Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

способ получения сорбентов

Классы МПК:B01J20/02 содержащие неорганические материалы
B01J20/32 пропитка или покрытие
B82B3/00 Изготовление или обработка наноструктур
Автор(ы):
Патентообладатель(и):Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Эксорб" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-02-21
публикация патента:

Изобретение относится к технологии синтеза неорганических сорбентов, которые могут быть использованы в экологии, водоподготовке, радиохимии и переработке жидких радиоактивных отходов. Способ получения неорганических сорбентов включает обработку пористого носителя, выбранного из стеклянного порошка, активного угля или силикагеля водной суспензией сорбционно активного нерастворимого соединения, выбранного из ряда: ферроцианид никеля, гидроксид алюминия, сульфид меди, при воздействии ультразвукового излучения мощностью от 50 до 200 Вт и частотой от 22 до 60 кГц при температуре 70-90°C. Техническим результатом является получение механически устойчивых неорганических сорбентов с высоким содержанием активного вещества. 3 табл., 3 пр.

Изобретение относится к химической технологии, в частности к технологии синтеза неорганических сорбентов, которые могут быть использованы в экологии, водоподготовке, радиохимии и переработке жидких радиоактивных отходов.

В настоящее время для извлечения радионуклидов и других микрокомпонентов из водных растворов используют несколько типов неорганических сорбентов: природные и искусственные цеолиты, гидроксиды циркония, титана, олова и железа, фосфаты и фосфоромолибдаты многовалентных элементов и т.п. Для концентрирования из водных растворов изотопов цезия, рубидия, и таллия наиболее эффективны ферроцианидсодержащие сорбенты. Практически все данные сорбционные материалы агломерированы из частиц размером 10-100 нм, что позволяет отнести их наноматериалам.

Известны способы получения наносорбентов на основе гидроксидов титана, олова и циркония, включающие электролитическое получение золей данных металлов, диспергирование золей в раствор аммиака, отмывку и сушку полученного материала (Шарыгин Л.М. Золь-гель технология получения наноматериалов. Екатеринбург: УрО РАН, 2011 г. С.106). Эти технологии требуют использования сложного оборудования, энергоемки и дороги.

Известны способы получения нанокомпозитных неорганических сорбентов на основе ферроцианидов переходных металлов, включающие обработку пористых носителей растворами солей переходных металлов, затем растворами ферроцианидов щелочных металлов, приводящих к образованию на поверхности носителей слоев ферроцианидов переходных металлов (патент РФ № 2320406, патент РФ № 2113024, патент РФ № 2054316, патент РФ № 2007210). Нерастворимые ферроцианиды переходных металлов имеют величину отдельной кристаллической ячейки около 1 нм, обладают огромной специфичностью к ионам цезия, прочно удерживая их в пустотах кристаллической решетки, и широко применяются для извлечения радионуклидов цезия при переработке жидких радиоактивных отходов (ЖРО).

Главным недостатком вышеперечисленных способов получения сорбентов является низкая механическая прочность слоев ферроцианидов, осажденных на поверхность носителей и большое количество жидких отходов и промывных вод, образующихся в процессе получения сорбентов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и назначению является известный способ получения гранулированных наносорбентов, включающий нанесение на носитель (глауконит) сорбционно активного нановещества (терморасширенный углерод) и облучение полученной смеси инфракрасным и СВЧ излучением (патент РФ № 2428249, опубл. 10.09.2011). Недостатком данного способа является многостадийность, сложность аппаратурного оформления, а также применение энергозатратной высокотемпературной обработки (до 1000°C), что приводит к резкому сокращению сорбционной поверхности материала и, соответственно, к ухудшению сорбционных свойств. Кроме того, этим способом нельзя получать неорганические сорбенты на основе сульфидов, гидроксидов, ферроцианидов и т.п.металлов, так как при температуре выше 150°C начинается их термическое разрушение.

Целью заявляемого изобретения является разработка экономичного способа получения высокоэффективных неорганических сорбентов с повышенной механической устойчивостью.

Поставленная цель достигается тем, что пористый носитель, имеющий развитую капиллярную структуру, состоящую из макро- и микрокапилляров, обрабатывают водной суспензией сорбционно активного материала, в качестве которого используют неорганические сорбенты, а именно, ферроцианид никеля, или гидроксид циркония или сульфид меди при воздействии акустических (ультразвуковых) колебаний и температуре 70-90°C.

Под воздействием ультразвука в носителе увеличивается объем капиллярной структуры, образуются новейшие поры, удаляются газовые пробки из капилляров. Повышение температуры до 70-90°C ускоряет эти процессы.

Сорбционно активный материал при воздействии ультразвуковых колебаний в растворе не агломерируется, сохраняет максимально дисперсное состояние, что приводит к равномерному и полному заполнению этим материалом всей капиллярной структуры носителя. Ультразвуковые волны оказывают давление на поверхность раздела двух сред, вызывают сжатие и растяжение пор и капилляров носителя, что облегчает проникновение и закрепление в них наночастиц сорбционного материала.

Таким образом, осуществление заявляемого способа позволяет получать неорганические композитные сорбенты, состоящие из пористого носителя, капилляры которого максимально заполнены сорбционно активным наноматериалом.

Ниже приведены примеры осуществления заявляемого способа, а также результаты испытаний полученных сорбентов.

Пример 1.

Готовят водную суспензию сорбционно активного вещества - ферроцианида никеля путем смешения 1 моля K4[Fe(CN)6 ] и 1 моля NiSO4*7H2O в одном литре дистиллированной воды при интенсивном перемешивании. В емкость с полученной суспензией добавляют 500 см3 дробленого стекла с размером частиц 0,2-2,0 мм, нагревают до 80°C и облучают в течение 4-х часов ультразвуковым источником мощностью 100 Вт и интенсивностью 4 Вт/см2 при частоте 27 кГц, поддерживая постоянную температуру 80°C. Полученный таким образом сорбент отделяют от раствора на сите и сушат при 105°C до постоянного веса.

Химический анализ сорбента показал, что он содержит 26% ферроцианида никеля.

В таблице 1 представлены результаты проведенных исследований сорбционных свойств и механической устойчивости композитного ферроцианида никеля, полученного при разных режимах заявляемого способа.

Таблица 1
Температура, °С Время, часМощность излучателя, Вт Частота ультразвука, кГц Кд цезия, см3Механическая устойчивость, %
1 804100 273120099,5
270 25022 2890099,4
3906 2006032200 99,5
4 604 1003026100 98,0
5 801 2004026200 97,4
6 803 402726300 97,6
7 704 1502022100 96,5
8 807 2505026500 93,2
9 804 1006226400 92,3
10 1004 1003025400 91,8

Сорбенты, полученные в режимах 1-10, испытывали для оценки эффективности сорбции радионуклида цезия - 137 из раствора, близкого по составу к ЖРО АЭС, содержащего: 250 г/дм3 нитрата натрия, 20 г/дм3 карбоната натрия, 20 г/дм3 тетрабората натрия, подщелоченного до pH=12,0.

Сорбцию проводили в статическом режиме при соотношении Т:Ж=1:1000 (1 г сорбента в 1000 см3 раствора) и времени контакта 48 часов.

Механическую устойчивость определяли в %-ном отношении содержания активного сорбирующего вещества в композите после перемешивания 5 г сорбента в 500 см3 дистиллированной воды механической мешалкой со скоростью 500 об/мин, в течение 1 часа к исходному содержанию.

Полученные значения коэффициентов распределения (Кд) Cs-137 и механической прочности приведены в Таблице 1.

Представленные в Таблице 1 результаты показывают, что сорбенты, полученные по заявляемому способу ( № 1-3) имеют более высокую механическую устойчивость и лучшие сорбционные характеристики по отношению к радионуклидам цезия.

При более низких, чем рекомендуемые, значениях температуры и времени обработки, мощности и частоты ультразвукового излучения (примеры в № 4-7) получают сорбенты с низкой сорбционной активностью и меньшей механической устойчивостью. При превышении рекомендуемых в заявляемом способе значений температуры, времени обработки, частоты, мощности облучения происходит частичное нарушение капиллярной структуры носителя, что снижает механическую устойчивость композита и ухудшает сорбционные характеристики ( № 8-10).

Пример 2.

Готовят водную суспензию сорбционно активного материала - гидроксида циркония путем подщелачивания 1 М раствора ZrOCl2 с pH=0,5 до pH=6,0, добавляя в него по каплям 10% NaOH при интенсивном перемешивании.

В емкость с полученной суспензией гидроксида циркония, объемом 2 дм3 засыпают 500 см 3 активированного кокосового угля марки КАУСОРБ-221. В центр данной емкости помещают ультразвуковой излучатель мощностью 200 Вт с частотой излучения 50 кГц. Облучение ведут с интенсивностью 7-8 Вт/см2 в течение 3-х часов, поддерживая постоянную температуру 90°C. Полученный таким образом, композитный сорбент отделяют от раствора на сите и сушат при 105°C до постоянного веса. Содержание гидроксида циркония в полученном сорбенте составляет 30%.

В таблице 2 приведены сорбционные характеристики образцов неорганического сорбента гидроксида циркония на активированном угле, полученных в различных режимах заявляемым способом. Сорбционные свойства образцов оценивались по эффективности сорбции радионуклида сурьма-125 из раствора, близкого по составу к ЖРО АЭС типа ВВР, содержащего: 250 г/дм 5 нитрата натрия, 20 г/дм3 карбоната натрия, 20 г/дм3 тетрабората натрия, подщелоченного до pH=11,8.

Сорбцию проводили в статическом режиме при соотношении Т:Ж=1:1000 (1 г сорбента в 1000 см3 раствора) и времени контакта 48 часов.

Механическую устойчивость определяли в % отношении содержания активного сорбирующего вещества в композите после перемешивания 5 г сорбента в 500 см3 дистиллированной воды механической мешалкой со скоростью 500 об/мин в течение 1 часа к исходному содержанию.

Полученные значения коэффициентов распределения (Кд) Sb-125 и механической устойчивости приведены в Таблице 2.

Таблица 2
Температура, °С Время, часМощность излучателя, Вт Частота ультразвука, кГц Кд Sb-125, см3Механическая устойчивость, %
1 903200 501030099,5
280 215060 1120099,8
3706 502211800 99,6
4 804 40308400 98,1
5 603 50277900 98,4
6 701 80338000 98,0
7 803 70208100 98,2
8 1004 100507480 90,2
9 907 200608200 92,3
10 806 220506900 88,8
11 906 200657300 90,6

Из представленных в Таблице 2 данных видно, что сорбенты, полученные в режиме заявляемого способа ( № 1-3), обладают наилучшими характеристиками.

При более низких, чем рекомендуемые, значениях температуры и времени обработки, мощности и частоты ультразвукового излучения ( № 4-7) получаются сорбенты с невысокой эффективностью сорбции Sb-125 и меньшей механической устойчивостью. При превышении рекомендуемых в заявляемом способе значений температуры, времени обработки, частоты и мощности облучения происходит частичное нарушение капиллярной структуры носителя, что снижает механическую устойчивость композита и ухудшает сорбционные характеристики ( № 8-11).

Пример 3.

Готовят водную суспензию сорбционно активного материала-сульфида меди путем смешивания 1 литра 1 М раствора сульфата меди с 1 литром 1 М раствора сульфида натрия при интенсивном перемешивании. В 4-литровую емкость, содержащую полученную суспензию сульфида меди вносят 1 литр силикагеля марки МСКГ. В центр данной емкости помещают ультразвуковой излучатель. При мощности излучения 150 Вт, интенсивности излучения 5 Вт/см2 и частоте излучения 50 КГц осуществляют процесс получения композитного сорбента при температуре 80°C в течение 4-х часов. Изготовленный таким образом сорбент отделяют от раствора на сите и сушат при 105°C до постоянного веса.

В таблице 3 приведены сорбционные характеристики образцов, полученных в различных режимах заявляемым способом. Сорбционные свойства образцов оценивались по эффективности сорбции кадмия из водопроводной воды с исходным содержанием кадмия 1 мг/дм3.

Сорбцию проводили в статическом режиме при соотношении Т:Ж=1:1000 (1 г сорбента в 1000 см 3 раствора) и времени контакта 48 часов.

Механическую устойчивость определяли в %-ном отношении содержания активного сорбирующего вещества в композите после перемешивания 5 г сорбента в 500 см3 дистиллированной воды механической мешалкой со скоростью 500 об/мин в течение 1 часа к исходному содержанию.

Полученные значения коэффициентов распределения (Кд) кадмия и механической устойчивости приведены в Таблице 3.

Таблица 3
Температура, °С Время, часМощность излучателя, Вт Частота ультразвука, КГц Кд Cd, см3Механическая устойчивость, %
180 4150 501090099,7
270 510060 1020099,5
3902 2004011400 99,6
4 603 100278100 98,3
5 701 70358300 98,0
6 802 40238050 98,2
7 704 50208500 98,4
8 1006 100356950 89,6
9 907 200607200 90,2
10 806 250607120 90,8
11 805 200657290 89,0

Из представленных в Таблице 3 данных видно, что сорбенты, полученные в режиме заявляемого способа ( № 1-3), обладают наилучшими характеристиками.

При более низких, чем рекомендуемые, значениях температуры и времени обработки, мощности и частоты ультразвукового излучения ( № 4-7) получают сорбенты с невысокой эффективностью сорбции кадмия и меньшей механической устойчивостью. При превышении рекомендуемых в заявляемом способе значений температуры, времени обработки, частоты и мощности облучения происходит частичное нарушение капиллярной структуры носителя, что снижает механическую устойчивость композита и ухудшает сорбционные характеристики ( № 8-11).

Все эксперименты с ультразвуковым облучением проводили, используя ультразвуковую установку типа ИХ ТТ с регулируемыми в широких пределах мощностью и частотой ультразвуковых волн.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ получения композитных неорганических сорбентов, включающий обработку пористого носителя водной суспензией не растворимого в воде сорбционно активного неорганического материала, в качестве которого используют ферроцианид никеля, гидроксид циркония или сульфид меди, а в качестве пористого носителя служат стеклянный порошок, активированный уголь или силикагель, проводимую в ультразвуковом поле, отличающийся тем, что обработку ведут в ультразвуковом поле с частотой излучения от 22 до 60 кГц, мощностью 50-200 Вт при температуре 70-90°C в течение 2-6 ч.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2490058

patent-2490058.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс B01J20/02 содержащие неорганические материалы

Патенты РФ в классе B01J20/02:
способ очистки водных растворов от эндотоксинов -  патент 2529221 (27.09.2014)
способ получения сорбентов на основе zn(oh)2 и zns на носителе из целлюлозных волокон -  патент 2528696 (20.09.2014)
способ получения полимер-неорганических композитных сорбентов -  патент 2527217 (27.08.2014)
нанокомпозитная газопоглощающая структура и способ ее получения -  патент 2523718 (20.07.2014)
способ получения сорбентов на основе гидроксида железа и сульфата кальция на носителе из целлюлозных волокон -  патент 2523466 (20.07.2014)
сорбент для диализа -  патент 2514956 (10.05.2014)
спеченный неиспаряющийся геттер -  патент 2513563 (20.04.2014)
плазмосорбент селективный по отношению к свободному гемоглобину и способ его получения -  патент 2509564 (20.03.2014)
способ получения сорбента на основе микросфер зол-уноса для очистки жидких радиоактивных отходов (варианты) -  патент 2501603 (20.12.2013)
фильтрующий элемент, применяемый в сфере очистки природных вод -  патент 2498844 (20.11.2013)

Класс B01J20/32 пропитка или покрытие

Патенты РФ в классе B01J20/32:
поглощение летучих органических соединений, образованных из органического материала -  патент 2516163 (20.05.2014)
способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов -  патент 2495830 (20.10.2013)
способ получения композиционного сорбента на основе сульфида свинца -  патент 2488439 (27.07.2013)
способ и аппарат для получения сорбента, главным образом, для удаления мышьяка из питьевой воды -  патент 2484892 (20.06.2013)
способ получения сорбента для очистки воды -  патент 2483798 (10.06.2013)
углеродный сорбент с антибактериальными свойствами и способ его получения -  патент 2481848 (20.05.2013)
способ получения комплексообразующего сорбента (варианты) и его применение для рентгенофлуоресцентного определения тяжелых металлов в воде -  патент 2472582 (20.01.2013)
способ модифицирования сорбентов на основе целлюлозы -  патент 2471721 (10.01.2013)
способ очистки поверхностей от нефти и нефтепродуктов -  патент 2471041 (27.12.2012)
сорбент-катализатор для очистки природных и сточных вод и способ его получения -  патент 2470872 (27.12.2012)

Класс B82B3/00 Изготовление или обработка наноструктур

Патенты РФ в классе B82B3/00:
способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок -  патент 2529604 (27.09.2014)
многослойный композиционный материал для защиты от электромагнитного излучения -  патент 2529494 (27.09.2014)
способ функционализации углеродных наноматериалов -  патент 2529217 (27.09.2014)
нанокомпонентная энергетическая добавка и жидкое углеводородное топливо -  патент 2529035 (27.09.2014)
способ получения насыщенных карбоновых кислот -  патент 2529026 (27.09.2014)
способ получения катализатора для процесса метанирования -  патент 2528988 (20.09.2014)
способ модифицирования углеродных нанотрубок -  патент 2528985 (20.09.2014)
полимерный медьсодержащий композит и способ его получения -  патент 2528981 (20.09.2014)
композиции матриксных носителей, способы и применения -  патент 2528895 (20.09.2014)
полимерное электрохромное устройство -  патент 2528841 (20.09.2014)

Наверх