CS228489B1 - Kompozitní sorbent a způsob výroby tohoto sorbentu - Google Patents

Abstract

Vynález se [týká kompozitního sorbentu pro zachycování kovů, zejména k selektivní sorpci elektropozitivních prvků ze zředěných roztoků ia způsobu jeho výroby. Podstatou vynálezu je kompozitní sorbent sestávající z gelu regenerované celulózy nabotnalé ve vodě, v němž jsou rozptýleny anorganické sorbemty ve formě částic libovolného tvaru o průměrné velikosti od 0,1 do 100 ^m, v množství od 1,0 do 30 obj. °/o na objem kompozitu, a které mají tvar sférických částic o velikosti od 10 do 3000 ^m. Výroba kompozitního sorbentu podle vynálezu spočívá v tom, že se viskoziita smíchá s 'anorganickým sorbentem, který ne>- , reaguje s viskózou, nebo s látkou, která poskytne sorbent v průběhu dalšího zpracování. Získaná směs se disperguje v kapalině nemísitelné s vodou a inertní vůči dispergované fázi. Disperze se zahřeje na teplotu 60—100 QC po dobu 5 minut až 2 hodin, solidifikovanié částice se odsají a regeneruje se v nich celulóza. Kompozitní sorbent podle vynálezu lze také připravit způsobem, který spočívá v tom, že se anorganické sorbenty srážejí v pór&ch vysoce porézní sférické celulózy. Význam vynálezu spočívá v účelné kombinaci anorganických a organických sorbentů.

Description

(54) Kompozitní sorbent a způsob výroby tohoto sorbentu

Vynález se [týká kompozitního sorbentu pro zachycování kovů, zejména k selektivní sorpci elektropozitivních prvků ze zředěných roztoků ia způsobu jeho výroby.

Podstatou vynálezu je kompozitní sorbent sestávající z gelu regenerované celulózy nabotnalé ve vodě, v němž jsou rozptýleny anorganické sorbemty ve formě částic libovolného tvaru o průměrné velikosti od 0,1 do 100 ^m, v množství od 1,0 do 30 obj. °/o na objem kompozitu, a které mají tvar sférických částic o velikosti od 10 do 3000 ^m.

Výroba kompozitního sorbentu podle vynálezu spočívá v tom, že se viskoziita smíchá s 'anorganickým sorbentem, který ne>, reaguje s viskózou, nebo s látkou, která poskytne sorbent v průběhu dalšího zpracování. Získaná směs se disperguje v kapalině nemísitelné s vodou a inertní vůči dispergované fázi. Disperze se zahřeje na teplotu 60—100 ^QC po dobu 5 minut až 2 hodin, solidifikovanié částice se odsají a regeneruje se v nich celulóza.

Kompozitní sorbent podle vynálezu lze také připravit způsobem, který spočívá v tom, že se anorganické sorbenty srážejí v pór&ch vysoce porézní sférické celulózy.

Význam vynálezu spočívá v účelné kombinaci anorganických a organických sorbentů.

t

220489

Vynález se týká kompozitního sorbentů pro zachycování kovů, zejména k selektivní sorpci elektropozitivních prvků ze zředěných roztoků a způsobu jeho výroby.

Sorbenty nabývají stále na významu při zachycování kovů, vzácných zemin, radioaktivních prvků a jejich štěpných produktů. V těchto případech nacházejí uplatnění především při dekontaminaci přírodních a odpadních vod, při izolaci a separaci z vodných roztoků.

Sorbenty by měly mít dostatečně vysokou sorpční kapacitu >a selektivitu, případně specilfitu, vůči příslušným sorbátům. Podle povahy použití se klade důraz na první nebo druhý požadavek. V řadě případů se s úspěchem používají sorbenty na bázi syntetických polymerů s kyselými případně komplexotvornými (chelatu jícími j aktivními skupinami nebo biosorbenty, tj. sorbenty na bázi biopolymerů a derivatizovaných blopolymerů jako celulózy, chitinu, chitosanu, proteinů apod.

Ukázalo se, že některé anorganické sorbenty mají významnou účinnost, těžko dosažitelnou polymerními sorbenty. Jedná se zvláště o těžko rozpustné anorganické sloučeniny jako sirníky, zirkoniumfosfáty, hexakyanoželeznatainy, hexakyanoželezitany těžkých kovů, oxid křemičitý, manganičitý, železitý nebo titaničitý, fosforečnan hlinitý aj.

Vykazují často vyšší selektivitu sorpce než organické polymerní sorbenty a neobyčejně vysoké rozdělovači koeficienty při sorpci elektropozitivních prvků ze zředěných roztoků. Výhodné sorpční vlastnosti však často nelze využít pro těžko překonatelné nedostatky anorganických sorbentů. Mají nedokonalou vnější formu jednotlivých částic a jejich zrnitost lze jen v určitých mezích regulovat tak, aby byla pro dané použití optimální.

Mají nepravidelný tvar částic, který je nevhodný pro práci v koloně, a značný prachový podíl, ztěžující průtočnost kolon a filtrů. Mechanická stálost anorganických sorbentů je většinou nízká, takže dochází snadno k otěru a k vyplavování náplní kolon a filtrů. Tyto nedostatky většinou rozhodujícím způsobem ovlivní použitelnost anorganických sorbentů, zvláště v provozním měřítku.

Podstata kompozitního sorbentů podle vynálezu spočívá v tom, že sestává z gelu re<generované celulózy nabotnaíé ve vodě, v němž jsou rozptýleny anorganické sorbenty ve formě částic libovolného tvaru o průměrné velikosti od 0,1 do 100 μΐη, v množství od 0,1 do 80 obj. % na objem kompozitu, a které mají tvar sférických částic o velikosti od 10 do 3000 μπι.

Jako anorganické sorbenty se používají látky vybrané ze skupiny látok zahrnujících oxid křemičitý, sirník olovnatý, hexakyainoželeznaitany a hexakyanoželezitany těžkých kovů.

Podstata způsobu výroby kompozitního sorbentů podle vynálezu spočívá v tom, že se viskóza smíchá s anorganickým sorbentem, který nereaguje s viskózou, nebo s látkou, která poskytne sorbent v průběhu dalšího zpracování, ve hmotnostních poměrech od 100 : 0,01 až 100 : 50, získaná směs se disperguje v kapalině nemísitelné s vodou a inertní vůči dispergované fázi, ve hmotnostních poměrech 1 : 1 až 1 : 20, disperze se zahřeje na teplotu 60—100 °C, po dobu 5 minut až 2 hodin, solidifikované částice se odsají a regeneruje se v nich celulóza známými způsoby.

Kompozitní sorbent podle vynálezu lze také připravit způsobem, který spočívá v tom, že se odsátá vysoce porézní sférická celulóza smíchá s roztokem anorganického sorbentu nebo s roztokem látky, která poskytne sorbent v průběhu dalšího zpracování, v hmotnostním poměru 1 : 0,1 až 1 : 100, o koncentraci roztoků 0001 M až nasycený roztok a ponechá see v kontaktu 1 min až 24 hodin, nasycená sférická celulóza se odsaje a uvede do kontaktu na dobu 1 min až 24 hodin s prostředím ve formě kapaliny nebo plynu, jehož působením dojde k vysrážení sorbentů v pórech sférické celulózy.

Význam vynálezu spočívá v účelné kombinaci anorganických a organických sorbentů. Využívá vysokou sorpční účinnost anorganických látek a itvarovatelnost celulózy na sférický produkt s regulovatelnou velikostí zrna a dobrými mechanickými vlastnostmi pro práci v kolonách a filtrech. Celulózový gel je dostatečně soudržný při působení obvyklých mechanických vlivů, je však také porézní a snadno penetrabilní sorbáitem. Anorganické sorbenty si zachovávají v prostředí celulózového gelu svou selektivitu a vykazují vysoké distribuční koeficienty při sorpci elektropozitivních prvků ze zředěných roztoků.

Kompozitní sorbenty podle vynálezu jsou vhodné k dekontaminaci přírodních a odpadních vod. Osvědčují se při likvidaci odpadů z atomových elektráren.

Přikladl

Odsátá sférická celulóza (100 ml) a 100 mililitrů vodního skla bylo mícháno za teploty 25 °C 1 hodinu. Pak byl pevný podíl separován a opět převeden do 100 ml vodního skla. Celý cyklus byl opakován třikrát. Po separaci byla vodním sklem nasycená sférická celulóza rychle promyta 500 ml destilované vody, 500 ml acetonu, Izolována a převedena do prostředí plynného HC1. Po 15 minutách reakce při teplotě 25 °C byl produt izolován a promyt vodou do neutrální reakce eluátu. Vzniklý sorbent obsahoval

17,2 % SiO₂ a 22 %! sušiny.

Sorpční kapacita pro U (VI): 2,4 g/kg odstředěného sorbentů. (Stanovení sorpční kapacity: cca 3 ml sorbentů se promyje 5.0 ml

0,1 Μ HC1 a destilovanou vodou do slabě kyselé reakce. Po odstředění a zvážení se vzorek kontaktuje s 50 ml roztoku 10^_3M UO₂(NO₃)₂ o pH cca 5, po dobu minimálně 24 hodin. Pak se v roztoku stanoví koncentrace U(VI) a z jeho úbytku se určí sorpční kapacita. ]

Příklad 2

Směs (100 g), připravená smícháním 100 gramů viskózy a 20 g vodního skla, byla za intenzivního míchání suspendována ve 300 mililitrech chlorbenzenu s přídavkem 270 miligramů kyseliny olejové. Suspenze byla zahřívána 30 minut na teplotu 90 °C. Vzniklý sférický produkt byl izolován a po dobu 15 minut promýván 500 ml 1 M kyseliny chlorovodíkové. Proces byl ukončen promytím produktu 1 litrem vroucí vody. Vzniklý sorbent obsahoval 4,5 % SiO₂ a 17,3 % sušiny.

Sorpční kapacita pro U(VIj: 2,0 g/kg odstředěného sorbentu. (Stanovení sorpční kapacity: viz příklad 1.)

Příklad 3

Odsátá sférická celulóza (100 ml] byla převedena do 100 ml nasyceného vodného roztoku octanu olovnatého (nasycený roztok při 20 °C) a směs byla míchána 1 hodinu. Pak byla celulóza separována a opět převedena do 100 ml roztoku octanu olovnatého. Celý cyklus byl opakován třikrát. Po separaci byla celulóza promyfa 500 ml acetonu, odsáta a převedena do 100 ml acetonu. Do této směsi byl vháněn sirovodík 150 minut při 25 °C, pak byla vhánění ukončeno a směs byla ponechána v uzavřené nádobě 24 hodin. Produkt byl izolován a promyt acetonem a vodou do vymizení Pb a sirovodík ku v eluátu. Vzniklý sorbent obsahoval 24,6 proč. olova a 24,5 % sušiny.

Sorpční kapacita pro U(VI): 18,0 g/kg odstředěného sorbentu. (Stanovení sorpční kapacity: viz příklad 1.)

Příklad 4

Homogenní směs (100 g j, připravená smíšením 100 g viskózy a 20 g jemného prachu slrníku olovnatého, byla za intenzivního míchání suspendována ve 300 ml chlorbenzenu s přídavkem 300 mg kyseliny olejové a suspenze byla zahřívána 30 minut na teplotu 90 °C. Po reakci byl produkt izolován a promyt 1 litrem vroucí vody. Vzniklý sorbent obsahoval 27,8 % olova a 25,2 proč. sušiny.

Sorpční kapacita pro U(VI): 23,8 g/kg odstředěného sorbentu. (Stanovení sorpční kapacity: viz příklad 1.)

Příklad 5

Sférická celulóza (100 ml) se uvede do kontaktu s 500 ml roztoku 0,1 M CoCl₂ a po dobu 2 hodin se suspenze míchá. Poté se sorbent zbaví přebytečného činidla a uvede do kontaktu s 500 ml roztoku 0,1 M K₃Fe (CN)₆ a opět se suspenze míchá po dobu 2 hodin. Po skončení srážecího procesu se sorbent promyje destilovanou vodou.

Příklad 6

Stejný postup jako v příkladu 5 s roztoky: 0,1 M CuCl₂ + 0,1 M K₄Fe (CN)₆. Příklad 7

Stejný postup jako v příkladu 5 s roztoky: 0,1 M NíC1₂ + 0,1 M K₄Fe (CN)₆.

Claims (4)

1. pRedme

   1. Kompozitní sorbent pro zachycování kovů, vyznačený tím, že sestává z gelu regenerované celulózy nabotnalé ve vodě, v němž jsou rozptýleny anorganické sorbenty ve formě částic libovolného tvaru o průměrné velikosti od 0,1 do 100 /zrn. v množství od 0,1 do 80 obj. % na objem kompozitu, a které mají tvar sférických částic o velikosti od 10 do 3000 μΐη.
2. 2. Kompozitní sorbent podle bodu 1, vyznačený tím, že anorganické sorbenty jsou vybrány ze skupiny látek zahrnujících oxid křemičitý, sirník olovnatý, hexakyanoželeznatany a hexakyanoželezitany těžkých kovů.
3. 3. Způsob výroby kompozitního sorbentu podle bodů 1 a 2 vyznačený tím, že se viskóza smíchá s anorganickým sorbentem, který nereaguje s viskózou nebo s látkou, která poskytne sorbent v průběhu dalšího zpracování, ve hmotnostních poměrech od 100 :

   vynalezu : 0,01 až 100 : 50, získaná směs se disperguje v kapalině nemísitelné s vodou a inertní vůči dispergované fázi, ve hmotnostních poměrech 1 : 1 až 1 : 20, disperze se zahřeje na teplotu 60—100 °C, po dobu 5 minut až 2 hodin, solidifikované částice se odsají a regeneruje se v nich celulóza.
4. 4. Způsob výroby kompozitního sorbentu podle bodů 1 a 2 vyznačený tím, že se odsátá vysoce porézní sférická celulóza smíchá s roztokem anorganického sorbentu nebo s roztokem látky, která poskytne sorbent v průběhu dalšího zpracování, v hmotnostním poměru 1 : 0,1 laiž 1 : 100, o koncentraci roztoků 0,001 M až nasycený roztok a ponechá se v kontaktu 1 min až 24 hodin, nasycená sférická celulóza se odsaje a uvede do kontaktu na dobu 1 min až 24 hodin s prostředím v© formě kapaliny nebo plynu, jehož působením dojde k vysrážení sorbentu v pórech sférické celulózy.