СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ПРИРОДНЫХ СОРБЕНТОВ Российский патент 2017 года по МПК B01J20/16 B01J20/10 B01J20/20 B01J20/30 

Описание патента на изобретение RU2620809C1

Изобретение относится к области получения новых сорбционных материалов и может быть использовано на предприятиях химической промышленности и в области охраны окружающей среды.

Углеродные нанотрубки (УНТ) обладают высокой удельной поверхностью (до 2600 см2/г). Физико-химическая фукнкционализация их поверхности, включающая диспергирование нанотрубок, промывку при температуре 140°C в концентрированной азотной кислоте и обработку окислителями (Н2О2, KMnO4 и HNO3), повышает сорбционную способность УНТ по отношению к катионам свинца и кадмия [1].

Известен способ получения сорбционных материалов на основе углеродных нанотрубок [2], предусматривающий импрегнирование углеродных нанотрубок фосфорорганическими лигандами в процессе перемешивания в среде HNO3. Получается сорбент с высокой сорбционной способностью по отношению к актинидным и редкоземельным элементам.

Недостатками этих методов обработки является использование сильных окислителей и получение сорбентов с узким диапазоном действия по металлам.

Разработан процесс наномодифицирования промышленных сорбентов [3] на основе АУ (АГ-5, NWC) и синтетических цеолитов (NaX), используемых в процессах очистки водных растворов от ионов тяжелых металлов. Высушенный на воздухе при 120-150°C сорбент пропитывают раствором прекурсоров катализатора, прокаливают при 500-550°C и проводят на сорбенте синтез многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ) в реакторе. Установлено, что наномодифицирование позволяет увеличить адсорбционную емкость сорбентов по ионам Co2+ на 30% и по ионам Ni2+ на 10-15%.

Недостатком указанного метода модифицирования является необходимость дополнительной термообработки при 500°C.

Наиболее близким к заявляемому решению по технической сущности является способ модифицирования диатомита [4], включающий обработку диатомита фракции 1-2 мм с последующим осаждением аммиаком до установления pH 7 и термообработкой при температуре 200°C в течение 2 ч. В процессе обработки на поверхности и в порах сорбента (диатомита) осаждается гидроксид алюминия, обладающий высокой сорбционной способностью по отношению к нефтепродуктам [5].

К недостаткам известного способа можно отнести использование модифицированного диатомита только для сорбции органических примесей из растворов и невысокие степени извлечения катионов металлов на полученном сорбенте.

Технический результат - получение сорбентов с высокой сорбционной емкостью, удельной поверхностью и с широким диапазоном сорбционной активности.

Указанный результат достигается тем, что проводят модифицирование природного цеолита или диатомита, включающее введение в суспензию мелкодисперсного сорбента в 0,5% растворе сульфата алюминия при соотношении 1:10 по массе многостенных углеродных нанотрубок в количестве 0,1-1,0 мас.%, ультразвуковую обработку суспензии в течение 8-10 мин при 22 кГц, добавление в суспензию 10% раствора гидроксида аммония до pH 7-8, отделение жидкости декантацией и термообработку сорбента в течение 2 ч при температуре 120°C.

Использование предлагаемого способа модифицирования позволит закреплять на поверхности сорбента МУНТ (диаметр 50-100 нм) при осаждении гидроксида алюминия из раствора его соли, но и сделать этот процесс экономически эффективным за счет отсутствия необходимости обработки при высоких температурах.

Способ осуществляется следующим образом. Многостенные углеродные нанотрубки получают методом химического осаждения из паровой фазы (метод MOCVD) с использованием прекурсоров толуола и ферроцена при 850°C. Для активирования МУНТ и уменьшения адгезии МУНТ друг к другу применяют отжиг (40 мин, 430°C) с последующей обработкой 2 М раствором HCl при 90°C в течение 20 ч.

В суспензию мелкодисперсного цеолита или диатомита в 0,5% растворе сульфата алюминия при соотношении 1:10 по массе добавляли МУНТ в количестве 0,5 мас.%, подвергали ультразвуковой обработке в течение 8-10 мин при 22 кГц и добавляли 10% раствор гидроксида аммония до pH 7-8. Жидкость отделяли декантацией, сорбент подвергали термообработке в течение 2 ч при температуре 120°C.

Пример 1. Для получения количественных сорбционных характеристик по отношению к нефтепродуктам цеолита и диатомита, модифицированных МУНТ, по сравнению с исходным цеолитом и диатомитом, проводили извлечение нефтепродуктов из водных растворов (эмульсий) в статических условиях: соотношение твердой и жидкой фазы Т:Ж=1:50; исходная концентрация нефтепродуктов от 5 до 75 мг/л; время контакта сорбента с раствором - 120 мин (таблица 1).

Таким образом, модифицирование цеолита и диатомита МУНТ приводит к улучшению их сорбционных свойств. Степень извлечения нефтепродуктов из раствора увеличивается на 10-22% в зависимости от исходной концентрации, достигая 99,4% при извлечении нефтепродуктов из растворов с их невысоким исходным содержанием.

Пример 2. Для оценки сорбционных свойств модифицированных цеолита и диатомита по отношению к катионам цинка и меди проводили извлечение катионов из растворов с различной исходной концентрацией (1-100 мг/л). Соотношение Т:Ж=1:50, время контакта сорбента с раствором - 120 мин.

На основании экспериментальных данных были построены изотермы адсорбции, рассчитаны величины максимальной адсорбции (Амакс) и степени извлечения. Полученные результаты приведены в таблице 2.

Сорбционные свойства цеолита и диатомита, модифицированных МУНТ, улучшаются по отношению к катионам металлов. Степень извлечения ионов металлов из раствора увеличивается на 29-33%, максимальная адсорбция - на 48-70%.

Литература

[1] Y.H. Li et al., J. Phys.: Conf. Series. - 2007. - V. 61. - P. 698.

[2] Патент №2462297, Россия. Способ получения сорбционных материалов на основе углеродных нанотрубок / Ю.М. Куляко, Н.П. Молочникова, Г.В. Мясоедова и др. - 2012.

[3] Романцова И. В. Наномодифицирование сорбентов для очистки жидких сред: Автореф. Дис. канд. тех. наук / Романцова И.В. - Тамбов, 2013. - 16 с.

[4] Патент №70510, Россия. Установка для флотационно-фильтрационной очистки воды / Топорков А.В., Топоркова A.M. - 2007.

[5] Бузаева М.В. Снижение экологической опасности сточных вод, содержащих продукты разложения смазочно-охлаждающих жидкостей, путем использования химически модифицированного диатомита: Автореф. дис. канд. хим. наук / Бузаева М.В. - Самара, 2006. - 16 с.

Похожие патенты RU2620809C1

название год авторы номер документа
СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩАЯ ЖИДКОСТЬ С УГЛЕРОДНЫМИ НАНОТРУБКАМИ 2016
  • Макарова Ирина Алексеевна
  • Фаизов Радик Растямович
  • Марцева Татьяна Юрьевна
  • Ваганова Екатерина Сергеевна
  • Бузаева Мария Владимировна
  • Давыдова Ольга Александровна
  • Климов Евгений Семенович
  • Булгакова Светлана Александровна
  • Рябов Сергей Александрович
RU2649010C1
Способ направленной обработки природного цеолита с целью получения сорбента 2019
  • Парагузов Павел Александрович
  • Шарова Наталья Вячеславовна
  • Убаськина Юлия Александровна
RU2735279C1
СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО ГРАНУЛИРОВАННОГО НАНОСОРБЕНТА 2012
  • Ткачев Алексей Григорьевич
  • Артемов Владимир Николаевич
  • Ткачев Максим Алексеевич
  • Блинов Сергей Валентинович
  • Мележик Александр Васильевич
  • Бураков Александр Евгеньевич
  • Шубин Игорь Николаевич
RU2501602C2
Способ сорбционной очистки водных сред от органических веществ и ионов тяжелых металлов 2018
  • Ткачев Алексей Григорьевич
  • Бураков Александр Евгеньевич
  • Буракова Ирина Владимировна
  • Бабкин Александр Викторович
  • Нескоромная Елена Анатольевна
RU2689616C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ 2017
  • Игнаткина Дарья Олеговна
  • Войтюк Александр Андреевич
  • Москвичева Анастасия Владимировна
  • Москвичева Елена Викторовна
  • Геращенко Алла Анатольевна
RU2644880C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА И СОРБЕНТ 1993
  • Купина Н.А.
  • Степанов В.Г.
  • Вострикова Л.А.
  • Ионе К.Г.
  • Пословина Л.П.
RU2097124C1
Композиция стимулятора роста березы 2022
  • Жужукин Константин Викторович
  • Евлаков Петр Михайлович
  • Гродецкая Татьяна Александровна
RU2798791C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПОРИСТЫХ СОРБЕНТОВ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ УГЛЕРОДНЫМИ НАНОМАТЕРИАЛАМИ, ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ОТ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ 2022
  • Бахия Тамуна
  • Романчук Анна Юрьевна
  • Калмыков Степан Николаевич
  • Веселов Николай Анатольевич
RU2803245C1
Способ модификации многослойных углеродных нанотрубок 2019
  • Столяров Роман Алексеевич
  • Бурмистров Игорь Николаевич
  • Блохин Александр Николаевич
  • Кобзев Дмитрий Евгеньевич
  • Пасько Татьяна Владимировна
  • Ткачев Алексей Григорьевич
  • Чепаксов Николай Андреевич
RU2729244C1
КАТАЛИЗАТОР ДЕГИДРИРОВАНИЯ УГЛЕВОДОРОДНОЙ СМЕСИ C-C В ОЛЕФИНЫ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 2020
  • Объедков Анатолий Михайлович
  • Семенов Николай Михайлович
  • Каверин Борис Сергеевич
  • Вилков Илья Владимирович
  • Кетков Сергей Юлиевич
  • Цыганова Елена Ивановна
  • Филофеев Сергей Васильевич
  • Сивков Виктор Николаевич
  • Некипелов Сергей Вячеславович
RU2769185C2

Реферат патента 2017 года СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ПРИРОДНЫХ СОРБЕНТОВ

Изобретение относится к области получения сорбционных материалов. Предлагается способ модифицирования природных сорбентов. Способ включает введение в суспензию, содержащую мелкодисперсный цеолит или диатомит в 0,5% растворе сульфата алюминия, многостенных углеродных нанотрубок в количестве 0,1-1,0 мас.%. Проводят ультразвуковую обработку суспензии, добавляют в суспензию раствор гидроксида аммония до pH 7-8, отделяют жидкость и проводят термообработку полученного сорбента при температуре 120°C. Изобретение обеспечивает получение сорбента, характеризующегося степенью извлечения нефтепродуктов и катионов металлов из воды до 99,4%. 2 табл.

Формула изобретения RU 2 620 809 C1

Способ модифицирования природных сорбентов, включающий введение в суспензию, содержащую мелкодисперсный цеолит или диатомит в 0,5% растворе сульфата алюминия при соотношении 1:10 по массе, многостенных углеродных нанотрубок в количестве 0,1-1,0 мас.%, ультразвуковую обработку суспензии в течение 8-10 мин при 22 кГц, добавление в суспензию 10% раствора гидроксида аммония до pH 7-8, отделение жидкости декантацией и термообработку сорбента в течение 2 ч при температуре 120°C.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2017 года RU2620809C1

Устройство для разворота катучего крана 1947
  • Глазунов В.Н.
SU70510A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК 2010
  • Куляко Юрий Михайлович
  • Молочникова Надежда Павловна
  • Мясоедова Галина Владимировна
  • Моходоева Ольга Борисовна
  • Захарченко Елена Александровна
  • Маликов Дмитрий Андреевич
  • Мищенко Сергей Владимирович
  • Ткачев Алексей Григорьевич
RU2462297C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИТА ПОЛИМЕР/УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ 2012
  • Якемсева Марина Викторовна
  • Усольцева Надежда Васильевна
  • Гаврилова Анна Олеговна
  • Кувшинова Софья Александровна
  • Койфман Оскар Иосифович
  • Васильев Денис Михайлович
  • Кузнецов Виктор Борисович
RU2495887C1
RU 2009128585 А 27.02.2011
БУРАКОВ А.Е
и др., Модифицирование поверхности пор активированных углей наноуглеродом и исследование их адсорбционных характеристик, Физико-химия поверхности и защита материалов, 2015, т
Способ запрессовки не выдержавших гидравлической пробы отливок 1923
  • Лучинский Д.Д.
SU51A1
Клапан 1919
  • Шефталь Н.Б.
SU357A1
БУРАКОВ А.Е
и др., Повышение качественных характеристик адсорбентов при формировании поверхностной структуры углеродных нанотрубок, Сорбционные и хроматографические процессы, 2013, т.13, в
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. 1921
  • Богач Б.И.
SU3A1
Способ искусственного получения акустического резонанса 1922
  • Коваленков В.И.
SU334A1
ШАРАПОВА А.В., Обезвреживание сточных вод от тяжёлых металлов под действием ультразвука и утилизацияпротивообледенительных жидкостей с применением природных сорбентов, автореф
дисс
канд
хим
наук, Ульяновск, 2015, главы 2-3.

RU 2 620 809 C1

Авторы

Лукьянов Антон Александрович

Кочеткова Ксения Владимировна

Фаизов Радик Растямович

Исаев Артем Владимирович

Бузаева Мария Владимировна

Давыдова Ольга Александровна

Климов Евгений Семенович

Даты

2017-05-29Публикация

2016-01-26Подача