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 - 90^oC в течение 1 - 3 ч при соотношении т:ж = 1 : (5 - 20). Далее материал отжимают, сушат и подвергают термообработке при температуре 140 - 170^oC 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 5·10³ - 6·10⁴ см³/г. Сорбент, получаемый по заявленному способу, обладает повышенной емкостью и селективностью к ионам трансурановых элементов. 2 з. п. ф-лы, 1 табл.

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 80^oC, сушку, термообработку при температуре 140 150^oC 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 90^oC, соотношение твердой и жидкой фаз 1 (5 20) в течение 1 3 ч и последующую термообработку при 140 170^oC 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 80^oC в течение 30 мин. Затем материал извлекают из раствора, отжимают от избытка реагентов, сушат при температуре 60 80^oC и термообрабатывают в сушильном шкафу при температуре 150^oC 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 60^oC в течение 3 ч. После этого опилки отжимают для удаления избытка раствора, сушат при температуре 60 70^oC и подвергают термообработке в сушильном шкафу при температуре 140^oC 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 90^oC в течение 1 ч. После этого опилки отжимают для удаления избытка раствора, сушат при температуре 60 80^oC и подвергают термообработке в сушильном шкафу при температуре 170^oC 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 90^oС, а термообработку осуществляют при 140 170^oС.

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 - 170^oС проводят в течение 1 3 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1

RH4A - Выдача дубликата патента Российской Федерации на изобретение

Дата выдачи дубликата: 05.07.2010

Наименование лица, которому выдан дубликат:Ершов Борис Григорьевич (RU)

Извещение опубликовано: 10.09.2010        БИ: 25/2010

---