Способ получения сорбента Советский патент 1993 года по МПК B01J20/10 

Ю

С

Изобретение относится к синтезу сорбентов, а именно к получению кремнеземных сорбентов, химически модифицированных органическими соединениями, которые могут быть использованы для поглощения, разделения и концентрирования ионов тяжелых металлов, а также аналитического определения примесей этих металлов. Способ включает дегидратацию кремнезема, обработку метиловым спиртом при нагревании с последующим термбвакуумированием и кипячением в спиртовом растворе с одного из органических соединений, выбранных из группы: ацетилацетон, акриламид, винила- цетат, винилтрихлорсилан в присутствии катализатора Спайера, 4 табл.

Изобретение относится к синтезу сорбентов, а именно к получению кремнеземных сорбентов, химически модифицированных органическими соединениями, которые могут быть использованы для поглощения, разделения и концентрирования ионов тяжелых металлов, а также аналитического определения примесей этих металлов.

Целью изобретения является повышение сорбционной емкости, а также расширение ряда сорбируемых ионов тяжелых металлов.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения сорбента, включающем дегидратацию кремнезема, обработку метиловым спиртом при нагревании с последующим термовэкуумировани- ем, согласно предлагаемому изобретению, обработку метиловым спиртом ведут при 350-400ПС втемоние 34ч. термовлкуумирование осуществляют при 690-710°С в течение 0,5-1 ч. а затем полученный продукт дополнительно кипятят в спиртовом растворе ацетилацетона, или акриламида, или ви- нилацетата, или винилтрихлорсилана в течение 5-6 ч в присутствии катализатора Спайера, промывают и сушат.

Для осуществления способа использовали реактивы и препараты, указанные в табл,1.

Предлагаемый способ осуществляли в кварцевом реакторе вместимостью 200 мл, КремнезеМ для дегидратации нагревали при 400°С в течение 2 ч, затем прибавляли метиловый спирт и выдерживали при 350-400°С вт чениеЗ-4 ч, а затемподвергали вакууми- рованию при 690-711ГС в течение 0,5-1 ч. Полученный продукт помещали в трех- горлый стеклянный реактор вместимостью 250 мл с обратным холодильником, мешалкой и капельной воронкой, суспендировали в изопропиловом спирте. К суспензии добавляли 1-5 капель 0,1 н. раствора HaPtCle (катализатор Спайера) и избыток ацетилацетона или акриламида, или винилацетата, или винилтрихлорсилана и кипятили 5-6 ч. После этого полученный сорбент фильтровали, промывали этиловым спиртом, сушили на воздухе. Завершение процесса контролировали с помощью ИК-спектроско- пии (спектрофотометр ИКС-29, область 4200-1200 см , толщина спрессованных таблеток кремнезема 12-15 мг/см , давление прессования 2,5 х 108 Па). При завершении процесса исчезают полосы поглощения при 3750 и 2204 , принадлежащие си- ланольным и SI-H группам соответственно появляются характеристические полосы поглощения ацетилацетона или акриламида, или винилацетата, или винилтрихлорсилана. Количественное содержание привитых функциональных органических групп вычисляли по кривым ДТГ и ТГ дери- ватограмм, полученных на приборе Q - 1000.

Определение емкости сорбента проводили следующим образом. Навеску сорбента 0,2 г помещали в бюкс, заливали 20 мл 0,02 н.раствора хлорида соответствующего тяжелого металла и выдерживали 4 ч при перемешивании. Затем сорбент отфильтровывали, промывали дистиллированной водой (10 мл X 3). Промывные воды прибавляли к фильтрату. Емкость сорбента вычисляли по разности между содержанием ионов тяжелого металла в растворе до и после сорбции.

Предлагаемый способ получения сорбента иллюстрируется следующими конкретными примерами исполнения.

Пример 1. В кварцевый реактор помещали 15 г кремнезема марки С-120 и дегидратировали 400°С 2 ч, затем содержимое реактора приводили в контакт с метиловым спиртом и выдерживали при 380°С в течение 3 ч. После этого полученный промежуточный продукт подвергали термовакуу- мированию при 700°С в течение 0,7 ч. Затем весь промежуточный продукт помещали в трехгорлый стеклянный реактор вместимостью 250 мл с обратным холодильником, мешалкой и капельной воронкой и суспендировали в 50 мл изопропилового спирта. К суспензии добавляли 3 капли катализатора Спайера, 1 мл ацетилацетона и кипятили 5,5 ч. Полученный сорбент фильтровали и промывали этиловым спиртом (50 мл X 3), ацетоном (50 мл X 3), сушили на воздухе.

В полученном сорбенте содержание привитых функциональных органических

групп составляет 0,20 ммоль/r (табл.2). ИК- спектр полученного сорбента показал, что Si-H группы модифицированного кремнезема полностью прореагировали (отсутствует

полоса 2190 см ), а также произошла химическая прививка ацетилацетона (полосы поглощения при 2970; 2930 и в области 1800-1500, 1400-1300 ).

Результаты изучения сорбционных

0 свойств синтезированных сорбентов приведены в примере 1, табл.3. Полученные сорбенты поглощают в достаточных количествах Нд, Ад, Си, Со, N1. Pb, Cd, Ca, Fe, Zn. Na, Cs, Pd, Mn из растворов, их можно ис5 пользовать и для концентрирования металлов из разбавленных растворов.

Примеры 2-5. Все приемы аналогичны описанным в примере 1 за исключением того, что меняли температурные и времен0 ные параметры модифицирования кремнезема метиловым спиртом. В пределах заявляемых интервалов времени и температуры (примеры 2 и 3) поставленная цель достигается: сорбционная емкость выше и ряд

5 сорбируемых ионов шире, чем у сорбента, полученного по способу-прототипу.

За пределами заявляемых интервалов поставленная цель не достигается (примеры 4 и 5, табл. 2, 3) из-за неполного взаимодей0 ствия кремнезема с метиловым спиртом.

Примеры 6-9. Все приемы аналогичны описанным в примере 1 за исключением того, что меняли температурные и временные показатели термовакуумирова5 ния модифицированного кремнезема. В пределах заявляемых диапазонов (примеры 6 и 7, табл. 2 и 3) поставленная цель достигается.

За пределами заявляемых интервалов

0 поставленная цель не достигается (примеры 8 и 9, табл.2 и 3), по-видимому, из-за низкого содержания SI-H групп в модифицированном кремнеземе.

П р и м е ры 10-13. Все приемы ана5 логичны описанным в примере 1 за исключением того, что меняли временные показатели кипячения модифицированного кремнезема с ацетилацетоном. В пределах заявляемого интервала поставленная цель

0 достигается (примеры 10 и 11, табл.2 и 3). При сокращении времени кипячения модифицированного кремнезема со спиртовым раствором ацетилацетона поставленная цель не достигается (пример 12) из-за не5 полного протекания модифицирования, при этом значительно сокращается ряд сорбируемых ионов, а емкость сорбентов не выше, чем у прототипа. При увеличении времени кипячения модифицированного кремнезема со спиртовым раствором ацетилацетона поставленная цель не достигается (пример 13), по-видимому из-за разложения ацетилацетона.

Примеры 14-16. Все приемы знало- гичны описанным в примере 1 за исключением того, что в качестве органического модификатора берут акриламид (пример 14), винилацетат (пример 15) или винилтрих- лорсилан (пример 16), используя средние значения всех временных и температурных параметров (табл.2 и 3). Во всех трех случаях имеет место достижение поставленной цели. Результаты, приведенные в примерах 1-13 для ацетилацетона, справедливы и для акриламида. винилэцетата и винилтрихлор- силана.

Пример 17 (способ-прототип). В кварцевый реактор помещали 85 мг кремнезема марки 2491/380 Degussa и дегидрати- ровали при 400°С 2 ч, затем обрабатывали метиловым спиртом при 380°С 3 ч. После этого полученный продукт подвер(али тер- мовакуумированию при 700°С в течение 0,7 ч, охлаждали до комнатной температу- ры. Содержание Si-H групп 0,05 ммоль/г. Емкость сорбента по ртути 0,08, по серебру 0,06 ммоль/г.

30Таблица

Реактивы и препараты для осуществления способа

№№ п/п

Наименование или формула

Метиловый спирт

Ацетилацетон Акриламид

Винилацетат Винилтрихлорсилан

Толуол

Этиловый спирт Ацетон Изопропиловый спирт

Платинохлористоводород ная кислота

Силохром О120

ч

ч да

ч

ч

хч

ТУ 6-09-17- 48-82

Данные табл.4 показывают, что сорбенты, полученные предлагаемым способом. могут многократно использоваться.

Таким образом, заявляемый способ позволяет получить сорбент многократного действия для извлечения широкого ряда ионов тяжелых металлов из растворов, который превосходит по аналогичным показателям сорбент, получаемый по способу-прототипу.

Формула изобретения

Способ получения сорбента, включающий дегидратацию кремнезема, обработку метиловым спиртом при нагревании с последующим термовакуумированием, о т- л ичающийся тем, что. с целью повышения сорбционной емкости и расширения ряда сорбируемых ионов тяжелых металлов. обработку метиловым спиртом ведут при 35СЬ400°С в течение 3-4 ч, термовакуумиро- вание ведут при 690-710°С в течениеО,5- 1 ч, после чего продукт дополнительно кипятят в спиртовом растворе веществ, выбранных из группы: ацетилацетон, акриламид, винилацетат или винилтрихлорсилан, о течение 5-6 ч в присутствии катализатора Спайера-0,1 н. раствор HaPtCle, пропитывают и сушаг.

Квалифика- ция

Примечание

ч

да

ч

ч

хч

09-17- -82

Очищали перегонкой и хранили над молекулярными ситами марки NaX Очищали перегонкой Реактив фирмы Reanal, дополнительной очистке не подвергался Очистке не подвергался Очищали перегонкой Очищали перегонкой и хранили надмолекулярными ситами марки NaX Очищали перегонкой и хранили над молекулярными ситами марки NaX Очищали перегонкой и хранили над молекулярными ситами марки NaX Очищали перегонкой и хранили над молекулярными ситами марки NaX Очистке не подвергалась

Фракция 0,315-0,5

ТлЬлица 2 Влияние режимов получения сорбентов на достижение поставленной цели

,

380 350 1)00

/410

380

380

380

380

380

380

380

380

380

380

380

з.о

.5

3,5

3,5

3,5

3,5

3,5

700

700

700

700

700

690

710

570

730

700

700

700

700

700

700

700

17 3803700

Пример дан для способа-прототипа.

Велт,. соебии ОЧот меняло сооввит., понученпхин аюцииг««м и способом

Ломите мм для слоеобв-ярототетя.

5,5 5,5 5.5 5,5 5.5

5,5

5,0 6,0 М 6.5 5.5 5.5 5,5

Ацетилэцетон

,

Акриланнд Винилацетат

0,10 0.23 0,19 0,10 0,10 0,22 0,21) 0,10

0,10 0,19 0,23 0,10 0,10 0,22 0.13

Винилтрихлор- 0,25 с план

0.05

Таблица Ь

Многократное использование предлагаемых сорбентов для извлечения ионов тямелых металлов из растворов

1 Ацетилацетон сорбция 0,20 0,20 0,19 0,16 С, f 0,16 Акриланид

Винилацетат

десорбция 0,1 J 0.20 0,19 0,16 0,16 0,16 сорбция 0,22 0,21 0,22 0,20 0,20 0,13 - десорбция 0,22 0,22 0,21 0,20 0,20 0,13 сорбция 0,15 0,15 0,15 0,12 0,12 0,11 - десорбция 0,11) О,И 0,15 0,11 0,12 0,12 - i

16 Винилтрихлорсилан сорбции десорбция

Десорбцию металлов осуществляли по стандартным методикам.

0,75 0,70 0,75 0,70 0,70 0,75