SlideShare a Scribd company logo
1 of 7
Download to read offline
РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 29251
(51) C02F 1/28 (2006.01)
C02F 1/50 (2006.01)
B01J 20/12 (2006.01)
B01J 20/16 (2006.01)
B01J 20/26 (2006.01)
B01J 29/06 (2006.01)
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2013/1483.1
(22) 01.11.2013
(45) 15.12.2014, бюл. №12
(72) Саршешева Акмарал Маратбеккызы;
Бейсебеков Мадияр Маратович; Кайралапова
Гульфайруз Жумабаевна; Иминова Ризвангул
Синясулкызы; Жумагалиева Шынар Нурлановна;
Бейсебеков Марат Киянович; Абилов Жарылкасын
Абдуахитович
(73) Дочернее государственное предприятие на
праве хозяйственного ведения "Центр физико-
химических методов исследования и анализа"
Республиканского государственного предприятия на
праве хозяйственного ведения "Казахский
национальный университет им. аль-Фараби"
Министерства образования и науки Республики
Казахстан
(56) RU 2331470 C2, B01J 20/26, 20.08.2008
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОРГАНО-
НЕОРГАНИЧЕСКОГО СОРБЕНТА ИОНОВ
ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ СТОЧНЫХ И
ПРОМЫШЛЕННЫХ ВОД
(57) Изобретение относится к способу получения
полимер-глинистых композиционных материалов с
высокими сорбционными показателями и может
быть использовано в качестве сорбента ионов
тяжелых металлов при очистке загрязненной ими
сточных и промышленных вод.
Достигаемый технический результат -
повышение сорбционной способности, снижение
себестоимости сорбента за счет использования
бентонитовой глины местного происхождения
(Восточный Казахстан), а так же расширение
ассортимента сорбентов, используемых для
извлечения из сточных и промышленных вод ионов
тяжелых металлов.
Способ получения органо-неорганического
сорбента включает интеркалирование ионогенного
мономера акриловой (АК) или метакриловой
кислоты (МАК) в межслоевое пространство
неорганического минерала отечественной
бентонитовой глины (БГ) Манракского
месторождения путем перемешивания водной
суспензии глины с мономером. Далее в процессе
радикальной полимеризации смеси при температуре
70°С с использованием сшивающего агента N,N’-
метилен-бис-акриламида и инициатора динитрил
азо-бис-изомаслянной кислоты формируется
химический сшитый полимер- глинистый гель-
сорбент ПАК-БГ или ПМАК-БГ с соотношением
полимер:БГ равным 10:1÷5.
Настоящее изобретение обеспечивает получение
органо-неорганического композиционного сорбента
на основе полимера и глинистого минерала
посредством использования метода
интеркалятивной радикальной полимеризации для
очистки сточных и промышленных вод,
обладающего высокими сорбционными свойствами,
с использованием дешевого и доступного сырья -
отечественной бентонитовой глины.
(19)KZ(13)A4(11)29251
29251
2
Изобретение относится к способу получения
полимер-глинистых композиционных материалов с
высокими сорбционными показателями и может
быть использовано в качестве сорбента ионов
тяжелых металлов при очистке загрязненной ими
сточных и промышленных вод.
Из всего многообразия сорбентов можно
выделить две большие группы сорбентов,
используемых в очистительных предприятиях:
неорганические вещества - алюмосиликаты, шламы,
оксиды, сульфиды и соединения на основе
органических полимеров, содержащие
ионообменные и комплексообразующие группы.
Объединение таких разных по природе
сорбирующих материалов в одном композиционном
комплексе дает возможность получения группы
сорбентов с органо-неорганической основой,
обладающих специфическими свойствами
последних: неорганический каркас придает им такие
свойства, как высокая скорость установления
сорбционного равновесия, термическая и
радиационная устойчивость, механическая
прочность; органический полимер обеспечивает
прочность формы эксплуатации сорбента,
набухаемость, селективность и полноту связывания
ионов. Так, для сорбции и концентрирования ионов
различных металлов значительные перспективы
открывают минерально-органические материалы на
основе природных глин и ионогенных полимеров.
Известен способ получения гибридного органо-
неорганического сорбента для очистки различных
поверхностей от разливов нефти и нефтепродуктов
[Патент РФ №2397809, МПК В01J 20/26, опубл.
27.08.2010]. Способ включает обработку водной
суспензии, содержащей бентонитовую глину и
мочевину, при 40-60°С и при перемешивании
реакционной смесью, содержащей акриловую или
метакриловую кислоту в качестве полимеризуемого
соединения и персульфата аммония в качестве
радикального инициатора полимеризации.
Мочевину используют в качестве активатора
поверхности глины. Соотношение компонентов
бентонитовая глина:мочевина:непредельная
органическая кислота 1:0,1:0,5 мас. %. Полученный
сорбент обладает повышенными
эксплуатационными свойствами в отношении
сорбции нефтепродуктов. Результаты исследования
сорбции нефтепродуктов в модельном растворе
известным сорбентом показали эффективность
очистки раствора от дизельного топлива 99,8%, от
мазута 98,9%.
Недостатком известного способа получения
гибридного органо- неорганического сорбента
является предварительная активация поверхности
бентонитовой глины активатором - мочевиной.
Известен способ получения полимер-глинистой
композиции для очистки и обеззараживания воды на
основе активированной гуанидинсодержащей солью
бентонитовой глины (Россия) и полимеров
акриловой и метакриловой кислот [Патент РФ
№2363537, МПК В01J 20/26, 20/16, С02F 1/28, 1/50,
опубл. 10.08.2009]. Способ заключается в том, что к
водной суспензии бентонитовой глины добавляют
активатор поверхности - гуанидинсодержащую соль
с четвертичным атомом азота
(диаллилгуанидинацетат,
диаллилгуанидинтрифторацетат, и др.). Далее
обрабатывают активированную поверхность
непредельной органической кислотой, акриловой
или метакриловой кислотой, в присутствии
радикального инициатора полимеризации
персульфата аммония. Нагревание проводят при
температуре 60-70°С при перемешивании до
полимеризации непредельной органической
кислоты. Активированную бентонитовую глину и
непредельную органическую кислоту берут в
массовом соотношении 1:1÷2. Полученный
известным способом полимер-глинистый композит
имеет достаточно высокую сорбционную
активность в отношении ионов тяжелых металлов.
Результаты исследования сорбции показали степень
извлечения %: меди (II) - 87,2-96,3; свинца (II) -
88,1-89,2; кадмия (II) - 83,3-86,8; никеля (И) - 69,7-
75,6; кобальта (II)-68,3-70,1.
К недостаткам данного способа получения
полимер-глинистых композиций можно отнести
дополнительную обработку бентонитовой глины
активаторами на основе гуанидинсодержащей соли с
четвертичным атомом азота (диаллилгуанидинацетат,
диаллилгуанидинтрифторацетат, метакрилатгуанидин
и акрилатгуанидин). Использование данных
соединений для активации поверхности глины
обусловливает высокую стоимость, дефицитность и
усложняет технологию их получения.
Наиболее близким по технической сущности к
предлагаемому изобретению является способ
получения композиционного сорбента на основе
смеси метакриловой кислоты, гуанидина и
бентонитовой глины для очистки и обеззараживания
воды [Патент РФ №2331470, МПК В01J 20/26,
20/16, опубл. 20.08.2008]. Сущность способа
заключается в следующем: проводят
интеркалирование метакриловой кислоты
(непредельная карбоновая кислота) в межслоевое
пространство бентонитовой глины. Далее к водному
раствору прибавляют радикальный инициатор -
персульфат аммония (0,05-0,2 мас. %) и смесь
перемешивают 30 минут при температуре 60-70°С.
Соотношение гуанидинового соединения
бентонитовой глины (50-85):(15-50),
предпочтительно 75-25 мас. %. В процессе
полимеризации мономера в глине образуется
композиция, которую извлекают из колбы,
многократно промывают дистиллированной водой и
сушат при комнатной температуре 48 часов.
Полученная композиция представляет собой
твердую однородную массу, способную набухать в
воде, и обладает свойствами эффективного
фильтрующего материала, в том числе и в
динамических условиях очистки воды.
Ионообменные свойства композиции определяются
как свойствами полимера полиамфолита, так и
катионообменными свойствами бентонитовой
глины. Результаты исследования сорбционных
возможностей композиции по отношению ионов
тяжелых металлов, показали степень извлечении
29251
3
(%): меди (II) - 98,3, свинца (II) - 86,08, кадмия (II) -
88,85.
К недостаткам вышеприведенного способа
получения композиционного сорбента - прототипа
можно отнести низкую сорбционную способность
по отношению к ионам тяжелых металлов,
использование соединений с высокой стоимостью и
их дефицитность.
Задача изобретения - разработка способа
получения органо- неорганического сорбента путем
проникновения неорганического наполнителя в
полиакрилатную сетку в процессе
интеркалирования и радикальной полимеризации в
условиях вещественного инициирования.
Технический результат - повышение
сорбционной способности, снижение себестоимости
сорбента за счет использования бентонитовой глины
местного происхождения (Восточный Казахстан), а
также расширение ассортимента сорбентов,
используемых для извлечения из сточных и
промышленных вод ионов тяжелых металлов.
Технический результат достигается
предлагаемым способом получения органо-
неорганического сорбента для извлечения ионов
тяжелых металлов из сточных и промышленных
вод, включающим интеркалирование непредельной
карбоновой кислоты в межслоевое пространство
бентонитовой глины, добавление инициатора,
перемешивание при температуре 60-70°С,
полимеризацию, промывание и сушку, но в отличие
от известного в качестве бентонитовой глины берут
- бентонитовую глину Манракского месторождения
(Восточный Казахстан), в качестве непредельных
карбоновых кислот - акриловую или метакриловую
кислоту, интеркалируют в течение 6 часов при
соотношении АК или МАК:БГ = 10:1÷5 масс. %, в
качестве инициатора используют динитрил азо-бис-
изомаслянной кислоты в количестве 0,5 масс. % от
содержания мономера и добавляют сшивающий
агент N,N’-метилен-бис-акриламид в количестве
0,5 масс. % от содержания мономера, а
полимеризацию проводят в течение 2 часов.
В качестве сырьевых материалов для получения
органо-неорганического сорбента используют:
- акриловую кислоту (АК), которую подвергают
двукратной вакуумной перегонке в атмосфере азота,
фракция с температурой кипения 305 К/10 мм рт.
ст., n20
д =1,4220 или метакриловую кислоту (МАК),
которую подвергают двукратной вакуумной
перегонке при пониженном давлении, фракция с
температурой кипения 331 К/10 мм с.б., nд
20
=1,4320;
- бентонитовую глину (БГ) Манракского
месторождения (Восточный Казахстан), очищенную
методом Сало. Химический состав очищенной
бентонитовой глины, определенный методом
дифракционного спектрального анализа (ДФС-13),
имеет следующие содержание, % : SiO2 60; А12O3 9;
Fe2O3 0,5; СаО 0,5; MgO 1; Na2O 0,8; K2O 0,5; Н2O7.
По результатам рентгено-фазового анализа (ДРОН-
4-07) в исследуемой бентонитовой глине
определены три фазы: α-кварц - SiO2,
монтмориллонит - Al2[OH]2{Si4O10}.mH2O и
аморфная фаза;
- в качестве инициатора - динитрил азо-бис-
изомаслянной кислоты (ДАК), в качестве
сшивающего агента N,N’-метилен-бис-акриламид
[C7H10N2O2] (МБАА, молекулярной массы - 154,2).
Соотношение АК или МАК:БГ 10:1÷5 масс. %
обосновано следующим.
При содержании БГ менее 1 (к 10 АК или МАК)
масс. % получается гель-сорбент с низкой
сорбционной способностью в отношении ионов
тяжелых металлов. Повышение содержания БГ
более 5 (к 10 АК или МАК) масс. % не приводит к
увеличению сорбционной способности сорбента и
образуется неоднородный композиционный гель с
выделением БГ в отдельную фазу.
10%-ный водный раствор АК или МАК является
оптимальным для процесса полимеризации.
Меньшее содержание мономеров недостаточно для
полного охвата и обволакивания частиц БГ в
композицию. При большем содержании АК или
МАК не полностью вступает в полимеризацию, что
приводит к уменьшению выхода продукта
полимеризации.
Содержание инициатора ДАК менее 0,5%
недостаточно для инициирования процесса
полимеризации и приводит к уменьшению выхода
композиционного сорбента, при повышении
содержания инициатора более 0,5% выход полимер-
глинистого сорбента не увеличивается, происходит
перерасход реактива.
Добавление сшивающего агента в количестве
0,5 масс. % от содержания мономера, объясняется
тем что при содержании сшивающего агента менее
0,5% образуется рыхлый, сильнонабухающий
композиционный сорбент, а при количестве более
0,5% образуется плотный композиционный сорбент
с низкой сорбционной способностью.
Способ осуществляют следующим образом.
Готовят водную суспензию бентонитовой глины
путем перемешивания на магнитной мешалке в
течение 2-х часов, после чего к суспензии
добавляют мономер и продолжают перемешивание в
течение 6 часов. На следующий день смесь
перемешивают в течение еще 2-х часов (время
интеркаляции 24 часа). Далее суспензию
переливают в ампулы, нагревают в термостате до
70°С, добавляют сшивающий агент и инициатор,
изолируют от воздуха лабораторной пленкой. В
результате протекания радикальной полимеризации
в течение двух часов при 70°С и далее 20 часов при
25°С в воздушном термостате образуется
композиционный гель.
Композицию, полученную в виде геля,
многократно промывают большим количеством
дистиллированной воды и сушат в вакуумно-
сушильном шкафу при 40°С до постоянного веса.
Высушенные гели измельчают в фарфоровых ступах
до фракции с размером частиц <0,1 мм.
Композиционный сорбент представляет собой
твердую однородную массу розоватого цвета,
способную набухать в воде и адсорбировать ионы
тяжелых металлов.
Изобретение иллюстрируется следующими
примерами:
29251
4
Пример 1. Готовят водную суспензию
бентонитовой глины путем перемешивания на
магнитной мешалке в течение 2-х часов, после чего
к суспензии добавляют акриловую кислоту и
продолжают перемешивание в течение еще 6 часов.
Соотношение [ПАК]:[БГ] равно 10:5 масс. %. На
следующий день смесь перемешивают в течение
еще 2-х часов (максимальное время интеркаляции
24 часа). Далее готовую исходную смесь нагревают
до 70°С и добавляют к ней сшивающий агент
0.5 масс. % МБАА и инициатор 0.5 масс. % ДАК от
содержания мономера. После этого суспензию
переливают в ампулы диаметром 20 мм и изолируют
от воздуха лабораторной пленкой «Parafilm».
Радикальную полимеризацию проводят в течение
двух часов при 70°С и далее 20 часов при 25°С в
воздушном термостате. Композицию, полученную в
виде геля, многократно промывают большим
количеством дистиллированной воды от
непрореагировавших реагентов. Чистоту промывки
контролируют качественной реакцией бромной
водой. Затем сушат в вакуумно-сушильном шкафу
при 40°С до постоянного веса. Высушенные гели
измельчают в фарфоровых ступах до фракции с
размером частиц <0,1 мм.
Полученные высушенные полимер-глинистые
композиции ПАК-БГ (10:5)-однородные, твердые,
нерастворимые, но хорошо набухающие в воде
композиционные гель-сорбенты бледно-розового
цвета с гладкой поверхностью.
Пример 2. Синтез композиции проводят согласно
примеру 1, отличающийся тем, что в качестве
мономера используют мономер метакриловой
кислоты. Полученный высушенный
композиционный сорбент ПМАК-БГ (10:5) - бледно-
розовый, однородный, твердый, нерастворимый, но
набухающий в воде композиционный гель с гладкой
поверхностью.
Пример 3. Синтез композиционного сорбента
проводят согласно примерам 1 и 2, отличающийся
тем, что соотношение ПАК:БГ (ПМАК:БГ)
составляет 10:1, 10:3 соответственно. Полученные
композиционные сорбенты бледно- розовые,
однородные, твердые, нерастворимые, но
набухающие в воде композиционные гели-сорбенты
с гладкой поверхностью.
Пример 4. Синтез композиции проводят согласно
примеру 1, отличающийся тем, что мономер
включается непосредственно перед полимеризацией
геля без длительного диспергирования глины с
мономером, т.е. исключен процесс интеркаляции.
Синтезированная композиция ПАК-БГ - розовый,
однородный, твердый, плотный, нерастворимый,
набухающий в воде композиционный гель.
Пример 5. Синтез композиции проводят согласно
примеру 2, отличающийся тем, что мономер
включается непосредственно перед полимеризацией
геля без длительного диспергирования глины с
мономером, т.е. исключен процесс интеркаляции.
Синтезированная композиция ПМАК-БГ - розовый,
однородный, твердый, плотный, нерастворимый,
набухающий в воде композиционный гель.
Некоторые физико-химические показатели
органо-неорганического сорбента приведены в
таблице 1. Результаты исследования морфологии
структуры сорбента представлены на фиг.1и 2.
Состав и природа взаимодействия компонентов,
полученных композиций, определены методом
равновесного набухания и подтверждена методом
ИК-спектроскопии на спектрофотометре с Фурье
преобразованием "FTIR Satellite" фирмы "Mattson"
(США) с использованием КВг. Степень набухания
рассчитывалась по формуле: α=m-m0/m0 (где, m0 -
масса сухого образца, m - масса набухшего образца).
Плотность гелей определена на специальном
приборе Radwag AS 220/Х (Япония) при следующих
условиях: Т-24°С, Vpaствора = 300 мл, ρраствора =
0,8602 г/см3
, mг = 3-6 г, растворитель - бензол.
Зольность Аα
% образцов расчитывалась по формуле
Аα
= mзолы/m0·l00%, где: Аα
- зольность геля, m0 -
исходная масса геля, mзолы - масса золы.
Морфологию и структуру композиции исследовали
с помощью фотографий, полученных на оптическом
микроскопе и топографических снимков на атомно-
силовом микроскопе Ntegra THERMA (Россия).
Таблица 1
Составы и физико-химические характеристики композиционного сорбента ПКК-БГ
Органо-
минеральный
сорбент (мас. %)
МБАА, мас.
%
Время интеркаляции,
час
ρ, г/см3
Аα
, % G,% S,% j,%
24 1,348 8,67 92,94 7,06 2,80БС-ПА< Г 1:10 0,5
- 1,276 - 66,27 33,73 5,83
БС-ПА< Г 3:10 0,5 24 1,361 18,24 84,80 3,70 2,13
БС-ПА< Г 5:10 0,5 24 1,370 29,94 98,40 1,20 1,93
24 1,490 8,67 87,68 12,32 3,59БС-ПМА< Г 1:10 0,5
- 1,323 - 77,11 22,89 4,82
БС-ПА< Г 3:10 0,5 24 1,543 18,24 84,10 9,70 3,15
БС-ПМА< Г 5:10 0,5 24 1,562 29,94 85,80 7,70 2,89
Аα
, % зольность геля, G - выход гель фракции, %; S - выход золь фракции, %; j - степень сшивания, %;
ρ - плотность геля г/см3
.
Степень извлечения синтезированными
композиционными материалами некоторых тяжелых
металлов из сточных и промышленных вод
определяли на индивидуальных и модельных
29251
5
водных растворах солей соответствующих металлов.
Модельные растворы состояли из смеси растворов
солей металлов (Ni2+
, Pb2+
, Cd2+
, Zn2+
, Сu2+
, Fe2+
) с
концентрацией каждого металла в растворе по 1
мкг/мл, представляя собой, таким образом, некую
модель сточных и промышленных вод,
загрязненных и обогащенных различными ионами
тяжелых металлов. Сорбцию ионов Ni2+
, Pb2+
, Cd2+
,
Zn2+
, Cu2+
, Fe2+
из различных концентраций
определяли в статических условиях. Измерения
концентрации металлов в пробах воды до и после
обработки сорбентом проводили атомно-
сорбционным методом с использованием атомно-
адсорбционного спектрометра AAS Shimadzu 6200
(Япония). Степень сорбции, А % расчитывали по
формуле: А=(Сисх -Ск)-100/Сисх, где Сисх - количество
ионов металла в исходном растворе; Ск - количество
ионов металла, найденное после сорбции в водной
фазе. Для возможности регенерирования
использованного сорбента исследовали
десорбционные показатели полученных
композиций. Степень десорбции W%
рассчитывалась по формуле W=(nв раст/nв геле)·100%,
где W - выход Ме2+
из геля, nв раст - концентрация
Ме2+
в растворе в момент времени τ, nв геле -
концентрация Me2+
в геле. Результаты исследования
приведены на фиг.2 и в таблицах 2 и 3.
Таблица 2
Степень сорбции (А,%) ионов металлов органо-неорганическим сорбентом из индивидуальных растворов
солей металлов и модельных растворов, содержащих смесь солей разных металлов
Рb2+
Zn2+
Ni2+
Fe2+
Cd2+
Сu2+
Ионы металлов
а б а б а б а б а б а б
ПАК-БГ (10:5) с
интеркаляцией
99% 67% 76% 93% 81% 69% 38% 42% 90% 43% 98% 68%
ПАК-БГ (10:5) без
интеркаляции
98% 87% 67% 87% 57% 90% 40% 43% 88% 42% 94% 56%
ПМАК-БГ (10:5) с
интеркаляцией
93% 63% 85% 44% 77% 55% 52% 44% 89% 39% 90% 53%
ПМАК-БГ (10:5)
без интеркаляции
91% 76% 63% 55% 53% 42% 51% 37% 85% 38% 88% 52%
а - индивидуальный раствор, б - модельный раствор смеси, [МБАА]=0,5 мас.%: [ДАК]=0,5 мас.%;
t=24 часа; Т=23°С.
Таблица 3
Степень десорбции (W,%) ионов металла из органо- неорганического сорбента полученного по примерам 1
и 2, содержащего ионы соответствующего металла
Ионы металлов Ni2+
Fe2+
Pb2+
Zn2+
ПАК-БГ 0,125 0,108 0,118 0,135nг, мкг/мл
ПМАК-БГ 0,116 0,151 0,115 0,121
ПАК-БГ 60 42 30 26W, %
ПМАК-БГ) 82 55 28 53
ПЛ-БГ (10:5), [МБАА]=0,5 мас.%; [ДАК]=0,5 мас.%; t=6 часов; Т=60ºC; pH=8; nг- количество ионов
металла в сорбенте; мкг/мл; W - степень десорбции.
Предлагаемый способ позволяет получить
достаточно однородные органо-неорганические
сорбенты с высоким выходом гель-фракции,
набухающей способностью и с хорошей
сорбирующей способностью.
Как видно из данных таблицы 3, сорбционно-
десорбционные характеристики предлагаемого
сорбента по отношению к ионам металлов Ni2+
, Pb2+
,
Cd2+
, Zn2+
, Cu2+
, Fe2+
показывают, что использование
процесса интеркаляции повышает сорбирующую
способность (фиг.3, таблица 2). Значения степени
сорбции ионов металлов сорбентом изменяются в
следующем ряду Fe2+
<Zn2+
<Ni2+
<Cd2+
<Cu2+
<Pb2+
, а
результаты десорбции (таблица 3) соответствующих
ионов металлов говорят о возможности
последующей регенерации предлагаемых сорбентов
для их повторного использования.
Таким образом, настоящее изобретение
обеспечивает получение органо-неорганического
композиционного сорбента на основе полимера и
глинистого минерала посредством использования
метода интеркалятивной радикальной
полимеризации для очистки сточных и
промышленных вод, обладающего высокими
сорбционными свойствами, с использованием
дешевого и доступного сырья - отечественной
бентонитовой глины.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ получения органо-неорганического
сорбента для извлечения ионов тяжелых металлов
из сточных и промышленных вод, включающий
интеркалирование непредельных карбоновых
кислот в межслоевое пространство бентонитовой
глины, добавление радикального инициатора,
перемешивание при температуре 60-70°С,
полимеризацию, промывку и сушку,
29251
6
отличающийся тем, что в качестве природного
минерала берут-бентонитовую глину Манракского
месторождения, в качестве непредельных
карбоновых кислот-акриловую или метакриловую
кислоты, интеркалируют в течение 6 часов при
соотношении АК или МАК:БГ=10:1÷5 мас.%, в
качестве инициатора используют динитрил азо-бис-
изомасляной кислоты в количестве 0,5 масс.% от
содержания мономера и добавляют сшивающий
агент N,N’-метилен-бис-акриламид в количестве 0,5
мас.% от содержания мономера, а полимеризацию
проводят в течение 2 часов.
29251
7
Верстка Ж. Жомартбек
Корректор К. Нгметжанова

More Related Content

What's hot

Himi4eskaja Promqshlennost[2].(1)(1)
Himi4eskaja Promqshlennost[2].(1)(1)Himi4eskaja Promqshlennost[2].(1)(1)
Himi4eskaja Promqshlennost[2].(1)(1)
galtlvl
 
713.влияние приёмов мелиорирования и способов обработки почвы на повышение пл...
713.влияние приёмов мелиорирования и способов обработки почвы на повышение пл...713.влияние приёмов мелиорирования и способов обработки почвы на повышение пл...
713.влияние приёмов мелиорирования и способов обработки почвы на повышение пл...
Иван Иванов
 
кислотно основные свойства карбоксильного катионита токем-200 при сорбции ио...
кислотно  основные свойства карбоксильного катионита токем-200 при сорбции ио...кислотно  основные свойства карбоксильного катионита токем-200 при сорбции ио...
кислотно основные свойства карбоксильного катионита токем-200 при сорбции ио...
Иван Иванов
 
779.влияние рельефа, окультуривания и различных систем удобрения на гумусовое...
779.влияние рельефа, окультуривания и различных систем удобрения на гумусовое...779.влияние рельефа, окультуривания и различных систем удобрения на гумусовое...
779.влияние рельефа, окультуривания и различных систем удобрения на гумусовое...
Иван Иванов
 
78.синтез марганцевого антидетонатора для газового бензина на основе порфирин...
78.синтез марганцевого антидетонатора для газового бензина на основе порфирин...78.синтез марганцевого антидетонатора для газового бензина на основе порфирин...
78.синтез марганцевого антидетонатора для газового бензина на основе порфирин...
ivanov156633595
 

What's hot (20)

Dobavki uskoriteli-polifunktsionalnogo-deystviya-dlya-shlakoportlandtsementov
Dobavki uskoriteli-polifunktsionalnogo-deystviya-dlya-shlakoportlandtsementovDobavki uskoriteli-polifunktsionalnogo-deystviya-dlya-shlakoportlandtsementov
Dobavki uskoriteli-polifunktsionalnogo-deystviya-dlya-shlakoportlandtsementov
 
Himi4eskaja Promqshlennost[2].(1)(1)
Himi4eskaja Promqshlennost[2].(1)(1)Himi4eskaja Promqshlennost[2].(1)(1)
Himi4eskaja Promqshlennost[2].(1)(1)
 
28496p
28496p28496p
28496p
 
29377ip
29377ip29377ip
29377ip
 
713.влияние приёмов мелиорирования и способов обработки почвы на повышение пл...
713.влияние приёмов мелиорирования и способов обработки почвы на повышение пл...713.влияние приёмов мелиорирования и способов обработки почвы на повышение пл...
713.влияние приёмов мелиорирования и способов обработки почвы на повышение пл...
 
Reagents eg-march-2009
Reagents eg-march-2009Reagents eg-march-2009
Reagents eg-march-2009
 
29783p
29783p29783p
29783p
 
29331p
29331p29331p
29331p
 
кислотно основные свойства карбоксильного катионита токем-200 при сорбции ио...
кислотно  основные свойства карбоксильного катионита токем-200 при сорбции ио...кислотно  основные свойства карбоксильного катионита токем-200 при сорбции ио...
кислотно основные свойства карбоксильного катионита токем-200 при сорбции ио...
 
29261ip
29261ip29261ip
29261ip
 
DDPS ПОХА, установки для производства реагента, очистка воды, полиоксихлорид ...
DDPS ПОХА, установки для производства реагента, очистка воды, полиоксихлорид ...DDPS ПОХА, установки для производства реагента, очистка воды, полиоксихлорид ...
DDPS ПОХА, установки для производства реагента, очистка воды, полиоксихлорид ...
 
29731ip
29731ip29731ip
29731ip
 
Effektivnoe modifitsirovanie-sistem-tverdeniya-tsementnogo-kamnya-s-ispolzova...
Effektivnoe modifitsirovanie-sistem-tverdeniya-tsementnogo-kamnya-s-ispolzova...Effektivnoe modifitsirovanie-sistem-tverdeniya-tsementnogo-kamnya-s-ispolzova...
Effektivnoe modifitsirovanie-sistem-tverdeniya-tsementnogo-kamnya-s-ispolzova...
 
Fertilizing
FertilizingFertilizing
Fertilizing
 
779.влияние рельефа, окультуривания и различных систем удобрения на гумусовое...
779.влияние рельефа, окультуривания и различных систем удобрения на гумусовое...779.влияние рельефа, окультуривания и различных систем удобрения на гумусовое...
779.влияние рельефа, окультуривания и различных систем удобрения на гумусовое...
 
29746ip
29746ip29746ip
29746ip
 
28934ip
28934ip28934ip
28934ip
 
Влияние систем уобрений на вынос элементов питания урожаем овощных культур...
Влияние систем уобрений на  вынос  элементов питания  урожаем овощных культур...Влияние систем уобрений на  вынос  элементов питания  урожаем овощных культур...
Влияние систем уобрений на вынос элементов питания урожаем овощных культур...
 
78.синтез марганцевого антидетонатора для газового бензина на основе порфирин...
78.синтез марганцевого антидетонатора для газового бензина на основе порфирин...78.синтез марганцевого антидетонатора для газового бензина на основе порфирин...
78.синтез марганцевого антидетонатора для газового бензина на основе порфирин...
 
29952ip
29952ip29952ip
29952ip
 

Similar to 29251ip (20)

29816ip
29816ip29816ip
29816ip
 
29850ip
29850ip29850ip
29850ip
 
29832ip
29832ip29832ip
29832ip
 
28929ip
28929ip28929ip
28929ip
 
28501p
28501p28501p
28501p
 
29253ip
29253ip29253ip
29253ip
 
29756ip
29756ip29756ip
29756ip
 
29287ip
29287ip29287ip
29287ip
 
28817ip
28817ip28817ip
28817ip
 
28551ip
28551ip28551ip
28551ip
 
28564ip
28564ip28564ip
28564ip
 
СПОСОБ ГИДРОФОБИЗАЦИИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ НАНОДИСПЕРСНОЙ СЕРОЙ
СПОСОБ ГИДРОФОБИЗАЦИИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ НАНОДИСПЕРСНОЙ СЕРОЙСПОСОБ ГИДРОФОБИЗАЦИИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ НАНОДИСПЕРСНОЙ СЕРОЙ
СПОСОБ ГИДРОФОБИЗАЦИИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ НАНОДИСПЕРСНОЙ СЕРОЙ
 
29606ip
29606ip29606ip
29606ip
 
29903p
29903p29903p
29903p
 
28455ip
28455ip28455ip
28455ip
 
29966ip
29966ip29966ip
29966ip
 
29286ip
29286ip29286ip
29286ip
 
29902p
29902p29902p
29902p
 
28461ip
28461ip28461ip
28461ip
 
29265ip
29265ip29265ip
29265ip
 

More from ivanov156635995534

More from ivanov156635995534 (20)

10779
1077910779
10779
 
10778
1077810778
10778
 
10777
1077710777
10777
 
10776
1077610776
10776
 
10775
1077510775
10775
 
10774
1077410774
10774
 
10773
1077310773
10773
 
10772
1077210772
10772
 
10771
1077110771
10771
 
10770
1077010770
10770
 
10769
1076910769
10769
 
10768
1076810768
10768
 
10767
1076710767
10767
 
10766
1076610766
10766
 
10765
1076510765
10765
 
10764
1076410764
10764
 
10763
1076310763
10763
 
10762
1076210762
10762
 
10761
1076110761
10761
 
10760
1076010760
10760
 

29251ip

  • 1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН (19) KZ (13) A4 (11) 29251 (51) C02F 1/28 (2006.01) C02F 1/50 (2006.01) B01J 20/12 (2006.01) B01J 20/16 (2006.01) B01J 20/26 (2006.01) B01J 29/06 (2006.01) МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ (21) 2013/1483.1 (22) 01.11.2013 (45) 15.12.2014, бюл. №12 (72) Саршешева Акмарал Маратбеккызы; Бейсебеков Мадияр Маратович; Кайралапова Гульфайруз Жумабаевна; Иминова Ризвангул Синясулкызы; Жумагалиева Шынар Нурлановна; Бейсебеков Марат Киянович; Абилов Жарылкасын Абдуахитович (73) Дочернее государственное предприятие на праве хозяйственного ведения "Центр физико- химических методов исследования и анализа" Республиканского государственного предприятия на праве хозяйственного ведения "Казахский национальный университет им. аль-Фараби" Министерства образования и науки Республики Казахстан (56) RU 2331470 C2, B01J 20/26, 20.08.2008 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОРГАНО- НЕОРГАНИЧЕСКОГО СОРБЕНТА ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ СТОЧНЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ВОД (57) Изобретение относится к способу получения полимер-глинистых композиционных материалов с высокими сорбционными показателями и может быть использовано в качестве сорбента ионов тяжелых металлов при очистке загрязненной ими сточных и промышленных вод. Достигаемый технический результат - повышение сорбционной способности, снижение себестоимости сорбента за счет использования бентонитовой глины местного происхождения (Восточный Казахстан), а так же расширение ассортимента сорбентов, используемых для извлечения из сточных и промышленных вод ионов тяжелых металлов. Способ получения органо-неорганического сорбента включает интеркалирование ионогенного мономера акриловой (АК) или метакриловой кислоты (МАК) в межслоевое пространство неорганического минерала отечественной бентонитовой глины (БГ) Манракского месторождения путем перемешивания водной суспензии глины с мономером. Далее в процессе радикальной полимеризации смеси при температуре 70°С с использованием сшивающего агента N,N’- метилен-бис-акриламида и инициатора динитрил азо-бис-изомаслянной кислоты формируется химический сшитый полимер- глинистый гель- сорбент ПАК-БГ или ПМАК-БГ с соотношением полимер:БГ равным 10:1÷5. Настоящее изобретение обеспечивает получение органо-неорганического композиционного сорбента на основе полимера и глинистого минерала посредством использования метода интеркалятивной радикальной полимеризации для очистки сточных и промышленных вод, обладающего высокими сорбционными свойствами, с использованием дешевого и доступного сырья - отечественной бентонитовой глины. (19)KZ(13)A4(11)29251
  • 2. 29251 2 Изобретение относится к способу получения полимер-глинистых композиционных материалов с высокими сорбционными показателями и может быть использовано в качестве сорбента ионов тяжелых металлов при очистке загрязненной ими сточных и промышленных вод. Из всего многообразия сорбентов можно выделить две большие группы сорбентов, используемых в очистительных предприятиях: неорганические вещества - алюмосиликаты, шламы, оксиды, сульфиды и соединения на основе органических полимеров, содержащие ионообменные и комплексообразующие группы. Объединение таких разных по природе сорбирующих материалов в одном композиционном комплексе дает возможность получения группы сорбентов с органо-неорганической основой, обладающих специфическими свойствами последних: неорганический каркас придает им такие свойства, как высокая скорость установления сорбционного равновесия, термическая и радиационная устойчивость, механическая прочность; органический полимер обеспечивает прочность формы эксплуатации сорбента, набухаемость, селективность и полноту связывания ионов. Так, для сорбции и концентрирования ионов различных металлов значительные перспективы открывают минерально-органические материалы на основе природных глин и ионогенных полимеров. Известен способ получения гибридного органо- неорганического сорбента для очистки различных поверхностей от разливов нефти и нефтепродуктов [Патент РФ №2397809, МПК В01J 20/26, опубл. 27.08.2010]. Способ включает обработку водной суспензии, содержащей бентонитовую глину и мочевину, при 40-60°С и при перемешивании реакционной смесью, содержащей акриловую или метакриловую кислоту в качестве полимеризуемого соединения и персульфата аммония в качестве радикального инициатора полимеризации. Мочевину используют в качестве активатора поверхности глины. Соотношение компонентов бентонитовая глина:мочевина:непредельная органическая кислота 1:0,1:0,5 мас. %. Полученный сорбент обладает повышенными эксплуатационными свойствами в отношении сорбции нефтепродуктов. Результаты исследования сорбции нефтепродуктов в модельном растворе известным сорбентом показали эффективность очистки раствора от дизельного топлива 99,8%, от мазута 98,9%. Недостатком известного способа получения гибридного органо- неорганического сорбента является предварительная активация поверхности бентонитовой глины активатором - мочевиной. Известен способ получения полимер-глинистой композиции для очистки и обеззараживания воды на основе активированной гуанидинсодержащей солью бентонитовой глины (Россия) и полимеров акриловой и метакриловой кислот [Патент РФ №2363537, МПК В01J 20/26, 20/16, С02F 1/28, 1/50, опубл. 10.08.2009]. Способ заключается в том, что к водной суспензии бентонитовой глины добавляют активатор поверхности - гуанидинсодержащую соль с четвертичным атомом азота (диаллилгуанидинацетат, диаллилгуанидинтрифторацетат, и др.). Далее обрабатывают активированную поверхность непредельной органической кислотой, акриловой или метакриловой кислотой, в присутствии радикального инициатора полимеризации персульфата аммония. Нагревание проводят при температуре 60-70°С при перемешивании до полимеризации непредельной органической кислоты. Активированную бентонитовую глину и непредельную органическую кислоту берут в массовом соотношении 1:1÷2. Полученный известным способом полимер-глинистый композит имеет достаточно высокую сорбционную активность в отношении ионов тяжелых металлов. Результаты исследования сорбции показали степень извлечения %: меди (II) - 87,2-96,3; свинца (II) - 88,1-89,2; кадмия (II) - 83,3-86,8; никеля (И) - 69,7- 75,6; кобальта (II)-68,3-70,1. К недостаткам данного способа получения полимер-глинистых композиций можно отнести дополнительную обработку бентонитовой глины активаторами на основе гуанидинсодержащей соли с четвертичным атомом азота (диаллилгуанидинацетат, диаллилгуанидинтрифторацетат, метакрилатгуанидин и акрилатгуанидин). Использование данных соединений для активации поверхности глины обусловливает высокую стоимость, дефицитность и усложняет технологию их получения. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ получения композиционного сорбента на основе смеси метакриловой кислоты, гуанидина и бентонитовой глины для очистки и обеззараживания воды [Патент РФ №2331470, МПК В01J 20/26, 20/16, опубл. 20.08.2008]. Сущность способа заключается в следующем: проводят интеркалирование метакриловой кислоты (непредельная карбоновая кислота) в межслоевое пространство бентонитовой глины. Далее к водному раствору прибавляют радикальный инициатор - персульфат аммония (0,05-0,2 мас. %) и смесь перемешивают 30 минут при температуре 60-70°С. Соотношение гуанидинового соединения бентонитовой глины (50-85):(15-50), предпочтительно 75-25 мас. %. В процессе полимеризации мономера в глине образуется композиция, которую извлекают из колбы, многократно промывают дистиллированной водой и сушат при комнатной температуре 48 часов. Полученная композиция представляет собой твердую однородную массу, способную набухать в воде, и обладает свойствами эффективного фильтрующего материала, в том числе и в динамических условиях очистки воды. Ионообменные свойства композиции определяются как свойствами полимера полиамфолита, так и катионообменными свойствами бентонитовой глины. Результаты исследования сорбционных возможностей композиции по отношению ионов тяжелых металлов, показали степень извлечении
  • 3. 29251 3 (%): меди (II) - 98,3, свинца (II) - 86,08, кадмия (II) - 88,85. К недостаткам вышеприведенного способа получения композиционного сорбента - прототипа можно отнести низкую сорбционную способность по отношению к ионам тяжелых металлов, использование соединений с высокой стоимостью и их дефицитность. Задача изобретения - разработка способа получения органо- неорганического сорбента путем проникновения неорганического наполнителя в полиакрилатную сетку в процессе интеркалирования и радикальной полимеризации в условиях вещественного инициирования. Технический результат - повышение сорбционной способности, снижение себестоимости сорбента за счет использования бентонитовой глины местного происхождения (Восточный Казахстан), а также расширение ассортимента сорбентов, используемых для извлечения из сточных и промышленных вод ионов тяжелых металлов. Технический результат достигается предлагаемым способом получения органо- неорганического сорбента для извлечения ионов тяжелых металлов из сточных и промышленных вод, включающим интеркалирование непредельной карбоновой кислоты в межслоевое пространство бентонитовой глины, добавление инициатора, перемешивание при температуре 60-70°С, полимеризацию, промывание и сушку, но в отличие от известного в качестве бентонитовой глины берут - бентонитовую глину Манракского месторождения (Восточный Казахстан), в качестве непредельных карбоновых кислот - акриловую или метакриловую кислоту, интеркалируют в течение 6 часов при соотношении АК или МАК:БГ = 10:1÷5 масс. %, в качестве инициатора используют динитрил азо-бис- изомаслянной кислоты в количестве 0,5 масс. % от содержания мономера и добавляют сшивающий агент N,N’-метилен-бис-акриламид в количестве 0,5 масс. % от содержания мономера, а полимеризацию проводят в течение 2 часов. В качестве сырьевых материалов для получения органо-неорганического сорбента используют: - акриловую кислоту (АК), которую подвергают двукратной вакуумной перегонке в атмосфере азота, фракция с температурой кипения 305 К/10 мм рт. ст., n20 д =1,4220 или метакриловую кислоту (МАК), которую подвергают двукратной вакуумной перегонке при пониженном давлении, фракция с температурой кипения 331 К/10 мм с.б., nд 20 =1,4320; - бентонитовую глину (БГ) Манракского месторождения (Восточный Казахстан), очищенную методом Сало. Химический состав очищенной бентонитовой глины, определенный методом дифракционного спектрального анализа (ДФС-13), имеет следующие содержание, % : SiO2 60; А12O3 9; Fe2O3 0,5; СаО 0,5; MgO 1; Na2O 0,8; K2O 0,5; Н2O7. По результатам рентгено-фазового анализа (ДРОН- 4-07) в исследуемой бентонитовой глине определены три фазы: α-кварц - SiO2, монтмориллонит - Al2[OH]2{Si4O10}.mH2O и аморфная фаза; - в качестве инициатора - динитрил азо-бис- изомаслянной кислоты (ДАК), в качестве сшивающего агента N,N’-метилен-бис-акриламид [C7H10N2O2] (МБАА, молекулярной массы - 154,2). Соотношение АК или МАК:БГ 10:1÷5 масс. % обосновано следующим. При содержании БГ менее 1 (к 10 АК или МАК) масс. % получается гель-сорбент с низкой сорбционной способностью в отношении ионов тяжелых металлов. Повышение содержания БГ более 5 (к 10 АК или МАК) масс. % не приводит к увеличению сорбционной способности сорбента и образуется неоднородный композиционный гель с выделением БГ в отдельную фазу. 10%-ный водный раствор АК или МАК является оптимальным для процесса полимеризации. Меньшее содержание мономеров недостаточно для полного охвата и обволакивания частиц БГ в композицию. При большем содержании АК или МАК не полностью вступает в полимеризацию, что приводит к уменьшению выхода продукта полимеризации. Содержание инициатора ДАК менее 0,5% недостаточно для инициирования процесса полимеризации и приводит к уменьшению выхода композиционного сорбента, при повышении содержания инициатора более 0,5% выход полимер- глинистого сорбента не увеличивается, происходит перерасход реактива. Добавление сшивающего агента в количестве 0,5 масс. % от содержания мономера, объясняется тем что при содержании сшивающего агента менее 0,5% образуется рыхлый, сильнонабухающий композиционный сорбент, а при количестве более 0,5% образуется плотный композиционный сорбент с низкой сорбционной способностью. Способ осуществляют следующим образом. Готовят водную суспензию бентонитовой глины путем перемешивания на магнитной мешалке в течение 2-х часов, после чего к суспензии добавляют мономер и продолжают перемешивание в течение 6 часов. На следующий день смесь перемешивают в течение еще 2-х часов (время интеркаляции 24 часа). Далее суспензию переливают в ампулы, нагревают в термостате до 70°С, добавляют сшивающий агент и инициатор, изолируют от воздуха лабораторной пленкой. В результате протекания радикальной полимеризации в течение двух часов при 70°С и далее 20 часов при 25°С в воздушном термостате образуется композиционный гель. Композицию, полученную в виде геля, многократно промывают большим количеством дистиллированной воды и сушат в вакуумно- сушильном шкафу при 40°С до постоянного веса. Высушенные гели измельчают в фарфоровых ступах до фракции с размером частиц <0,1 мм. Композиционный сорбент представляет собой твердую однородную массу розоватого цвета, способную набухать в воде и адсорбировать ионы тяжелых металлов. Изобретение иллюстрируется следующими примерами:
  • 4. 29251 4 Пример 1. Готовят водную суспензию бентонитовой глины путем перемешивания на магнитной мешалке в течение 2-х часов, после чего к суспензии добавляют акриловую кислоту и продолжают перемешивание в течение еще 6 часов. Соотношение [ПАК]:[БГ] равно 10:5 масс. %. На следующий день смесь перемешивают в течение еще 2-х часов (максимальное время интеркаляции 24 часа). Далее готовую исходную смесь нагревают до 70°С и добавляют к ней сшивающий агент 0.5 масс. % МБАА и инициатор 0.5 масс. % ДАК от содержания мономера. После этого суспензию переливают в ампулы диаметром 20 мм и изолируют от воздуха лабораторной пленкой «Parafilm». Радикальную полимеризацию проводят в течение двух часов при 70°С и далее 20 часов при 25°С в воздушном термостате. Композицию, полученную в виде геля, многократно промывают большим количеством дистиллированной воды от непрореагировавших реагентов. Чистоту промывки контролируют качественной реакцией бромной водой. Затем сушат в вакуумно-сушильном шкафу при 40°С до постоянного веса. Высушенные гели измельчают в фарфоровых ступах до фракции с размером частиц <0,1 мм. Полученные высушенные полимер-глинистые композиции ПАК-БГ (10:5)-однородные, твердые, нерастворимые, но хорошо набухающие в воде композиционные гель-сорбенты бледно-розового цвета с гладкой поверхностью. Пример 2. Синтез композиции проводят согласно примеру 1, отличающийся тем, что в качестве мономера используют мономер метакриловой кислоты. Полученный высушенный композиционный сорбент ПМАК-БГ (10:5) - бледно- розовый, однородный, твердый, нерастворимый, но набухающий в воде композиционный гель с гладкой поверхностью. Пример 3. Синтез композиционного сорбента проводят согласно примерам 1 и 2, отличающийся тем, что соотношение ПАК:БГ (ПМАК:БГ) составляет 10:1, 10:3 соответственно. Полученные композиционные сорбенты бледно- розовые, однородные, твердые, нерастворимые, но набухающие в воде композиционные гели-сорбенты с гладкой поверхностью. Пример 4. Синтез композиции проводят согласно примеру 1, отличающийся тем, что мономер включается непосредственно перед полимеризацией геля без длительного диспергирования глины с мономером, т.е. исключен процесс интеркаляции. Синтезированная композиция ПАК-БГ - розовый, однородный, твердый, плотный, нерастворимый, набухающий в воде композиционный гель. Пример 5. Синтез композиции проводят согласно примеру 2, отличающийся тем, что мономер включается непосредственно перед полимеризацией геля без длительного диспергирования глины с мономером, т.е. исключен процесс интеркаляции. Синтезированная композиция ПМАК-БГ - розовый, однородный, твердый, плотный, нерастворимый, набухающий в воде композиционный гель. Некоторые физико-химические показатели органо-неорганического сорбента приведены в таблице 1. Результаты исследования морфологии структуры сорбента представлены на фиг.1и 2. Состав и природа взаимодействия компонентов, полученных композиций, определены методом равновесного набухания и подтверждена методом ИК-спектроскопии на спектрофотометре с Фурье преобразованием "FTIR Satellite" фирмы "Mattson" (США) с использованием КВг. Степень набухания рассчитывалась по формуле: α=m-m0/m0 (где, m0 - масса сухого образца, m - масса набухшего образца). Плотность гелей определена на специальном приборе Radwag AS 220/Х (Япония) при следующих условиях: Т-24°С, Vpaствора = 300 мл, ρраствора = 0,8602 г/см3 , mг = 3-6 г, растворитель - бензол. Зольность Аα % образцов расчитывалась по формуле Аα = mзолы/m0·l00%, где: Аα - зольность геля, m0 - исходная масса геля, mзолы - масса золы. Морфологию и структуру композиции исследовали с помощью фотографий, полученных на оптическом микроскопе и топографических снимков на атомно- силовом микроскопе Ntegra THERMA (Россия). Таблица 1 Составы и физико-химические характеристики композиционного сорбента ПКК-БГ Органо- минеральный сорбент (мас. %) МБАА, мас. % Время интеркаляции, час ρ, г/см3 Аα , % G,% S,% j,% 24 1,348 8,67 92,94 7,06 2,80БС-ПА< Г 1:10 0,5 - 1,276 - 66,27 33,73 5,83 БС-ПА< Г 3:10 0,5 24 1,361 18,24 84,80 3,70 2,13 БС-ПА< Г 5:10 0,5 24 1,370 29,94 98,40 1,20 1,93 24 1,490 8,67 87,68 12,32 3,59БС-ПМА< Г 1:10 0,5 - 1,323 - 77,11 22,89 4,82 БС-ПА< Г 3:10 0,5 24 1,543 18,24 84,10 9,70 3,15 БС-ПМА< Г 5:10 0,5 24 1,562 29,94 85,80 7,70 2,89 Аα , % зольность геля, G - выход гель фракции, %; S - выход золь фракции, %; j - степень сшивания, %; ρ - плотность геля г/см3 . Степень извлечения синтезированными композиционными материалами некоторых тяжелых металлов из сточных и промышленных вод определяли на индивидуальных и модельных
  • 5. 29251 5 водных растворах солей соответствующих металлов. Модельные растворы состояли из смеси растворов солей металлов (Ni2+ , Pb2+ , Cd2+ , Zn2+ , Сu2+ , Fe2+ ) с концентрацией каждого металла в растворе по 1 мкг/мл, представляя собой, таким образом, некую модель сточных и промышленных вод, загрязненных и обогащенных различными ионами тяжелых металлов. Сорбцию ионов Ni2+ , Pb2+ , Cd2+ , Zn2+ , Cu2+ , Fe2+ из различных концентраций определяли в статических условиях. Измерения концентрации металлов в пробах воды до и после обработки сорбентом проводили атомно- сорбционным методом с использованием атомно- адсорбционного спектрометра AAS Shimadzu 6200 (Япония). Степень сорбции, А % расчитывали по формуле: А=(Сисх -Ск)-100/Сисх, где Сисх - количество ионов металла в исходном растворе; Ск - количество ионов металла, найденное после сорбции в водной фазе. Для возможности регенерирования использованного сорбента исследовали десорбционные показатели полученных композиций. Степень десорбции W% рассчитывалась по формуле W=(nв раст/nв геле)·100%, где W - выход Ме2+ из геля, nв раст - концентрация Ме2+ в растворе в момент времени τ, nв геле - концентрация Me2+ в геле. Результаты исследования приведены на фиг.2 и в таблицах 2 и 3. Таблица 2 Степень сорбции (А,%) ионов металлов органо-неорганическим сорбентом из индивидуальных растворов солей металлов и модельных растворов, содержащих смесь солей разных металлов Рb2+ Zn2+ Ni2+ Fe2+ Cd2+ Сu2+ Ионы металлов а б а б а б а б а б а б ПАК-БГ (10:5) с интеркаляцией 99% 67% 76% 93% 81% 69% 38% 42% 90% 43% 98% 68% ПАК-БГ (10:5) без интеркаляции 98% 87% 67% 87% 57% 90% 40% 43% 88% 42% 94% 56% ПМАК-БГ (10:5) с интеркаляцией 93% 63% 85% 44% 77% 55% 52% 44% 89% 39% 90% 53% ПМАК-БГ (10:5) без интеркаляции 91% 76% 63% 55% 53% 42% 51% 37% 85% 38% 88% 52% а - индивидуальный раствор, б - модельный раствор смеси, [МБАА]=0,5 мас.%: [ДАК]=0,5 мас.%; t=24 часа; Т=23°С. Таблица 3 Степень десорбции (W,%) ионов металла из органо- неорганического сорбента полученного по примерам 1 и 2, содержащего ионы соответствующего металла Ионы металлов Ni2+ Fe2+ Pb2+ Zn2+ ПАК-БГ 0,125 0,108 0,118 0,135nг, мкг/мл ПМАК-БГ 0,116 0,151 0,115 0,121 ПАК-БГ 60 42 30 26W, % ПМАК-БГ) 82 55 28 53 ПЛ-БГ (10:5), [МБАА]=0,5 мас.%; [ДАК]=0,5 мас.%; t=6 часов; Т=60ºC; pH=8; nг- количество ионов металла в сорбенте; мкг/мл; W - степень десорбции. Предлагаемый способ позволяет получить достаточно однородные органо-неорганические сорбенты с высоким выходом гель-фракции, набухающей способностью и с хорошей сорбирующей способностью. Как видно из данных таблицы 3, сорбционно- десорбционные характеристики предлагаемого сорбента по отношению к ионам металлов Ni2+ , Pb2+ , Cd2+ , Zn2+ , Cu2+ , Fe2+ показывают, что использование процесса интеркаляции повышает сорбирующую способность (фиг.3, таблица 2). Значения степени сорбции ионов металлов сорбентом изменяются в следующем ряду Fe2+ <Zn2+ <Ni2+ <Cd2+ <Cu2+ <Pb2+ , а результаты десорбции (таблица 3) соответствующих ионов металлов говорят о возможности последующей регенерации предлагаемых сорбентов для их повторного использования. Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает получение органо-неорганического композиционного сорбента на основе полимера и глинистого минерала посредством использования метода интеркалятивной радикальной полимеризации для очистки сточных и промышленных вод, обладающего высокими сорбционными свойствами, с использованием дешевого и доступного сырья - отечественной бентонитовой глины. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ получения органо-неорганического сорбента для извлечения ионов тяжелых металлов из сточных и промышленных вод, включающий интеркалирование непредельных карбоновых кислот в межслоевое пространство бентонитовой глины, добавление радикального инициатора, перемешивание при температуре 60-70°С, полимеризацию, промывку и сушку,
  • 6. 29251 6 отличающийся тем, что в качестве природного минерала берут-бентонитовую глину Манракского месторождения, в качестве непредельных карбоновых кислот-акриловую или метакриловую кислоты, интеркалируют в течение 6 часов при соотношении АК или МАК:БГ=10:1÷5 мас.%, в качестве инициатора используют динитрил азо-бис- изомасляной кислоты в количестве 0,5 масс.% от содержания мономера и добавляют сшивающий агент N,N’-метилен-бис-акриламид в количестве 0,5 мас.% от содержания мономера, а полимеризацию проводят в течение 2 часов.