Способ получения многофункционального биополимерного сорбента

Авторы патента:

B01J20/30 - способы получения, регенерации или реактивации

B01J20/24 - высокомолекулярные соединения естественного происхождения, например гуминовые кислоты или их производные

Владельцы патента RU 2759395:

Трофимов Аркадий Николаевич (RU)
Коротков Юрий Викторович (RU)

Изобретение относится к области экологии, сельскому хозяйству, в частности к способам получения гуматосодержащего препарата, и может быть использовано при производстве препаратов, восстанавливающих плодородие почв, а также при производстве препаратов для извлечения и детоксикации тяжелых металлов, радионуклидов, разложения углеводородов нефти в сточных водах, производственных илах, в грунтах. Способ получения многофункционального биополимерного сорбента включает смешивание измельченного торфа, твердой щелочи и янтарной кислоты, получая смесь, которую в дальнейшем подвергают диспергированию в кавитаторе. Смешивание измельченного торфа, твердой щелочи и янтарной кислоты осуществляют при следующем соотношении компонентов: торф – 900 кг, щелочь – 100 кг, янтарная кислота – 5 мг. Диспергирование полученной смеси осуществляют при температуре 75-95°С в течение 14-20 минут, получая концентрированный многофункциональный биополимерный сорбент в виде мелкодисперсной массы. Концентрированный многофункциональный биополимерный сорбент разводят водой в соотношении 1:100-1500, получая рабочий раствор сорбента в качестве готового продукта. Концентрированный многофункциональный биополимерный сорбент разводят водой в соотношении 1:1000-10000, получая рабочий раствор сорбента в качестве активатора восстановления поврежденной биоты почвообразования. Техническим результатом является повышение содержания биологически активных веществ в виде гуминовых кислот в конечном готовом продукте с повышенной сорбционной емкостью и расширенным спектром его воздействия, снижение энергозатрат и упрощение аппаратурного оформления процесса, снижая себестоимость конечного готового продукта. 2 з.п. ф-лы.

В условиях постоянно увеличивающегося антропогенного воздействия на окружающую среду остро встают проблемы по нивелированию разноплановых отрицательных факторов, способствующих экологической деградации окружающего пространства, в том числе почвы и водного бассейна. Разноплановость воздействий на них и предопределило широкий набор протекторных препаратов, имеющих весьма ограниченный спектр действия с узкоспециализированными свойствами и зачастую требующих дальнейшую детоксикацию.

Многие методы утилизации отходов связаны с введением химических реагентов в растворы сточных вод и доведением рН до значений, при которых из растворов выпадают гидроксиды тяжелых металлов, переходящих в подвижные формы, загрязняя окружающую среду, так же предлагаются к использованию дорогостоящие и экологически небезупречные синтетические средства (например,

этилендиаминтетрауксусная кислота, лимонная кислота и др.) и дорогостоящие или малоэффективные технологии.

Поэтому весьма актуальной задачей является создание относительно не дорогих, эффективных препаратов, обладающих полифункциональностью.

Наиболее перспективными материалами являются модифицированные торфа с повышенным содержанием гуминовых кислот, так как они могут выполнять несколько функций:

- снижать техногенное влияния опасных веществ (гуминовые кислоты являются универсальным сорбентом для всех типов тяжелых металлов в катионной форме и образуют прочные соединения с ионами металлов и, следовательно, могут выступать как мощные поглотители, а также инкорпорировать углеводороды нефти);

- рекультивировать почвы (увеличивать плодородие);

- стимулировать рост и развитие почвообразующей биоты.

Одним из перспективных способов очистки сточных вод и ремедиации техногенного загрязнения земель с восстановлением их плодородия является применение торфогуминовых препаратов. В настоящее время известно много видов препаратов на основе гуминовых кислот.

Известен способ получения пластичного естественного активатора почвообразования, включающий смешивание торфа и твердой щелочи и их дальнейшую совместную обработку, причем смешивание торфа и твердой щелочи осуществляют с дополнительным введением целлюлолитического фермента в соотношении соответственно 9:1:0,05, а совместную обработку проводят в дезинтеграторе в течение 10 мин до получения мелкодисперсной массы с содержанием гуминовых кислот в указанном продукте составляет 12-16 г/л. (см. патент РФ №2186752 по МПК C05F 11/02, опубл. 10.08.2002.).

Наиболее близким по технической сущности является способ получения биокатализатора ремедиации почвенных и растительных структур, включающий смешивание торфа, твердой щелочи, целлюлолитический фермент, янтарной кислоты и целлюлозосодержащий субстрат, получая смесь, которую в дальнейшем подвергают диспергированию в кавитаторе, причем в качестве

целлюлозосодержащего субстрата используют солому или торф, или древесные опилки, или их смесь, получая продукт с содержанием гуминовых кислот 20 г/л (см. патент РФ №2428404 по МПК C05F 11/02, опубл. 27.05.2010.).

Недостатком ближайшего аналога является использование целлюлолитического фермента, как деструктора лигно - целлюлозного комплекса, слабо влияющего на выход основного продукта - гуминовых кислот (до 20 г/л,), так как часть фермента нейтрализует биологическую активность высвобождаемых гуминовых кислот. Негативно сказывается и использование в аналоге целлюлозосодержащего измельченного субстрата, так как при разведении водой в 1000 и более раз его роль ничтожна. Использование целлюлолитического фермента и целлюлозосодержащего измельченного субстрата утяжеляет рецептуру и аппаратурное оформление процесса, что отрицательно сказывается на себестоимости и качестве конечного продукта. Помимо этого при получении конечного продукта оптимизировано количество используемой щелочи, которое снижено на 30%.

Таким образом известный способ характеризуется получением готового продукта с низким содержанием основных активнодействующих веществ - гуминовых кислот при достаточно многокомпонентной рецептуре и усложненном аппаратурном оформлении.

Техническим результатом является повышение содержания биологически активных веществ в виде гуминовых кислот в конечном готовом продукте с повышенной сорбционной емкостью и расширенным спектром его воздействия, снижение энергозатрат и упрощение аппаратурного оформления процесса, снижая себестоимость конечного готового продукта.

Технический результат достигается тем, что в способе получения многофункционального биополимерного сорбента, включающем смешивание торфа, твердой щелочи и янтарной кислоты, получая смесь, которую в дальнейшем подвергают диспергированию в кавитаторе, согласно изобретению смешивание осуществляют при соотношении компонентов: торф - 900 кг, щелочь - 100 кг, янтарная кислота - 5 мг, диспергирование полученной смеси осуществляют при температуре 75-95°С в течение 14-20 минут, получая концентрированный многофункциональный биополимерный сорбент в виде мелкодисперсной массы. Концентрированный многофункциональный биополимерный сорбент разводят водой в соотношении 1: 100-1500 (в зависимости от характера загрязнений), получая рабочий раствор сорбента в качестве готового продукта. Концентрированный многофункциональный биополимерный сорбент разводят водой в соотношении 1: 1000-10000, получая рабочий раствор сорбента в качестве активатора восстановления поврежденной биоты почвообразования.

Способ получения многофункционального биополимерного сорбента осуществляется следующим образом.

Получение многофункционального биополимерного сорбента включает смешивание торфа, твердой щелочи и янтарной кислоты при соотношении компонентов: торф - 900 кг, щелочь - 100 кг, янтарная кислота - 5 мг, получая смесь, которую в дальнейшем подвергают диспергированию в кавитаторе, причем диспергирование полученной смеси осуществляют при температуре 75-95°С в течение 14-20 минут, получая концентрированный многофункциональный биополимерный сорбент в виде мелкодисперсной массы. Для получения рабочего раствора концентрированный многофункциональный биополимерный сорбент разводят водой в соотношении 1: 100-1500 (в зависимости от характера загрязнений), получая рабочий раствор сорбента в качестве готового продукта. Для получения рабочего раствора активатора восстановления концентрированный многофункциональный

биополимерный сорбент разводят водой в соотношении 1: 1000-10000 (в зависимости от характера загрязнения и морфологии почвы).

Граничные значения составляющих компонентов были определены экспериментально.

Сущность изобретения поясняется на конкретном примере его осуществления.

В горизонтальный смеситель с шаберной задвижкой (типа ЛС-30) при включенных мешалках загружают 900 кг просеянного нативного торфа влажностью около 85% и 100 кг твердой щелочив виде едкого натра, 5 мг янтарной кислоты, перемешивают 10-15 мин. Полученный таким образом полупродукт подают транспортером в кавитатор. После 15 минут баротермической обработки в кавитаторе при температуре 90°С получают диспергированную смесь в виде концентрированного многофункционального биополимерного сорбента, который направляют в накопительную емкость и затем на фасовку.

Полученный продукт имеет желеобразную консистенцию, темно-коричневый цвет, слабый запах аммиака, рН 10-12, легко растворим в воде.

Содержание биологически активных веществ в заявленном продукте по сравнению с аналогами повышено и составляет: гуминовых веществ не менее 120 г/л (в ближайшем аналоге 20 г/л).

Для получения рабочего раствора сорбента полученный концентрированный многофункциональный биополимерный сорбент разводят водой в соотношении 1 часть продукта на 100-1500 частей воды (в зависимости от характера загрязнений).

Для использования полученного концентрированного многофункционального биополимерного сорбента в качестве активатора восстановления поврежденной биоты почвообразования концентрированный многофункциональный биополимерный сорбент разводят водой в соотношении 1: 1000-10000 (в зависимости от характера загрязнения и морфологии почвы).

В предлагаемом составе торф выполняет функцию поставщика гуминовых кислот, щелочь необходима как экстрактор и образователь гуминовых комплексов и также как раскислитель. Янтарная кислота является катализатором обменных процессов.

Для активизации торфа и перевода находящихся в нем гуминовых веществ в водорастворимые формы с повышенной сорбционной емкостью заявляемый состав подвергают обработке в кавитаторе (баротермии).

Обработка компонентов в кавитаторе позволяет достичь улучшения сорбционной емкости - повышенного выхода модернизированных биополимеров с повышенной сорбционной емкостью, так как происходит деполимеризация нативных гуминовых веществ, уменьшая их молекулярно-массовый размер, обеспечивая тем самым повышение сорбционной емкости за счет создания дополнительных активных центров.

В конечном итоге выход активных модернизированных гуминовых кислот по предлагаемому методу выше, чем у прототипа и достигает концентрации 100-130 г/л по сравнению с 20 г/л у прототипа.

Таким образом достигают заявленный технический результат, получая продукт с повышенной сорбционной емкостью и с большим, чем у ближайшего аналога, содержанием биологически активных и ростовых веществ. Дополнительно упрощается рецептура (исключаются целлюлолитические ферменты, целлюлозосодержащий субстрат) и ускоряется технология приготовления и способ использования биополимера.

В результате проведенных натурных испытаний доказано, что 1 г препарата в многокомпонентной среде реальных отходов поглощает: Fe -530 мг, Zn - 62 мг, Pb - 1,3 мг, Cd - 0,6 мг, Cr - 15 мг, Cu - 353 мг.

Полученные данные свидетельствуют, что препарат имеет огромные перспективы, как в экологическом, так и в экономическом (рециклинг металлов) аспектах, помимо этого ускоряет развитие почвообразующей биоты и разлагает вредные вещества (пестициды, углеводороды, фенолы и т.п.), тем самым поддерживая экологическое равновесие.

Предлагаемым способом получают препарат из известных компонентов простым безотходным, мало энергоемким способом, что снижает его себестоимость. Способ получения конечного продукта к применению также прост, так как для использования требуется только разведение его водой.

1. Способ получения многофункционального биополимерного сорбента, включающий смешивание измельченного торфа, твердой щелочи и янтарной кислоты, полученную смесь в дальнейшем подвергают диспергированию в кавитаторе, отличающийся тем, что смешивание осуществляют при соотношении компонентов: торф – 900 кг, щелочь - 100 кг, янтарная кислота - 5 мг, диспергирование полученной смеси осуществляют при температуре 75-95°С в течение 14-20 минут, получая концентрированный многофункциональный биополимерный сорбент в виде мелкодисперсной массы.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что концентрированный многофункциональный биополимерный сорбент разводят водой в соотношении 1:100-1500, получая рабочий раствор сорбента в качестве готового продукта.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что концентрированный многофункциональный биополимерный сорбент разводят водой в соотношении 1:1000-10000, получая рабочий раствор сорбента в качестве активатора восстановления поврежденной биоты почвообразования.

Изобретение относится к химической технологии, а именно к способу получения гранулированного неорганического сорбента, состоящего из твердого раствора оксидов титана и циркония, предназначенного для работы в высокотемпературных и агрессивных средах. Описан способ получения гранулированного неорганического сорбента, состоящего из твердого раствора оксидов титана и циркония, заключающийся в смешивании исходных компонентов, диспергировании полученной смеси в гелирующую среду, промывке образовавшихся частиц, сушке и прокаливании, отличающийся тем, что в качестве исходных компонентов используют гексахлортитановую кислоту и оксихлорид циркония в мольном соотношении Ti/Zr (0,5-0,99)/(0,01-0,5) с добавлением водного раствора поливинилового спирта до получения концентрации его в конечной смеси 50-200 г/л, перед диспергированием полученный раствор выдерживают при комнатной температуре в течение 1-7 дней, сушку гелевых частиц проводят на воздухе в течение 1-24 часов при температуре 25-80°C, а прокаливание проводят на воздухе при температуре 300-450°C.

Способ получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода на основе гидроксида циркония // 2755541

Изобретение относится к способу получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода на основе гидроксида циркония и может быть использовано в технологии получения регенерируемых поглотителей диоксида углерода для систем концентрирования диоксида углерода, для очистки от диоксида углерода атмосферы герметичных объектов, там где необходимо получение очищенных свободных от диоксида углерода газов.

Способ получения молекулярно-импринтированного полимера // 2753850

Изобретение относится к области аналитической химии и молекулярной биологии и может быть использовано для получения полимера, содержащего отпечатки (импринтинг) молекул, с последующим его применением для анализа и разделения молекулярного материала. Способ получения молекулярно-импринтированного полимера на основе полианилина на подложке заключается в очистке подложки и проведении её модификации путём окислительной полимеризации анилина либо его производных в присутствии окислителя до образования на подложке электропроводной пленки полианилина, удалении остатков окислителя и анилина либо его производных, проведении дальнейшего синтеза в смеси, состоящей из анилина, либо его производных и окислителя в кислой среде.

Среда на основе железа // 2752401

Изобретение относится к средам на основе железа (ZVI), предназначенным для удаления одного или множества загрязнителей из почвы, воды или сточных вод. Фильтровальная среда для уменьшения содержания загрязнителей в текучих средах включает промытый в HCl порошок на основе железа, при этом удельная площадь поверхности по ВЕТ промытого кислотой порошка на основе железа составляет 1,2-10 м2/г, промытый кислотой порошок характеризуется содержанием Fe, по меньшей мере, 90 мас.%, характеризуется величиной pH-специфического окислительно-восстановительного потенциала (PSE) менее -0,03 в равновесных условиях (спустя 48 ч), причем PSE определяется как результат деления окислительно-восстановительного потенциала (Eh) на рН, Eh/pH, измеренных в общем объеме, состоящем из 50 мл бескислородной воды и 1 г упомянутого порошка на основе железа, при этом средний размер частиц D50 промытого кислотой порошка на основе железа составляет от 20 до 10000 мкм.

Способ получения дуолита // 2751944

Изобретение относится к способу получения дуолита, при котором вермикулит нагревают при температуре 1000-1100°С в течение 5-10 минут, в результате чего получают вспученный вермикулит, который нагревают под давлением в 2,5-3 атм в течениЕ 20-30 мин при температуре 150-200°C с добавлением 3% каустической соды и 5% технической соли, причём на одну тонну вспученного вермикулита берут 30 кг 3% каустической соды и 50 кг 5% технической соли.

Настраиваемые адсорбенты // 2751716

Изобретение относится к способу модификации кристаллического неорганического каркаса адсорбента с помощью покрытий, в частности к способу уменьшения размера входного отверстия пор кристаллического неорганического адсорбента. Способ включает приведение адсорбента в контакт с силиконовым предшественником для образования смеси и обжиг смеси при температуре и в условиях, позволяющих эффективным образом получить адсорбент с требуемым размером входного отверстия пор.

Способ модифицирования полисахаридных сорбентов для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов // 2750149

Изобретение относится к способам модифицирования природных полисахаридных сорбентов, предназначенных для извлечения ионов тяжелых металлов сорбцией из растворов различного состава, образующихся в результате проведения разнообразных технологических процессов, и может быть использовано для совершенствования мембранных и сорбционных технологий, в водоподготовке, при разработке технологий утилизации ионов тяжелых металлов из водных растворов и сточных вод различной природы.

Способ получения композиционного сорбента для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов // 2750034

Предложен способ получения композиционного сорбента для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов, заключающийся в смешении раствора хитозана в 1%-ной уксусной кислоте с дисперсией армирующего материала в дистиллированной воде, интенсивном перемешивании и постепенном добавлении эпихлоргидрина в качестве сшивающего агента и перемешивании до его полного включения в реакционную смесь, последующем капельном введении приготовленной смеси в водный раствор триполифосфата натрия с концентрацией 0,05 М при перемешивании, выдерживании в нем образовавшихся микросфер при микроволновом облучении мощностью 300 Вт с частотой 2,45 ГГц и температуре 25-40°С в течение 15-25 мин с последующим их отделением от дисперсионной среды и тщательной промывкой дистиллированной водой от непрореагировавшего триполифосфата натрия, где в качестве армирующего дисперсного материала используют углеродные нанотрубки «Таунит - М», в раствор хитозана дополнительно вводят раствор желатина при массовом отношении желатин : хитозан 1:5–1:3, при этом массовое отношение армирующего дисперсного материала и смеси хитозана с желатином составляет 1:10–1:2, а перемешивание раствора хитозана в 1%-ной уксусной кислоте проводят в течение 20-30 мин с последующей обработкой ультразвуком в течение 10-20 мин и набуханием в покое без перемешивания в течение 30-40 мин.

Молекулярно-импринтированные полимерные гранулы для экстракции лития, ртути и скандия // 2748350

Группа изобретений относится к молекулярно-импринтированным полимерам, а именно макропористым полимерным гранулам для связывания целевых молекул, способам получения гранул и способам селективной секвестрации одного или более целевых ионов из раствора одного или более целевых ионов металлов, смешанных с другими ионами.

Композиционный магнитосорбент для удаления нефти, нефтепродуктов и масел с поверхности воды // 2757811

Изобретение относится к области очистки промышленных сточных вод. Предложен композиционный магнитосорбент для удаления нефти, нефтепродуктов и масел с поверхности воды, представляющий собой пористую матрицу на основе шелухи целлюлозосодержащих отходов растениеводства с размерами пор 0,5-1,3 мм, характеризующийся тем, что он дополнительно содержит пыль газоочистки стальную незагрязненную с размером частиц 5-10 мкм, распределенную в шелухе как на внешней поверхности матрицы, так и в ее порах, при этом тонкоизмельченная шелуха подсолнечника составляет 35-50 мас.%, пыль газоочистки стальная незагрязненная - 25-40 мас.% и связующее парафин - 10-40 мас.%.