CS204380B1

CS204380B1 - Method of making the biosorbent

Info

Publication number: CS204380B1
Application number: CS757578A
Authority: CS
Inventors: Jan Rezac; Libor Krejcirik; Jiri Cejgl; Jana Sebova; Pavel Dvorak; Jan Bor
Original assignee: Jan Rezac; Libor Krejcirik; Jiri Cejgl; Jana Sebova; Pavel Dvorak; Jan Bor
Priority date: 1978-05-25
Filing date: 1978-05-25
Publication date: 1981-04-30

Description

Předmětem vynálezu je způsob výroby biosorbentu, obsahujícího biomasu telomových rostlin nebo řas, zvláště pro zachycování iontů kovů z vodných roztoků, upravený drcením a sítováním na zrna nebo lisováním na desky.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a process for producing a biosorbent containing telomass plant algae biomass, in particular for capturing metal ions from aqueous solutions, treated by grinding and sieving into grains or by pressing into plates.

Je známý způsob výroby biosorbentu, při němž se dezintegrovaná biomasa řas nebo telomových rostlin smísí s kopolymerem třísložkové monomemí směsi, obsahující akrylonitril nebo metakrylonitril, akrylan alkalický nebo metakrylan alkalický a kyselinu akrylovou nebo· metakrylovou. Směs se v přítomnosti formaldehydu, v kyselém prostředí zesíťuje.A process for the production of a biosorbent is known in which the disintegrated biomass of algae or telomic plants is mixed with a copolymer of a ternary monomer mixture comprising acrylonitrile or methacrylonitrile, alkaline acrylic or methacrylate and acrylic or methacrylic acid. The mixture crosslinks in the presence of formaldehyde, under acidic conditions.

Takto připravený biosorbent má malou mechanickou pevnost a nevylučuje ucpávání porézních vložek v ionexových kolonách. Je chemicky málo stabilní. Vazba biomasy s kopolymerem není dokonalá. Biosorbent je proto nutné před každým použitím k sorpci v dynamických podmínkách dlouhodobě vymývat. Výroba je složitá a v důsledku polymerace náročná na přesnost technologického postupu. Výchozí látky jsou pro svou pracnost cenově nepříznivé. Účinek biosorbentu je přitom relativně malý. Tak např. při pokusné sorpci iontů uranu ze standardního roztoku dusičnanu uranylu, o koncentraci 200 mg uranu na litr a při pH 4, vykazoval známý biosorbent účinnost 140 mg uranu na gram sušiny biosorbentu.The biosorbent thus prepared has low mechanical strength and does not exclude clogging of porous inserts in ion exchange columns. It is chemically poorly stable. Binding of biomass with copolymer is not perfect. Therefore, the biosorbent must be washed out for a long time before being used for sorption under dynamic conditions. Production is complex and due to the polymerization it is demanding on the precision of the technological process. Starting materials are inexpensive due to their labor intensity. The effect of the biosorbent is relatively small. For example, in an experimental sorption of uranium ions from a standard uranyl nitrate solution at a concentration of 200 mg uranium per liter and at pH 4, the known biosorbent showed an efficacy of 140 mg uranium per gram dry matter biosorbent.

Uvedené nevýhody odstraňuje způsob výroby biosorbentu, jehož podstata spočívá v tom, že foiopolymemí struktura biomasy telomových rostlin nebo řas se štěpením aktivuje v basickém prostředí, např. v jednoprocentním roztoku hydroxidu sodného, aktivovaná biomasa se smísí s močovinou a/nebo s thiomočovinou v hmotnostním poměru 1 : 0,1 až 0,2 nebo se smísí s formaldehydem v hmotnostním poměru 1 :0,2, případně i s močovinou anebo t hiomo čo vinou v hmotnostním poměru 1 : 0,1 až 0,2 a poté se předkondenzační směs vytvrzuje při teplotě 100 až 150 °C.The disadvantage of the above mentioned disadvantages is eliminated by the method of biosorbent production, which is based on the fact that the foi-polymeric structure of biomass of telomic plants or algae is activated by cleavage in a basic environment, eg in 1% sodium hydroxide solution, activated biomass is mixed with urea and / or thiourea. 1: 0.1 to 0.2 or mixed with formaldehyde in a weight ratio of 1: 0.2, optionally with urea or thiomo, resulting in a weight ratio of 1: 0.1 to 0.2, and then the precondensation mixture is cured at temperature 100 to 150 ° C.

Porozita sorbentu se zvýší a přístup iontů k sorbujícím skupinám zlepší, když se biomasa okyselí, např. desetiprocentní kyselinou chlorovodíkovou.The porosity of the sorbent will increase, and the ionic access to the sorbent groups will be improved when the biomass is acidified, e.g., by 10% hydrochloric acid.

Biomasa lépe zreaguje se skeletem, když se předkondenzační směs před vytvrzením ohřívá po dobu až dvou hodin na 80 až 100 °C.The biomass reacts better with the skeleton when the pre-condensation mixture is heated to 80 to 100 ° C for up to two hours before curing.

Výhody způsobu výroby sorbentu podle vynálezu se projevují především v mechanické pevnosti výsledného produktu a v nákladovosti. Aktivací dezintegrované biomasy řas nebo telomových rostlin se rozruší její vnitřní struktura, zejména bílkoviny, jakožto majoritní složka sorpce, u kterých se štěpí peptidická vazba a vznikají útvary s kratším ře204380 tězcem'. Zvětšuje se tím počet volných aktivních míst pro dokonalejší reakci s karbamidovou pryskyřicí nebo s formaldehydem. Aniž by se snížila kapacita sorbentů, zlepší se jeho mechanické vlastnosti. Způsob výroby podle vynálezu je výhodný i z hlediska nákladovosti výroby. Dosud užívané, cenově nepříznivé výchozí látky, např. kopolymery akrylonitrilu, akrylamidy a pod. jsou nahrazeny běžnými ekonomicky výhodnými látkami, které činí ze sorbentů atraktivní výrobek.The advantages of the sorbent production process according to the invention are manifested primarily in the mechanical strength of the final product and in the cost. Activation of the disintegrated biomass of algae or telomic plants disrupts its internal structure, especially proteins, as a major sorption component, in which the peptide bond is cleaved to form shorter-chain formations. This increases the number of free active sites for better reaction with the carbamide resin or formaldehyde. Without reducing the capacity of the sorbents, its mechanical properties are improved. The production method according to the invention is also advantageous in terms of production cost. Cost-effective starting materials used so far, e.g. acrylonitrile copolymers, acrylamides and the like. they are replaced by conventional economically advantageous substances which make the sorbents an attractive product.

Výroba se zjednodušuje a přitom chemická stálost výsledného produktu i účinnost je vyšší. Vyšší chemická stálost umožňuje zkrátit dobu vymývání sorbentů před jeho použitím, k sorpci v dynamických podmínkách na minimum. Při pokusné sorpci iontů uranu ze standardního roztoku dusičnanu uranylu vykazoval při stejných podmínkách biosorbent vyrobený způsobem podle vynálezu účinnost o 60 % vyšší než dosud známý biosorbent.Production is simplified, while the chemical stability of the final product and the efficiency are higher. Higher chemical stability makes it possible to shorten the wash-out time of sorbents prior to use, to sorption under dynamic conditions to a minimum. In the experimental sorption of uranium ions from a standard uranyl nitrate solution, under the same conditions, the biosorbent produced by the process of the invention showed an efficiency 60% higher than the known biosorbent.

Způsob výroby biosorbentu podle vynálezu byl laboratorně ověřen.The process for the production of the biosorbent according to the invention has been verified in the laboratory.

Příklad I g biomasy bylo zvlhčeno dvouprocentním hydroxidem sodným a ihned přidán roztok 2 g thiomočoviny a 1 g močoviny v 10 ml 37— 40 % formaldehydu, Poté byla biomasa vytvrzována po dobu 20 hodin v elektrické sušárně s odtahem při 150 °C. Biosorbent byl dostatečně pevný pro práce v kolonkovém uspořádání.Example 1 g of biomass was moistened with 2% sodium hydroxide and a solution of 2 g of thiourea and 1 g of urea in 10 ml of 37-40% formaldehyde was immediately added. The biomass was then cured for 20 hours in an electric oven with an extraction at 150 ° C. The biosorbent was strong enough to work in a column configuration.

Příklad II g biomasy bylo zvlhčeno v porcelánové misce 1 % roztokem hydroxidu sodného a po.necháno při normální teplotě 20 hodin v klidu. Poté se prováděla neutralizace směsi 10% kyselinou chlorovodíkovou na pH 6 á 10 ml kyseliny bylo přidáno navíc. Následovalo vmíšení roztoku 3 g močoviny v 8 ml 37—40 % formaldehydu. Materiál byl převeden do elektrické sušárny s odtahem, kde probíhalo po dobu 20 hodin tvrzení při 140 °C. Zpevnělý biologický sorbent je dostatečně porosní a zároveň mechanicky stabilní pro práce v kolonkovém uspořádání.Example II g of biomass was moistened in a porcelain dish with 1% sodium hydroxide solution and left at room temperature for 20 hours at rest. Thereafter, the mixture was neutralized with 10% hydrochloric acid to pH 6 and 10 ml of acid was added in addition. A solution of 3 g of urea in 8 ml of 37-40% formaldehyde was then added. The material was transferred to an electric exhaust drier, where it was cured for 20 hours at 140 ° C. The reinforced biological sorbent is sufficiently porous and at the same time mechanically stable for column work.

Příklad III g biomasy bylo zvlhčeno dvouprocentním hydroxidem sodným v porcelánové misce a kontaktováno po dobu 24 hodin za normální teploty. Poté byla směs neutralizována 10 % kyselinou chlorovodíkovou na pH 6 a 10 ml této kyseliny bylo přidáno. Po odpaření přebytečného objemu vody byl vmíšen do reakční směsi roztok 2 g močoviny a 2 g thiomočoviny v 10 ml 37—40 % formaldehydu. Následovalo předkondenzování směsi na vodní lázni po dobu 2 hodin. Nakonec byly vmíšeny 2 ml 85 % kyseliny fosforečné a materiál tvrzen 20 hodin v elektrické sušárně s odtahem při 140 °C. Vyrobený biosorbent je částečně fosforylovaný, dostatečně chemicky a mechanicky stabilní pro práce v kolonkovém uspořádání a současně je dostatečně porosní, což umožňuje větší kontakt vodné fáze s aktivními centry.Example III g of biomass was moistened with 2% sodium hydroxide in a porcelain dish and contacted for 24 hours at normal temperature. The mixture was then neutralized to pH 6 with 10% hydrochloric acid and 10 ml of this acid was added. After evaporation of excess water, a solution of 2 g urea and 2 g thiourea in 10 ml 37-40% formaldehyde was added to the reaction mixture. This was followed by precondensing the mixture in a water bath for 2 hours. Finally, 2 ml of 85% phosphoric acid was added and the material cured for 20 hours in an electric oven at 140 ° C. The biosorbent produced is partially phosphorylated, sufficiently chemically and mechanically stable to operate in a column configuration, and at the same time sufficiently porous, allowing greater contact of the aqueous phase with the active centers.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

Process for the production of a biosorbent comprising biomass of telomic plants or algae, in particular for capturing metal ions from aqueous solutions, treated by crushing and sieving into grains or by pressing into plates by washing with warm water, characterized in that the biopolyming structure of biomass of telomic plants or algae is Activated biomass is mixed with urea and / or thiourea in a weight ratio of 1: 0.1 to 0.2 or with formaldehyde in a weight ratio of 1: 0.2 by digestion in a basic medium, eg in a 1% sodium hydroxide solution. , optionally with urea or thiourea in a weight ratio of 1: 0.1 to 0.2, and then the precondensation mixture is cured at a temperature of 100 to 150 ° C.

2. The process according to claim 1, characterized in that the biomass is acidified after activation, e.g. by 10% hydrochloric acid.

3. The process of claim 1, wherein the precondensation mixture is heated to 80-100 [deg.] C. for up to two hours before curing.