Изобретение относится к химической промышленности, а именно, к способам извлечения ионов тяжелых металлов сорбцией на природных целлюлозосодержащих сорбентах, из растворов различного состава, образующихся в результате проведения разнообразных технологических процессов, и может быть использовано для совершенствования мембранных и сорбционных технологий, в водоподготовке, при разработке технологий утилизации ионов тяжелых металлов из водных растворов и сточных вод различной природы.
Известен способ очистки сточных вод промышленных предприятий от тяжелых металлов, в частности от ионов меди, путем сорбции на древесных опилках, обработанных 4-метил-8-оксо-5-азадекадиен-3,9-ОН-2 при массовом соотношении опилки - реагент 1 : 0,05÷0,1 [А.с. 1819669 СССР, МКИ5 В01J 20/22. Способ получения сорбента для очистки сточных вод меди // Тимофеева С.С., Кухарев Б.Ф., Станкевич В.К., Клименко Г.Р. - № 4911863/05; заявл. 15.05.91.; опубл. 7.06.93, Бюл. № 21.].
Известен способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов путем контактирования их при комнатной температуре в течение 1-20 мин с полимерными сорбентами на основе целлюлозы, модифицированными при микроволновом облучении мощностью 300 Вт с частотой 2,45 ГГц при модуле раствор/сорбент, равном 50-200. При этом модифицирование сорбентов осуществляют путем их предварительного погружения в водный раствор капролактама или кубового остатка дистилляции капролактама с концентрацией 2-20 г/л при модуле 15-50 с последующим отжимом и микроволновым облучением в течение 1-5 мин при температуре 150-200°C, а контактирование модифицированных сорбентов с водными растворами проводят при pH раствора 3-7 [Патент № 2495830 РФ, МПК С02F 1/28, 1/62; B01J 20/24, 20/32. Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов / Никифорова Т.Е., Козлов В.А., Ефимов Н.А.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" (ГОУВПО "ИГХТУ") (RU). - № 2012117931/05, 28.04.2012; опубл. 20.10.2013, Бюл. №29].
Однако в этом способе обработка сорбентов проводится при высокой температуре (150-200°C) и с использованием микроволнового облучения.
Известен способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов путем контактирования их при комнатной температуре в течение 1-20 мин с модифицированными полимерными сорбентами на основе целлюлозы при модуле раствор / сорбент, равном 50-200, в котором модифицирование сорбентов осуществляют путем нанесения на них углеродных нанотрубок при ультразвуковом воздействии с рабочей частотой 35 кГц при комнатной температуре в течение 2-10 мин в водном растворе, содержащем 3-12 % полиакриловой кислоты и 0,1-1 % нанотрубок от массы сорбента при модуле раствор / сорбент 10 с последующей обработкой сорбентов в растворе акриловой кислоты в присутствии инициатора при температуре 60-90ºС при перемешивании в течение 30-90 мин, при этом обработку сорбентов с нанесенными углеродными нанотрубками осуществляют в растворе с содержанием акриловой кислоты 15-25 % и инициатора персульфата аммония 1,5-2,5 % от массы сорбента при модуле раствор / сорбент 10 с последующей промывкой, отжимом и высушиванием до влажности 14 % [Пат. 2598483 РФ, МПК С02F 1/28, 1/62, B01J 20/00. Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов / Никифорова Т.Е., Козлов В.А., Натареев С.В., Гайнуллина А.М.; заявитель и патентообладатель Иван. гос. хим-тех. ун-т. - №2015125938/05; заявл. 29.06.2015; опубл. 27.09.2016, Бюл. № 27].
Однако при использовании этого способа достигается недостаточно высокая степень извлечения ионов тяжелых металлов. Кроме того, предусмотрено применение ультразвуковой обработки сорбентов, требующей специальной аппаратуры.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, то есть прототипом, является способ модифицирования сорбентов для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов, заключающийся в контактировании их при комнатной температуре с модифицированными полимерными сорбентами на основе целлюлозы при модуле раствор/сорбент, равном 50-200, при этом модифицирование сорбентов осуществляют путем нанесения на них углеродных нанотрубок (УНТ), в котором углеродные нанотрубки предварительно окисляют концентрированной азотной кислотой при модуле 50-100 при комнатной температуре в течение 60-90 мин или растворами бихромата калия или перманганата калия при рН 2-4, модуле раствора 50-100 и температуре 50-60°С в течение 20-30 мин, затем углеродные нанотрубки отделяют, промывают дистиллированной водой, высушивают и обрабатывают тионилхлоридом при модуле тионилхлорид/УНТ 30-50 при нагревании с обратным холодильником при температуре 75-80°С в течение 15-20 мин с последующей промывкой, отжимом и высушиванием до постоянного веса, после чего проводят модификацию полимерных сорбентов на основе целлюлозы обработанными углеродными нанотрубками в количестве 10-20% от массы сорбента в толуоле при модуле толуол/сорбент 1-2 при комнатной температуре в течение 1-2 ч, затем готовый сорбент отделяют от толуола центрифугированием, промывают дистиллированной водой и высушивают, а контактирование их с модифицированными полимерными сорбентами на основе целлюлозы осуществляют в течение 20-30 мин [Пат. 2768623 РФ, МПК С 1 51, B 01 J 20/24, B 01 J 20/32, C02F 1/28. Способ модифицирования сорбентов для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов [Текст] / Никифорова Т.Е., Козлов В.А., Натареев С.В., Вокурова Д.А.; заявитель и патентообладатель Иван. гос. хим-тех. ун-т. - №2021116849; заявл. 10.06.2021; опубл. 24.03.2022, Бюл. № 9.]
Недостатком прототипа является:
- недостаточно высокая степень извлечения ионов тяжелых металлов;
Техническим результатом изобретения является:
- повышение степени извлечения ионов тяжелых металлов.
Указанный результат достигается тем, что в способе модифицирования сорбентов для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов, заключающемся в контактировании их при комнатной температуре с модифицированными полимерными сорбентами на основе целлюлозы при модуле раствор/сорбент, равном 50-200 в течение 20-30 мин, при этом модифицирование сорбентов осуществляют путем нанесения на них окисленных и обработанных тионилхлоридом углеродных нанотрубок (УНТ) в количестве 10-20% от массы сорбента в толуоле при модуле толуол/сорбент 1-2 при комнатной температуре в течение 1-2 ч, затем готовый сорбент отделяют от толуола центрифугированием, промывают дистиллированной водой и высушивают, согласно изобретению, УНТ окисляют концентрированной серной кислотой при модуле 50-100 при комнатной температуре в течение 1,5-2 ч, промывают водой, высушивают, после чего окисленные УНТ последовательно обрабатывают тионилхлоридом при модуле 50 при комнатной температуре в течение 2-4 ч и этилендиамином при модуле 200 при 70 С в течение 2-3 ч, промывают несколько раз поочередно дистиллированной водой и этанолом до рН 7, причем полимерные сорбенты на основе целлюлозы предварительно обрабатывают раствором окислителя, выбранного из метаперйодата натрия, йодной кислоты или гипохлорита натрия, при концентрации окислителя 0,1-0,3 М, при рН раствора 2,5-4,5, при модуле раствор/сорбент 15-50, при температуре 40-55°C, в течение 2-4 часов, до содержания альдегидных групп в сорбенте 10-12%.
Для осуществления заявляемого способа извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов используют следующие реагенты:
- углеродные нанотрубки (УНТ) «Таунит–М» (ТУ 2166-001-02069289-2006, ООО «НаноТехЦентр».
Углеродный наноматериал «Таунит-М» представляет собой одномерные наномасштабные нитевидные образования поликристаллического графита длиной более 2 мкм с наружными диаметрами от 15 до 40 нм в виде сыпучего порошка черного цвета.
- спирт этиловый ректификованный из пищевого сырья ГОСТ 5962-2013. Технические условия
- серная кислота. ГОСТ 4204-77. Реактивы. Кислота серная. Технические условия.
- гидроксид натрия ГОСТ Р 55064-2012 натр едкий технический. Технические условия.
- тионилхлорид- SOCl2 [Номер CAS 7719-09-7].
- этилендиамин [ТУ 6-02-622-86 Этилендиамин технический].
- йодная кислота - HIO4 [ТУ 6-09-02-87-74];
- метаперйодат натрия – NaIO4 [ТУ 6-09-02-54-74];
- гипохлорит натрия - NaOCl [ГОСТ 11086-76. Гипохлорит натрия. Технические условия.].
- ацетон [ГОСТ 2768-84. Ацетон технический. Технические условия.].
В качестве сорбентов использовали:
- короткое льняное волокно, представляющее собой вторичный продукт переработки льняной промышленности следующего состава, %: целлюлоза (75…78), гемицеллюлоза (9,4…11,9), лигнин (3,8), пектиновые вещества (2,9…3,2), воскообразные вещества (2,7), азотсодержащие вещества в расчете на белки (1,9…2,1), минеральные вещества (1,3…2,8) [Кричевский Г.Е., Корчагин М.В., Сенахов А.В. Химическая технология текстильных материалов. М., 1985. 640 с.];
- древесные опилки - отход деревообрабатывающей промышленности (состав, % от абсолютно сухой древесины: целлюлоза – 31,0-52,5; лигнин – 19,5-30,9; пентозаны - 5,3-28,3; маннан – 1,3-11,3; галактан – 0,7-14,4; уроновые кислоты -2,9-8,6; вещества, экстрагируемые горячей водой – 1,4-22,6; вещества, экстрагируемые этиловым эфиром – 0,7-4,6; зола – 0,2-1,0) [Никитин В.М., Оболенская А.В. Щеголев В.П. Химия древесины и целлюлозы. М.: Лесная промышленность, 1978. - 368 с.];
- хлопковая целлюлоза [ГОСТ 595-79 «Целлюлоза хлопковая. Технические условия.];
- древесная целлюлоза [ГОСТ 11208-82. Целлюлоза древесная (хвойная) сульфатная небеленая. Технические условия.].
- стебли топинамбура представляют собой отход сельскохозяйственного производства следующего состава (в пересчете на сухое вещество): 55,8 % углеводов (целлюлоза, гемицеллюлозы, инулин, пектиновые вещества), 10% белков, 18,1% безазотистых экстрактивных веществ 14,3% минеральных веществ и 1,8% жиров [Рязанова, Т.В. Химический состав вегетативной части топинамбура и ее использование / Т.В. Рязанова, Н.А. Чупрова, Л.А. Дорофеева, А.В. Богданов // Лесной журнал.- 1997.- №4.- С. 71-75.]/
Стебли топинамбура очищают от внешнего слоя и измельчают.
Изобретение осуществляют следующим образом.
Окисление сорбента на основе целлюлозы метаперйодатом натрия, йодной кислотой или гипохлоритом натрия с образованием диальдегидцеллюлозы осуществляют до содержания альдегидных групп в сорбенте 10-12 % следующим образом.
В стеклянную емкость из темного стекла вместимостью 0,5 л с притертой пробкой помещали 10 г (~ 0,06 моль) сорбента на основе целлюлозы и заливали его водным 0,1-0,3 М раствором окислителя (модуль раствор/сорбент 15-50, рН 2,5-4,5), тщательно взбалтывали и выдерживали в течение 2-4 часов при температуре 40-55°C, при этом периодически отбирали пробы на содержание в растворе перйодат- ионов. Определение содержания в растворе перйодат- ионов проводили спектрофотометрически по оптической плотности растворов.
По окончании реакции окисленный сорбент отфильтровывали от раствора и последовательно промывали водой и ацетоном и высушивали в темноте при комнатной температуре. В окисленном сорбенте определяли содержание альдегидных групп методом йодометрического титрования [Васильев, В.П. Аналитическая химия. Лабораторный практикум: учеб. пособие для вузов химико-технол. профиля/ В.П. Васильев, Р.П. Морозова, Л.А. Кочергина; под ред. В.П. Васильева. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Дрофа,2004. – 415с.].
Пример 1
1 этап – окисление и обработка УНТ
1 г УНТ «Таунит-М» заливают 100 мл концентрированной серной кислоты (модуль 100) и проводят их окисление при комнатной температуре в течение 1,5 ч. Затем не прореагировавшую концентрированную серную кислоту отделяют от углеродных нанотрубок декантацией (или фильтрованием), УНТ промывают дистиллированной водой и высушивают.
1 г окисленных УНТ заливают 50 мл тионилхлорида (модуль 50) и обрабатывают при комнатной температуре в течение 2 ч, затем тионилхлорид отфильтровывают и заливают 200 мл этилендиамина (модуль 200) и выдерживают при 70ºС с обратным холодильником в течение 3 ч, промывают несколько раз поочередно дистиллированной водой и этанолом до рН 7 и высушивают.
2 этап – окисление целлюлозных материалов
10 г древесных опилок заливают 200 мл 0,3 М водного раствора йодной кислоты (модуль 20) при рН 3,5 и подвергают воздействию окислителя при температуре 55°С в течение 2 ч, затем массу промывают дистиллированной водой для удаления непрореагировавших реагентов и побочных продуктов.
3 этап – модификация окисленных целлюлозных материалов обработанными УНТ
2 г окисленных и обработанных тионилхлоридом и этилендиамином УНТ «Таунит-М» (20% от массы сорбента) помещают в стакан, содержащий 20 мл толуола, и растворяют при перемешивании. Затем в полученный раствор вводят 10 г окисленных древесных опилок с содержанием альдегидных групп 10,5 % (модуль толуол/сорбент 2) и выдерживают 1 ч при комнатной температуре. Готовый сорбент отделяют центрифугированием от толуола, промывают дистиллированной водой и высушивают.
Модифицированный сорбент заливают 0,5 л водного раствора при комнатной температуре (модуль 50), pH 5, содержащего 1,5 ммоль/л ионов меди. Через 20 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов Cu(II).
Концентрация ионов меди в растворе после контактирования с сорбентом составила 0,234 ммоль/л (степень извлечения 84,4%).
Пример 2
1 этап – окисление и обработка УНТ
1 г УНТ «Таунит-М» заливают 100 мл концентрированной серной кислоты (модуль 100) и проводят их окисление при комнатной температуре в течение 2 ч. Затем не прореагировавшую концентрированную серную кислоту отделяют от углеродных нанотрубок декантацией (или фильтрованием), УНТ промывают дистиллированной водой и высушивают.
1 г окисленных УНТ заливают 50 мл тионилхлорида (модуль 50) и обрабатывают при комнатной температуре в течение 3 ч, затем тионилхлорид отфильтровывают и заливают 200 мл этилендиамина (модуль 200) и выдерживают при 70ºС с обратным холодильником в течение 3 ч, промывают несколько раз поочередно дистиллированной водой и этанолом до рН 7 и высушивают.
2 этап – окисление целлюлозных материалов
10 г хлопковой целлюлозы заливают 400 мл 0,2М водного раствора метаперйодата натрия (модуль 40) при рН 2,5 и подвергают воздействию окислителя при температуре 45°С в течение 3 ч, затем массу промывают дистиллированной водой для удаления непрореагировавших реагентов и побочных продуктов,
3 этап – модификация окисленных целлюлозных материалов обработанными УНТ
1 г окисленных и обработанных тионилхлоридом и этилендиамином УНТ «Таунит-М» (10% от массы сорбента) помещают в стакан, содержащий 10 мл толуола, и растворяют при перемешивании. Затем в полученный раствор вводят 10 г окисленной хлопковой целлюлозы с содержанием альдегидных групп 11 % (модуль толуол/сорбент 1) и выдерживают 1,5 ч при комнатной температуре. Готовый сорбент отделяют центрифугированием от толуола, промывают дистиллированной водой и высушивают.
Модифицированный сорбент заливают 1,5 л водного раствора при комнатной температуре (модуль 150), pH 3, содержащего 1,5 ммоль/л ионов никеля. Через 25 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов Ni(II). Концентрация ионов никеля в растворе после контактирования с сорбентом составила 0,258 ммоль/л (степень извлечения 82,8%).
Пример 3
1 этап – окисление и обработка УНТ
1 г УНТ «Таунит-М» заливают 60 мл концентрированной серной кислоты (модуль 60) и проводят их окисление при комнатной температуре в течение 2 ч. Затем не прореагировавшую концентрированную серную кислоту отделяют от углеродных нанотрубок декантацией (или фильтрованием), УНТ промывают дистиллированной водой и высушивают.
1 г окисленных УНТ заливают 50 мл тионилхлорида (модуль 50) и обрабатывают при комнатной температуре в течение 2 ч, затем тионилхлорид отфильтровывают и заливают 200 мл этилендиамина (модуль 200) и выдерживают при 70ºС с обратным холодильником в течение 2 ч, промывают несколько раз поочередно дистиллированной водой и этанолом до рН 7 и высушивают.
2 этап – окисление целлюлозных материалов
10 г короткого льняного волокна заливают 150 мл 0,1М водного раствора метаперйодата натрия (модуль 15) при рН 4,5 и подвергают воздействию окислителя при температуре 43°С в течение 3,5 ч, затем массу промывают дистиллированной водой для удаления непрореагировавших реагентов и побочных продуктов
3 этап – модификация окисленных целлюлозных материалов обработанными УНТ
2 г окисленных и обработанных тионилхлоридом и этилендиамином УНТ «Таунит-М» (20% от массы сорбента) помещают в стакан, содержащий 20 мл толуола, и растворяют при перемешивании. Затем в полученный раствор вводят 10 г окисленного короткого льняного волокна с содержанием альдегидных групп 12 % (модуль толуол/сорбент 2) и выдерживают 1 ч при комнатной температуре. Готовый сорбент отделяют центрифугированием от толуола, промывают дистиллированной водой и высушивают.
Модифицированный сорбент заливают 2 л водного раствора при комнатной температуре (модуль 200), pH 6, содержащего 1,5 ммоль/л ионов цинка. Через 30 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов Zn(II). Концентрация ионов цинка в растворе после контактирования с сорбентом составила 0,231 ммоль/л (степень извлечения 84,6%).
Пример 4
1 этап – окисление и обработка УНТ
1 г УНТ «Таунит-М» заливают 80 мл концентрированной серной кислоты (модуль 80) и проводят их окисление при комнатной температуре в течение 1,5 ч. Затем не прореагировавшую концентрированную серную кислоту отделяют от углеродных нанотрубок декантацией (или фильтрованием), УНТ промывают дистиллированной водой и высушивают.
1 г окисленных УНТ заливают 50 мл тионилхлорида (модуль 50) и обрабатывают при комнатной температуре в течение 2,5 ч, затем тионилхлорид отфильтровывают и заливают 200 мл этилендиамина (модуль 200) и выдерживают при 70ºС с обратным холодильником в течение 2,5 ч, промывают несколько раз поочередно дистиллированной водой и этанолом до рН 7 и высушивают.
2 этап – окисление целлюлозных материалов
10 г древесной целлюлозы заливают 250 мл 0,15M водного раствора гипохлорита натрия (модуль 25) при рН 3 и подвергают воздействию окислителя при температуре 40°С в течение 4 ч, затем массу промывают дистиллированной водой для удаления непрореагировавших реагентов и побочных продуктов,
3 этап – модификация окисленных целлюлозных материалов обработанными УНТ
1,5 г окисленных и обработанных тионилхлоридом и этилендиамином УНТ «Таунит-М» (15% от массы сорбента) помещают в стакан, содержащий 15 мл толуола, и растворяют при перемешивании. Затем в полученный раствор вводят 10 г окисленной древесной целлюлозы с содержанием альдегидных групп 11,5 % (модуль толуол/сорбент 1,5) и выдерживают 1 ч при комнатной температуре. Готовый сорбент отделяют центрифугированием от толуола, промывают дистиллированной водой и высушивают.
Модифицированный сорбент заливают 1 л водного раствора при комнатной температуре (модуль 100), pH 7, содержащего 1,5 ммоль/л ионов кадмия. Через 23 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов Cd(II). Концентрация ионов кадмия в растворе после контактирования с сорбентом составила 0,2475 ммоль/л (степень извлечения ионов Cd(II) 83,5%).
Пример 5
1 этап – окисление и обработка УНТ
1 г УНТ «Таунит-М» заливают 70 мл концентрированной серной кислоты (модуль 70) и проводят их окисление при комнатной температуре в течение 2 ч. Затем не прореагировавшую концентрированную серную кислоту отделяют от углеродных нанотрубок декантацией (или фильтрованием), УНТ промывают дистиллированной водой и высушивают.
1 г окисленных УНТ заливают 50 мл тионилхлорида (модуль 50) и обрабатывают при комнатной температуре в течение 3,5 ч, затем тионилхлорид отфильтровывают и заливают 200 мл этилендиамина (модуль 200) и выдерживают при 70ºС с обратным холодильником в течение 2 ч, промывают несколько раз поочередно дистиллированной водой и этанолом до рН 7 и высушивают.
2 этап – окисление целлюлозных материалов
10 г измельченных стеблей топинамбура заливают 500 мл 0,25 М водного раствора метаперйодата натрия (модуль 50) при рН 4 и подвергают воздействию окислителя при температуре 50°С в течение 2,5 ч, затем массу промывают дистиллированной водой для удаления непрореагировавших реагентов и побочных продуктов,
3 этап – модификация окисленных целлюлозных материалов обработанными УНТ
2 г окисленных и обработанных тионилхлоридом и этилендиамином УНТ «Таунит-М» (20% от массы сорбента) помещают в стакан, содержащий 20 мл толуола, и растворяют при перемешивании. Затем в полученный раствор вводят 10 г окисленных измельченных стеблей топинамбура с содержанием альдегидных групп 11 % (модуль толуол/сорбент 2) и выдерживают 1,5 ч при комнатной температуре. Готовый сорбент отделяют центрифугированием от толуола, промывают дистиллированной водой и высушивают.
Модифицированный сорбент заливают 0,6 л водного раствора при комнатной температуре (модуль 60), pH 5, содержащего 1,5 ммоль/л ионов кадмия. Через 26 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов Cd(II).
Концентрация ионов кадмия в растворе после контактирования с сорбентом составила 0,2445 ммоль/л (степень извлечения 83,7%).
Пример 6
1 этап – окисление и обработка УНТ
1 г УНТ «Таунит-М» заливают 90 мл концентрированной серной кислоты (модуль 90) и проводят их окисление при комнатной температуре в течение 2 ч. Затем не прореагировавшую концентрированную серную кислоту отделяют от углеродных нанотрубок декантацией (или фильтрованием), УНТ промывают дистиллированной водой и высушивают.
1 г окисленных УНТ заливают 50 мл тионилхлорида (модуль 50) и обрабатывают при комнатной температуре в течение 3,5 ч, затем тионилхлорид отфильтровывают и заливают 200 мл этилендиамина (модуль 200) и выдерживают при 70ºС с обратным холодильником в течение 3 ч, промывают несколько раз поочередно дистиллированной водой и этанолом до рН 7 и высушивают.
2 этап – окисление целлюлозных материалов
10 г древесных опилок заливают 200 мл 0,3 М водного раствора йодной кислоты (модуль 20) при рН 3,5 и подвергают воздействию окислителя при температуре 55°С в течение 2 ч, затем массу промывают дистиллированной водой для удаления непрореагировавших реагентов и побочных продуктов.
3 этап – модификация окисленных целлюлозных материалов обработанными УНТ
1 г окисленных и обработанных тионилхлоридом и этилендиамином УНТ «Таунит-М» (10% от массы сорбента) помещают в стакан, содержащий 20 мл толуола, и растворяют при перемешивании. Затем в полученный раствор вводят 10 г окисленных древесных опилок с содержанием альдегидных групп 10 % (модуль толуол/сорбент 2) и выдерживают 1,5 ч при комнатной температуре. Готовый сорбент отделяют центрифугированием от толуола, промывают дистиллированной водой и высушивают.
Модифицированный сорбент заливают 0,75 л водного раствора при комнатной температуре (модуль 75), pH 6, содержащего 1,5 ммоль/л ионов меди, никеля, цинка и кадмия в соотношении 1:1:1:1. Через 28 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов металлов.
Концентрация ионов Cu(II), Ni(II), Zn(II) и Cd(II) в растворе после контактирования с сорбентом составила 0,2955; 0,3075; 0,309; и 0,336 ммоль/л соответственно (степень извлечения 80,3; 79,5; 79,4 и 77,6%).
Пример 7
1 этап – окисление и обработка УНТ
1 г УНТ «Таунит-М» заливают 100 мл концентрированной серной кислоты (модуль 100) и проводят их окисление при комнатной температуре в течение 1,5 ч. Затем не прореагировавшую концентрированную серную кислоту отделяют от углеродных нанотрубок декантацией (или фильтрованием), УНТ промывают дистиллированной водой и высушивают.
1 г окисленных УНТ заливают 50 мл тионилхлорида (модуль 50) и обрабатывают при комнатной температуре в течение 2 ч, затем тионилхлорид отфильтровывают и заливают 200 мл этилендиамина (модуль 200) и выдерживают при 70ºС с обратным холодильником в течение 2 ч, промывают несколько раз поочередно дистиллированной водой и этанолом до рН 7 и высушивают.
2 этап – окисление целлюлозных материалов
10 г хлопковой целлюлозы заливают 400 мл 0,2М водного раствора метаперйодата натрия (модуль 40) при рН 2,5 и подвергают воздействию окислителя при температуре 45°С в течение 3 ч, затем массу промывают дистиллированной водой для удаления непрореагировавших реагентов и побочных продуктов,
3 этап – модификация окисленных целлюлозных материалов обработанными УНТ
2 г окисленных и обработанных тионилхлоридом и этилендиамином УНТ «Таунит-М» (20% от массы сорбента) помещают в стакан, содержащий 20 мл толуола, и растворяют при перемешивании. Затем в полученный раствор вводят 10 г окисленной хлопковой целлюлозы с содержанием альдегидных групп 10,5 % (модуль толуол/сорбент 2) и выдерживают 1 ч при комнатной температуре. Готовый сорбент отделяют центрифугированием от толуола, промывают дистиллированной водой и высушивают.
Модифицированный сорбент заливают 0,8 л водного раствора при комнатной температуре (модуль 80), pH 5, содержащего 1,5 ммоль/л ионов меди. Через 27 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов Cu(II).
Концентрация ионов меди в растворе после контактирования с сорбентом составила 0,228 ммоль/л (степень извлечения 84,8 %).
Пример 8
1 этап – окисление и обработка УНТ
1 г УНТ «Таунит-М» заливают 100 мл концентрированной серной кислоты (модуль 100) и проводят их окисление при комнатной температуре в течение 1,5 ч. Затем не прореагировавшую концентрированную серную кислоту отделяют от углеродных нанотрубок декантацией (или фильтрованием), УНТ промывают дистиллированной водой и высушивают.
1 г окисленных УНТ заливают 50 мл тионилхлорида (модуль 50) и обрабатывают при комнатной температуре в течение 2 ч, затем тионилхлорид отфильтровывают и заливают 200 мл этилендиамина (модуль 200) и выдерживают при 70ºС с обратным холодильником в течение 2 ч, промывают несколько раз поочередно дистиллированной водой и этанолом до рН 7 и высушивают.
2 этап – окисление целлюлозных материалов
10 г короткого льняного волокна заливают 150 мл 0,1М водного раствора метаперйодата натрия (модуль 15) при рН 4,5 и подвергают воздействию окислителя при температуре 43°С в течение 3,5 ч, затем массу промывают дистиллированной водой для удаления непрореагировавших реагентов и побочных продуктов
3 этап – модификация окисленных целлюлозных материалов обработанными УНТ
1,5 г окисленных и обработанных тионилхлоридом и этилендиамином УНТ «Таунит-М» (15% от массы сорбента) помещают в стакан, содержащий 15 мл толуола, и растворяют при перемешивании. Затем в полученный раствор вводят 10 г окисленного короткого льняного волокна с содержанием альдегидных групп 11 % (модуль толуол/сорбент 1,5) и выдерживают 2 ч при комнатной температуре. Готовый сорбент отделяют центрифугированием от толуола, промывают дистиллированной водой и высушивают.
Модифицированный сорбент заливают 1,25 л водного раствора при комнатной температуре (модуль 125), pH 3, содержащего 1,5 ммоль/л ионов никеля. Через 21 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов Ni(II). Концентрация ионов никеля в растворе после контактирования с сорбентом составила 0,2625 ммоль/л (степень извлечения 82,5%).
Пример 9
1 этап – окисление и обработка УНТ
1 г УНТ «Таунит-М» заливают 50 мл концентрированной серной кислоты (модуль 50) и проводят их окисление при комнатной температуре в течение 2 ч. Затем не прореагировавшую концентрированную серную кислоту отделяют от углеродных нанотрубок декантацией (или фильтрованием), УНТ промывают дистиллированной водой и высушивают.
1 г окисленных УНТ заливают 50 мл тионилхлорида (модуль 50) и обрабатывают при комнатной температуре в течение 4 ч, затем тионилхлорид отфильтровывают и заливают 200 мл этилендиамина (модуль 200) и выдерживают при 70ºС с обратным холодильником в течение 2,5 ч, промывают несколько раз поочередно дистиллированной водой и этанолом до рН 7 и высушивают.
2 этап – окисление целлюлозных материалов
10 г древесной целлюлозы заливают 250 мл 0,15M водного раствора гипохлорита натрия (модуль 25) при рН 3 и подвергают воздействию окислителя при температуре 40°С в течение 4 ч, затем массу промывают дистиллированной водой для удаления непрореагировавших реагентов и побочных продуктов,
3 этап – модификация окисленных целлюлозных материалов обработанными УНТ
2 г окисленных и обработанных тионилхлоридом и этилендиамином УНТ «Таунит-М» (20% от массы сорбента) помещают в стакан, содержащий 20 мл толуола, и растворяют при перемешивании. Затем в полученный раствор вводят 10 г окисленной древесной целлюлозы с содержанием альдегидных групп 12 % (модуль толуол/сорбент 2) и выдерживают 1,5 ч при комнатной температуре. Готовый сорбент отделяют центрифугированием от толуола, промывают дистиллированной водой и высушивают.
Модифицированный сорбент заливают 1,8 л водного раствора при комнатной температуре (модуль 180), pH 6, содержащего 1,5 ммоль/л ионов цинка. Через 29 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов Zn(II). Концентрация ионов цинка в растворе после контактирования с сорбентом составила 0,2325 ммоль/л (степень извлечения 84,5%).
Результаты опытов в сравнении с прототипом представлены в таблице.
Таблица
извлечения, %
Из приведенных в таблице данных следует, что предлагаемый способ позволяет решить поставленную задачу, а именно: повысить степень извлечения ионов тяжелых металлов на 1-5 %.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ СОРБЕНТОВ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ | 2022 |
|
RU2792209C1 |
| СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ СОРБЕНТОВ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ | 2021 |
|
RU2768623C1 |
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО СОРБЕНТА ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ | 2021 |
|
RU2786446C1 |
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО СОРБЕНТА ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ | 2021 |
|
RU2786447C1 |
| СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ СОРБЕНТОВ НА ОСНОВЕ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ | 2023 |
|
RU2816088C1 |
| Способ модифицирования сорбентов на основе целлюлозы для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов | 2019 |
|
RU2728150C1 |
| СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ СОРБЕНТОВ НА ОСНОВЕ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ | 2011 |
|
RU2471721C1 |
| СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ СОРБЕНТОВ НА ОСНОВЕ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ | 2022 |
|
RU2791803C1 |
| СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩИХ СОРБЕНТОВ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ | 2019 |
|
RU2712907C1 |
| СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ СОРБЕНТОВ НА ОСНОВЕ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ | 2019 |
|
RU2702568C1 |
Изобретение относится к химической промышленности, а именно к способам извлечения ионов тяжелых металлов сорбцией на природных целлюлозосодержащих сорбентах, из растворов различного состава. Способ модифицирования сорбентов на основе целлюлозы для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов заключается в нанесении на сорбенты окисленных и обработанных тионилхлоридом углеродных нанотрубок (УНТ), при этом количество УНТ составляет 10-20% от массы сорбента. УНТ окисляют концентрированной серной кислотой при модуле 50-100 при комнатной температуре в течение 1,5-2 ч, промывают водой, высушивают. Затем окисленные УНТ последовательно обрабатывают тионилхлоридом при модуле 50 при комнатной температуре в течение 2-4 ч и этилендиамином при модуле 200 при 70°С в течение 2-3 ч. После этого промывают полученные модифицированные УНТ несколько раз поочередно дистиллированной водой и этанолом до рН 7. Полимерные сорбенты на основе целлюлозы предварительно обрабатывают раствором окислителя, выбранного из метаперйодата натрия, йодной кислоты или гипохлорита натрия, при концентрации окислителя 0,1-0,3 М, при рН раствора 2,5-4,5, при модуле раствор/сорбент 15-50, при температуре 40-55°C, в течение 2-4 часов, до содержания альдегидных групп в сорбенте 10-12%. Предложенное изобретение позволяет повысить степень извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов. 1 табл., 9 пр.
Способ модифицирования сорбентов для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов, заключающийся в контактировании их при комнатной температуре с модифицированными полимерными сорбентами на основе целлюлозы при модуле раствор/сорбент, равном 50-200, в течение 20-30 мин, при этом модифицирование сорбентов осуществляют путем нанесения на них окисленных и обработанных тионилхлоридом углеродных нанотрубок (УНТ) в количестве 10-20% от массы сорбента в толуоле при модуле толуол/сорбент 1-2 при комнатной температуре в течение 1-2 ч, затем готовый сорбент отделяют от толуола центрифугированием, промывают дистиллированной водой и высушивают, отличающийся тем, что УНТ окисляют концентрированной серной кислотой при модуле 50-100 при комнатной температуре в течение 1,5-2 ч, промывают водой, высушивают, после чего окисленные УНТ последовательно обрабатывают тионилхлоридом при модуле 50 при комнатной температуре в течение 2-4 ч и этилендиамином при модуле 200 при 70°С в течение 2-3 ч, промывают несколько раз поочередно дистиллированной водой и этанолом до рН 7, причем полимерные сорбенты на основе целлюлозы предварительно обрабатывают раствором окислителя, выбранного из метаперйодата натрия, йодной кислоты или гипохлорита натрия, при концентрации окислителя 0,1-0,3 М, при рН раствора 2,5-4,5, при модуле раствор/сорбент 15-50, при температуре 40-55°C, в течение 2-4 часов, до содержания альдегидных групп в сорбенте 10-12%.
| СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ СОРБЕНТОВ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ | 2021 |
|
RU2768623C1 |
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО СОРБЕНТА ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ | 2021 |
|
RU2786446C1 |
| US 10556222 B2, 11.02.2020. | |||
