Способ получения сорбентов Советский патент 1993 года по МПК B01J20/30 B01D71/06 B01D71/42 C08J5/22 

Изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений, конкретно к технологии получения полимерных сорбирующих материалов в пленочной форме, обладающих высокой пористостью и скоростью сорбции широкого класса веществ. Предлагаемая область использования сорбентов - очистка стоков различных производств с целью решения экологических проблем.

Целью изобретения является получение гетерогенных полимерных сорбентов, обладающих повышенной сорбционной емкостью, селективностью и эффективностью для извлечения широкого класса веществ, в том числе органических цвиттерионов и белков, из газовой и жидких сред, промышленных Стоков различных производств,

Эта цель достигается тем, что сорбент получается путем нанесения на подложку композиции, содержащей полимерный сорбент в растворе полимера-связующего, с последующим формованием на подложке при

обработке коагулянтом(раствором-осадите- лем).

Использование полиакрилонитрила совместно с сорбентами в виде дисперсной добавки (высокоэффективными полимерными ионитами и пористыми неионогенными полимерными поглотителями) позволяет расширить ассортимент высокоэффективных поглотителей специального назначения и вследствие улучшения скорости массообменных процессов повысить эффективность концентрирования извлекаемых компонентов из газовых и жидких сред с целью очистки сточных вод и газовых выбросов от токсичных загрязнений.

В качестве сорбента можно использовать фракции мелких классов крупности ионитов, разрушенные и отработанные полимерные поглотители и их карбонизаты.

Сорбенты, полученные предлагаемым способом, обладают высокой эластичностью и достаточной механической прочно00

о

о

Јь

стью. что обеспечивает широкие возможности конструкторских решений при создании массообменных устройств.

Предлагаемый способ получения сорбентов и их свойства демонстрируются следующими примерами.

Приме р 1. 100 г полиакрилонитрила (ПАН) волоконного растворяют в 1 л диме- тилформамида (ДМФ) при комнатной температуре и при перемешивании. К раствору ПАН добавляют 100 г мелкодисперсного (размер частиц меньше 200 меш) неионоген- ного пористого адсорбента Поролас Т (удельная поверхность 760 м2/г) малыми порциями при интенсивном перемешивании до получения однородной суспензии. Полученный композит выдерживают в вакууме в течение 2-х часов при периодическом встряхивании с целью дегазации. Затем композит наносят на стеклянную подложку с помощью фильеры с заданной шириной щели и скоростью перемешивания и помещают в осадительную ванну с 30%-ным водным раствором этиленгликоля. Формование сорбента происходит в ванне в течение 1 ч. Сорбент на подложке промывают 5-крэт- ным количеством дистиллированной воды и отделив от подложки обрабатывают порционно ацетоном и затем осушенным изопро- панолом. Остатки растворителя из сорбента, помещенного между слоями фильтровального материала и металлических сеток, удаляют в токе осушенного азота при 50-60°С в течение 6 часов. Величина удельной поверхности сорбента, определенная методом БЭТ, равна 370 м2/г, толщина пленки - 0,8 мм.

Предлагаемая область использования: из сорбента штамповали диски диаметром 2 см и использовали их в качестве поглотителей трихлорэтилена при контроле загрязнений воздуха производственных помещений. Содержание трихлорэтилена в атмосфере и его концентрацию в сорбенте контролировали методом газовой хроматографии. Содержание трехлорэтилена в дисках сорбента, экспонированных в атмосфере производственных помещений, оказалось достаточно высоким для определения загрязненности атмосферы трехлорэтиленом на уровне 5 мг/м воздуха (при ПДК по хло- рэтилену в промзоне 10 мг/м).

Пример2. 40 г ПАН-волокрнного растворителя в 500 мл ДМФ при комнатной температуре при перемешивании. Полученный раствор полимера прибавляют малыми пор циями к 60 г измельченного и просеянного через сито200 меш неионоген ного адсорбента Поролас Т с удельной поверхностью 760 м2/г при перемешивании до получения

однородной суспензии, которую выдерживают в вакууме до прекращения выделения пузырьков воздуха из адсорбента. Полученный состав используют для отливки по пррцедуре, описанной в примере 1. Удельная поверхность пленки толщиной 0,9 мм составляет 405 м2/г. Указанную пленку использовали в качестве адсорбента для очистки сточных вод от хлорфенрлов. Ем0 кость данной пленки по 2,4-дихлорфенолу при сорбции в статических усло.виях.из раствора, в котором содержалось 1,05 г/л 2,4- дихлорфенола, 1,79 г/л хлорфеноксиуксусной кислоты, 8,3 г/л HCI, 85,4 г/л NaCI, при соот5 ношении объемов пленки и раствора равном

1:1000, и времени контакта 24ч в расчете на

1 г воздушно-сухой пленки составила 420мг.

П р и м ер 3. По процедуре, описанной

в примере 1, получили пленку из состава, в

0 котором в качестве адсорбирующей добавки использовали измельченный высокоосновный аниснит марки AM (ОСТ 95.291-86) в хлор-форме при соотношении объемов пленки и раствора равном 1:1000, и времени

5 контакта 24 ч. Сорбционная емкость сорбента по урану в расчете на воздушно-сухую пленку составила 35 м/г; Следует отметить, что кинетические характеристики при сорбции на полученной пленке выше, чему неиз0 мельченного гранульного адсорбента, использованного в качестве добавки.

П р и м е р 4. Использование гетерогенных сорбентов иллюстрируется следующим примером. Сорбент с микродисперсией ка5 тионита СГ-1М (55%) толщиной 0,027 см в виде полотна 14 см х 94 см с влажностью 78% уложен в рулонное устройство известного типа с использованием капроновой сетки в виде прокладки. Площадь сечения

0 каналов рулона 7,5 м, диаметр рулона 32 мм. Через рулон пропущено 1 л молочной сыворотки при рН 4,6 с содержанием белка 4,1 мг/мл со скоростью 50 мл/ч, подача сыворотки осуществлялась снизу вверх при

5 вертикальной установке рулона, Затем сыворотка вытеснялась из рулона дистиллированной водой и в рулон подавался раствор тринатрий фосфата 0,2 М при рН 12,0 со скоростью 200 мл/ч. На выходе из рулона

0 (патрона) собирали фракции по 20 мл, в которых измеряли рН, оптическую плотность и содержание белка. При достижении рН на выходе 6,4 и даже до рЛ 9,2 вышел белковый пик, со средней концентрацией белка

5 11 мг/мл в 200 мл (обменная емкость сорбента равна при этом 617 мг/мл). Обменная емкость гранульного аналога СГ-Ш примерно в 5 раз меньше (112 мг/см3).

В данном примере пленочное сорбци- онное устройство одноактно задерживает

53% белков молочной сыворотки, но при организации процесса на цепочке пленочных модулей, возможно более полное поглощение елка из сыворотки.

Преимуществами использования сор- бентов в массообменных устройствах являются высокая скорость массообмена; возможность пропускать эмульсии и растворы с дисперсией белковых частиц без с нижения скорости подачи.

Примерб, Селективность свойств сорбентов показана в следующем эксперименте. Сорбенты с микродисперсией карбоксильного катионита СГ-1М (50%), толщиной 0,03 см и микродисперсией фос- форсодержащего катионита ВСФХ (50%), толщиной 0,033 см и диаметром диска 6,5 см помещали в 5 мл творожной и подсырной сыворотки, содержащей 0,02% азида натрия для предотвращения бактериального роста. После сорбции и промывки фолиа- сорбентов водой, проводили десорбцию в статических условиях в течение суток. Элю- ат концентрировали и проводили гельхро- матографический анализ.

Гельхроматограммы, представленные на чертеже, показывают, что сорбент СГ-1М

поглощают с наибольшей емкостью Ь-лак- тоглобулина и в меньшей степени а-лакталь- бумин, а сорбент ВСФХ - наоборот.

Таким образом, вводя в сорбирующие пленки определенный тип функциональных групп, можно обеспечить достаточно высокую селективность сорбции по отношению к отдельным белковым компонентам молочной сыворотки.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Способ получения сорбентов путем нанесения на подложку композиции, содержащей полимерный сорбент и растворитель, с последующим формованием пленки на подложке при обработке коагулянтом, отличающийся тем, что, с целью повышения сорбционной емкости, селективности и эффективности сорбентов в процессах переработки, очистки и1 контроля стоков и газовых выбросов различных производств, в качестве исходной композиции используют суспензию микродисперсных органических сорбентов в диметилформа- мидном растворе полиакрилонитрила и в качестве коагулянта используют водный раствор этиленгликоля.

Использование: синтез фолиасорбентов для очистки стоков различных производств. Сущность изобретения: нанесение на подложку суспензии микродисперсного органического сорбента в диметилформамидном растворе полиакрилонитрила. Последующее формование пленки при обработке водным раствором этиленгликоля. 1 ил.