Способ получения пористых неорганических сорбентов Советский патент 1985 года по МПК B01J20/00 

111 Изобретение относится к химическ технологии, конкретно к способам получения неорганических сорбентов, и може быть использовано для синтеза различных гранулированных материалов, предназначенных для извлечения и концентрирования редких и рассеянны элементов, а также промышленных ядо из технологических растворов. Известен способ получения сорбен тов с заданными свойствами, включающий осаждение труднорастворимой двуокиси кремния в виде гидрогеля, вытеснение избыточной межфазной жидкости специальными органическими растворителями с последующим их удалением отгонкой в кипящем слое 1. Недостатками данного способа явля ются его технологическая сложность и длительность. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения пористых неорганических сорбентов, включающий осаждение труд норастворимых соединений в виде гидрогеля, его отмывку и удаление избыточной межфазной жидкости путем физического воздействия на гидрогель. По данному способу неорганические ионообменники получают на основе труднорастворимых соединений элементов Ш-УП группы. Полученные в результате осаждения гидрогели этих элементов промывают от избытка электролитов и для формирования пористой структуры подвергают сушке с удалением основной части межфазной жидкости сначала при комнатной, а затем при повьшенной температурах 2Д . Недостаток известного способа невозможность получения сорбента с однородной пористой структурой, так как термообработка неравномерно воздействует на поверхностные и внутрен кие ело и г ранул. Кроме того, известный способ характеризуется длительностью получения готового продукта. Целью изобретения является повышение однородности пористой СТруКтуры сорбентов. Поставленная цель достигается тем что согласно получения пористых неор ганических сорбентов, включающему осаждение труднорастворимых соедииеНИИ в виде гидрогеля, его отмывку и удаление избыточной межфазной жидкости путем физического воздейст82ВИЯ на гидрогель, удаление избыточной межфазной жидкости ведут путем обработки гидрогеля в высокочастотном поле -при энергетической нагрузке, равной 0,4-1,0 кВт/кг сорбента. Технология способа заключается в следующем. Проводят осаждение гидрогеля труднорастворимых элементов Ш-УГ груп пы известными методами. В качестве таких гидрогелей могут быть использованы гидрогели силиката натрия (силикагель), титана, циркония, сурьмы и т.п. Затем отмытый от избытка электролитов гидрогель с влагосодержанием 50-60% подвергают СВЧ-обработке для равномерного удаления избыточной межфазной (интермицеллярной) жидкости Из объема гидрогеля до ее остаточного содержания 20-25 вес.%, что обеспечивает существование жесткой структуры при сохранении всего набора функциональных групп (адсорбционных центров) . Обработку ведут при энергетической нагрузке 0,4-1,0 кВт/кг сорбента. Равномерное и одновременное формирование ксерогелей одинаковой пористой структуры по всему объему образца достигается вследствие одинакового энергетического воздействия СВЧ-излучения на поверхностные и внутриглобульные молекулы растворителя. В результате, за короткое время становится возможным получение однородных по всей массе сорбентов с развитой пористой структурой и высокой сорбционной способностью. Проведение специальных экспериментов показало, что оптимальными условиями СВЧ-обработки для формирования однородной пористой структуры неорганических сорбентов являются удаление межфазной жидкости при энергетической нагрузке 0,8-1,0 кВт/кг сорбента. Меньшие нагрузки приводят к значительному увеличению времени обработки образца и, как слседствие, к возникновению в результате этого неравномерности в поровой структуре образца сорбента. При больших 1 кВт/кг сорбента мощностях СВЧ-излучения происходит неоправданный перерасход энергии, не приводящий к увеличению положительного эффекта. Пример 1. Получение сурьмянофосфорнокремневого катионита (СФКК). 300 г пентахлорида сурьмы при интенсивном перемешивании растворяю в 300 мл воды. После охлаждения пол ченного раствора до комнатной темпе ратуры вводят в него равный объем раствора, содержащего 2,8% однозамещенного фосфата натрия и 4% силик та натрия. Образовавшийся плотный гель после старения отмывают водой до рН - 1,5-2,0. Промытый гель с содержанием влаги 50-60% подвергают СВЧ-обработке в течение 18 мин в печи мощностью 0,5 кВт с рабочей частотой Гц. Энергетическая нагрузка на гидрогель составила 0,5 кВт ца 1 кг сорбента. Время формирования этого же количества ксерогеля по известному способу при 400 С х;оставляет 60-90 мин а при - 40-50 мин. Пример 2. Получение силикагеля. В 0,5 л раствора серной кислоты плотностью 1,11 г/см при интенсивном перемешивании небольшими порциями вводят 1, 5 л 16%-ного раствора кремнекислого натрия. Полученный золь вьщерж 1 84 вают 1 сутдля образования прочного геля и его созревания, разламывают на куски и отмывают дистиллированной водой до маточного раствора. Полученный продукт с Содержанием влаги около 60% подвергают СВЧ-обработке в течение 25 мин в печи мощностью 0,5 кВт. Энергетическая нагрузка около 0,4 кВт на 1 кг сорбента. Частота СВЧ-колебаний 10 Гц. Время формирования того же коли4ecfBa ксерогеля по известному способу около 2,5 ч при 350-400с. Пример 3. Проводят определение однородности Пористой структу1И;1 сорбентов, полученных по примеру 1, оценивая величину сорбционной емкости по воде и бензолу в процессе СВЧ-обработки, а также определяя зависимость сорбции ряда двухвалентных катионов на сорбентах СФКК, полученных по предлагаемому способу и известному способу. В табл, 1 представлено влияние энергетической нагрузки при СВЧ-обработке на свойства конечных продуктов , (мacca сорбента 100 г). Таблица 1

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТЫХ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОРБЕНТОВ, включающий осаждение труднорастворимых соединений в виде гидрогеля, его отмывку и удаление избыточной межфазной жидкости путем физического воздействия на гидрогель, отличающийс я тем, что, с целью повышения однородности пористой структуры сорбентов, удаление избыточной межфазной жидкости ведут путем обработки гидрогеля в высокочастотном поле. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку ведут при энергетической нагрузке, равной 0,4-1,0 кВт/кг сорбента.

0,58

0,27 1,00 0,26 1,16 0,26 1,50 0,26

3,4

4,25 3,2 4,10 4,05

3,25 3,95

«

Приведенные в табл. 1 и 2 результаты свидетельствуют о том, что оптимальная энергетическая нагрузка позволяет получать однородные по всей массе материалы с воспроизводи- 5 мьгми адсорбционными свойствами, В то же время, использование известного способа при оптимальных нагрузках воздействия, заданных в различных тепловых режимах, приводит, как это видно из табл. 3, где приведены структурно-сорбционные характеристики сурьмянокислотных ионитов, сформированных при различных режимах известного способа, к существенным измене- 5 сор ниям пористой структуры конечных из продуктов.от ТаблицаЗ кис

Технико-экономические преимуществаческой системы контроля за протекапредлагйемого способа помимо обеспе-нием процесса формирования адсорбенчения однородной пористой структурытов, что приводит к значительной

синтезированных сорбентов заключа-экономии непроизводительных затрат

ются в возможности наладки автомати- электроэнергии.

Продолжение табл. 3 В табл. 4 показана зависимость бции двухвалентных катионов 0,1 н. кислых растворов ихсолей условий СВЧ-обработки сурьмянолотных ионитов в сравнении с сор