Сополимер 1-винилбензимидазола и акрилонитрила для извлечения золота из кислых растворов Советский патент 1992 года по МПК C08F220/48 C08J5/20 B01J20/26 C08F220/48 C08F226/06 

Изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений, а именно к новым сополимерам 1-винилбензимидазола с акрилонитрилом

- CH-CHif-fCH-CHif

CLNiJ

N

где

х 35,7-45,0 мае.%, у 55,0-64,3 мае. %,

способным количественно извлекать золото из кислых 1-7 М растворов соляной и серной кислот.

Известен способ извлечения золота из соляно- и сернокислых растворов азотсодержащим волокнистым сорбентом Поли- оргс V с полимерной матрицей из полиакрилонитрильного волокна, имеющим аминооксимные функциональные группы.

Недостатком данного способа является низкая сорбционная емкость сорбента по золоту, равная 144 мг/r в 1 М HCI.

Наиболее близким по свойствам и составу к предлагаемым соединениям является волокнистый сорбент Полиоргс V, содержащий в качестве аналитических групп замещенные гетероциклические амины.

Недостатком Полиоргса Ч является невысокая сорбционная емкость по золоту (219 мг/г в 1 М HCI), а также извлечение металла при кипячении.

Цель изобретения - создание новых сорбентов с хорошими техническими характеристиками, которые могут быть использованы для количественного извлечения золота в широком интервале кислотности среды.

Основным методом синтеза хелатооб- разующих волокнистых сорбентов являются полимераналогичные превращения активных групп волокнообразующих полимеров

VJ со

СП GO

О

или привитых сополимеров, полученных на основе данных полимерных матриц. Предлагаемые волокнистые сорбенты с высоким выходом получают сополимеризацией 1-ви- нилбензимидазола с акрилонитрилом в ус- ловиях радикального инициирования персульфатом аммония с последующим формованием волокна. Состав и строение их подтверждены данными элементного анализа и ИК-спектров, Сополимеры могут количественно извлекать золото из соляной и серной кислот в широком интервале концентраций (1,0-7,0 М). Сорбционная емкость сополимера 1-винилбензимидазола с акрилонитрилом, содержащего 45 мас.% 1- винилбензимидазола, по золоту составляет 770 и470 мг/г из 1 М растворов HCI и H2SCM соответственно. Сорбционная емкость сополимеров, содержащих 37 и 35,7 мас.% 1-винилбензимидазола, по золоту составля- ет 300 мг/г для солянокислой среды, что в 1,5-3,5 раза превышает сорбционную емкость волокнистого сорбента Полиоргса VI. Количественное извлечение металла происходит за 2 ч при комнатной температуре.

Пример 1. Синтез сополимера 1-ви- нилбензимидазола с акрилонитрилом (I).

В круглодонную колбу, снабженную мешалкой и обратным холодильником, помещают 8 г (0,055 моль) 1-винилбензимидазола, 12 г (0,214 моль) акрилонитрила и 0,08 г персуль- фата аммония (ПСА) в 72.7 мл диметилсуль- фоксида (ДМСО). Реакционную смесь перемешивают, выдерживая 1 ч при 60°С. Выход сополимера 58,3%. Характеристическая вязкость сополимера f в ДМСО при 25°С составляет 1,18 дл/г. Полученный сополимер I содержит 45 мас.% (24,1 мол.%) винилбензимидазола и 55.0 мас.% (75,9 мол,%) акрилонитрила, что подтверждается данными элементного анализа (найдено, N 13,75 мас.%).

ИК-спектр сополимера содержит полосу при 2247 , соответствующую колебаниям С N-rpynn акрилонитрила. Деформационные колебания имидазольно- го кольца 1-винилбензимидазола проявляются полосой при 667 см . Вхождение в сополимер звеньев 1-бензимидазола подтверждается наличием в ИК-спектрах сополимера полос при 1450, 1490, 1580, 1610, 3040 и 3067 см , соответствующих колебаниям бензимидазольного кольца. Отсутствие полосы при 1650 , характеризующей валентные колебания двойной связи ви- нильной группы у атома азота в 1-винилбен- зимидазоле, подтверждает, что сополимеризация данных мономеров протекает за счет раскрытия двойных связей винильных групп.

Пример 2. Получение волокнистого сорбента.

Формование волокна осуществляют из 15% (мас.%) раствора сополимера, содержащего 3 мас.% эпоксидного олигомера, в осадительную ванну, содержащую 20 мас.% ДМСО и 80 мас.% воды, используя фильеру 40/0,08; отмывают и высушивают.

Сшивание волокна осуществляют путем термовытягивания при 130°С за счет взаимодействия эпоксидной смолы ЭД-20 с молекулами 1-винилбензимидазола. Прочность волокна I 11,5 сН/текс, удлинение 18%. Статическая обменная емкость волокна по HCI составляет 2,8 мг-экв/г.

Пример 3. Синтез сополимера 1-винилбензимидазола с акрилонитрилом (II).

В круглодонную колбу, снабженную мешалкой и обратным холодильником, помещают 6 г (0,042 моль) 1-винилбензимидазола, 14 г (0,25 моль) акрилонитрила и 0,08 г ПСА в 72,7 мл ДМСО. Реакционную смесь перемешивают, выдерживают 3 ч при 60°С. Выход сополимера 76,2%. Полученный сополимер II содержит 37 мас.% (17,8 мол.%) 1-винилбензимидазола и 63 мас.% (82,2 мол.%) акрилонитрила, что подтверждается данными элементного анализа (найдено: N 15,75 мас.%).

ИК-спектр сополимера содержит полосы, подтверждающие вхождение звеньев 1- винилбензимидазола и акрилонитрила, указанные в примере 1,

Характеристическая вязкость сополимера II в ДМСО при 25°С составляет 1,5 дл/г. Формование волокна из данного сополимера осуществляют аналогично формованию сополимера I.

Прочность волокна из сополимера II составляет 13,0 сН/текс, удлинение 16,7%. Статическая емкость его по HCI равна 2,28 мг-экв/г.

Пример 4. Синтез сополимера 1-винилбензимидазола с акрилонитрилом (111).

Синтез сополимера 111 проводят аналогично описанному в примере 2. Реакционную смесь выдерживают при 60°С 4 ч, Выход сополимера 80,0%. Полученный сополимер содержит 35,7 мас.% (17,0 мол.%) 1-винилбензимидазола и 64,3 мас.% (83,0 мол,%) акрилонитрила, что подтверждается данными элементного анализа (найдено: N 16,09 мас.%).

Характеристическая вязкость сополимера в ДМСО при 25°С составляет 1,2 дл/г. Формование волокна из данного сополимера осуществляли аналогично формованию сополимеров I и II.

Прочность волокна составляет 1860 сН/текс, удлинение 12,7%. Статическая емкость no HCI равна 2,21 мг-экв/г.

Пример 5. Извлечение золота в зависимости от концентрации кислот.

Навеску 10 мг волокнистых сорбентов НИ контактируют в течение 2 ч с 20 мл раствора, содержащего 2,80 мг золота, в соляно- и сернокислых средах определенной кислотности. Волокно удаляют из раствора. В растворе определяют остаточную концентрацию золота атомно-адсорбцион- ным методом. Содержание золота в волокне оценивают по разности между исходным и остаточным количеством золота в растворе.

Данные по извлечению золота в зависи- мости от концентрации кислот приведены в табл.1.

П р и м е р 6. Извлечение золота в зависимости от времени контакта фаз.

Навеску 10 мг волокнистого сорбента контактируют в 1 М растворах соляной и серной кислот с раствором, содержащим 1,4 мг золота, в течение определенного промежутка времени. Волокно отделяют от раствора. В растворе определяют золото атомно-абсорбционным методом. Содержание золота в волокне оценивают как в примере 1.

Данные по извлечению золота в зависимости от времени контакта фаз (Ш HCI) приведены в табл. 2.

При увел ичении массы сорбента можно добиться 100% извлечения золота из раствора.

П р и м е р 7. Извлечение золота в зависимости от его концентрации в растворе.

Навеску 10 мг волокнистого сорбента I контактируют в течение 2 ч с раствором, содержащим различные количества золота в 1 М растворах соляной и серной кислот. Волокно отделяют от раствора и оценивают содержание золота в сорбенте как в примере 1. В таблице 3 показана зависимость извлечения золота от его концентрации в растворе.

Емкость сорбента (мг/r) рассчитывают по формуле

Найдено, что сорбционная емкость волокнистого сорбента I по золоту составляет 770 мг/г в 1 М растворе HCI и 470 мг/г в 1 М H2S04.

ПримерЗ. Извлечение золота в зависимости от его концентрации в растворе.

Навеску 10 мг волокнистого сорбента И (III) контактируют в течение 2 ч с раствором, содержащим различные количества золота в 1 М растворе соляной кислоты. Волокно отделяют от раствора и оценивают содержание золота в сорбенте, как в примере 1.

В табл. 4 приведены данные, характеризующие зависимость сорбции от концентрации золота в растворе.

Сорбционная емкость сополимеров II (III) по золоту составляет 300 мг/г.

П р и м е р 9. Извлечение золота в присутствии цветных металлов.

Навеску 10мг сорбента III контактируют в 1 М солянокислом растворе, содержащем 0,07 мкг/мл золота с различным количеством цветных металлов (меди, никеля, железа). Волокно отделяют от раствора, промывают несколько раз 1 М раствором HCI и определяют количество извлеченного золота (табл. 5).

Таким образом, новые волокнообразую- щие азотсодержащие сополимеры 1-винил- бензимидазола являются эффективными сорбентами, позволяющими количественно извлекать золото из кислых растворов, отделяя его от104- 105-кратных количеств меди, никеля, железа и их смеси. Емкость волокнистого сорбента I по золоту в 1 М НС в 3,5 раза превышает сорбционную емкость известного сорбента.

Формула изобретения

Сополимер 1-винилбензимидазола и ак- рилонитрила со структурной формулой звена

-CHibfCK-CHrU

L

где х 35,7-45,0 мае. %; у 55,0-64,3 мас.%, для извлечения золота из кислых растворов.

Таблица 1

Таблица 2

Изобретение относится к сополимеру 1-винилбензимидазола и акрилонитрила и может быть использовано в сорбции золота из кислых растворов. Изобретение позволяет получить сорбент с повышенной сорбцией золота (до 770 м,г/г). Эффект достигается получением сополимера 1-винилбензимидазола и акрилонитрила при массовом соотношении звеньев 35,7-45,0. 55,0-64,3 соответственно. 5 табл. ел с

Таблица 3

Таблица 4

Таблица 5