Способ получения ионообменного материала заданной конфигурации Советский патент 1980 года по МПК C08J5/20 

Изобретение относится к технологи получения формованных ионообменных материалов. Оно может найти применение в производстве цветных металлов, кондиционировании технологических растворов очистке сточных вод и аналитической химии. к настоящему времени наибольшее распространение получили зерненные гранульные иониты, эффективность при менения которых возрастает с уменьше нием размера частиц. Поэтому для интенсификации ионообменных процессов стремятся применять мелкодисперсные иониты. Однако при использовании мел кодисперсных ионитов возникают трудности, связанные с отсутствием эффективных дренажных устройств для их удерживания в колонне и высоким гидравлическим сопротивлением слоя мелкодисперсного ионита. Указанные трудности можно устранить с помощью формованных ионообмен ных материалов, представляющих готовые фильтрующие элементы. Известен способ получения формованного ионообменного материала путем сополимеризации винилароматического с дивинильным реагентом в среде слаболетучего растворителя в присутствии полиолефина и отлива полученной полимерной смеси в форму. Отлитая полимерная смесь приобретает сформованный характер после удешения слаболетучего растворителя. Для активирования изделия в форме проводят химическую обработку с введением в него фиксированных ионогенных групп Ul Недостатком известного способа является низкая проницаемость сформованного ионообменного материала. НиЭкая проницаемость обусловливается тем, что в основе способа лежит процесс формирования фасонного материала при удалении растворителя. В этом случае полимерное составляющее при формовании изде.лия плотно упаковывается в конформационно малопроницаемом состоянии. В итоге сформованный материал проявляет низкую проницаемость, находя4цуюся в сооответствии с набухаемостью, достигнутой в ходе активации и введения ионогенных групп. Другим недостатком известного способа является низкая механическая прочность сформованного ионообменного материала. Низкая механическая прочность обусловливается тем, что при получении изделия, оно двс1жды под вергается воздействию сильных напряжений: в ходе термообработки, когда полностью удаляется слаболетучий растворитель, в ходе химической акти вации, когда для введения ионогенных групп осуществляются реакции сульфирования, хлорметилирования, аминирования, обычно при повышенной темпера туре. Следующим недостатком способа яв ляется низкая активность сформованно го ионообменного материала. Низкая активность обусловливается тем, что в готовое малопроницаемое изделие гидрофобного характера вводятся гидрофильные группы с использованием реагентов, с большим трудом диффунди рующих вглубь изделия. Целью изобретения является получе ние механически прочных материалов, обладающих повышенной проницаемостью по отношению к жидкостям и высокой задерживающей способностью по отноше нию к содержащимся в обрабатываемых жидкостях взвешенным частицам, а так же проявляющих повышенную активность и сродство по отношению к металлам V и VI групп периодической системы. Поставленная цель достигается путем проведения трехмерной поликонден сации полифенольных соединений (например, пирокатехина) с формальдегидом в присутствии воды при, соотношении ее к полифенолу (вес. ч) 4:1-6:1 в температурном интервале 36-54 С в герметичном реакционном сосуде, кото рый затем используется в качестве ионообменного фильтра с фиксированHfcJM В нем слоем пористого высокопроницаемого селективного ионита. Установлено, что трехмерная поликонденсация полифенольных соединений с формальдегидом в присутствии воды при ее весовом соотношении к полифенолу 4:1-6:1 в температурном интер вале 36-54 0 протекает через образование полимерных продуктов, для которых термодинамически стабильной формой является глобулярное состояние. Дальнейшее структурирование при водит к возникновению контактных сцеплений между глобулами, в результате чего формируется изделие в форм используемого для трехмерной поликон денсации реакционного сосуда. Сформо ваннь1й материал сочетает большую удельную поверхность, благодаря кото рой (наряду с наличием полифенольных комплексообразующих группировок) он проявляет повышенную активность и сродство к металлам V и VI групп периодической системы, с высокой.прони цаемостью, благодаря которой он проявляет высокую фильтрукяцую способность по отношению к жидкостям. Боль шая удельная поверхность обусловливается глобулярной структурой, а высокая проницаемость для жидкостей наличием открытых пор, размер которых достигает 0,3 мкм. В технологических растворах при производстве цветных металлов обычно содержатся шламы с размером частиц порядка 1 мкм и выше; очистка таких растворов от указанных ишамов представляет чрезвычайно сложную задачу. Сформованный по разработанному способу материал эффективно задерживает зти шламы. Отклонение от оптимального режима приводит к нарушению процесса формования с получением фасонного материала, слабо сочетающего механическую прочность, фильтрующую способность и активность по отношению к металлам V и VI групп периодической системы. Например, в случае трехмерной поликонденсации при соотношении вода:полифенол (вес.ч) выше 6:1 формируется материал с дифференцированным и рассеянным расположением глобул. Этот материал, проявляя высокую фильтрующую способность, механически непрочен. Кроме того, он имеет слишком малую удельную поверхность и поэтому недостаточно активно взаимодействует (в связи с наличием фенольных радикалов) с металлами V и VI групп. Если же трехмерную поликонденсацию осуществлять при соотношении вода:полифенол ниже 4:1, то проявляется низкая стабильность образующихся в этих условиях глобул. Вследствие этого глобулы сливаются в недискретную массу раньше, чем происходит структурирование материала. В результате образуется материал, не имеющий открытых пор и обладающий слишком низкой проницаемостью, чтобы выполнять роль фильтрующего элемента. Такое же решающее значение имеет температурный режим, который следует коррелировать с используемым количеством воды. При повышении температуры нивелируется глобулярная структура, а с уменьшением температуры возрастает роль коацервативных процессов, приводящих в конечном итоге к расслоению формуемой смеси. Пример 1. Синтез проводят в цилиндрическом сосуде с внутренним диаметром 96 мм и высотой 70 мм, снабженном разъемными крышками. .При герметизированном нижнем торце в сосуд загружают гомогенизированную смесь, полученную смешением, г: пи- рокатехина 60; формалина (35,6%) 69, воды 223 и соляной кислоты (35,2%) 4. После загрузки реакционной смеси герметизируют верхний торец сосуда и помещают его в термостат при 38°С. По истечении 48 ч в сосуде фиксируется слой селективного полифенольного ионита высотой 45 мм, плотно прилеггио