СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕТКАНОГО ФИЛЬТРУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА С ИОНООБМЕННЫМИ СВОЙСТВАМИ Российский патент 2024 года по МПК C08J5/20 B01D39/16 D01F8/04 

Изобретение относится к способам получения композиционных материалов на основе полимерных волокон и ионообменных смол и может быть использовано для получения полимерных композиционных фильтровальных материалов с ионообменными свойствами и может применяться для очистки сточных вод.

Известен адсорбент для глубокой доочистки технологических стоков, содержащих одновременно несколько загрязнителей различной природы. Сущность изобретения состоит в том, что в состав адсорбента на основе продуктов низкотемпературного термолиза торфа введены поли-1,2-диметил-5-винил-пиридинийметилсульфат и гидроксиды алюминия и железа (Патент РФ 2156163). Данный способ предполагает высокотемпературную обработку торфа, что в некоторых случаях ограничивает область применения данного способа.

Существует способ получения ионообменного полиакрилонитрильного волокна обработкой исходного волокна сначала водным раствором гидразингидрата при повышенной температуре, а затем водным раствором NaOH, отличающийся тем, что используют 10 - 25%-ный раствор гидразингидрата при 90 95°C, а вторую обработку осуществляют при 60-80°C в течение 20 - 30 мин раствором, дополнительно содержащим NH₄OH при массовом соотношении NaOH и NH₄OH 1; 0,2; 1,5 и концентрации NaOH в растворе 15 35 г/л (Патент РФ 2044748). Недостатками этого способа являются токсичность и опасность работы с гидразингидратом, сложность контроля процесса, высокие затраты и возможные проблемы с обработкой отходов, что снижает экологическую безопасность и экономическую эффективность производства.

В известном способе изготовления ионообменного материала (Патент РФ 2299087) смесь избытка формальдегида с сульфитом натрия или калия выдерживают в условиях, обеспечивающих синтез сульфирующего агента в отсутствие полимеризации формальдегида, далее к полученной смеси добавляют резорцин и выдерживают в условиях, обеспечивающих одновременное протекание синтеза сульфорезорцина и его форконденсации с резорцином и формальдегидом, а поликонденсацию полученных ионообменных форолигомеров и последующее отверждение осуществляют в кислой среде. За счет применения сульфита натрия в качестве катализатора полимеризации осуществляется целенаправленный синтез ионообменного полимера, однако, конечный продукт требует особо тщательной очистки.

Известен способ получения катионообменной композиционной мембраны, содержащей частицы полианилина, полученные полимеризацией, включающий последовательную обработку микропористой мембраны растворами протонированного анилина и персульфата аммония, отличающийся тем, что нейлоновую или политетрафторэтиленовую мембрану в течение 2 часов выдерживают в 1М растворе гидрохлорида анилина, затем производят обработку поверхностей мембраны 1М раствором персульфата аммония в течение 10 минут, после чего мембрану подвергают кондиционированию в среде с влажностью 90% в течение 96 часов (Патент РФ 2542261). Недостатками этого способа являются высокая трудоемкость и времязатратность процесса, а также потенциальная сложность в обеспечении безопасности и контроля химических реакций при обработке мембраны, что может снижать его пригодность для промышленного производства.

Наиболее близким к изобретению является способ получения композиционных материалов на основе химических волокон и ионообменных смол. Полиакрилонитрильное волокно пропитывают смесью, содержащей мономеры - парафенолосульфокислоты с формалином и дисперсный графит. Затем синтезируют смолу на поверхности и в структуре полиакрилонитрильного волокна в течение 30 мин и прессуют при давлении 0,1 МПа (Патент РФ 2463314). Такой способ имеет ряд недостатков, таких как высокое удельное объемное сопротивление и недостаточная пористость материала, снижающая производительность очистки жидкости, в случае его применения.

Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является формирование высокоразвитой системы пор в разрабатываемых материалах, что позволит применять их при высоких скоростях потока очищаемой жидкости, повышение обменной емкости получаемого фильтрующего материала с ионообменными свойствами, понижение удельного объемного электрического сопротивления, при этом обеспечивается высокая удельная поверхность фильтрующего материала.

Поставленная задача решается за счет того, что фильтрующий материал получают методом электроформования (электроспининга) прядильного раствора в ванне с осадительным раствором. Способ включает в себя подготовку прядильного раствора сополимера капролактама и гексаметилендиаминадипата (полиамид 6/66) в этиловом спирте с концентрацией полиамида 6/66 от 15 до 20%. Осадительный раствор представляет из себя 1% водный коллоидный раствор гематита (α-Fe₂O₃), стабилизированный 15% алкилсульфонатом натрия общей формулы R-SO₂ONa, где R алкил-радикал длиной цепи C₁₁-C₁₈ в смеси с 15% формалина. Далее, прядильный раствор подается на электропроводящую фильеру с подведенным высоковольтным источником постоянного тока, расположенную над ванной, представляющей из себя электрод с противоположным зарядом с осадительным раствором. Таким образом формируется полотно нетканого материала из ультратонких волокон с нанесенным на него составом, обладающим ионообменными свойствами, при этом обладающий низким удельным объемным электрическим сопротивлением.

Пример 1:

а) Прядильный раствор, состоящий из 25% сополимера капролактама и гексаметилендиаминадипата в этиловом спирте;

б) Осадительный раствор, состоящий из 1% водного раствора гематита стабилизированного 15% алкилсульфоната натрия и 15% формалина;

в) Формирование ионообменного слоя на поверхности полученного волокна, проводится при 60°C в течение 30 минут;

Пример 2:

а) Прядильный раствор, состоящий из 20% сополимера капролактама и гексаметилендиаминадипата в этиловом спирте;

б) Осадительный раствор состоящий из 1% водного раствора гематита стабилизированного 15% алкилсульфоната натрия и 15% формалина;

в) Формирование ионообменного слоя на поверхности полученного волокна, проводится при 60°C в течение 30 минут;

Пример 3:

а) Прядильный раствор, состоящий из 15% сополимера капролактама и гексаметилендиаминадипата в этиловом спирте;

б) Осадительный раствор состоящий из 1% водного раствора гематита стабилизированного 15% алкилсульфоната натрия и 15% формалина;

в) Формирование ионообменного слоя на поверхности полученного волокна, проводится при 60°C в течение 30 минут;

Свойства полученных материалов приведены в табл. 1 «Свойства фильтрующего материала с ионообменными свойствами»

Таблица 1. Свойства фильтрующего материала с ионообменными свойствами.

Эксплуатационные характеристики Прототип Примеры 1 2 3 Обменная ёмкость, мг⋅экв/г 2,4-2,5 4,3 4,9 4,4 Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом*м 6,6_·10⁵-8,8_·10⁵ 4,9⋅10³ 3,7⋅10³ 3,3⋅10³ Удельная поверхность, м²/г - 632 647 655

Основные преимущества предлагаемого способа, заключаются в том, что полученный полимерный композиционный материал, характеризуется высокими ионообменными свойствами, низким электрическим сопротивлением. Кроме того, достигается химическое взаимодействие ионообменного слоя с полимерной основой, вследствие чего формируется структура с наличием с многоуровневой системой пор и высокоразвитой поверхностью. Полученный фильтрующий полимерный композиционный материал, позволит увеличить скорость потока в установках водоочистки и водоподготовки.

Изобретение относится к способам получения полимерных композиционных фильтровальных материалов с ионообменными свойствами. Предложен способ получения нетканого волокнистого композиционного фильтрующего материала с ионообменными свойствами из 15% - 25% раствора сополимера капролактама и гексаметилендиаминадипата в этиловом спирте и водного 1% коллоидного раствора гематита, стабилизированного 15% алкилсульфоната натрия в смеси с 15% формалина, при этом материал формируется методом электроспининга, в котором раствор сополимера капролактама и гексаметилендиаминадипата в этиловом спирте подается на электропроводящую фильеру с подведенным высоковольтным источником постоянного тока, расположенную над ванной, представляющей из себя электрод с противоположным зарядом с водным коллоидным раствором гематита, стабилизированным алкилсульфонатом натрия в смеси с формалином. Технический результат – получение волокнистого фильтрующего материала, обладающего высокоразвитой системой пор, которая обеспечивает высокую пористость и низкое электрическое сопротивление, а также с увеличенной обменной ёмкостью. 1 табл. 3 пр.

Способ получения нетканого волокнистого композиционного фильтрующего материала с ионообменными свойствами из 15% - 25% раствора сополимера капролактама и гексаметилендиаминадипата в этиловом спирте и водного 1% коллоидного раствора гематита, стабилизированного 15% алкилсульфоната натрия в смеси с 15% формалина, отличающийся тем, что материал формируется методом электроспининга, в котором раствор сополимера капролактама и гексаметилендиаминадипата в этиловом спирте подается на электропроводящую фильеру с подведенным высоковольтным источником постоянного тока, расположенную над ванной, представляющей из себя электрод с противоположным зарядом с водным коллоидным раствором гематита, стабилизированным алкилсульфонатом натрия в смеси с формалином.