3,1 - 4,6 мг-экв/г и коэффициентами распределения микроколичеств плутония, урана и америция 5103 - 6104 см3/г. Сорбент, получаемый по заявленному способу, обладает повышенной емкостью и селективностью к ионам трансурановых элементов. 2 з. п. ф-лы, 1 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к химической технологии, конкретно, к способам получения целлюлозосодержащих сорбентов, которые могут быть использованы для очистки растворов и сточных вод от ионов токсичных тяжелых и радиоактивных металлов.

Известны способы получения целлюлозосодержащих сорбентов путем обработки древесины различными органическими модификаторами (полиаминами, формальдегидами и др.) [1, 2] Указанные сорбенты используются для очистки сточных вод от органических веществ и ионов тяжелых металлов. Недостатками данных способов являются сложность синтеза и сравнительно низкие сорбционные характеристики полученных сорбентов.

Наиболее близким к заявленному является способ получения целлюлозосодержащего сорбента, включающий обработку целлюлозы смесью растворов фосфорной кислоты и мочевины при температуре 70 80oC, сушку, термообработку при температуре 140 150oC и промывку полученного материала водой [3, прототип] Полученный сорбент -фосфат целлюлозы обладает емкостью 2,6 мг-экв/г и используется, в основном, для удаления ионов кальция из биологических сред (крови, молока и т.д.). Недостатками данного сорбента являются его относительно высокая стоимость, а также недостаточно высокая селективность в солевых растворах к ионам трансурановых элементов.

Задачей изобретения является получение сорбента на основе природного сырья древесины, обладающего повышенной емкостью и селективностью к ионам тяжелых токсичных и трансурановых элементов.

Поставленная задача решается путем синтеза сорбента, который включает в себя обработку древесных опилок лиственных пород раствором состава: фосфорная кислота 0,5 2 моль/л, мочевина 2 6 моль/л при температуре 60 90oC, соотношение твердой и жидкой фаз 1 (5 20) в течение 1 3 ч и последующую термообработку при 140 170oC проводят в течение 1 3 ч.

Указанная совокупность отличительных признаков не описана в научно-технической и патентной литературе и является новой и не очевидной для специалиста в данной области.

Так, нами экспериментально было показано, что при использовании сорбента, полученного заявленным способом при извлечении микроколичеств радионуклидов Pu (IV), U(VI) и Am (III) из азотнокислых растворов, коэффициенты распределения указанных радионуклидов составляют 6500, 60000, 13500 см3/г соответственно, что выше значений Kd, получаемых при использовании сорбента, полученного по способу-прототипу (фосфат целлюлозы) [3] а также при использовании других фосфоросодержащих неорганических сорбентов (фосфат титана или циркония) и ионообменных смол (СФ-4, СФ-5, КРФ). Кроме того, материал, полученный заявляемым способом, по сравнению с прототипом обладает в 1,6 1,8 раз большей ионообменной емкостью и не теряет при этом механической прочности.

Данный факт объясняется тем, что при обработке древесины смесью фосфорной кислоты и мочевины происходит фосфорилирование не только целлюлозы, но и других компонентов древесины (лигнина, гемицеллюлозы и др.), фосфатные производные которых обуславливают повышенную емкость и селективность к радионуклидам ТУЭ. Заявляемые диапазоны концентраций реагентов, температуры и времени обработки являются оптимальными с точки зрения получения сорбента с максимальными сорбционными характеристиками и расхода реагентов.

Преимущественное использование опилок лиственных пород деревьев обусловлено тем, что при использовании хвойных опилок в процессе синтеза происходит взаимодействие реагентов со смолистыми веществами древесины с образованием спекшейся массы, с трудом поддающейся фосфорилованию.

Заявляемый способ иллюстрируется следующим примером.

Пример 1 (прототип).

1 кг целлюлозы в виде марли пропитывают в растворе состава: 3850 г мочевины, 1430 мл 85%-ной фосфорной кислоты и 8320 мл дистиллированной воды при температуре 80oC в течение 30 мин. Затем материал извлекают из раствора, отжимают от избытка реагентов, сушат при температуре 60 80oC и термообрабатывают в сушильном шкафу при температуре 150oC в течение 690 мин. Далее материал промывают водой до отрицательной реакции по фосфат-ион и сушат на воздухе до постоянного веса.

Пример 2.

0,9 кг осиновых опилок фракции 0,3 3,0 мм обрабатывают 18 л раствора состава, моль/л: фосфорная кислота 0,5, мочевина 2,0, т:ж 1 20 при температуре 60oC в течение 3 ч. После этого опилки отжимают для удаления избытка раствора, сушат при температуре 60 70oC и подвергают термообработке в сушильном шкафу при температуре 140oC в течение 3 ч. После окончания термообработки опилки промывают водой до отрицательной реакции по фосфат-ион и сушат на воздухе до постоянного веса.

Пример 3.

1 кг березовых опилок фракции 0,5 5 мм обрабатывают 5 л раствора состава, моль/л: фосфорная кислота 2,0, мочевина 6,0, т:ж 1 5 при температуре 90oC в течение 1 ч. После этого опилки отжимают для удаления избытка раствора, сушат при температуре 60 80oC и подвергают термообработке в сушильном шкафу при температуре 170oC в течение 1 ч. После окончания термообработки опилки промывают водой до отрицательной реакции по фосфат-ион и сушат на воздухе до постоянного веса.

Для сорбентов, полученных по примерам 1 3, были определены значения статистической обменной емкости (СОЕ) по ионам кальция и меди, а также коэффициенты распределения микроколичеств Pu(IV), UO22+ и Am (III) в растворе и проведен их химический анализ на содержание фосфора в твердой фазе. Данные представлены в таблице.

Представленные данные показывают, что сорбенты, полученные заявленным способом, обладают повышенной по сравнению с прототипом емкостью и селективностью к ионам трансурановых элементов. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ получения сорбента, включающий обработку целлюлозосодержащего материала раствором смеси фосфорной кислоты и мочевины при нагревании, термообработку, промывку и сушку полученного продукта, отличающийся тем, что в качестве целлюлозосодержащего материала используют древесные опилки лиственных пород, обработку ведут раствором состава: фосфорная кислота 0,5 2 моль/л, мочевина 2 6 моль/л при 60 90oС, а термообработку осуществляют при 140 170oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку опилок раствором смеси фосфорной кислоты и мочевины проводят при соотношении твердой и жидкой фаз 1 /5 20/ в течение 1 3 ч.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что термообработку при 140 - 170oС проводят в течение 1 3 ч.