способ получения анионообменного волокнистого материала, обладающего способностью извлекать ионы хрома ( vi ) из водных растворов

Классы МПК:D01F11/04 из синтетических полимеров
C08J5/20 изготовление сформованных структур ионообменных смол
Автор(ы):, , , , , ,
Патентообладатель(и):Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2008-03-03
публикация патента:

Изобретение относится к технологии получения новых волокнистых ионообменных материалов и может быть использовано в гидрометаллургии, для извлечения ионов металлов, очистки сточных и промышленных растворов от токсических ионов металлов. Способ получения анионообменного волокнистого материала включает взаимодействие активированного полиакрилонитрильного волокна нитрон и 30-70% модифицирующего агента - смеси диэтаноламина с 10-30% масс. гексаметилендиамина в водном 5%-ном растворе диметилформамида. Активацию нитрона осуществляют в 3-6%-ном водном растворе щелочи в течение 3-5 мин при 90-95°С. Использование изобретения позволяет легко получить анионит волокнистого типа и использовать для эффективной очистки сточных вод кожевенных производств и гальванических цехов от ионов шестивалентного хрома, а также для концентрирования и выделения хроматов из производственных растворов. 1 табл.

Формула изобретения

Способ получения анионообменного волокнистого материала, включающий взаимодействие полиакрилонитрильного волокна нитрон и модифицирующего агента в водном растворе, отличающийся тем, что в качестве модифицирующего агента используют смесь диэтаноламина и гексаметилендиамина с содержанием последнего в смеси 10-30 мас.% и концентрацией смеси 30-70%, причем волокно нитрон перед модификацией активируют в 3-6%-ном водном растворе щелочи в течение 3-5 мин при температуре 90-95°С, а реакцию модификации проводят в 5%-ном водном растворе диметилформамида.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области химии высокомолекулярных соединений, в частности к созданию новых волокнистых ионообменных материалов, нашедших применение в гидрометаллургии, для извлечения ионов металлов, очистки сточных и промышленных растворов от токсических ионов металлов.

Известны способы получения анионообменных волокнистых материалов путем модификации полиакрилонитрильного волокна нитрон гидроксиламином и гидразином (Кулинский Д.А., Емец Л.В., Котецкий В.В., Вольф Л.А. Модифицирование полиакрилонитрила и волокон на его основе гидроксиламином. // Хим. волокна. - 1976. - № 6. - С.21-22. Караиванова С., Димов К., Бадев А. Модификация полиакрилонитрильных волокон гидразингидратом // Хим. и инд. - 1983. - № 1).

Недостатком этих волокон является то, что из-за разрушения в кислых средах в присутствии сильных окислителей они не способны извлекать ионы хрома (VI) из растворов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ получения анионообменного волокнистого материала (анионита) из полиакрилонитрильного волокна нитрон путем модификации его водным раствором гидразингидрата (Гафурова Д.А., Мусаев У.Н., Хакимжанов Б.Ш., Мухамадиев М.Г. Синтез ионообменных волокнистых материалов на основе нитрона и их применение // Вестник ТашГУ, Ташкент. - 1999. - № 2. - С.27-29).

Недостатком полученного этим способом анионита является то, что он не способен очищать промышленные воды от ионов шестивалентного хрома.

Задачей изобретения является создание доступного упрощенного способа получения волокнистого анионита, позволяющего извлекать из кислых агрессивных растворов ионы металлов, в частности ионы шестивалентного хрома.

Поставленная задача решается способом получения анионообменного волокнистого материала, включающего взаимодействие полиакрилонитрильного (ПАН) волокна нитрон и модифицирующего агента (МА) в водном растворе, в котором в отличие от прототипа в качестве модифицирующего агента используют смесь диэтаноламина (ДЭА) и гексаметилендиамина (ГМДА) с содержанием последнего в смеси (10-30) масс.% и концентрацией смеси (30-70) %, причем волокно нитрон перед модификацией активируют в (3-6)% водном растворе щелочи в течение (3-5) мин при температуре (90-95)°С, а реакцию модификации проводят в 5% водном растворе диметилформамида (ДМФА).

ГМДА в данной реакции используется как сшивающий агент, предотвращающий растворение волокна. При таком способе удается получить ионообменное волокно, применимое для очистки сточных вод промышленных производств от ионов шестивалентного хрома. Предварительное активирование ПАН волокна раствором щелочи осуществляют для повышения эффективности реакции.

Способ получения волокнистого анионообменного материала заключается в следующем.

Реакцию модификации проводят в 5% водном растворе диметилформамида - ДМФА. Активированное волокно помещают в реактор, содержащий раствор МА 30-70%, раствор нагревают при температуре 95-100°С в течение 1-3 часа, при этом модуль ванны составляет - 50.

Модифицированное волокно извлекают, промывают водой и сушат до воздушно-сухого состояния. Статическая обменная емкость (СОЕ) по НСl составляет 1-3 мг-экв/г волокна.

В ИК-спектрах модифицированных активированных образцов ПАН волокон по сравнению с исходными модифицированными волокнами наблюдается уменьшение интенсивности полосы поглощения при 2240 см-1, соответствующей валентным колебаниям нитрильных групп, появляются новые полосы поглощения при 3500-3600 см-1, соответствующие валентным колебаниям -NH и -ОН групп, при 3370 см-1, соответствующие -C=NH группам, и при 1660 см-1 относящиеся к валентным колебаниям С=O карбоксильной группы. Наличие сильноосновных амидиновых групп способствует комплексообразованию с ионами шестивалентного хрома.

На основании ИК-спектроскопических исследований строение ионита можно представить следующей схемой:

способ получения анионообменного волокнистого материала, обладающего   способностью извлекать ионы хрома ( vi ) из водных растворов, патент № 2368711

Для доказательства способности полученных анионитов сорбировать ионы шестивалентного хрома была определена динамическая обменная емкость (ДОЕ) сорбентов по ионам бихромата. Полученные данные представлены в таблице.

Примеры способов получения волокнистого анионита:

1. Волокно нитрон обрабатывают 4% водным раствором едкого натра при 90°С в течение 3 минут. Затем навеску 0,5 г активированного волокна помещают в реактор, содержащий 25 мл 30% раствора МА в 5% водном растворе ДМФА, и нагревают в течение 3 часов при температуре 95-100°С. Полученное волокно отжимают, промывают водой и сушат до воздушно-сухого состояния. СОЕ по НСl составляет 1,1 мг-экв/г волокна.

2. Волокно нитрон обрабатывают 4% водным раствором едкого натра при 90°С в течение 3 минут. Затем навеску 0,5 г активированного волокна помещают в реактор, содержащий 25 мл 50% раствора МА в 5% водном ДМФА, и нагревают в течение 2 часов при температуре 95-100°С. Полученное волокно отжимают, промывают водой и сушат до воздушно-сухого состояния. СОЕ по НСl составляет 1,9 мг-экв/г волокна.

3. Волокно нитрон обрабатывают 4% водным раствором едкого натра при 90°С в течение 3 минут. Затем навеску 0,5 г активированного волокна помещают в реактор, содержащий 25 мл 60% раствора МА в 5% водном ДМФА, и нагревают в течение 2 часов при температуре 95-100°С. Полученное волокно отжимают, промывают водой и сушат до воздушно-сухого состояния. СОЕ по НСl составляет 2,6 мг-экв/г волокна.

4. Волокно нитрон обрабатывают 4% водным раствором едкого натра при 90°С в течение 3 минут. Затем навеску 0,5 г активированного волокна помещают в реактор, содержащий 25 мл 70% раствора МА в 5% водном ДМФА, и нагревают в течение 1,5 часов при температуре 95-100°С. Полученное волокно отжимают, промывают водой и сушат до воздушно-сухого состояния. СОЕ по НСl составляет 3,0 мг-экв/г волокна.

Таблица

Значение СОЕ и ДОЕ известных и полученных сорбентов
способ получения анионообменного волокнистого материала, обладающего   способностью извлекать ионы хрома ( vi ) из водных растворов, патент № 2368711 СОЕ по НСl, мг-экв/гИнтервал работы рНДОЕ по К2Сг207, мг/г
Прототип3 1-8 0
Пример 11,1 1-8120
Пример 2 1,91-8 200
Пример 32,6 1-8250
Пример 4 3,01-8 350

Как видно из данных таблицы, аниониты, полученные модификацией волокна нитрон смесью ДЭА и ГМДА, в отличие от прототипа эффективно извлекают ионы хрома из растворов в широком интервале рН. Полученные иониты способны к регенерации 5% раствором КОН. При этом они выдерживают десятикратный повтор цикла регенерация - сорбция без практического изменения емкости, что свидетельствует об их большой химической стойкости в сильнокислых растворах в присутствии окислителей.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет легко получить анионит волокнистого типа, который может быть использован для эффективной очистки сточных вод кожевенных производств и гальванических цехов от ионов шестивалентного хрома, а также для концентрирования и выделения хроматов из производственных растворов.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2368711

patent-2368711.pdf

Класс D01F11/04 из синтетических полимеров

способ получения синтетических нитей -  патент 2522338 (10.07.2014)
синтетические нити с высокой хемостойкостью и низким коэффициентом трения -  патент 2522337 (10.07.2014)
проводящее моноволокно и ткань -  патент 2478144 (27.03.2013)
композиция для нитей, нити с улучшенными свойствами и применение этих нитей -  патент 2326999 (20.06.2008)
составы тонкого волокна, способы их получения, способ изготовления тонковолокнистого материала -  патент 2300543 (10.06.2007)
нить, выполненная из поливинилиденфторида, вязаная сетка и способ ее получения -  патент 2288304 (27.11.2006)
способ получения поливинилиденфторидной нити с карбиновым покрытием -  патент 2287623 (20.11.2006)
способ получения нити из гетероциклического ароматического полиамида -  патент 2277139 (27.05.2006)
способ получения ионообменного полиакрилонитрильного волокна (варианты) -  патент 2262557 (20.10.2005)
способ получения сорбента волокнистой структуры -  патент 2260019 (10.09.2005)

Класс C08J5/20 изготовление сформованных структур ионообменных смол

композиция для получения катионообменного волокнистого материала -  патент 2524393 (27.07.2014)
композитная наномодифицированная перфторсульфокатионитовая мембрана и способ ее получения -  патент 2522617 (20.07.2014)
способ получения наноструктурированного полимерного композиционного материала для нанесения покрытий -  патент 2516669 (20.05.2014)
способ получения композиционной катионообменной мембраны -  патент 2487145 (10.07.2013)
композиция для получения катионообменного волокнистого материала -  патент 2447103 (10.04.2012)
формованное изделие из целлюлозы с функциональным действием и способ его получения -  патент 2340710 (10.12.2008)
способ получения селективных сорбционных и ионообменных материалов -  патент 2325230 (27.05.2008)
способ получения хемосорбционного материала -  патент 2322459 (20.04.2008)
способ получения гетерогенных ионообменных мембран -  патент 2314322 (10.01.2008)
способ получения гелеобразных катионитов -  патент 2293061 (10.02.2007)
Наверх