PL196361B1 - Kompozytowy magnetyczny wymieniacz jonowy - Google Patents

Abstract

. Kompozytowy magnetyczny wymieniacz jonowy na bazie heksacyjanożelazianów dwuwarto- ściowych metali przejściowych i magnetytu do sorpcji radioizotopu Cs-137, znamienny tym , że silnie rozdrobnione nieorganiczny wymieniacz jonowymienny, trudnorozpuszczalny w wodzie heksacyjano- żelazian dwuwartościowych metali przejściowych wybranych z grupy: Ni, Zn, Cu lub Co oraz magne­ tyt, są wbudowane w żywicę fenolosulfonową jako nośniku organicznym.

Description

Przedmiotem wynalazku jest kompozytowy magnetyczny wymieniacz jonowy do sorpcji radioizotopu Cs-137. Kompozytowe magnetyczne wymieniacze jonowe jako sorbenty umożliwiają dekontaminację radioizotopu cezu z powierzchni glebowych, piaszczystych lub z objętościowych próbek osadów dennych.

Otrzymywanie sorbentów kompozytowych w postaci ziaren kulistych powstających przez wbudowanie różnych sorbentów nieorganicznych w substancję podstawową nośnika organicznego stanowiącego żywicę kationową jest znane z polskiego opisu patentowego nr 145 676 autorstwa Jerzego Narbutta, Barbary Bartoś, Aleksandra Bilewicza i Zdzisława Szeglowskiego.

Celem wynalazku jest kompozytowy magnetyczny wymieniacz jonowy, trudnorozpuszczalny w wodzie, wykazujący silne własności magnetyczne i dobrze sorbujący radioizotop cezu w szerokim zakresie pH.

Cel ten osiągnięto przez spreparowanie magnetycznych sorbentów kompozytowych w postaci sferycznych ziaren o średnicy około 0.2mm wraz z wprowadzanymi sproszkowanymi sorbentami właściwymi czyli trudnorozpuszczalnymi heksacyjanożelazianami dwuwartościowych metali przejściowych np.: kobaltu, niklu, miedzi, cynku i magnetytem do mieszaniny reakcyjnej w procesie syntezy polikondensacyjnej żywicy fenolosulfonowej zbudowanej z kwasu fenolosulfonowego i formaldehydu. Stosowane przez nas cztery typy heksacyjanożelazianów Ni, Zn, Co i Cu stanowią mieszaninę związków kompleksowych, gdzie w ligandzie heksacyjanożelazianowym Fe występuje na drugim i trzecim stopniu utlenienia. Heksacyjanożelaziany ze względu na obecność w strukturze krystalicznej wakancji związanych z niedoborem jonów [Fe(CN)6]^-n i niewielkim ładunkiem powierzchniowym, wskazują na jonowo-sitowy mechanizm sorpcji różnych kationów między innymi cezu.

Otrzymany, kompozytowy magnetyczny wymieniacz jonowy, posiada dużą trwałość chemiczną i mechaniczną, niewielki ciężar właściwy, silne własności magnetyczne oraz niewysoki koszt otrzymywania. Duże rozdrobnienie sorbentu właściwego i magnetytu w materiale matrycy przy silnym usieciowaniu struktury żywicy fenolosulfonowej, wpływa korzystnie na kinetykę sorpcji i desorpcji.

Opracowany kompozytowy magnetyczny wymieniacz jonowy charakteryzuje się silnymi własnościami magnetycznymi, dużą selektywnością w stosunku do cezu i usuwa ten radioizotop z powierzchni piaszczystych i z gleby. Następnie jest on zbierany za pomocą silnego stałego magnesu lub elektromagnesu. Przeprowadzone doświadczenia wykazały, że kompozytowy magnetyczny wymieniacz jonowy zbiera z powierzchni piasku około 90%, zaś z gleby 80% zawartego w nim Cs-137. Obecność w sorbencie magnetytu sprawia, że ziarna wymieniacza jonowego w polu magnetycznym silnego magnesu lub elektromagnesu przyczepiają się do jego nadbiegunników.

Przedmiot wynalazku został bliżej objaśniony w przykładzie wykonania.

Przykład

Do reaktora zaopatrzonego w mieszadło mechaniczne, chłodnicę, termometr i wkraplacz wprowadzamy 33 gramów stężonego kwasu siarkowego a następnie dodajemy 25 gramów stopionego fenolu i prowadzimy sulfonowanie fenolu w temperaturze 120°C przez dwie godziny według znanego procesu. Następnie po schłodzeniu sulfomasy do temperatury 20°C wkraplamy do niej 10 gramów wodnego 40% roztworu formaldehydu z taką szybkością, aby temperatura mieszaniny reakcyjnej nie przekroczyła 50°C. Następnie chłodzimy otrzymaną mieszaninę do temperatury 20°C. Po schłodzeniu dodaje się 3 gramy 40% wodnego roztworu formaldehydu ciągle mieszając. Do tak przygotowanej mieszaniny wprowadzamy 10 g sproszkowanego heksacyjanożelazianu potasowo-niklowego i dodajemy 5g magnetytu. Zamiast heksacyjanożelazianu potasowo-niklowego można zamiennie stosować heksacyjanożelazian potasowo-kobaltowy, heksacyjanożelazian potasowo-miedziowy czy heksacyjanożelazian potasowo-cynkowy. Otrzymaną zawiesinę przenosimy do dozownika i przygotowujemy następny reaktor o kształcie cylindrycznym zaopatrzony w termometr i mieszadło mechaniczne. Następnie wprowadzamy do niego 400 cm³ oleju i ogrzewamy do temperatury 90°C. Z dozownika wprowadzamy cienkim strumieniem mieszaninę reakcyjną do rozgrzanego oleju bardzo intensywnie mieszając aż do otrzymania dyspersyjnej mieszaniny w oleju o średnicy kropel około 0.2 mm. Zdyspergowane krople mieszaniny w oleju twardnieją w ciągu kilku minut tworząc granulat o kulistym kształcie ziaren i ich dużej odporności mechanicznej. Tak otrzymane ziarna kompozytowego magnetycznego wymieniacza jonowego oddzielamy od oleju na sączku Bϋchnera. Odsączone ziarna sorbentu kilkakrotnie przemywamy gorącą wodą. Przygotowany w ten sposób sorbent wprowadzamy do aparatu

PL 196 361 B1

Soxhleta i odmywamy go od oleju przy pomocy czterochlorku węgla. Proces odolejania prowadzimy przez około cztery godziny, po czym otrzymany sorbent wygrzewamy w temperaturze 50°C.

Uzyskany w ten sposób kompozytowy magnetyczny wymieniacz jonowy zawiera około 15% danego heksacyjanożelazianu dwuwartościowego metalu przejściowego i 5% magnetytu. Wykazuje on silną sorpcję jonów cezowych. Ze względu na jego własności magnetyczne można go stosować do zbierania cezu z podłoża piaszczystego, z gleby lub z próbek objętościowych osadów rzecznych czy jeziornych. Wydajność zbierania cezu z podłoża piaszczystego wynosi ponad 90% a z gleby do 80%. Należy w tym celu powierzchnię podłoża zwilżyć wodą i po upływie około 3 do 4 godzin rozpocząć zbieranie kompozytowego magnetycznego wymieniacza jonowego wraz z zaadsorbowanym na nim radioaktywnym cezem przy zastosowaniu silnego magnesu stałego albo elektromagnesu.

Claims (2)

1. Kompozytowy magnetyczny wymieniacz jonowy na bazie heksacyjanożelazianów dwuwartościowych metali przejściowych i magnetytu do sorpcji radioizotopu Cs-137, znamienny tym, że silnie rozdrobnione nieorganiczny wymieniacz jonowymienny, trudnorozpuszczalny w wodzie heksacyjanożelazian dwuwartościowych metali przejściowych wybranych z grupy: Ni, Zn, Cu lub Co oraz magnetyt, są wbudowane w żywicę fenolosulfonową jako nośniku organicznym.

2. Kompozytowy magnetyczny wymieniacz jonowy wg zastrz. 1, znamienny tym, że granulacja kompozytu mieści się w granicach 0,12-0,24 mm.