Способ получения пористых неорганических сорбентов

 

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТЫХ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОРБЕНТОВ, включающий осаждение труднорастворимых соединений в виде гидрогеля, его отмывку и удаление избыточной межфазной жидкости путем физического воздействия на гидрогель, отличающийс я тем, что, с целью повышения однородности пористой структуры сорбентов , удаление избыточной межфазной жидкости ведут путем обработки гидрогеля в высокочастотном поле. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку ведут при энергетической нагрузке, равной 0,4-1,0 кВт/кг сорбента.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 4(1) В 01 J 20/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3581085/23-26 (22) 18.04.83 (46) 23.05.85. Бюл. Ф 19 (72) В.И.Огенко, Л.И.Бондаренко, А.А.Чуйко, В.Н.Ушатский, В.В.Уварова, Г.П.Сафро, К.Ф.Лазарев, Г.А.Касенкина и Г.Н.Ковалев (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро .Института физической химии АН Украинской ССР (53) 661. 183. 1 2 (088. 8) (56) 1. Заявка Великобритании

))- 1284087, кл. С 02 В 33/16, 1972.

2. Матерова Е.А. и др. Ионный обмен. Л., ЛГУ, 1965, с. 3-42. (54) (57) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТЫХ

НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОРБЕНТОВ, включающий осаждение труднорастворимых соединений в виде гидрогеля, его отмывку и удаление избыточной мекфазной жидкости путем физического воздействия на гидрогель, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения однородности пористой структуры сорбентов, удаление избыточной мекфаэной жидкости ведут путем обработки гидрогеля в высокочастотном поле.

2. Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что обработку ведут при энергетической нагрузке, равной

0,4-1,0 кВт/кг сорбента.

115б?28

Изобретейие относится к химической технологии, конкретно к способам получения неорганических сорбентов, и может быть использовано для синтеза различных гранулированных материалов, 5 предназначенных для извлечения и концентрирования редких и рассеянных элементов, а также промышленных ядов из технологических растворов.

Известен способ получения сорбен- 1О тов с заданными свойствами, включающий осаждение труднорастворимой двуокиси кремния в виде гидрогеля, вытеснение избыточной межфазной жидкости специальными органическими 15 растворителями с последующим их удалением отгонкой в кипящем слое P1) .

Недостатками данного способа являются его технологическая сложность н длительность. 20

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения пористых неорганических сорбентов, включающий осаждение труд-25 норастворимых соединений в виде гидрогеля, его отмывку и удаление избыточной межфазной жидкости путем физического воздействия на гидрогель.

В

По данному способу неорганические ионообменники получают на основе труднорастворимых соединений элементов Ш-УЛ группы. Полученные и результате осаждения гидрогели этих элементов промывают от избытка электролитов и для формирования пористой структуры подвергают сушке с удалением основной части межфазной жидкости сначала при комнатной, а затем при повышенной температурах $2) .

Недостаток известного способа— невозможность получения сорбента с однородной пористой структурой, так как термообработка неравномерно воздействует на поверхностные и внутРен 45 ние слоигранул.Кроме того, известный . способ характеризуется длительностью получения готового продукта.

Целью изобретения является повышение однородности пористой структуры сорбентон.

Поставленная цель достигается тем, что согласно получения пористых неорганических сорбентов, включающему осаждение трудиорастворимых соедине- 5$ ний н виде гидрогеля, его отмывку и удаление избыточной межфазной жидкости путем физического воздейстния на гидрогель, удаление избыточной межфазной жидкости ведут путем обработки гидрогеля н высокочастотном поле при энергетической нагрузке, равной 0,4-1,0 кВт/кг сорбента.

Технология способа заключается н следующем.

Проводят осаждение гидрогеля труднораатноримых элементов Ш-У(груп пы известными методами. В качестве таких гидрогелей могут быть использованы гидрогели силиката натрия (силикагель), титана, циркония, сурьмы и т.п. Затем отмытый от избытка электролитов гидрогель с влагосодержанием

50-б07 подвергают СВЧ-обработке для равномерного удаления избыточной межфазной (интермицеллярной) жидкости из объема гидрогеля до ее остаточного содержания 20-25 вес.Ж, что обеспечивает существование жесткой структуры при сохранении всего набора функциональных групп (адсорбционных центров). Обработку ведут при энергетической нагрузке 0,4-1,0 кВт/кг сорбента.

Равномерное и одновременное формирование ксерогелей одинаковой пористой структуры по всему объему образца достигается вследствие одинакового энергетического воздействия СВЧ-излучения на поверхностные и внутриглобульные молекулы растворителя.

В результате, за короткое время становится возможным получение однородных по всей массе сорбентон с разнитой пористой структурой и высокой сорбционной способностью.

Проведение специальных экспериментов показало, что оптимальными чсловиями СВЧ-обработки для формирования однородной пористой структуры неорганических сорбентон являются удаление межфазной жидкости при энергетической нагрузке 0,8-1,0 кВт/кг сорбента. Меньшие нагрузки приводят к значительному увеличению времени обработки образца и, как следствие, к возникновению в результате этого неравномерности н поровой структуре образца сорбента. При больших

1 кВт/кг сорбента мощностях СВЧ-излучения происходит неоправданный перерасход энергии, не приводящий к увеличению положительного эффекта.

Пример 1. Получение сурьмянофосфорнокремневого катионита (СФКК), 1156728 вают 1 сут для образования прочного геля и его созревания, разламывают »а куски и отмывают дистиллированной водой до маточного раствора. Полученный продукт с содержанием влаги около 60% подвергают СВЧ-обработке в течение 25 мин в печи мощностью

0,5 кВт.

Энергетическая нагрузка около

0,4 кВт на 1 кг сорбента.

Частота СВЧ-колебаний 10 Гц. ю

Время формирования того же количества ксерогеля по известному споо собу около 2,5 ч при 350-400 С.

Пример 3. Проводят определение однородности Пористой структуры сорбентов, полученных по примеру 1, оценивая величину сорбционной емкости по воде и бензолу в .процессе СВЧ-обработки, а также определяя зависимость сорбции ряда двухвалентных катионов на сорбентах СФКК, полученных по предлагаемому способу и известному способу.

В табл. 1 представлено влияние энергетической нагрузки при СВЧ-обработке на свойства конечных продуктов .(масса сорбента = 100 r).

Таблица 1

1О

Суммарный объем пор, см /г

Энергетическая

Время обработки, мин

H2,О

С6 В6 нагрузка, кВт/кг

Са

0,58

0,27

0,04

3,4

4,25

1,00

0,26

0,04

3 2

4,10

0,26

0,04

1,16

1,50

0,26

0,04

3,25

3,95 сорбентов от условий СВЧ вЂ” обработки.

Таблица

ПОЕ, Na+, мг/экв/г

Количество обрабатываемого геля, r

Время формирования ксерогеля, мин

ЯИ,О см3 / г

VS CüÍ см /r

3,00

3,30

3,35

3,05

400

18

0,26

0,26

0,26

0,27

0,04

0,04

0,04

0,04

300 г пентахлорида сурьмы при интенсивном перемешива»ии растворяют в 300 мл воды. После охлаждения полученного раствора до комнатной температуры вводят в него равный объем 5 раствора, содержащего 2,8% однозамещенного фосфата натрия и 4% силиката натрия. Образовавшийся плотный гель после старения отмывают водой до pH — 1,5-2,0, Промытый гель с содержанием влаги 50-60% подвергают

СВЧ-обработке в течение 18 мин в печи мощностью 0,5 кВт с рабочей частотой 10 о Гц.

Энергетическая нагрузка на гидро- 1$ гель составила 0,5 кВт ва 1 кг сорбента.

Время формирования этого же количества ксерогеля по известному споо собу при 400 С .составляет 60-90мин 20 а при 600 С вЂ” 40-50 мин.

Пример 2. Получение силикагеля.

В 0,5 л раствора серной кислоты плотностью 1, 11 г/смз при интенсив- 2$ ном перемешивании небольшими порциями вводят 1,5 л 16%-ного раствора кремнекислого натрия. Полученный золь выдержиВ табл. 2 приведена зависимость свбйств сурьмянофосфорнокремневых

Полная обменная емкость, мг/экв/г

1156728

ПродолжРние табл 3

Температура обработки, 5 С

Суммарный объем пор, см /г

Объем микропор, см /r

0,02 0,15

0,02 0,08

600

0,17

О, 10

700

В табл. 4 показана зависимость

15 сорбции двухвалентных катионов: иэ 0,1 н. кислых растворов их солей от условий СВЧ-обработки сурьмянокислотных ионитов в сравнении с сорбентами, полученными по известному

20 способу. Как видно иэ данных табл. 4, предлагаемый способ позволяет при сокращении времени обработки, получать сорбенты с повышенной селективgt Я+ ностью по Sr и Pb при сохранении

25 достаточно высокой обменной емкости, что недостижимо при получении сорбента по известному способу.

Суммарный объем пор, см /г

Объем

Температура обработки, С микроМ пор, см3 /г

Н1 О С4 Е1

0,23

0,02

0,25

200

0,17

0,02

0,19

500

Таблица 4

i Емкость, мг/экв/г

Ca (.Способ формирования ксерогеля

{100 r сорбента) Условия формирования структуры сорбента

S Pb2

400 С, 65 мин

2,0

0,87

2,60

Известный

Мощность 0,5 кВт

6,5 мин

0,40

1,30

3,10

Предлагаемый

0,20

1,40

2,83

7,0

1,70

1,35

0,30

0,44

2,63

2,63

7,5

10,5

ВНИИПИ Заказ 3224/7 Тираж 541 Подписное

Филиал ППП "Патент" г.Ужгород ул.Проектная 4

Приведенные в табл. 1 и 2 результаты свидетельствуют о том, что оптимальная энергетическая нагрузка позволяет получать однородные по всей массе материалы с воспроизводимыми адсорбционными свойствами. В то же время, использование известного способа при оптимальных нагрузках воздействия, заданных в различных тепловых режимах, приводит, как это

10 видно из табл. 3, где приведены структурно-сорбционные характеристики сурьмянокислотных ионитов, сформированньтх при различных режимах известного способа, к существенным изменениям пористой структуры конечных продуктов.

Таблица 3

Технико-экономические преимущества предлагаемого способа помимо обеспечения однородной пористой структуры синтезированных сорбентов заключаются в воэможности наладки автомати- M ческой системы контроля за протеканием процесса формирования адсорбентов, что приводит к значительной экономии непроизводительных затрат электроэнергии.