Способ получения сорбента Российский патент 2023 года по МПК B01J20/04 B01J20/26 B01J20/30 G21F9/12 

Описание патента на изобретение RU2787817C1

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для получения сорбента, который применяют для очистки радиационно загрязненных вод от радионуклида цезия Cs-137.

Известны хитозан-ферроцианидные сорбенты на основе ферроцианидов Ni-K, Cu-K и Zn-K для концентрирования Cs-137 из морской воды (см. Tokar’, E., Zemskova, L., Tutov, M. et al. Development and practical evaluation of the scheme for 137Cs concentrating from seawater using chitosan and mixed ferrocyanides of Zn-K and Ni-K. J Radioanal Nucl Chem 325, (2020), p. 567-575).

В динамических условиях эффективность сорбции Cs-137 и элюирования CFS Zn-K превышает 95%. Предложена двухступенчатая схема концентрирования Cs-137 из морской воды. Первый этап - это удаление радионуклида из морской воды сорбентом CFS Zn-K, а второй этап - сорбция Cs-137 из элюата сорбентом CFS Ni-K.

Недостатком известного решения является необходимость поэтапного применения разных сорбентов.

В качестве ближайшего аналога принят способ получения сорбента, при котором соединяют при перемешивании раствор соли металла и раствор калия железосинеродистого, образовавшийся в результате взаимодействия солей осадок промывают водой, сушат и гранулируют (см. патент РФ № 2069094, МПК B01J 20/02, 1996 г.).

Недостатком ближайшего аналога является тот факт, что он предназначен для выделения радионуклидов цезия Cs-137 из организма животных и не подходит для очистки вод.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка технологии получения сорбента, используемого для очистки радиационно загрязненных вод от радионуклида цезия Cs-137.

Технический результат, проявляющийся при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении высокой степени очистки радиационно загрязненных вод от радионуклида цезия Cs-137.

Поставленная задача решается тем, что способ получения сорбента, при котором соединяют при перемешивании раствор соли металла и раствор калия железосинеродистого, образовавшийся в результате взаимодействия солей осадок промывают водой, сушат и гранулируют, отличается тем, что соединяют при перемешивании со скоростью 800-1000 об/мин в течение 60 минут раствор соли металла, в качестве которого используют 0,18 М водный раствор хлорида металла, и 0,08 М водный раствор калия железосинеродистого при их объемном соотношении 1:1, образовавшийся осадок промывают дистиллированной водой и сушат до постоянного веса при температуре 100°С, затем гранулируют и отделяют фракцию полученного ферроцианида Ме-K с размером частиц 0,2-0,3 мм, готовят гомогенный раствор, для чего соединяют при перемешивании со скоростью 400-600 об/мин и нагреве до температуры 120°С полиэтилен высокого давления и толуол при их соотношении 1 г:150 мл, в полученный гомогенный раствор вносят ферроцианид Ме-K с размером частиц 0,2-0,3 мм при массовом соотношении полиэтилена высокого давления и ферроцианида Ме-K 1:5 и перемешивают со скоростью 400-600 об/мин при нагреве до температуры 120°С в течение 30 минут, далее полученный раствор остывает естественным путем при перемешивании в течение 30 минут, после чего полученный осадок отделяют фильтрованием и сушат в течение 24 часов при комнатной температуре.

Кроме того, в качестве хлорида металла используют хлорид никеля.

Кроме того, в качестве хлорида металла используют хлорид цинка.

Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

При этом признаки формулы изобретения обеспечивает решение следующих функциональных задач.

Признаки «соединяют при перемешивании со скоростью 800-1000 об/мин в течение 60 минут раствор соли металла, в качестве которого используют 0,18 М водный раствор хлорида металла, и 0,08 М водный раствор калия железосинеродистого при их объемном соотношении 1:1, образовавшийся осадок промывают дистиллированной водой и сушат до постоянного веса при температуре 100°С, затем гранулируют и отделяют фракцию полученного ферроцианида Ме-K с размером частиц 0,2-0,3 мм» описывают технологию получения ферроцианида Ме-K с заданным размером частиц.

Признаки «готовят гомогенный раствор, для чего соединяют при перемешивании со скоростью 400-600 об/мин и нагреве до температуры 120°С полиэтилен высокого давления и толуол при их соотношении 1 г:150 мл, в полученный гомогенный раствор вносят ферроцианид Ме-K с размером частиц 0,2-0,3 мм при массовом соотношении полиэтилена высокого давления и ферроцианида Ме-K 1:5 и перемешивают со скоростью 400-600 об/мин при нагреве до температуры 120°С в течение 30 минут, далее полученный раствор остывает естественным путем при перемешивании в течение 30 минут, после чего полученный осадок отделяют фильтрованием и сушат в течение 24 часов при комнатной температуре» позволяют придать готовому сорбенту гидрофобные свойства за счет внедрения в его структуру волокон полиэтилена.

Признаки зависимых пунктов формулы описывают используемые для получения ферроцианида Ме-K хлориды металлов.

На фиг. 1 приведены рентгенограммы сорбентов:

а - полученный на основе ферроцианида K-Ni;

б - полученный на основе ферроцианида K-Zn.

На фиг. 2 изображены снимки поверхности сорбентов, сделанные сканирующим электронным микроскопом:

а - полученный на основе ферроцианида K-Ni;

б - полученный на основе ферроцианида K-Zn.

На фиг. 3 показаны экспериментальные значения сорбции сорбентов, полученных на основе ферроцианидов K-Ni (а) и K-Zn (б).

На чертежах обозначены:

1 - аппроксимация экспериментальных значений;

2 - аппроксимация экспериментальных значений с использованием уравнения Ленгмюра;

3 - аппроксимация экспериментальных значений с использованием уравнения Фрейндлиха.

Заявляемый способ осуществляют на стандартном оборудовании в два этапа.

На первом этапе получают ферроцианид Ме-K.

Для этого соединяют при перемешивании со скоростью 800-1000 об/мин в течение 60 минут раствор соли металла, в качестве которого используют 0,18 М водный раствор хлорида металла, и 0,08 М водный раствор калия железосинеродистого при их объемном соотношении 1:1, образовавшийся осадок промывают дистиллированной водой и сушат до постоянного веса при температуре 100°С, затем гранулируют и отделяют фракцию полученного ферроцианида Ме-K с размером частиц 0,2-0,3 мм.

На втором этапе внедряют волокна полиэтилена в структуру.

Для этого готовят гомогенный раствор, для чего соединяют при перемешивании со скоростью 400-600 об/мин и нагреве до температуры 120°С полиэтилен высокого давления и толуол при их соотношении 1 г:150 мл, в полученный гомогенный раствор вносят ферроцианид Ме-K с размером частиц 0,2-0,3 мм при массовом соотношении полиэтилена высокого давления и ферроцианида Ме-K 1:5 и перемешивают со скоростью 400-600 об/мин при нагреве до температуры 120°С в течение 30 минут, далее полученный раствор остывает естественным путем при перемешивании в течение 30 минут, после чего полученный осадок отделяют фильтрованием и сушат в течение 24 часов при комнатной температуре.

Как видно на фиг. 1, полученные сорбенты имеют высокоорганизованную кристаллическую структуру, о чем свидетельствует наличие пиков на рентгенограммах.

Исследование микроскопических характеристик (см. фиг. 2) позволили установить, что морфология поверхности полученных сорбентов имеет рыхлую неупорядоченную микроструктуру.

Анализируя участки поверхности сорбентов, характеризующихся отсутствием включений полиэтилена, можно говорить о том, что их структура гомогенна и однородна, что свидетельствует о равномерном распределении компонентов ферроцианидной составляющей.

Исследованы сорбционные свойства сорбентов, полученных на основе ферроцианидов K-Ni, K-Zn в составе с полиэтиленом (см. фиг. 3) путем сорбции стабильного изотопа цезия Cs-133 из растворов дистиллированной и морской воды, содержание в которых цезия составляло приблизительно 150 мг/л (концентрация цезия в дистиллированной воде 160 мг/л, в морской воде - 177 мг/л). На основании остаточного содержания цезия в анализируемых пробах были рассчитаны сорбционные показатели полученных сорбентов.

Характеристики сорбции определяли расчетным путем с помощью уравнений Ленгмюра и Фрейндлиха, константы которых (константы адсорбционного равновесия K1 и предельной сорбции Gmax уравнения Ленгмюра, константы Kf и m изотермы Фрейндлиха, а также коэффициенты корреляции R2), рассчитанные после аппроксимации экспериментальных данных, приведены в таблице 1.

Таблица 1

Константы уравнений Ленгмюра и Фрейндлиха,

рассчитанные после аппроксимации экспериментальных данных

Уравнение Параметры KNiFC-Pe KZnFC-Pe Ленгмюра Gmax 249,34±32,3 246±10,6 K1 0,010±0,004 0,009±0,003 R2 0,96 0,96 Фрейндлиха Kf 27,8±5,16 24,17±11,54 m 0,236±0,047 0,448±0,11 R2 0,91 0,88

Степень очистки исследуемых растворов от цезия с применением сорбентов, полученных на основе ферроцианидов K-Ni, K-Zn в составе с полиэтиленом может достигать 96%.

Величина коэффициента распределения Кр цезия на образцах достигает 104-105 мл/г, что говорит о хороших сорбционных свойствах материалов по отношению к радионуклиду цезия Cs-137.

Похожие патенты RU2787817C1

название год авторы номер документа
Способ получения сорбента для извлечения ионов цезия 2018
  • Шапкин Николай Павлович
  • Мацкевич Анна Игоревна
  • Токарь Эдуард Анатольевич
  • Папынов Евгений Константинович
  • Хальченко Ирина Григорьевна
  • Завьялов Алексей Павлович
RU2701530C1
Способ получения магнитного композиционного сорбента 2022
  • Папынов Евгений Константинович
  • Шичалин Олег Олегович
  • Драньков Артур Николаевич
  • Непомнющая Валерия Александровна
  • Белов Антон Алексеевич
  • Иванов Никита Павлович
RU2826365C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕОРГАНИЧЕСКОГО СОРБЕНТА НА ОСНОВЕ ФЕРРОЦИАНИДА ЖЕЛЕЗА 1992
  • Кудрявский Ю.П.
  • Калинин Н.Ф.
  • Бондарев Э.И.
  • Колесников В.А.
  • Яковенко Б.И.
RU2069094C1
Способ получения алюмосиликатного сорбента 2022
  • Папынов Евгений Константинович
  • Шичалин Олег Олегович
  • Драньков Артур Николаевич
  • Непомнющая Валерия Александровна
  • Белов Антон Алексеевич
  • Азон Семен Александрович
RU2825254C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИТНЫХ СОРБЕНТОВ НА ОСНОВЕ ЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ НОСИТЕЛЕЙ 1997
  • Ремез Виктор Павлович
RU2111050C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИТНЫХ СОРБЕНТОВ, СЕЛЕКТИВНЫХ К РАДИОНУКЛИДАМ ЦЕЗИЯ 2015
  • Земскова Лариса Алексеевна
  • Егорин Андрей Михайлович
  • Сергиенко Валентин Иванович
RU2618705C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРНОГО ГИДРОГЕЛЯ 2016
  • Данилин Лев Дмитриевич
RU2616064C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОСЛОЙНЫХ ФЕРРОЦИАНИДНЫХ СОРБЕНТОВ 1999
  • Меркушкин А.О.
  • Медведев В.П.
  • Резчиков Д.Е.
RU2172208C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА НА ОСНОВЕ ОКСИДОВ ВОЛЬФРАМА ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ СТРОНЦИЯ-90 ИЗ ЖИДКИХ СРЕД 2020
  • Драньков Артур Николаевич
  • Егорин Андрей Михайлович
  • Папынов Евгений Константинович
RU2747048C1
КОЛЛОИДНО-УСТОЙЧИВЫЙ НАНОРАЗМЕРНЫЙ СОРБЕНТ ДЛЯ ДЕЗАКТИВАЦИИ ТВЕРДЫХ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ И СПОСОБ ДЕЗАКТИВАЦИИ ТВЕРДЫХ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ С ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ 2008
  • Братская Светлана Юрьевна
  • Авраменко Валентин Александрович
  • Сергиенко Валентин Иванович
  • Корчагин Юрий Павлович
  • Егорин Андрей Михайлович
RU2401469C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 787 817 C1

Реферат патента 2023 года Способ получения сорбента

Изобретение относится к способу получения сорбента, при котором соединяют при перемешивании раствор соли металла и раствор калия железосинеродистого, образовавшийся в результате взаимодействия солей осадок промывают водой, сушат и гранулируют, отличающемуся тем, что соединяют при перемешивании со скоростью 800-1000 об/мин в течение 60 минут раствор соли металла, в качестве которого используют 0,18 М водный раствор хлорида металла, и 0,08 М водный раствор калия железосинеродистого при их объемном соотношении 1:1, образовавшийся осадок промывают дистиллированной водой и сушат до постоянного веса при температуре 100°С, затем гранулируют и отделяют фракцию полученного ферроцианида Ме-K с размером частиц 0,2-0,3 мм, готовят гомогенный раствор, для чего соединяют при перемешивании со скоростью 400-600 об/мин и нагреве до температуры 120°С полиэтилен высокого давления и толуол при их соотношении 1 г:150 мл, в полученный гомогенный раствор вносят ферроцианид Ме-K с размером частиц 0,2-0,3 мм при массовом соотношении полиэтилена высокого давления и ферроцианида Ме-K 1:5 и перемешивают со скоростью 400-600 об/мин при нагреве до температуры 12°С в течение 30 минут, далее полученный раствор остывает естественным путем при перемешивании в течение 30 минут, после чего полученный осадок отделяют фильтрованием и сушат в течение 24 часов при комнатной температуре. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

Формула изобретения RU 2 787 817 C1

1. Способ получения сорбента, при котором соединяют при перемешивании раствор соли металла и раствор калия железосинеродистого, образовавшийся в результате взаимодействия солей осадок промывают водой, сушат и гранулируют, отличающийся тем, что соединяют при перемешивании со скоростью 800-1000 об/мин в течение 60 минут раствор соли металла, в качестве которого используют 0,18 М водный раствор хлорида металла, и 0,08 М водный раствор калия железосинеродистого при их объемном соотношении 1:1, образовавшийся осадок промывают дистиллированной водой и сушат до постоянного веса при температуре 100°С, затем гранулируют и отделяют фракцию полученного ферроцианида Ме-K с размером частиц 0,2-0,3 мм, готовят гомогенный раствор, для чего соединяют при перемешивании со скоростью 400-600 об/мин и нагреве до температуры 120°С полиэтилен высокого давления и толуол при их соотношении 1 г:150 мл, в полученный гомогенный раствор вносят ферроцианид Ме-K с размером частиц 0,2-0,3 мм при массовом соотношении полиэтилена высокого давления и ферроцианида Ме-K 1:5 и перемешивают со скоростью 400-600 об/мин при нагреве до температуры 120°С в течение 30 минут, далее полученный раствор остывает естественным путем при перемешивании в течение 30 минут, после чего полученный осадок отделяют фильтрованием и сушат в течение 24 часов при комнатной температуре.

2. Способ получения сорбента по п.1, отличающийся тем, что в качестве хлорида металла используют хлорид никеля.

3. Способ получения сорбента по п.1, отличающийся тем, что в качестве хлорида металла используют хлорид цинка.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2023 года RU2787817C1

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕОРГАНИЧЕСКОГО СОРБЕНТА НА ОСНОВЕ ФЕРРОЦИАНИДА ЖЕЛЕЗА 1992
  • Кудрявский Ю.П.
  • Калинин Н.Ф.
  • Бондарев Э.И.
  • Колесников В.А.
  • Яковенко Б.И.
RU2069094C1
ПЛАВАЮЩИЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДНЫХ СРЕД ОТ РАДИОНУКЛИДОВ ЦЕЗИЯ И/ИЛИ НЕФТЕПРОДУКТОВ 2002
  • Гончаров Б.В.
  • Доильницын В.А.
  • Янкевич М.И.
  • Квитко К.В.
  • Суржко Л.Ф.
  • Хадеева В.В.
  • Утин А.В.
RU2231838C1
KR 20190090521, 02.08.2019
Егорин А
М
и др
Способ приготовления строительного изолирующего материала 1923
  • Галахов П.Г.
SU137A1
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. 1921
  • Богач Б.И.
SU3A1
Саморазгружающаяся платформа 1922
  • Пригоровский А.М.
SU385A1

RU 2 787 817 C1

Авторы

Драньков Артур Николаевич

Балыбина Валерия Александровна

Токарь Эдуард Анатольевич

Тананаев Иван Гундарович

Даты

2023-01-12Публикация

2021-10-20Подача