СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИОННЫХ СИТ Советский патент 1970 года по МПК B01J20/06 

Изобретение касается способа получения селективных ионных сит.

Предлагаемый способ синтеза ионных сит заключается в насыщении аморфной гидратироваиной двуокиси ма;ргавца ионами Li+ с последующей термической обработкой при 450-500°С или ионами Na+ с последующей термической обра|боткой при 350-400°С. После термической обработки производят гидратацию водяным паром.

В результате получены ионные сита, селективные к иОНам Li+ или соответственно к ионам Na+, К+ и Rb+.

При таком способе легко осуществляется синтез ионных сит с заранее 31аданными олределенными размерами ячеек. Возможно получение ионных сит, которые сорбируют только ионы Li+ из растворов, соде,ржащ1их соли натрия, магния и других элементов.

Полученные ионные сита устойчивы в растворах кислот и щелочей достаточно щирокого диапазона концентраций. На них не действуют растворы гидроксидов лю|бых щелочных элементов (испытания проведены в растворах с коицентращиями до 1 н.) и растворы КИ1СЛОТ окислителей (испытания проведены в растворах HiNOa с концентрациями до 1 н.). Под действием растворов НС1 вещества разрущаются. В нейтральных и щелочных растворах хлоридов ионные сита устойчивы.

Ионные сита легко подвергаются регенерации, переходя в П-1форму под действием н. растворов HNOa.

Ионные сита устойчивы в Н-форме и полностью отпадает необходимость в использовании солей серебра для их обработки.

Примененибч в качестве сорбентов ионных сит в Н-форме создает условия для очистки солей без их загрязнения какими-либо ионами.

Иойные сита, приготовленные на основе двуокиси марганца, обладают хорощей кинетикой и обратимостью процесса сорбции. В динамических условиях легко осуществляется полный (100%-иый) переход ионного сита в

Н-форму с последующим замещением иоиов водорода -ионами сорбируемого элемента. Ионные сита выдерживают без разрущения многократное повторение циклов сорбция- элюирование.

Ионные сита, приготовленные на основе двуокиси марганца, позволяют извлекать ионы Li+ из растворов, в которых содержание этого элемента можно изменять в любых пределах (в том числе, следовые количеств а).

Одновременно с ионами Li+ в. растворах могут содержаться соли щелочных, щелочноземельных элементов и матния в высоких концентрациях. Ион.ные сита, предназначенные для сорбции ионов Li+, почти ие сорбируют

тов и магния, поэтому элюирование лития 0,1 и. раствором НКОз позволяет получать раствор гидрата лития с содержанием сол-и нат1рия - 1,5%. Ковф фициент разделения ионов Li+ и Na+ может достигать таких величин, как 2-.10 и более.

При неполном насыщении ионами Li+ у ионного оита сохраняется Н-форма, независимо от содержания в раствО|ре -посторонних ионоВ. Поэтому при де-сорбщии ионов Li+ всегда получается достаточно чистая соль лития.

Ионные сита выдерживают многокр.атную регенаращию. Рабочая о-бменная емкость иоННых оит по отношению к ионам в зависимости от условий сорбции составляет 1,25- 5,76 мг-экв/г.

Ионные сита, предназначенные для извлечения примесей щелочных элементов из солей рубидия и цезия, позволяют проводить следующие операади.

Удаление ионов Na+ и К+ из солей .рубидия.Ионные сита одновременно с ионами Na+ и К+ частично сорбируют ионы рубидия. Однако определенная часть ячеек, которым соответствует емкость - 1,1 -1,2 мг-экв/г, оказывается доступной только для ионов Na+ и К+. Поэтому ионы Rb+, независимо от концентрации соли рубидия в растворе, не препятствуют сорбции даже следовых количеств ионов Na+ и К+. Путем .простого пропускания растворов солей рубидия через колонку с ионным ситом удается понизить соде/ржание в них прнмес-и натрия н -калия соответственно до 0,0025-0,05 вес. %.

Удаление ионо.в Na+, К+ и Rb+ из солей цезия. Этот процесс проводится так же, как и очистка от примесей солей рубидия. Содержание в соли .цезия примесей «атрия и- калия можно понизить до 0,0015 вес. % и примеси рубидия до 0,05 вес. %. Обменная емкость ионного сита при сорбции ионов Na+ и К+ из солей цезия составляет 1,4-1,5 мг-экв/г, при сорбции ионов ,6 мг-экв/т.

Пример 1. Синтез ионного сита ИСМ-1.

Подвергают взаимодействию 17,9 г КМпО4 (0,1 М раствор) и 2,3 л 3%-ного раствора Н2О2. Получают золь МпОг. Золь коагулируют действием 5,6 г КС1. Полученный осадок отмывают четыре раза декантацией четырехкратными объе.мами воды. После отстаивания до 700 мл осадок, помещенный в металлический противень слоем толщии-ой 2 см, замораживают в холодильном шкафу при температуре -5°С. Оттаивание замороженного осадка проводят на воздухе при комнатной температуре. Объем осадка после замораживания и оттаивания составляет 32 мл. Содержание МпО2 в полученном продукте равно 268 г/л.

0,1 и. HNQs (300 мл), вода (50 мл), 0,1 н. NaOH (500 мл) и вода (80 мл).

Осадок извлекают и.з колонки, осущают фильтровальной бумагой, помещают в охлажденную прокалочную печь, постепенно (на 10°/мин) нагревают до 10°С и выдерживают при этой температуре в течение 3,5 час. После охлаждения осадок обрабатывают влажным паром, помещают в колонку и обраба-тывают раствором 0,1 н. BNOa (900 мл) и

водой (90 мл). После промывки водой ионное

сито ИСМ- в Н-форме готово к проведению

процесса сорбции.

iB итоге процесса получено 10 г (на вес

сухого вещества МпОа) .ионного сита, занимающего объем 12 мл.

Испытания сорбента в колонке, проведенные путем многократного повторения циклов сорбции-элюирования, подтвердили его механическую устойчивость и обратимость процесса сорбции. Сорбция ионов Li+ из растворов с приводит к использованию полной обменной емкости ионного сита до 4,75 мг-экв/г, но от цикла к циклу возможно

уменьщение величины емкости на 2-3%. При сорбции из растворов с используется только часть обменной емкости ионного сита, составляющая 1,25 мг-экв/г, но эта величина остается без изменения при длительной работе сорбента в колонке (испытания в течение 26 циклов).

Пример 2. Синтез ионного сита ИСМ-2. При взаимодействии 17,9 г КМпО (Oyl.M

раствор) и 2,3 л 3% (об.) раствора Н2О2 получают золь МпОа. После коагуляции золя под действием 5,5 г КС1 получен осадок, который отмывают четыре раза путем декантации четырехкратными объемами воды. После

отстаивания до 700 .мл осадок помещают в металлический щкаф при температуре -5°С. Оттаивание замороженного осадка проводят на воздухе при комнатной температуре. Объе.м после замораживания и оттаивания составляет 32 мл. Содержание МпО2 в полученном веществе равно 268 г/л.

Осадок помещают в стеклянную колонку с параметрами 70 смХО,46 см Че|рез колонку с осадком пропускают следующие растворы:

0,1 н. BNOa (300 мл), вода (50 мл), 0,1 н. NaOH (600 мл) и вода (90 мл). Осадок извлекают из колонки, осущают фильтровальной бумагой, помещают в охлажденную прокалочную печь, постепенно (на 10 град/мин) нагревают до 400 + -10°С и выдерживают при этой температуре в течение 4 час. После охлаждения осадок обрабатывают влажным паром, помещают в колонку и обрабатывают раствором 0,1 н. HNOs (1000 У(л) и водой

(100 мл). После промывки водой иоиное ситг ИСМ-2 в Н-форме готово к проведению сорбции. 5 .Предмет и ЗО бр етени я Способ, получения ионных сит на основе двуокиси марганца, селективных к ионам Li+ или к ионам Na+, К и Rb+, отличающийся 5 тем, что -аморфную гидратированную двуокись 6 марганца насыщают соответственно ионами Li+ с последующей термической обработкой при температуре 450-500°С или ионами Na+ с последующей термической обработкой при 350-400°С и дальнейшей гидратацией водяным паром.