RU172363U1 - Наноструктурный композит для глубокого удаления кислорода из воды - Google Patents

Наноструктурный композит для глубокого удаления кислорода из воды Download PDF

Info

Publication number
RU172363U1
RU172363U1 RU2016140241U RU2016140241U RU172363U1 RU 172363 U1 RU172363 U1 RU 172363U1 RU 2016140241 U RU2016140241 U RU 2016140241U RU 2016140241 U RU2016140241 U RU 2016140241U RU 172363 U1 RU172363 U1 RU 172363U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lewatit
oxygen
water
ion
copper
Prior art date
Application number
RU2016140241U
Other languages
English (en)
Inventor
Вячеслав Александрович Крысанов
Наталья Викторовна Плотникова
Тамара Александровна Кравченко
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ")
Priority to RU2016140241U priority Critical patent/RU172363U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU172363U1 publication Critical patent/RU172363U1/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J39/00—Cation exchange; Use of material as cation exchangers; Treatment of material for improving the cation exchange properties
    • B01J39/08—Use of material as cation exchangers; Treatment of material for improving the cation exchange properties
    • B01J39/16—Organic material
    • B01J39/18—Macromolecular compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B1/00—Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G3/00—Compounds of copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/20—Treatment of water, waste water, or sewage by degassing, i.e. liberation of dissolved gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
    • C02F2305/08—Nanoparticles or nanotubes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к композитным материалам, а именно к нанокомпозитам на основе ионообменных матриц, и может быть использована для глубокого обескислороживания воды. Технический результат заключается в разработке нового композитного материала, обладающего высокой скоростью и степенью поглощения растворенного в воде кислорода, и достигается тем, что наноструктурный композит для глубокогоудаления кислорода из воды состоит из ионообменной матрицы Lewatit K 2620 или Lewatit SP-112H, обработанной раствором 6% сульфата меди, а затем 6% щелочным раствором дитионита натрия. Полученные материалы отличаются изопористой структурой и монодисперсным распределением частиц меди по размеру.

Description

Полезная модель относится к композитным материалам, а именно к нанокомпозитам на основе ионообменных матриц, и может быть использована для глубокого обескислороживания воды.
Потребность в ультрачистой воде со временем только растет, и традиционные физические и химические методы очистки воды постепенно уступают место более инновационным технологиям, позволяющим проводить глубокое, но в то же время, безпримесное удаление кислорода.
Развитие ионообменных технологий и появление широкого ассортимента ионообменных смол сделало их наиболее используемыми в процессах водоподготовки и обескислороживании. Ионообменные смолы широко представлены как производителем: ОАО «Азот» (Украина), Lanxess (Германия), Dow Chemical, Rohm & Haas (США), Purolite (Великобритания), Jangsu Suqing (Китай), так и физико-химическими параметрами, что определяет целесообразность их применения.
Для каталитического удаления кислорода из воды применяют смолы Lewatit K 3433 и Lewatit K 7333 (Германия), допированные палладием [http://www.lenntech.com/Data-sheets/Lewatit-K-3433-L.pdf;
http://www.lenntech.com/Data-sheets/Lewatit-K-7333-L.pdf].
В технологиях «Schwebebett» (WS) и (VWS), запатентованных фирмой «Bayer» (Германия), для деоксигенации используют смолу Lewatit MP 62 WS [http://lpt.lanxess.com/en/lewatit/lewatit-product-details/lewatit-mp-62-ws/].
Из патента РФ 2217382 (МПК C02F 1/42, C02F 1/20, B01J 47/00) известен способ удаления из воды кислорода фильтрацией через высокоосновный анионит AM (Россия) гелевой структуры в SO3-форме. Из патента РФ 105284 (МПК C02F 1/46, опубл. 10.06.2011) известно использование сульфокатионообменника КУ-23 (Украина) в устройстве для глубокого обескислороживания воды в замкнутой системе.
Известен способ получения нанокомпозита (Патент РФ №2355471, МПК B01J 39/08, В82В 3/00, опубл. 20.05.2009), согласно которому обрабатывают ионообменник раствором соли металла, обладающего восстановительными свойствами, осаждают металл в порах ионообменника раствором восстановителя, вновь обрабатывают ионообменник раствором соли металла и электрохимически восстанавливают путем помещения в катодную камеру электролизера, заполненную раствором Na2SO4. Причем, в качестве ионообменника предложено использовать основу КУ-23 15/100С.
Задачей настоящей полезной модели является расширение ассортимента высокоэффективных нанокомпозитов (НК).
Технический результат заключается в разработке нового композитного материала, обладающего высокой скоростью и степенью поглощения растворенного в воде кислорода.
Технический результат достигается тем, что наноструктурный композит для глубокогоудаления кислорода из воды состоит из ионообменной матрицы Lewatit K 2620 или Lewatit SP-112H, обработанной раствором 6% сульфата меди, а затем 6% щелочным раствором дитионита натрия.
На фиг. 1 приведены графики зависимости (а) объема (мл) поглощенного кислорода и (б) степени его поглощения в зависимости от времени t нанокомпозитами Cu0⋅КУ-23(Н+); Cu0⋅LEWATIT K2620(H+); Cu0⋅LEWATIT SP-112H(H+); εCu=5,08-5,58 мэкв/см3 для пятикратного химического осаждения меди.
На фиг. 2 приведены графики зависимости (а) объема (мл) поглощенного кислорода и (б) степени его поглощения в зависимости от времени t нанокомпозитами Cu0⋅КУ-23(H+); Cu0⋅LEWATIT K2620(H+); Cu0-LEWATIT SP⋅112H(H+); εCu=1,02-1,34 мэкв/см3 для однократного химического осаждения меди.
На фиг. 3 приведена Таблица 1 значений основных физико-химических характеристик ионообменных смол КУ-23; LEWATIT K2620; LEWATIT SP-112Н.
На фиг. 4 приведена Таблица 2 данных по емкости (мэкв/мл) для нанокомпозитов КУ-23; LEWATIT К2620; LEWATIT SP-112H с 1 и 5 посадками меди для различных размеров частиц меди (нм).
Предлагаемые в данной работе наноструктурные композиты для удаления кислорода из воды созданы на основе ионообменных матриц Lewatit K 2620 и Lewatit SP-112H (Германия), являющихся промышленными аналогами КУ-23. Существенными достоинствами данных ионообменников по сравнению с КУ-23 является изопористость, монодисперсность, высокая ионообменная емкость по ионам водорода.
Оценка эффективности созданных материалов проводится по результатам кинетических испытаний в реакции восстановления кислорода из модельного раствора.
Сравнение некоторых физико-химических характеристик ионообменных смол Lewatit проводили относительно ионообменника КУ-23. Размеры и радиальное распределение частиц меди в зерне оценивали по данным рентгенографического анализа. Полученные для композитов с тремя различными матрицами результаты, приведены на фиг. 3 и 4.
Процесс окисления медьсодержащего нанокомпозита в H+-ионной форме, когда его частицы и противоионы матрицы находятся в эквивалентном соотношении, протекает с образованием растворимых продуктов окисления меди:
Figure 00000001
.
При сверхэквивалентном содержании металла в НК в ходе восстановления кислорода образуются нерастворимые продукты меди.
Пример 1. В ионообменные матрицы Lewatit K 2620 и Lewatit SP-112H химически однократно осаждали медь, в качестве восстановителя использовали 6% щелочной раствор дитионита натрия. Затем нанокомпозит помещали в газометрическую ячейку с водой, содержащей растворенный кислород. По величинам поглощенного кислорода строилась зависимость объема и степени поглощения кислорода от времени эксперимента (фиг.1). Сравнение кинетических кривых для трех образцов показало достаточно высокую эффективность материалов на основе матрицы Lewatit K 2620 и Lewatit SP-112H, не уступающую, а на начальном этапе для нанокомпозита Cu0⋅Lewatit SP-112H даже превосходящую нанокомпозит Cu0⋅КУ-23 по скорости и степени поглощения растворенного в воде кислорода. На интенсивность процесса, протекающего на основах Lewatit, влияет высокая обменная емкость композитов по ионам водорода и частицам меди, а также наименьший размер агломератов меди в Lewatit K 2620.
Пример 2. В ионообменные матрицы Lewatit K 2620 и Lewatit SP-112Н химически пятикратно осаждали медь. В качестве восстановителя также как и в примере 1, использовали 6% щелочной раствор дитионита натрия. Затем нанокомпозит помещали в газометрическую ячейку с раствором кислорода. По величинам поглощенного кислорода строилась зависимость объема и степени поглощения кислорода от времени эксперимента (фиг. 2). Сравнительный анализ кинетики восстановления кислорода на высокоемких НК медь - ионообменник выявил, что по скорости и степени поглощения кислорода все исследованные нанокомпозиты ведут себя практически одинаково. Расхождения по скорости и степени поглощения кислорода не превышают 6-8%. Кроме того, с технической и экономической точки зрения, высокая емкость по металлу на композитах Lewatit достигается за меньшее количество циклов осаждения, благодаря высокой обменной емкости по водороду. Высокоемкие нанокомпозиты, полученные на ионообменных основах Lewatit, имеют размеры кристаллитов, практически совпадающие с размером пор полимерной матрицы (фиг. 3 и 4), в отличие по нанокомпозита на основе КУ-23, поры которого не фиксированы. Это приводит к увеличению воспроизводимости кинетики поглощения кислорода на них и сокращению величины доверительного интервала по сравнению с кривой для Cu0⋅Ky-23(H+) почти в два раза.
Полученные материалы отличаются изопористой структурой и монодисперсным распределением частиц меди по размеру. В химическом отношении синтезированные нанокомпозиты показывают более высокие скорости восстановления поглощенного кислорода при однократном осаждении меди и практически одинаковые параметры при пятикратном осаждении металла, а также характеризуются более высокой воспроизводимостью кинетики поглощения кислорода на них, по сравнению с аналогом КУ-23.

Claims (1)

  1. Наноструктурный композит для глубокого удаления кислорода из воды, характеризующийся тем, что состоит из ионообменной матрицы Lewatit K 2620 или Lewatit SP-112Н с осажденными в ней наночастицами меди.
RU2016140241U 2016-10-12 2016-10-12 Наноструктурный композит для глубокого удаления кислорода из воды RU172363U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016140241U RU172363U1 (ru) 2016-10-12 2016-10-12 Наноструктурный композит для глубокого удаления кислорода из воды

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016140241U RU172363U1 (ru) 2016-10-12 2016-10-12 Наноструктурный композит для глубокого удаления кислорода из воды

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU172363U1 true RU172363U1 (ru) 2017-07-05

Family

ID=59310289

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016140241U RU172363U1 (ru) 2016-10-12 2016-10-12 Наноструктурный композит для глубокого удаления кислорода из воды

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU172363U1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU208692U1 (ru) * 2021-08-12 2021-12-30 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") Устройство для деоксигенации воды в проточных системах

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2217382C1 (ru) * 2002-06-17 2003-11-27 Государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии" Способ удаления из воды кислорода
RU2355471C1 (ru) * 2008-03-19 2009-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" Способ получения нанокомпозита
US20110175039A1 (en) * 2005-06-28 2011-07-21 E. I. Du Pont De Nemours And Company High work function transparent conductors
US20120051999A1 (en) * 2009-05-13 2012-03-01 Sk Innovation Co., Ltd. Polyelectrolyte multilayer thin film catalyst and method for producing same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2217382C1 (ru) * 2002-06-17 2003-11-27 Государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии" Способ удаления из воды кислорода
US20110175039A1 (en) * 2005-06-28 2011-07-21 E. I. Du Pont De Nemours And Company High work function transparent conductors
RU2355471C1 (ru) * 2008-03-19 2009-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" Способ получения нанокомпозита
US20120051999A1 (en) * 2009-05-13 2012-03-01 Sk Innovation Co., Ltd. Polyelectrolyte multilayer thin film catalyst and method for producing same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ХОРОЛЬСКАЯ С.В., Кооперативные взаимодействия наночастиц металла (Cu, Ag, Bi, Ni) в ионообменной матрице при восстановлении растворенного в воде кислорода, Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук, Воронеж, 2014, cc. 24, 25, табл. 1.1. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU208692U1 (ru) * 2021-08-12 2021-12-30 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") Устройство для деоксигенации воды в проточных системах

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. pH-assisted crystallization of Cu 2 O: Chemical reactions control the evolution from nanowires to polyhedra
CN109715288B (zh) 从盐水中提取金属离子
Yang et al. Hollow flower-like titanium ferrocyanide structure for the highly efficient removal of radioactive cesium from water
Chinnakoti et al. Enhanced fluoride adsorption by nano crystalline γ-alumina: adsorption kinetics, isotherm modeling and thermodynamic studies
Pirmoradi et al. Kinetics and thermodynamics of cyanide removal by ZnO@ NiO nanocrystals
Wang et al. Novel flower-like titanium phosphate microstructures and their application in lead ion removal from drinking water
CN104138750B (zh) 一种利用嵌入型氧化镧复合树脂深度除磷的方法
Han et al. Entrapment of Mg-Al layered double hydroxide in calcium alginate beads for phosphate removal from aqueous solution
CN102188956B (zh) 具有磺酸基的重金属吸附共聚物、其制备方法及其在水处理中的应用
CN104016434A (zh) 一种利用硅酸钙净化含重金属污水并回收重金属的方法
RU172363U1 (ru) Наноструктурный композит для глубокого удаления кислорода из воды
TWI633930B (zh) 吸附材料粒子
Levytskyi et al. Preparation and properties of polymer-silicate composites based on hydrophilic polymers
EP3898517B1 (de) Herstellung von hochreinem lithiumcarbonat aus solen
Klivenko et al. Hydrogenation of p-nitrophenol by gold nanoparticles immobilized within macroporous amphoteric cryogel based on N, N-dimethylaminoethyl methacrylate and methacrylic acid
Ahmad et al. Removal of chromium (VI) from wastewater through ion exchange. Kinetic and scale up studies
Kulyukhin et al. Sorption of U (VI) onto layered double hydroxides and oxides of Mg and Al, prepared using microwave radiation
Mai et al. Agarose@ MgO composite tablet for heavy metal removal from acid sulfate water
Seok et al. Synthesis of Fe 3 O 4/porous Carbon Composite for Efficient Cu 2+ Ions Removal
RU2355471C1 (ru) Способ получения нанокомпозита
CN103894139B (zh) 担载型层状羟基氧化镁复合材料的制备方法
Banu et al. Effective removal of phosphate from aqueous solution by lanthanum loaded bio-polymeric composite
WO2018101286A1 (ja) 非晶質の水酸化鉄（ｉｉｉ）を含有する吸着剤及びその製造方法
CN104587949B (zh) 双模板法制备二氧化铈用于铅锌冶炼含氟废水处理的方法
JP3955162B2 (ja) 酸溶液から酸を除去する方法およびその装置

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20171013