EA042842B1 - METHOD FOR PRODUCING FLOCCULANT FOR WATER PURIFICATION BASED ON CHITOSAN, FLOCCULANT PRODUCED BY THIS METHOD, ITS APPLICATION AND METHOD FOR WATER PURIFICATION USING THIS FLOCCULANT - Google Patents

METHOD FOR PRODUCING FLOCCULANT FOR WATER PURIFICATION BASED ON CHITOSAN, FLOCCULANT PRODUCED BY THIS METHOD, ITS APPLICATION AND METHOD FOR WATER PURIFICATION USING THIS FLOCCULANT Download PDF

Info

Publication number
EA042842B1
EA042842B1 EA202291298 EA042842B1 EA 042842 B1 EA042842 B1 EA 042842B1 EA 202291298 EA202291298 EA 202291298 EA 042842 B1 EA042842 B1 EA 042842B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
chitosan
mol
flocculant
water
acrylamide
Prior art date
Application number
EA202291298
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алла Евгеньевна Мочалова
Original Assignee
Шашкин Олег Анатольевич
Алла Евгеньевна Мочалова
Filing date
Publication date
Application filed by Шашкин Олег Анатольевич, Алла Евгеньевна Мочалова filed Critical Шашкин Олег Анатольевич
Publication of EA042842B1 publication Critical patent/EA042842B1/en
Priority to PCT/EA2023/050001 priority Critical patent/WO2023222175A1/en

Links

Description

Изобретение относится к области получения средств для очистки воды и к области экологии, а именно к способу получения нового эффективного флокулянта для очистки воды на основе хитозана, его применению и к способу очистки воды от естественных и техногенных загрязнений в различных сферах хозяйственной деятельности человека.The invention relates to the field of obtaining means for water purification and to the field of ecology, namely, to a method for obtaining a new effective flocculant for water purification based on chitosan, its application and to a method for purifying water from natural and man-made pollution in various fields of human economic activity.

Очистка некачественной воды с низкими санитарно-гигиеническими показателями от естественных и техногенных загрязнений в различных сферах хозяйственной деятельности человека является одной из тех актуальных проблем экологии, которая требует эффективного решения.Purification of low-quality water with low sanitary and hygienic indicators from natural and man-made pollution in various areas of human economic activity is one of those urgent environmental problems that requires an effective solution.

В настоящее время в области водоочистки существуют следующие проблемы:Currently, there are the following problems in the field of water treatment:

невозможность при относительно небольших капитальных и эксплуатационных затратах получить соответствующее качество очистки воды;impossibility at relatively small capital and operating costs to obtain the appropriate quality of water purification;

ограниченность технологий очистки воды, способных воздействовать сразу на широкий спектр загрязнений;limited water treatment technologies that can immediately affect a wide range of contaminants;

значительный расход электроэнергии водоочистных установок, связанный с длительным технологическим процессом;significant power consumption of water treatment plants associated with a long technological process;

низкая производительность водоочистных установок и узкая избирательность мембраны к видам загрязнений при использовании гиперфильтрационного метода;low productivity of water treatment plants and narrow selectivity of the membrane to the types of contaminants when using the hyperfiltration method;

необходимость изготовления анода из нерастворимых сплавов или покрытий, опасность получения токсичных и взрывоопасных продуктов электролиза воды, высокие капитальные и эксплуатационные затраты, вызванные значительной стоимостью изготовления и эксплуатации электродных систем и установок электропитания, при использовании электрохимического метода очистки, основанного на электролизе воды и растворов, сопровождающихся двумя процессами: анодным окислением и катодным восстановлением;the need to manufacture an anode from insoluble alloys or coatings, the danger of obtaining toxic and explosive products of water electrolysis, high capital and operating costs caused by the significant cost of manufacturing and operating electrode systems and power supply installations when using an electrochemical cleaning method based on the electrolysis of water and solutions, accompanied by two processes: anodic oxidation and cathodic reduction;

высокая чувствительность к составу исходной воды и, как следствие, ограниченная область применения.high sensitivity to the composition of the source water and, as a result, a limited scope.

Известен полиакриламидный флокулянт, модифицированный хитозаном, и способ его получения (CN 106008822, 12.10.2016), включающий подготовку раствора хитозана определенной концентрации, раствора акриламида определенной концентрации, раствора инициатора определенной концентрации, раствора амина определенной концентрации и раствора формальдегида определенной концентрации; нагревание при нормальном давлении раствора хитозана и раствора акриламида до 45-50°С, при непрерывной подаче азота в течение 20-40 мин; добавление раствора инициатора, раствора амина и раствора формальдегида при температуре системы на уровне 45-50°С в течение 8-12 ч; добавление после окончания реакции деионизированной воды с получением флокулянта.Known polyacrylamide flocculant modified with chitosan, and a method for its production (CN 106008822, 10/12/2016), including the preparation of a solution of chitosan of a certain concentration, a solution of acrylamide of a certain concentration, a solution of an initiator of a certain concentration, a solution of an amine of a certain concentration and a solution of formaldehyde of a certain concentration; heating at normal pressure a solution of chitosan and a solution of acrylamide to 45-50°C, with a continuous supply of nitrogen for 20-40 min; adding an initiator solution, an amine solution and a formaldehyde solution at a system temperature of 45-50°C for 8-12 hours; adding after the end of the reaction of deionized water to obtain a flocculant.

Способ приготовления является мягким по условиям реакции, простым в процессе и удобным в эксплуатации; молекулярная масса приготовленного модифицированного флокулянта высока, химическое потребление кислорода и скорость удаления взвешенных твердых частиц из сточных вод высоки, а флокулянт обладает высоким эффектом флокуляции и хорошими эксплуатационными характеристиками.The preparation method is mild in reaction conditions, simple in process and convenient in operation; the molecular weight of the prepared modified flocculant is high, the chemical oxygen demand and the removal rate of suspended solids from wastewater are high, and the flocculant has a high flocculation effect and good performance.

Недостатками данного изобретения являются наличие обязательного температурного воздействия и непрерывная подача азота для осуществления реакции, что усложняет технологический процесс, а также присутствие формальдегида в составе, имеющего широкий спектр применения, но обладающего канцерогенными свойствами.The disadvantages of this invention are the presence of a mandatory temperature exposure and a continuous supply of nitrogen to carry out the reaction, which complicates the process, as well as the presence of formaldehyde in the composition, which has a wide range of applications, but has carcinogenic properties.

Известен метод подготовки и применение синтезированного агента по удалению мутности, инициированного плазмой (CN 105622848, приоритет от 21.03.2016), включающий добавление природного макромономера в кислотный раствор, до полного растворения с последующим добавлением мономера акриламида и функционального мономера до полного растворения с получением смеси мономеров; введение смеси мономеров в плазменное инициирующее устройство при комнатной температуре, предварительное продувание газом азотом для деоксигенации и выполнение реакции разряда после деоксигенации и непрерывное продувание азотом во время реакции разряда; реакцию постполимеризации в смешанном растворе при постоянной продувке азотом во время постполимеризации и, дополнительно, в течение 10-60 мин после завершения реакции с получением реагента для удаления мутности и коллоидного раствора фторида кальция.A known method for the preparation and use of a synthesized agent for removing turbidity initiated by plasma (CN 105622848, priority dated March 21, 2016), including the addition of a natural macromonomer to an acid solution, until complete dissolution, followed by the addition of acrylamide monomer and a functional monomer until complete dissolution to obtain a mixture of monomers ; introducing the monomer mixture into the plasma initiator at room temperature, pre-purging with nitrogen gas for deoxygenation, and performing a discharge reaction after deoxygenation, and continuously purging with nitrogen during the discharge reaction; a post-polymerization reaction in a mixed solution under constant nitrogen purge during post-polymerization, and further for 10 to 60 minutes after completion of the reaction to obtain a haze remover and a calcium fluoride colloidal solution.

Недостатками данного изобретения являются плазменное инициирование процесса полимеризации и постоянное продувание азотом во время реакции постполимеризации и, как следствие, усложнение и удорожание технологического процесса производства.The disadvantages of this invention are the plasma initiation of the polymerization process and the constant nitrogen purge during the post-polymerization reaction and, as a result, the complexity and cost of the manufacturing process.

В статье П.В. Татаринов, А.Е. Мочалова, И.В. Белышева, Л.А. Смирнова, И.В. Бодриков Индуцированная деградация хитозана, сопряженная с блок-сополимеризацией с акриламидом (Журнал прикладной химии, 2010 г., т. 83, вып.7), описан способ, включающий получение блок-сополимера хитозанакриламид индуцированным инициированием деградации хитозана в присутствии акриламида при низкой температуре (21-23°С). Блок-сополимеризацию акриламида и хитозана проводили в 1-2%-ных водноуксуснокислых растворах (рН 3,4-3,8) с содержанием полисахарида 1 мас.%. К раствору полисахарида последовательно при перемешивании добавляли расчетные количества акриламида аскорбиновой кислоты и пероксида водорода. Молярные отношения АА/звено глюкозамина и звено глюкозамина/H2O2 в ре- 1 042842 акционной смеси изменялись от 10 до 45.36 и от 20 до 100 соответственно. Полученные блоксополимеры хитозан-акриламид представляли собой амбифункциональные системы, в которых коагулирующие и флокулирующие фрагменты совмещены в одних макромолекулах блок сополимеров, что обеспечивает эффективную очистку сточных вод. Однако несмотря на широкий диапазон изменения концентраций в указанных условиях синтеза происходила существенная деградация цепей хитозана до молекулярной массы ~8000 и прививались цепи полисахарида с молекулярной массой, не превышающей ~800000, что недостаточно для эффективной флокуляции загрязнений при очистке сточных вод. Кроме того, содержание в составе полученного сополимера до 45 частей звеньев акриламида на одну часть хитозана существенно снижает экологическую безопасность данного продукта, в связи с высоким содержанием акриламида. Также в указанной статье показана возможность использования флокулянта для очистки только одного вида загрязненной воды, а именно для очистки сточной воды производства латексов, что свидетельствует об ограниченном применении полученного флокулянта.In the article by P.V. Tatarinov, A.E. Mochalova, I.V. Belysheva, L.A. Smirnova, I.V. Bodrikov Induced degradation of chitosan coupled with block copolymerization with acrylamide (Journal of Applied Chemistry, 2010, v. 83, issue 7), a method is described that includes the preparation of a block copolymer of chitosan acrylamide by induced initiation of chitosan degradation in the presence of acrylamide at low temperature ( 21-23°C). Block copolymerization of acrylamide and chitosan was carried out in 1–2% aqueous acetic acid solutions (pH 3.4–3.8) with a polysaccharide content of 1 wt %. Calculated amounts of ascorbic acid acrylamide and hydrogen peroxide were successively added to the polysaccharide solution with stirring. The molar ratios AA/glucosamine unit and glucosamine/H2O2 unit in the reaction mixture varied from 10 to 45.36 and from 20 to 100, respectively. The obtained chitosan-acrylamide block copolymers were ambifunctional systems in which coagulating and flocculating fragments are combined in the same macromolecules of block copolymers, which ensures efficient wastewater treatment. However, despite the wide range of concentrations under the indicated synthesis conditions, chitosan chains were significantly degraded to a molecular weight of ~8000 and polysaccharide chains with a molecular weight not exceeding ~800000 were grafted, which is insufficient for efficient flocculation of contaminants during wastewater treatment. In addition, the content of the obtained copolymer up to 45 parts of acrylamide units per one part of chitosan significantly reduces the environmental safety of this product, due to the high content of acrylamide. Also, this article shows the possibility of using a flocculant to treat only one type of polluted water, namely, to treat wastewater from the production of latex, which indicates the limited use of the resulting flocculant.

В статье Д.С. Скотникова, А.Е. Мочалова, Л.А. Смирнова Сорбция ионов металлов сополимерами хитозана с виниловыми мономерами (Журнал прикладной химии, 2019, т. 92, вып. 5), описан синтез сополимеров хитозана с 4-К-винилпиридином, акриламидом, акриловой кислотой и исследование их сорбционной способности к ионам Cr (III, IV). Для синтеза привитых сополимеров в реактор помещали 3%-ный раствор хитозана в 1.2% уксусной кислоты (или в 0.75% соляной кислоты), расчетное количество 4-К-винилпиридина, акриламида или акриловой кислоты (соотношение [хитозан]/[виниловый мономер] варьировали от 1/1 до 1/3 осново-моль/моль), перемешивали в течение 10 мин при Т = 50°С. Затем добавляли 1.4-10’3 моль-л’1 персульфата аммония и проводили синтез в течение 3 ч. Синтез блоксополимеров проводили при комнатной температуре в присутствии аскорбиновой кислоты ([СбН8Об]/[Н2О2]=1 (моль)) иIn the article by D.S. Skotnikova, A.E. Mochalova, L.A. Smirnova Sorption of metal ions by copolymers of chitosan with vinyl monomers (Journal of Applied Chemistry, 2019, vol. 92, issue 5), the synthesis of chitosan copolymers with 4-N-vinylpyridine, acrylamide, acrylic acid and the study of their sorption capacity for Cr (III) ions are described , IV). To synthesize graft copolymers, a 3% solution of chitosan in 1.2% acetic acid (or 0.75% hydrochloric acid) was placed in a reactor; the calculated amount of 4-N-vinylpyridine, acrylamide, or acrylic acid ([chitosan]/[vinyl monomer] ratio from 1/1 to 1/3 base mol/mol), stirred for 10 min at T = 50°C. Then, 1.4-10'3 mol- l ' 1 ammonium persulfate was added and the synthesis was carried out for 3 hours. ) And

H2O2 ([хитозан]/[Н2О2]=50 осново-моль/моль).H 2 O 2 ([chitosan]/[H 2 O 2 ]=50 base mol/mol).

В ходе процесса для определения конверсии виниловых мономеров отбирали пробы через каждые 15-30 мин. Полученчен блок-сополимер хитозана с акриламидом и акриловой кислотой в мольном соотношении хитозан:акриламид:акриловая кислота = 1:3:1 осново-моль:моль:моль при комнатной температуре. Сорбционные свойства хитозана и полученных сополимеров были апробированы при очистке сточных вод одного из гальванических производств Нижнего Новгорода. Сорбционная способность сополимеров хитозана с виниловыми мономерами к ионам хрома увеличивается в ряду хитозан-акриламид < хитозан-4-К-винилпиридин << хитозан-акриламид-акриловая кислота при одной и той же концентрации сорбента - 1.3 мас.%. При этом степень очистки от ионов хрома составляет 18.1<39.4<81.5% соответственно. Введение в структуру сополимера хитозан-акриламид мономерных звеньев акриловой кислоты в 4 раза повышает эффективность сорбента.During the process, samples were taken every 15-30 minutes to determine the conversion of vinyl monomers. A block copolymer of chitosan with acrylamide and acrylic acid was obtained in the molar ratio of chitosan:acrylamide:acrylic acid = 1:3:1 base-mol:mol:mol at room temperature. The sorption properties of chitosan and the resulting copolymers were tested in the treatment of wastewater from one of the electroplating plants in Nizhny Novgorod. The sorption capacity of copolymers of chitosan with vinyl monomers for chromium ions increases in the series chitosan-acrylamide < chitosan-4-N-vinylpyridine << chitosan-acrylamide-acrylic acid at the same sorbent concentration of 1.3 wt %. The degree of purification from chromium ions is 18.1<39.4<81.5%, respectively. The introduction of monomer units of acrylic acid into the structure of the chitosan-acrylamide copolymer increases the efficiency of the sorbent by a factor of 4.

К недостаткам данного исследования относится отсутствие данных по молекулярной массе полученных сополимеров и ограниченный круг их применения, а именно для очистки сточной воды гальванического производства от ионов хрома: Сг(общ.) Cr(III), Cr(VI). Обращает на себя внимание то, что авторы детально исследовали и сравнивали между собой в основном свойства двойных сополимеров разного состава. Приведен лишь один пример для тройного сополимера состава ХТЗ-АА-АК 1:3:1 без детального описания его синтеза и приведения каких-либо характеристик продукта.The disadvantages of this study include the lack of data on the molecular weight of the copolymers obtained and the limited scope of their application, namely, for the purification of wastewater from galvanic production from chromium ions: Cr(total) Cr(III), Cr(VI). It is noteworthy that the authors studied in detail and compared with each other mainly the properties of double copolymers of different compositions. Only one example is given for a 1:3:1 XTS-AA-AK ternary copolymer without a detailed description of its synthesis and any characteristics of the product.

Известно, что традиционно используемые для решения задач очистки воды синтетические полимеры на основе полиакриламида и акриловой кислоты имеют ряд недостатков: устойчивость к биологической деструкции, токсичность и канцерогенность, обусловленные присутствием остаточного количества неполимеризованного акриламида. Это существенно ограничивают применение синтетических флокулянтов для очистки воды в ряде отраслей. В связи с этим биоразлагаемые и нетоксичные природные полимеры могут стать экономически обоснованной альтернативой синтетическим флокулянтам.It is known that synthetic polymers based on polyacrylamide and acrylic acid, traditionally used for solving water purification problems, have a number of disadvantages: resistance to biological degradation, toxicity and carcinogenicity due to the presence of a residual amount of unpolymerized acrylamide. This significantly limits the use of synthetic flocculants for water treatment in a number of industries. In this regard, biodegradable and non-toxic natural polymers can become an economically viable alternative to synthetic flocculants.

Задачей, решаемой настоящим изобретением, являлась разработка способа получения нового флокулянта на основе природного полисахарида хитозана с оптимальным соотношением молекулярной массы и содержанием кислотных групп, обладающего повышенной эффективностью, позволяющей применять его для очистки воды с широким спектром загрязнений на действующих очистных сооружениях.The problem solved by the present invention was the development of a method for obtaining a new flocculant based on natural chitosan polysaccharide with an optimal molecular weight ratio and the content of acid groups, which has increased efficiency, allowing it to be used for treating water with a wide range of contaminants at existing treatment facilities.

Техническим результатом от использования изобретения является повышение экологической безопасности и эффективности флокулянта, расширение области его применения, упрощение технологического процесса его получения и использования.The technical result from the use of the invention is to increase the environmental safety and efficiency of the flocculant, expand the scope of its application, simplify the technological process of its production and use.

Поставленная задача достигается тем, что способ получения флокулянта для очистки воды на основе хитозана, в котором готовят водноуксуснокислый раствор хитозана с содержанием уксусной кислоты от 1,2-3 мас.% или водносолянокислый раствор хитозана с содержанием соляной кислоты от 0,5-1 мас.% при значениях рН 4-6, осуществляют сополимеризацию водноуксуснокислого раствора хитозана или водносолянокислого раствора хитозана с содержанием соляной кислоты и мономера акриламида и/или его производных при соотношении, осново-моль/моль: хитозан - 1, акриламид - 3, затем осуществляют продувку реакционной смеси раствора хитозана и акриламида аргоном, сополимеризацию проводят в присутствии окислительно-восстановительной системы, включающей аскорбиновую кислоту, растворенную в воде в соотношении C6H8O6:H2O2 - 1:1 моль, и пероксид водорода при соотношении, основоThe task is achieved by the fact that a method for producing a flocculant for water purification based on chitosan, in which a water-acetic acid solution of chitosan with an acetic acid content of 1.2-3 wt.% or a hydrochloric acid solution of chitosan with a hydrochloric acid content of 0.5-1 wt. .% at pH values of 4-6, a water-acetic acid solution of chitosan or a hydrochloric acid solution of chitosan containing hydrochloric acid and acrylamide monomer and/or its derivatives are copolymerized at a ratio, base-mol/mol: chitosan - 1, acrylamide - 3, then blowing is carried out reaction mixture of a solution of chitosan and acrylamide with argon, the copolymerization is carried out in the presence of a redox system, including ascorbic acid dissolved in water in a ratio of C 6 H 8 O 6 :H 2 O 2 - 1:1 mol, and hydrogen peroxide at a ratio of basic

- 2 042842 моль/моль: хитозан - 10-75, Н2О2 - 1, после чего вводят акриловую кислоту, предварительно нейтрализованную гидроксидом натрия NaOH, при следующем соотношении компонентов, осново-моль/моль: хитозан - 1, акриловая кислота - 3-10, синтез проводят при температуре 15-30°С в течение 3,5-6 ч; используют хитозан с молекулярной массой 150000-250000 и степенью деацетилирования 78-85%; вместо акриламида используют его производные, такие как метакриламид, N-алкилакриламид; соотношение аскорбиновой кислоты и пероксида водорода составляет 1:1 моль; используют 30%-ный водный раствор пероксида водорода; соотношение акриловой кислоты и гидроксида натрия составляет 1: 1 моль.- 2 042842 mol/mol: chitosan - 10-75, H2O2 - 1, after which acrylic acid is introduced, previously neutralized with sodium hydroxide NaOH, in the following ratio of components, base-mol/mol: chitosan - 1, acrylic acid - 3-10 , the synthesis is carried out at a temperature of 15-30°C for 3.5-6 hours; use chitosan with a molecular weight of 150,000-250,000 and a degree of deacetylation of 78-85%; instead of acrylamide, its derivatives are used, such as methacrylamide, N-alkylacrylamide; the ratio of ascorbic acid and hydrogen peroxide is 1:1 mol; using a 30% aqueous solution of hydrogen peroxide; the ratio of acrylic acid and sodium hydroxide is 1:1 mol.

Поставленная задача достигается также тем, что флокулянт для очистки воды на основе хитозана, полученный предлагаемым способом, представляет собой сополимер хитозан/акриламид/акриловая кислота с молекулярной массой не менее 1270000 при следующем соотношении компонентов, основомоль/моль: хитозан - 1, акриламид - 3, акриловая кислота - 3-10, в котором содержание хитозана составляет не менее 15 мас.%, содержание кислотных групп составляет не менее 8,7 мас.%, содержание основного вещества составляет не менее 3-5%; представляет собой концентрированный раствор - гель с вязкостью не менее 250 сСт.This task is also achieved by the fact that the flocculant for water purification based on chitosan, obtained by the proposed method, is a copolymer of chitosan/acrylamide/acrylic acid with a molecular weight of at least 1270000 in the following ratio of components, base mol/mol: chitosan - 1, acrylamide - 3 , acrylic acid - 3-10, in which the content of chitosan is not less than 15 wt.%, the content of acid groups is not less than 8.7 wt.%, the content of the basic substance is not less than 3-5%; is a concentrated solution - gel with a viscosity of at least 250 cSt.

Поставленная задача достигается также тем, что применяют флокулянт для очистки воды на основе хитозана, полученный предлагаемым способом, от загрязнений, выбранных из взвешенных частиц, хлора, ионов металлов, нефтепродуктов.This task is also achieved by using a flocculant for water purification based on chitosan, obtained by the proposed method, from contaminants selected from suspended particles, chlorine, metal ions, oil products.

Поставленная задача достигается также тем, что способ очистки воды включает обработку воды флокулянтом для очистки воды на основе хитозана, полученным предлагаемым способом, выпадение осадка и его фильтрацию; дополнительно добавляют Аква аурат 30.This task is also achieved by the fact that the method of water purification includes water treatment with a flocculant for water purification based on chitosan, obtained by the proposed method, precipitation and filtration; additionally add Aqua aurat 30.

Предлагаемый способ получения флокулянта для очистки воды осуществляют следующим образом.The proposed method of obtaining a flocculant for water treatment is as follows.

Сначала готовят водноуксуснокислый раствор хитозана с содержанием уксусной кислоты от 1,2-3 мас.% или водносолянокислый раствор хитозана с содержанием соляной кислоты от 0,5-1 мас.% при значениях рН 4-6.First, a water-acetic acid solution of chitosan is prepared with an acetic acid content of 1.2-3 wt.% or a hydrochloric acid solution of chitosan with a hydrochloric acid content of 0.5-1 wt.% at pH values of 4-6.

Затем осуществляют сополимеризацию водноуксуснокислого раствора хитозана или водносолянокислого раствора хитозана с содержанием соляной кислоты и мономера акриламида и/или его производных при соотношении, осново-моль/моль:Then, a water-acetic acid solution of chitosan or a hydrochloric acid solution of chitosan containing hydrochloric acid and acrylamide monomer and/or its derivatives are copolymerized at a ratio, base-mol/mol:

хитозан - 1, акриламид - 3.chitosan - 1, acrylamide - 3.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения реакционную смесь хитозана и мономера продувают инертным газом, предпочтительно аргоном, до добавления окислительно-восстановительной системы.In a preferred embodiment of the invention, the reaction mixture of chitosan and monomer is purged with an inert gas, preferably argon, prior to the addition of the redox system.

Сополимеризацию проводят в присутствии окислительно-восстановительной системы, включающей аскорбиновую кислоту, растворенную в воде в соотношении С6Н8О62О2- 1:1 моль, и пероксид водорода при соотношении, осново-моль/моль: хитозан -10-75, Н2О2-1.The copolymerization is carried out in the presence of a redox system, including ascorbic acid dissolved in water in the ratio C 6 H 8 O 6 :H 2 O 2 - 1:1 mol, and hydrogen peroxide in the ratio, base-mol/mol: chitosan -10 -75, H2O2-1.

После этого вводят акриловую кислоту, предварительно нейтрализованную гидроксидом натрия NaOH (акриловая кислота: NaOH = 1:1 в моль), при соотношении, осново-моль/моль:After that, acrylic acid is introduced, previously neutralized with sodium hydroxide NaOH (acrylic acid: NaOH = 1:1 in mol), at a ratio, base-mol/mol:

хитозан - 1, акриловая кислота - 3-10.chitosan - 1, acrylic acid - 3-10.

Синтез проводят при температуре 15-30°С в течение 3,5-6 ч.The synthesis is carried out at a temperature of 15-30°C for 3.5-6 hours.

Хитозан (ХТЗ), предпочтительно используемый в способе по настоящему изобретению, представляет собой пищевой (кислоторастворимый) светло-кремовый порошок (или чешуйки), без запаха, с молекулярной массой 150000-250000 и степенью деацетилирования 78-85%.Chitosan (CTS), preferably used in the method of the present invention, is a food grade (acid soluble) light cream powder (or flakes), odorless, with a molecular weight of 150,000-250,000 and a degree of deacetylation of 78-85%.

Используемый хитозан имеет также следующие характеристики: массовая доля влаги - 6,09%, массовая доля минеральных веществ - 0,6%, рН 1% раствора ХТЗ в 2 мас.% уксусной кислоте - 3,28, массовая доля нерастворимых веществ - 0,08%, сорбционная активность по ионам меди - 58,7 мг/г.The used chitosan also has the following characteristics: mass fraction of moisture - 6.09%, mass fraction of minerals - 0.6%, pH of a 1% solution of ChTS in 2 wt.% acetic acid - 3.28, mass fraction of insoluble substances - 0, 08%, sorption activity for copper ions - 58.7 mg/g.

Хитозан предпочтительно используют в виде 2-4 мас.%, наиболее предпочтительно 3 мас.% водноуксуснокислого или водносолянокислого раствора.Chitosan is preferably used in the form of 2-4 wt.%, most preferably 3 wt.% hydroacetate or hydrochloric acid solution.

Наиболее предпочтительно использовать 3 мас.% раствор хитозана в 1,2 мас.% водноуксусного раствора или 3 мас.% раствор хитозана в 0,75 мас.% водносолянокислого раствора.Most preferably, a 3 wt.% solution of chitosan in 1.2 wt.% aqueous acetic solution or a 3 wt.% solution of chitosan in 0.75 wt.% hydrochloric acid solution is used.

В качестве растворителя в способе по настоящему изобретению используют водноуксуснокислые растворы с содержанием уксусной кислоты от 1,2 до 3 мас.%, предпочтительно 1,2 мас.%, или водносолянокислые растворы с содержанием соляной кислоты от 0,5 до 1 мас.%, предпочтительно 1,2 мас.% уксусной кислоты или 0,75 мас.% соляной кислоты.As a solvent in the method according to the present invention, hydroacetic acid solutions with an acetic acid content of 1.2 to 3 wt.%, preferably 1.2 wt.%, or hydrochloric acid solutions with a hydrochloric acid content of 0.5 to 1 wt.%, preferably 1.2 wt.% acetic acid or 0.75 wt.% hydrochloric acid.

В способе по настоящему изобретению предпочтительно используют акриламид (АА) марки ХЧ, без дополнительной очистки. Акриламид представляет собой бесцветные кристаллы с Т.пл. 84,5°С, Т.кип. 25°С, с растворимостью (1 г на 100 г растворителя): в воде - 211,5, метаноле - 155,0, этаноле - 86,2, ацетоне - 63,1, этилацетате - 12,6, хлороформе - 2,66, бензоле - 0,346, гептане - 0,0068.Preferably, the method of the present invention uses acrylamide (AA), chemical grade, without further purification. Acrylamide is a colorless crystals with T. pl. 84.5°C, b.p. 25 ° C, with solubility (1 g per 100 g of solvent): in water - 211.5, methanol - 155.0, ethanol - 86.2, acetone - 63.1, ethyl acetate - 12.6, chloroform - 2, 66, benzene - 0.346, heptane - 0.0068.

Продувку инертным газом, предпочтительно аргоном, осуществляют в течение 15-30 мин.Purging with an inert gas, preferably argon, is carried out for 15-30 minutes.

В качестве окислительно-восстановительной системы в способе по настоящему изобретению используют водный раствор аскорбиновой кислоты и водный раствор пероксида водорода при соотношеAs a redox system in the method of the present invention, an aqueous solution of ascorbic acid and an aqueous solution of hydrogen peroxide are used at the ratio

- 3 042842 нии 1:1.- 3 042842 nii 1:1.

Аскорбиновая кислота, используемая в настоящем изобретении, представляет собой белый кристаллический порошок кислого вкуса, легко растворима в воде и спирте. Температура плавления Lаскорбиновой кислоты - 190-192°С (с разложением).The ascorbic acid used in the present invention is a white crystalline powder with a sour taste, easily soluble in water and alcohol. The melting point of L-ascorbic acid is 190-192°C (with decomposition).

В предпочтительном варианте изобретения используют 30%-ный водный раствор пероксида водорода. Это бесцветная жидкость, неограниченно растворимая в воде, спирте и эфире. Концентрированные водные растворы взрывоопасны. Пероксид водорода является хорошим растворителем. Из воды выделяется в виде неустойчивого кристаллогидрата Н2О2*2Н2О.In a preferred embodiment of the invention, a 30% aqueous hydrogen peroxide solution is used. It is a colorless liquid, infinitely soluble in water, alcohol and ether. Concentrated aqueous solutions are explosive. Hydrogen peroxide is a good solvent. It is released from water in the form of an unstable crystalline hydrate H 2 O 2 * 2H 2 O.

Акриловая кислота (АК), используемая в способе по настоящему изобретению, предпочтительно представляет собой акриловую кислоту, очищенную перегонкой под вакуумом в колбе Кляйзена в присутствии 5% (от веса перегоняемого продукта) гидрохинона в качестве стабилизатора (фракция, отобранная при Т=48,5°С, Р=15 мм рт.ст). Акриловая кислота хорошо растворяется в спирте, эфире и смешивается с водой во всех соотношениях. Применяется для получения растворимых в воде полимеров, а также сополимеров с другими мономерами.Acrylic acid (AA) used in the method of the present invention is preferably acrylic acid purified by vacuum distillation in a Claisen flask in the presence of 5% (by weight of distilled product) hydroquinone as a stabilizer (fraction taken at T=48.5 °С, Р=15 mm Hg). Acrylic acid is highly soluble in alcohol, ether and miscible with water in all proportions. It is used to obtain water-soluble polymers, as well as copolymers with other monomers.

В предпочтительном варианте способа по настоящему изобретению акриловую кислоту предварительно обрабатывают гидроксидом натрия при соотношении 1:1 моль/моль.In a preferred embodiment of the process of the present invention, acrylic acid is pre-treated with sodium hydroxide at a ratio of 1:1 mol/mol.

В предпочтительном варианте добавление в реакционную смесь акриловой кислоты, предварительно обработанной гидроксидом натрия, осуществляют после достижения глубины превращения акриламида не менее 75%. Контроль осуществляется методом бромид-броматного титрования.In a preferred embodiment, the addition of acrylic acid pretreated with sodium hydroxide to the reaction mixture is carried out after reaching a degree of acrylamide conversion of at least 75%. The control is carried out by the method of bromide-bromate titration.

В предпочтительном варианте изобретения соотношение хитозан/акриламид/ акриловая кислота составляет 1:3:5 осново-моль/моль/моль.In a preferred embodiment of the invention, the ratio of chitosan/acrylamide/acrylic acid is 1:3:5 base mol/mol/mol.

Вместо акриламида могут использовать его производные, такие как метакриламид и N-алкилакриламид.Instead of acrylamide, derivatives such as methacrylamide and N-alkylacrylamide can be used.

В предпочтительном варианте изобретения сополимеризацию проводят при температуре от 15 до 30°С, предпочтительно при комнатной температуре, наиболее предпочтительно при температуре от 15 до 20°С или от 24 до 30°С.In a preferred embodiment of the invention, the copolymerization is carried out at a temperature of from 15 to 30°C, preferably at room temperature, most preferably at a temperature of from 15 to 20°C or from 24 to 30°C.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения в реакционную систему дополнительно добавляют гидроксид натрия до получения необходимого значения рН и сополимеризацию предпочтительно проводят при значениях рН от 4 до 6.In a preferred embodiment of the invention, additional sodium hydroxide is added to the reaction system until the desired pH is obtained and the copolymerization is preferably carried out at pH values from 4 to 6.

Синтез проводят при комнатной температуре в течение 3,5-6 ч, предпочтительно 5 ч.The synthesis is carried out at room temperature for 3.5-6 hours, preferably 5 hours.

Флокулянт для очистки воды, полученный указанным способом, представляет собой сополимер хитозан/акриламид/акриловая кислота в виде концентрированного раствора (геля) с вязкостью не менее 250 сСт, с молекулярной массой не менее 1270000, при следующем соотношении компонентов, основомоль/моль/моль:The flocculant for water purification, obtained by this method, is a chitosan/acrylamide/acrylic acid copolymer in the form of a concentrated solution (gel) with a viscosity of at least 250 cSt, with a molecular weight of at least 1,270,000, with the following ratio of components, base mol/mol/mol:

хитозан - 1, акриламид - 3, акриловая кислота - 3-10, в котором содержание хитозана составляет не 15 мас.%, содержание кислотных групп составляет не менее 8,7 мас.%; и содержание основного вещества - не менее 3-5%.chitosan - 1, acrylamide - 3, acrylic acid - 3-10, in which the content of chitosan is not 15 wt.%, the content of acid groups is not less than 8.7 wt.%; and the content of the main substance is not less than 3-5%.

В предпочтительном варианте изобретения содержание хитозана в сополимере составляет не менее 22 мас.%.In a preferred embodiment of the invention, the content of chitosan in the copolymer is at least 22 wt.%.

Флокулянт, полученный предлагаемым способом, применяют для очистки воды, включающей поверхностные и грунтовые воды, морскую воду (для удаления взвешенных веществ), воды для хозяйственных и питьевых нужд, сточные воды гальванических, нефтеперерабатывающих, лакокрасочных, кожевенных, пищевых производств, сточные воды предприятий по производству строительных материалов, бумаги.The flocculant obtained by the proposed method is used to purify water, including surface and ground water, sea water (to remove suspended solids), water for household and drinking needs, wastewater from galvanic, oil refining, paint and varnish, leather, food industries, wastewater from enterprises for production of building materials, paper.

В предпочтительном варианте изобретения флокулянт по настоящему изобретению используют для очистки воды от загрязнений, включающих взвешенные частицы, ионы металлов, хлор, нефтепродукты.In a preferred embodiment of the invention, the flocculant of the present invention is used to purify water from contaminants, including suspended particles, metal ions, chlorine, oil products.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения флокулянт по изобретению может использоваться в комбинации с коагулянтами, такими как Аква аурат 30.In a preferred embodiment of the invention, the flocculant of the invention can be used in combination with coagulants such as Aqua Aurate 30.

Способ очистки сточных вод включает выпадение осадка и его фильтрацию. Количество флокулянта варьируется в зависимости от степени загрязненности природной воды или стоков в конкретных условиях применения и определяется эмпирическим путем. Применение полученного флокулянта для очистки сточных вод и в процессах водоподготовки приводит к образованию крупных хлопьев, которые легко удаляются без использования специального оборудования, что существенно удешевляет процесс очистки и технологическую схему, поскольку не требуется микрофильтрация для удаления трудноизвлекаемых загрязнений, необходимая на действующих очистных сооружениях.Sewage treatment method includes precipitation and its filtration. The amount of flocculant varies depending on the degree of contamination of natural water or effluents in specific applications and is determined empirically. The use of the resulting flocculant for wastewater treatment and in water treatment processes leads to the formation of large flakes that are easily removed without the use of special equipment, which significantly reduces the cost of the treatment process and the technological scheme, since microfiltration is not required to remove hard-to-remove contaminants, which is necessary at existing treatment facilities.

Способ получения флокулянтов по настоящему изобретению позволяет организовать промышленное производство флокулянтов на уже имеющемся оборудовании, в том числе на пищевых и косметических предприятиях.The method for obtaining flocculants according to the present invention allows organizing the industrial production of flocculants on existing equipment, including food and cosmetic enterprises.

В данном изобретении определены оптимальные соотношения между значениями молекулярнойIn this invention, the optimal ratios between the values of molecular

- 4 042842 массы и содержанием кислотных групп в сополимере на основе природного биоразлагаемого полисахарида - хитозана, что обеспечивает повышение экологической безопасности и эффективности флокулянта, расширение области его применения, упрощение технологического процесса его получения и использования. С ростом молекулярной массы увеличивается флокулирующая способность сополимера, а наличие в его составе кислотных групп придает дополнительные свойства - сорбция загрязнений различной природы по механизму электростатического взаимодействия.- 4 042842 weight and the content of acid groups in the copolymer based on natural biodegradable polysaccharide - chitosan, which improves the environmental safety and efficiency of the flocculant, expands the scope of its application, simplifies the technological process of its production and use. With an increase in the molecular weight, the flocculating ability of the copolymer increases, and the presence of acidic groups in its composition imparts additional properties - the sorption of contaminants of various nature by the mechanism of electrostatic interaction.

Полученный флокулянт может заменить синтетические флокулянты без существенного изменения технологических схем очистки воды и состава оборудования, что значительно расширяет сферу его применения, упрощает технологии очистки воды и повышает экологичность процесса очистки, путем повышения качественных характеристик флокулянтов, которые используют для очистки воды, имеющей различные значения кислотности, солености, концентрации широкого круга загрязнителей.The resulting flocculant can replace synthetic flocculants without a significant change in the technological schemes of water purification and equipment composition, which significantly expands its scope, simplifies water purification technologies and increases the environmental friendliness of the purification process by improving the quality characteristics of flocculants that are used to purify water with different acidity values. , salinity, concentration of a wide range of pollutants.

Далее настоящее изобретение проиллюстрировано с помощью примеров, которые не ограничивают объем притязаний, определенный формулой изобретения.Further, the present invention is illustrated by means of examples, which do not limit the scope of claims defined by the claims.

Пример 1. Синтез блок-сополимера ХТЗ-АА-АК.Example 1. Synthesis of block copolymer XTS-AA-AK.

Блок-сополимер ХТЗ-АА-АК получали в водносолянокислом растворе полисахарида 3 мас.% с концентрацией соляной кислоты 0,75 мас.% при 15-200С. Блок-сополимеризация проводилась в 2 этапа: на первом этапе в раствор ХТЗ вводили АА - при перемешивании к 50 мл раствора хитозана добавляли 1,98 г АА, продували реакционную смесь аргоном в течение 15 мин, затем вводили 0,0132 г (1,5x10-3 моль/л) аскорбиновой кислоты, растворенной в воде и 0,0186 мл 30 мас.% водного раствора Н2О2 при соотношении хитозан:Н2О2 12:1 осново-моль/моль, и соотношении C6H8O6-H2O2 1:1 (в моль). За 15 мин полимеризовалось до 95% АА, после чего вводили АК, нейтрализованную NaOH (соотношение ХТЗ/АА/АК - 1:3:3, 1:3:5, 1:3:7, 1:3:10 осново-моль/моль/моль). Синтез проводили в течение 5 ч.Block copolymer XTZ-AA-AK was obtained in hydrochloric acid solution of polysaccharide 3 wt.% with hydrochloric acid concentration of 0.75 wt.% at 15-200C. Block copolymerization was carried out in 2 stages: at the first stage, AA was introduced into the CTS solution - 1.98 g of AA was added with stirring to 50 ml of the chitosan solution, the reaction mixture was purged with argon for 15 min, then 0.0132 g (1.5x10 -3 mol / l) ascorbic acid dissolved in water and 0.0186 ml of 30 wt.% aqueous solution of H 2 O 2 at a ratio of chitosan: H 2 O 2 12:1 base-mol / mol, and a ratio of C 6 H 8 O 6 -H 2 O 2 1:1 (in mol). In 15 min, up to 95% AA polymerized, after which AA neutralized with NaOH was introduced (the ratio of CTS/AA/AA was 1:3:3, 1:3:5, 1:3:7, 1:3:10 base mol /mol/mol). The synthesis was carried out for 5 h.

В табл. 1 представлены сополимеры, полученные по данной методике при различных соотношениях хитозан/мономер. Из табл. 1 видно, что синтез сополимеров с большим содержанием АК в загрузочной смеси ([ХТЗ]-[АА]-[АК]=1:3:7, 1:3:10 осново-моль/моль/моль) нецелесообразен, так как содержание кислотных групп в них не превышает 9% (чем выше содержание кислотных групп в сополимере, тем выше его эффективность очистки от положительно заряженных загрязнителей, например, ионов металлов).In table. 1 presents the copolymers obtained by this method at various ratios of chitosan/monomer. From Table. Table 1 shows that the synthesis of copolymers with a high content of AA in the loading mixture ([ChTS]-[AA]-[AA]=1:3:7, 1:3:10 base mol/mol/mol) is inappropriate, since the content acid groups in them does not exceed 9% (the higher the content of acid groups in the copolymer, the higher its purification efficiency from positively charged pollutants, for example, metal ions).

Также с целью определения молекулярной массы и кислотных групп был синтезирован предлагаемым способом сополимер состава ХТЗ-АА-АК 1:3:1, известный из статьи Д.С. Скотникова, А.Е. Мочалова, Л.А. Смирнова Сорбция ионов металлов сополимерами хитозана с виниловыми мономерами (Журнал прикладной химии, 2019, т. 92, вып. 5), для сравнения вышеуказанных параметров.Also, in order to determine the molecular weight and acid groups, a copolymer of the composition XTZ-AA-AK 1:3:1, known from the article by D.S. Skotnikova, A.E. Mochalova, L.A. Smirnova Sorption of metal ions by copolymers of chitosan with vinyl monomers (Journal of applied chemistry, 2019, vol. 92, issue 5), to compare the above parameters.

В табл. 1 представлен состав реакционной смеси для синтеза сополимеров ХТЗ-АА-АК в расчете на 1 л 3%-ного водноуксуснокислого или водносолянокислого раствора хитозана (Т=15-20°С, 24-30°С, m(Н2О2)=2,1-0,28 г([ХТЗ]/[Н2О2]=10:1-75:1 осново-моль/моль), m(аск. кисл.)=10,87-1,4 г([Н2О2]/[Аск. кисл.]=1:1 моль/моль)). Остальная масса до 1 кг - Н2О.In table. 1 shows the composition of the reaction mixture for the synthesis of KhTS-AA-AK copolymers per 1 liter of 3% aqueous acetic acid or hydrochloric acid solution of chitosan (T=15-20°C, 24-30°C, m(H2O2)=2.1 -0.28 g([ChTS]/[H2O2]=10:1-75:1 base mol/mol), m(ask acid)=10.87-1.4 g([H2O2]/[ Ask acid]=1:1 mol/mol)). The rest of the mass up to 1 kg - H 2 O.

Таблица 1. Состав реакционной смеси для синтеза сополимеров ХТЗ-АА-АКTable 1. Composition of the reaction mixture for the synthesis of KhTS-AA-AK copolymers

Уксусная кислота СНЗСОО Н 1,2-3 масс.%, г Acetic acid CH3COOO H 1.2-3 wt.%, g Соляная кислота НС1 0,5 - 1 масс.%, г Hydrochloric acid HC1 0.5 - 1 wt.%, g ХТЗ, г HTZ, g АА, г AA, g [ХТЗ]/[А А]/[АК], основомоль/моль/моль [ChTS]/[A A]/[AA], base mol/mol/mol Акриловая кислота АК, г Acrylic acid AA, g NaOH, г NaOH, g Содержа ние ХТЗ во флокулян те, масс.% ChTS content in flocculants, wt.% Продол житель ность синтеза при t=1520° С, мин. Duration of synthesis at t=1520°C, min. Продолжитель ность синтеза при t=2430° С, мин. Duration of synthesis at t=2430°C, min. Молекулярная масса итогового сополимера Molecular weight of the final copolymer Содержание кислотных групп, масс.% The content of acid groups, wt.% 11,7-29,2 11.7-29.2 30 thirty 39,6 39.6 *1:3:1 *1:3:1 13,4 13.4 7,4 7.4 36 36 300 300 210 210 940 000 940 000 15,9 15.9 1:3:3 1:3:3 40,2 40.2 22,3 22.3 27 27 300 300 210 210 1 270 000 1,270,000 21,2 21.2 1:3:5 1:3:5 67,0 67.0 37,2 37.2 22 22 300 300 210 210 1 850 000 1 850 000 28,8 28.8 1:3:7 1:3:7 93,7 93.7 52,1 52.1 18 18 300 300 210 210 9 9 1:3:10 1:3:10 133,9 133.9 74,4 74.4 15 15 300 300 210 210 8,7 8.7 13,2-26,4 13.2-26.4 30 thirty 39,6 39.6 *1:3:1 *1:3:1 13,4 13.4 7,4 7.4 36 36 300 300 210 210 940 000 940 000 15,9 15.9 1:3:3 1:3:3 40,2 40.2 22,3 22.3 27 27 300 300 210 210 1 270 000 1,270,000 21,2 21.2 1:3:5 1:3:5 67,0 67.0 37,2 37.2 22 22 300 300 210 210 1 850 000 1 850 000 28,8 28.8 1:3:7 1:3:7 93,7 93.7 52,1 52.1 18 18 300 300 210 210 9 9 1:3:10 1:3:10 133,9 133.9 74,4 74.4 15 15 300 300 210 210 8,7 8.7

*Для сополимера данного состава (взят из статьи Д.С. Скотникова, А.Е. Мочалова, Л.А. Смирнова Сорбция ионов металлов сополимерами хитозана с виниловыми мономерами, (Журнал прикладной химии, 2019, т. 92, вып. 5)) в целях сравнения определена молекулярная масса и количество кислотных групп.*For a copolymer of this composition (taken from the article by D.S. Skotnikov, A.E. Mochalov, L.A. Smirnov Sorption of metal ions by copolymers of chitosan with vinyl monomers, (Journal of Applied Chemistry, 2019, vol. 92, issue 5) ) for comparison purposes, the molecular weight and the number of acid groups were determined.

В связи с тем, что содержание кислотных групп по вариантам синтеза с составом реакционной смеси ХТЗ-АА-АК 1:3:7 и 1:3:10 незначительное, расчет молекулярной массы для этих вариантов синтеза не производился.Due to the fact that the content of acid groups according to the synthesis options with the composition of the reaction mixture KhTS-AA-AA 1:3:7 and 1:3:10 is insignificant, the calculation of the molecular weight for these synthesis options was not performed.

Пример 2. Результаты очистки сточной воды гальванического производства от ионов марганца.Example 2. Results of purification of waste water from galvanic production from manganese ions.

В 100 мл сточных вод, содержащих ионы марганца, при комнатной температуре вносили 1,8 мл 0,1%-ного раствора сополимера хитозан-акриламид-акриловая кислота ХТЗ-АА-АК (1,8*10-3%), полу- 5 042842 ченного по примеру 1, в соотношении 1:3:3 осново-моль/моль/моль и перемешивали в течение 10 мин.In 100 ml of wastewater containing manganese ions, at room temperature, 1.8 ml of a 0.1% solution of the copolymer of chitosan-acrylamide-acrylic acid XTZ-AA-AA (1.8 * 10 -3 %) was added, semi- 5 042842 prepared according to example 1, in a ratio of 1:3:3 base mol/mol/mol and stirred for 10 minutes.

Результаты очистки представлены в табл.2.The cleaning results are presented in table.2.

Таблица 2. Результаты очистки сточной воды гальванического производства от ионов марганца сополимерами хитозан-акриламид-акриловая кислота по примеру 1Table 2. Results of purification of wastewater from electroplating from manganese ions with chitosan-acrylamide-acrylic acid copolymers according to example 1

Реагент Reagent Содержание ионов марганца, мг/ дм3 The content of manganese ions, mg / dm 3 Исходная сточная вода Source waste water 0,3 0.3 Сополимер ХТЗ-АА-АК 1,8*10'3%Copolymer XTZ-AA-AK 1.8*10' 3 % 0,08 0.08

Результаты испытаний показали высокую эффективность флокулянтов при очистке сточных вод гальванического производства от ионов марганца: обработка по схеме ХТЗ-АА-АК (1,8*10-3%) снижает содержание ионов марганца с 0,3 до 0,08 мг/дм3. Принимая во внимание, что ионы марганца являются сложными загрязнителями, можно считать, что ионы других металлов также можно эффективно сорбировать с помощью флокулянтов по настоящему изобретению.The test results showed the high efficiency of flocculants in the treatment of wastewater from galvanic production from manganese ions: treatment according to the KhTZ-AA-AK scheme (1.8 * 10-3%) reduces the content of manganese ions from 0.3 to 0.08 mg / dm 3 . Given that manganese ions are complex contaminants, it can be considered that other metal ions can also be effectively sorbed using the flocculants of the present invention.

Пример 3. Результаты очистки сточной воды нефтеперерабатывающего предприятия.Example 3. Results of wastewater treatment of an oil refinery.

В 100 мл сточных вод при комнатной температуре вносили определенное (в соответствии с табл. 3) количество сополимера хитозан-акриламид-акриловая кислота, полученного по примеру 1, в соотношении 1:3:5 осново-моль/моль/моль и перемешивали в течение 5 мин, затем добавляли (в соответствии с табл. 3) количество Аква аурата. Стоки анализировали в соответствии с Российскими федеративными природоохранными нормативными документами (ПНД Ф), внесенными в Реестр методик количественного химического анализа и оценки состояния объектов окружающей среды, которые допущены для государственного экологического контроля и мониторинга. Результаты представлены в табл. 3.In 100 ml of waste water at room temperature, a certain amount (in accordance with Table 3) was added of the chitosan-acrylamide-acrylic acid copolymer obtained in example 1 in a ratio of 1:3:5 base-mol/mol/mol and stirred for 5 min, then the amount of Aqua aurate was added (according to Table 3). Effluent was analyzed in accordance with the Russian Federal Environmental Regulations (PND F), included in the Register of methods for quantitative chemical analysis and assessment of the state of environmental objects, which are approved for state environmental control and monitoring. The results are presented in table. 3.

Таблица 3. Результаты очистки сточной воды нефтеперерабатывающего предприятия сополимерами хитозан-акриламид-акриловая кислота по примеру 1Table 3. Results of wastewater treatment of an oil refinery with chitosan-acrylamide-acrylic acid copolymers according to example 1

Реагент Reagent Химическое потребление кислорода (ХПК), мгО/дм3 Chemical oxygen demand (COD), mgO/dm 3 Массовая концентрация нефтепродуктов, мг/ ДМ3 Mass concentration of oil products, mg / DM 3 Взвешенные вещества, мг/ дм3 Suspended substances, mg / dm 3 Исходная сточная вода Initial waste water 1856 1856 23 23 78 78 Сополимер ХТЗ-АА- АК 1,6*10‘3% Аква аурат 1 * 10'2%XTZ-AA-AK copolymer 1.6 * 10' 3 % Aqua aurate 1 * 10' 2 % 1476 1476 12 12 <3 <3 НД на методы испытаний RD for test methods ПНДФ 14.1:2:4.190-2003 PNDF 14.1:2:4.190-2003 ПНД Ф 14.1:2:4.128- 98 PND F 14.1:2:4.128- 98 ПНДФ 14.1:2:3. 110-97 PNDF 14.1:2:3. 110-97

Результаты испытаний показали высокую эффективность флокулянтов при очистке нефтесодержащих сточных вод: обработка по схеме ХТЗ-АА-АК (1,6*10-3%) + аква аурат (1*10’2%) снижает показатель Химическое потребление кислорода (ХПК) с 1856 до 1476 мгО/дм3, содержание нефтепродуктов с 23 до 12 мг/ дм3 при одновременном полном извлечении взвешенных частиц из сточных вод.The test results showed the high efficiency of flocculants in the treatment of oily wastewater: treatment according to the KhTZ-AA-AK scheme (1.6 * 10-3%) + aqua aurate (1 * 10'2%) reduces the Chemical Oxygen Demand (COD) index from 1856 to 1476 mgO/dm 3 , oil content from 23 to 12 mg/dm 3 with simultaneous complete removal of suspended particles from wastewater.

Таким образом, предлагаемое изобретение улучшает результат технологического процесса очистки воды, одновременно с экологической направленностью, по следующим критериям:Thus, the proposed invention improves the result of the technological process of water purification, simultaneously with an environmental orientation, according to the following criteria:

1) способность очищать воду от взвешенных веществ, нефтепродуктов, ионов металлов;1) the ability to purify water from suspended solids, oil products, metal ions;

2) возможность постепенной замены предлагаемым флокулянтом синтетических флокулянтов без существенного изменения технологических схем очистки и состава оборудования, что значительно расширяет сферу применения и повышает темпы внедрения предлагаемого изобретения;2) the possibility of gradual replacement of synthetic flocculants by the proposed flocculant without a significant change in the technological schemes of purification and composition of equipment, which significantly expands the scope and increases the pace of implementation of the proposed invention;

3) флокулянт создан на основе экологичного биоразлагаемого природного полимера хитозана, что позволяет эффективно использовать его в очистке вод для хозяйственных и питьевых нужд.3) the flocculant is based on the environmentally friendly biodegradable natural polymer chitosan, which makes it possible to effectively use it in water treatment for household and drinking needs.

По сравнению с предлагаемым флокулянтом сополимер [ХТЗ]-[АА]-[АК] 1:3:1, известный из статьи Д.С. Скотникова, А.Е. Мочалова, Л.А. Смирнова Сорбция ионов металлов сополимерами хитозана с виниловыми мономерами (Журнал прикладной химии, 2019, т. 92, вып. 5), содержащий достаточное количество кислотных групп (15,9 мас.%), но относительно небольшую молекулярную массу (940 000), имеет ограниченную область применения - эффективное извлечение ионов металлов при низкой флокулирующей способности к другим видам загрязнений.Compared with the proposed flocculant, the [XTZ]-[AA]-[AK] 1:3:1 copolymer known from the article by D.S. Skotnikova, A.E. Mochalova, L.A. Smirnova Sorption of metal ions by copolymers of chitosan with vinyl monomers (Journal of Applied Chemistry, 2019, v. 92, issue 5), containing a sufficient amount of acid groups (15.9 wt.%), but with a relatively low molecular weight (940,000), has limited scope - effective extraction of metal ions with low flocculating ability to other types of pollution.

В рамках предлагаемого способа получения флокулянтов промышленное производство данных флокулянтов может быть организовано на уже имеющемся оборудовании предприятий, в том числе пищевых и косметических.As part of the proposed method for obtaining flocculants, the industrial production of these flocculants can be organized on the existing equipment of enterprises, including food and cosmetics.

--

Claims (11)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Способ получения флокулянта для очистки воды на основе хитозана, в котором готовят водноуксуснокислый раствор хитозана с содержанием уксусной кислоты от 1,2-3 мас.% или водносолянокислый раствор хитозана с содержанием соляной кислоты от 0,5-1 мас.% при значениях pH 4-6, проводят сополимеризацию водноуксуснокислого раствора хитозана или водносолянокислого раствора хитозана и мономера акриламида и/или его производных, представляющих собой метакриламид или Nалкилакриламид, при соотношении, осново-моль/моль:1. A method for producing a flocculant for water purification based on chitosan, in which a water-acetic acid solution of chitosan is prepared with an acetic acid content of 1.2-3 wt.% or a hydrochloric acid solution of chitosan with a hydrochloric acid content of 0.5-1 wt.% at values pH 4-6, a copolymerization of a water-acetic acid solution of chitosan or a hydrochloric acid solution of chitosan and acrylamide monomer and/or its derivatives, which are methacrylamide or N-alkylacrylamide, is carried out at a ratio, base-mol/mol: хитозан - 1, акриламид - 3, после чего продувают реакционную смесь раствора хитозана и акриламида аргоном, при этом сополимеризацию проводят в присутствии окислительно-восстановительной системы, включающей растворенную в воде аскорбиновую кислоту и пероксид водорода в соотношении СбН8Об:Н2О2 - 1:1 моль при соотношении, осново-моль/моль:chitosan - 1, acrylamide - 3, after which the reaction mixture of a solution of chitosan and acrylamide is purged with argon, while the copolymerization is carried out in the presence of a redox system, including ascorbic acid dissolved in water and hydrogen peroxide in the ratio CbH 8 Ob:H 2 O 2 - 1:1 mol at a ratio, base-mol / mol: хитозан - 10-75, Н2О2 - 1, после этого вводят акриловую кислоту, предварительно нейтрализованную гидроксидом натрия NaOH, при следующем соотношении компонентов, осново-моль/моль:chitosan - 10-75, H 2 O 2 - 1, then acrylic acid is introduced, previously neutralized with sodium hydroxide NaOH, in the following ratio of components, base-mol / mol: хитозан - 1, акриловая кислота - 3-10, синтез проводят при температуре 15-30°С в течение 3,5-6 ч.chitosan - 1, acrylic acid - 3-10, synthesis is carried out at a temperature of 15-30°C for 3.5-6 hours. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют хитозан с молекулярной массой 150000250000 и степенью деацетилирования 78-85%.2. The method according to claim 1, characterized in that chitosan with a molecular weight of 150000250000 and a degree of deacetylation of 78-85% is used. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют производные акриламида, представляющие собой метакриламид, или N-алкилакриламид.3. The method according to claim 1, characterized in that acrylamide derivatives are used, which are methacrylamide, or N-alkylacrylamide. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение аскорбиновой кислоты и пероксида водорода составляет 1:1 моль.4. The method according to claim 1, characterized in that the ratio of ascorbic acid and hydrogen peroxide is 1:1 mol. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют 30%-ный водный раствор пероксида водоро да.5. Method according to claim 1, characterized in that a 30% aqueous solution of hydrogen peroxide is used. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение акриловой кислоты и гидроксида натрия составляет 1:1 моль.6. The method according to claim 1, characterized in that the ratio of acrylic acid and sodium hydroxide is 1:1 mol. 7. Флокулянт для очистки воды, полученный способом по п.1, представляющий собой сополимер хитозан/акриламид/акриловая кислота с молекулярной массой не менее 1270000, при следующем соотношении компонентов, осново-моль/моль:7. A flocculant for water treatment, obtained by the method according to claim 1, which is a chitosan/acrylamide/acrylic acid copolymer with a molecular weight of at least 1,270,000, in the following ratio of components, base-mol/mol: хитозан - 1, акриламид - 3, акриловая кислота - 3-10, в котором содержание хитозана составляет не менее 15 мас.%, содержание кислотных групп не менее 8,7 мас.% и содержание основного вещества - не менее 3-5%.chitosan - 1, acrylamide - 3, acrylic acid - 3-10, in which the content of chitosan is not less than 15 wt.%, the content of acid groups is not less than 8.7 wt.% and the content of the main substance is not less than 3-5%. 8. Флокулянт по п.7, отличающийся тем, что представляет собой концентрированный раствор - гель с вязкостью не менее 250 сСт.8. The flocculant according to claim 7, characterized in that it is a concentrated solution - gel with a viscosity of at least 250 cSt. 9. Применение флокулянта по п.7 для очистки воды от загрязнений, выбранных из взвешенных частиц, хлора, ионов металлов, нефтепродуктов.9. The use of a flocculant according to claim 7 for water purification from contaminants selected from suspended particles, chlorine, metal ions, oil products. 10. Способ очистки воды, включающий обработку воды флокулянтом по п.7, выпадение осадка и его фильтрацию.10. A method of water purification, including treatment of water with a flocculant according to claim 7, precipitation and its filtration. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что дополнительно включает добавление Аква аурат 30.11. The method according to claim 10, characterized in that it additionally includes the addition of Aqua aurate 30. Евразийская патентная организация, ЕАПВEurasian Patent Organization, EAPO Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2Russia, 109012, Moscow, Maly Cherkassky per., 2
EA202291298 2022-05-18 2022-05-18 METHOD FOR PRODUCING FLOCCULANT FOR WATER PURIFICATION BASED ON CHITOSAN, FLOCCULANT PRODUCED BY THIS METHOD, ITS APPLICATION AND METHOD FOR WATER PURIFICATION USING THIS FLOCCULANT EA042842B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EA2023/050001 WO2023222175A1 (en) 2022-05-18 2023-05-02 Chitosan-based flocculant for purifying water

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA042842B1 true EA042842B1 (en) 2023-03-29

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yu et al. Membrane fouling by extracellular polymeric substances after ozone pre-treatment: variation of nano-particles size
Li et al. Fabricating an enhanced sterilization chitosan-based flocculants: Synthesis, characterization, evaluation of sterilization and flocculation
KR101846041B1 (en) Methods of preparing novel halide anion free quaternary ammonium salt monomers, polymerization methods therefor, and methods of use of the resulting polymers
Hakizimana et al. Hybrid electrocoagulation/electroflotation/electrodisinfection process as a pretreatment for seawater desalination
López-Maldonado et al. Evaluation of the chelating performance of biopolyelectrolyte green complexes (NIBPEGCs) for wastewater treatment from the metal finishing industry
CA2125903C (en) Compositions and methods for water clarification and wastewater treatment
US5643462A (en) Composition and method for water clarification
AU2011264568A1 (en) Treatment additives, methods for making and methods for clarifying aqueous media
Chen et al. Fabricating a hydrophobic modified flocculant through UVC irradiation initiation for metalworking wastewater treatment
WO2003072622A1 (en) Water-soluble copolymer, polymeric flocculant, and method of dehydrating sludge
EA042842B1 (en) METHOD FOR PRODUCING FLOCCULANT FOR WATER PURIFICATION BASED ON CHITOSAN, FLOCCULANT PRODUCED BY THIS METHOD, ITS APPLICATION AND METHOD FOR WATER PURIFICATION USING THIS FLOCCULANT
US5738795A (en) Compositions and methods for water clarification
Zhang et al. Synthesis and flocculation characteristics of chitosan and its grafted polyacrylamide
WO2023222175A1 (en) Chitosan-based flocculant for purifying water
EA042895B1 (en) METHOD FOR PRODUCING FLOCCULANT FOR WATER PURIFICATION BASED ON CHITOSAN, FLOCCULANT PRODUCED BY THIS METHOD, ITS APPLICATION AND METHOD FOR WATER PURIFICATION USING THIS FLOCCULANT
Soliman et al. Optimization of graft polymerization and performance of carboxymethyl chitosan/polyacrylamide flocculants
WO2006126674A1 (en) Process for production of water-soluble polymers and use thereof
RU2598645C2 (en) Method of producing copolymers of maleic acid with isoprenol
CN1597550A (en) Cation type polymer flocculating agent and its preparation method
Skotnikova et al. Sorption of Metal Ions by Chitosan Copolymers with Vinyl Monomers
EP0741110A1 (en) Water treatment methods
TW201331132A (en) Treatment of surfactant laden wastewater
Lima Júnior et al. Chitosan and carboxymethylchitosan as high turbidity water biocoagulants
Lourenço Development of novel flocculants to treat oily waters using health-friendly processes
CN110759450A (en) Amphoteric chitosan, preparation method and application thereof