Избирательный экстрагент солей металлов из растворов Советский патент 1992 года по МПК B01D11/00 

Изобретение относится к области создания материалов,способных избирательно экстрагировать соли металлов из растворов.

Эта способность у известных полимерных материалов обусловлена наличием в составе их молекул макроциклических фрагментов краун-эфиров. Взаимодействие этих групп с ионами металлов происходит путем образования координационных связей катиона с содержаа1имися в макроцикле- электронодонорными атомами кислорода. Избирательность связана с тем, что достаточно сильное взаимодействие происходит в тех случаях, когда диаметр катиона близок к внутреннему диаметру соответствующего макроцикла.

Известны материалы, содержащие макроциклы в объеме или на поверхности пленок или частиц. Так, краун-полиамид, содержащий чередующиеся звенья дибен- зо-18-краун-б и бензола, связанные амидогруппами, обладает экстрагирующей способностью (из 20% горячих водных растворов хлоридов металлов) и селективностью. Лучше других металлов

экстрагируется калий, степень захвата хлорида которого полимером составляет 23% от массы полимера. В данном случае захват ионов осуществляется во всем объеме полимерной пленки, которая хорошо набухает в горячей воде. Пленка обладает селективностью: степень захвата уменьшается в ряду К+ Na+ Li+.

Известен экстрагирующий материал, который наносится на поверхность инертных твердых порошков или пленок. Полимер образуется путем реакции диаминодибен- зо-18-краун-6 с эпоксидной смолой. В процессе синтеза он наносится в виде тонкого слоя на частицы или пленки различного химического состава. Экстрагирующая способность такого материала очень мала (0,03% от массы материала), поскольку ак- тииный полимер находится только на поверхности частиц.

Известен полиэфируретан, содержащий 18-краун-6 в уретановой части молекулы. Недостатком его является то, что в материале краун-зфирные фрагменты молекул капсулированы в уретановые микрообсл

с

ч

X} Сл

4

Сл

ю

ласти, не набухающие в воде и метаноле, Поэтому экстракционная способность его ничтожна.

Все эти материалы как экстрагенты солей металлов из растворов обладают следующими недостатками.

Реакциомнеспособные производные краун-эфиров, необходимые для синтеза активных полимеров, очень дороги, промышленное производство осуществить в настоящее время невозможно.

Способность к захвату солей металлов ограничена необходимостью- существования звеньев, связывающих между собой кольца 18-краун-6, но не обладающих способностью к захвату солей. Так, теоретическая способность к захвату KI полимером на основе дибензо-18-крауп-6 с метиленовой связующей группой составляет 45% от массы полимера.

Целью изобретения является расширение ассортимента материалов, избирательно экстрагирующих соли металлов из растворов при сохранении экстрагирующей способности, а также возможность реализации в промышленном масштабе.

Цель достигается применением известного полимерного материала, например линейных и сшитых полиэфируретанов и полиуретанмочевин, содержащих в основной цепи полиоксиэтиленовые и/или поли- оксиэтиленпропиленовые отрезки с молекулярной массой 1700-5000 впервые в качестве материала, избирательно экстрагирующего соли металлов из растворов.

Известны линейные или сш итые поли- эфируретаны и полиэфируретанмсчевины, содержащие в основной цепи полиоксиэтиленовые и/или полиоксиэтиленлропилено- вые отрезки, которые используются в виде пленок для облицовок емкостей и трубопроводов, а также в виде пеноматериалов для теплоизоляции, в качестве амортизирующих изделий и упаковочных уплотнитель- ных материалов.

Было обнаружено, что эти полимеры, хорошо набухающие в воде, метаноле и других полярных жидкостях, обладают высокой экстрагирующей способностью по отношению к солям ряда металлов: К, Na, Rb, Cr, Ag, Pb, Ba, а также иону NH4+.

П p и м е p 1. Используется пленка из линейного полиэфируретана на основе по- лиоксиэтиленгликоля ММ 1700. дифенилме- тандиизоцианата и гидразингидрата. Содержание олигоэфира 68-70 мас.% (пленка № 1), Пленка предварительно высушивается, взвешивается и погружается в известное количество метанольного раствора соли заданной концентрации. После оыдерживания в течение 30 мин пленка извлекается, высушивается и взвешивается. По изменению массы вычисляется процентное содержание соли в ней (степень извлечения

соли из раствора). Катион дополнительно идентифицируется методом пламенной фотометрии, Результаты опытов сведены в табл.1.

П р и м е р 2. Используется пленка при0 мера 1. Масса пленки 0,421 г. Пленка погружается в метанольный раствор, 0,1 М по К и 0,1 М по Nal (100 см ). После выдерживания в растворе в течение 30 мин пленка извлекается, отмывается водой и высушива5 ется. Процесс повторяли 9 раз, после чего анализировали раствор. Концентрация KI снизилась до концентрации 0,05 М, Nal осталась практически неизменной.

П р и м е р 3. Используется пленка из

0 линейного полиэфируретана на основе по- лиоксиэтиленгликоля ММ 2000, дифенил- метандиизоцианата и бутандиола. Содержание олигоэфира 61 мас.% (пленка Ms 2). Пленка предварительно высушисает5 ся, взвешивается и погружается в известное количество метанольного или водного раствора соли заданной концентрации. После выдерживания в течение 30 мин пленка извлекается, высушивается и взвешивается.

0 По изменению массы вычисляется процентное содержание соли в ней. Катион дополнительно идентифицируется методом пламенной фотометрии. Результаты опытов сведены в табл.2.

5П р и м е р 4. Используется порошок из

сшитой полиэфируретанмочевины на основе смеси полиоксиэтиленпропилендиолов и триолов молек.масс 2500 и 3500 с содержанием оксиэтильных звеньев 66,5% по отно0 шению к массе полимера. В реакции образования полимера использовали толуи- лендиизоцианат и воду. Масса порошка 1,456 г. Порошок заливают 0,3 М метаноль- ным раствором KI (100 см3). После выдержи5 вания в течение 30 мин раствор сливается, порошок высушивается и взвешивается. Приращение массы составило 35%. Калий в порошке был идентифицирован количественно методом пламенной фотометрии.

0П р и м е р 5. Используется пенопласт

из сшитой полиэфируретанмочевины на основе смеси полиоксиэтиленпропилендиолов и триолов молек.масс 3000 и 3500 с содержанием оксиэтильных звеньев 32% по

5 отношению к массе полимера. В реакции образования полимера участвуют вода и то- луилендиизоцианат. Масса образца 0.0703 г, Пенопласт погружают о 100 см3 0,3 М метанольного раствора KI. После выдерживания в течение 30 мин пенопласт

извлекают из раствора, высушивают и взвешивают. Приращение массы составляет 25% по отношению к массе полимера,

П р и м е р 6. Используется пенопласт примера 5. Пенопласт погружается в 100 см 0,1 М метанольного раствора LiCI и выдерживается в течение 30 мин. Затем образец извлекают, высушивают и взвешивают. Приращение массы составляет 0%.

Пример. Используется пенопласт из сшитой полиэфируретанмочевины на основе полиоксиэтилентриола молек.массы 5000, дифенилметандиизоцианата и воды. Масса образца пенопласта 0,0674 г. Образец погружают в 100см О,ЗМ метанольного раствора К и выдерживают в течение 30 мин, Затем образец извлекают, высушивают и взвешивают. Приращение массы составляет 55%.

ПримерВ. Используется порошок полиэфируретана из примера 1. В ячейку кондуктометра помещают 25 см30,01 М раствора соли. Измеряют электропроводность раствора при 25°С. Затем в раствор помещают 0,5 г порошка полиэфируретана, пере- мешивают в течение 30 мин и вновь измеряют электропроводность раствора. По уменьшению электропроводности раствора рассчитывали экстракцию соли полимером.

Результаты измерений для различных солей приведены в табл.3.

П р и м е р 9. Используется пленка примера 3. Образцы пленки предварительно высушиваются, взвешиваются и погру- жаются в водные растворы АдМОз или KI заданных концентраций. После выдерживания в течение 30 мин образец извлекается, высушивается и взвешивается. По приращению массы вычисляется процентное содержание соли в образцах. Результаты опытов сведены в табл.4.

Использование заявляемого материала в качестве материала для изготовления пленок, порошков, пенопластов, металлов из растворов позволяет расширить ассортимент материалов, избирательно экстрагирующих соли металлов из растворов при сохранении экстрагирующей способности, и осуществить промышленное производство, так как ранее известные материалы очень дороги. Он может применяться для построения технологических устройств, в которых реализуется контакт экстрагирующего материала с потоком раствора солей. В таких устройствах может осуществляться экстракционное обессоливание жидкостей, выделение солей ряда металлов К, Na, Rb, Ва, Cr Ag, РЬ, а также иона из растворов, содержащих смеси солей, разделение смеси солей на колоннах, набитых порошком или пенопластом из предлагаемого материала, а также использование предлагаемых материалов в мембранной технологии.

Формула изобретения Применение полимерного материала - линейных и сшитых полиэфчруретанов и по- лиэфируретанмочевип, содержащих о основной цепи полиоксиэтиленовые и/или полиоксиэтиленпропиленооыс отрезки с мол.массой 1700-5000, в качестве избирательного экстрагента солей металлов из растворов.

Использование: для избирательной экстракции соли металлов из растворов. Сущность: линейные и сшитые полиэфируретаны и полизфируретанмоче- вины, содержащие в основной цепи полиоксиэтиленовые и/или полиоксиэти- ленпропиленовые отрезки с молекулярной массой 1700-5000, используют в качестве экстрагента для избирательной экстракции солей металлов К, Na, Rb, Cr, Ag, Pb, Ba из растворов.4 табл.

Таблица Экстракция солей металлов из метанольных растворов пленкой N: 1

7 17734328

Таблица2 Экстракция солей металлов из метанольных и водных растворов пленкой № 2

Т а б л и ца 3

Экстракция солей металлов из метанольных растворов низкой концентрации

Экстракция АдМОз и KI из водного раствора (в процентах от массы

полимеров)