RU2325230C1 - Method of obtaining selective sorption and ion-exchange materials - Google Patents

Method of obtaining selective sorption and ion-exchange materials Download PDF

Info

Publication number
RU2325230C1
RU2325230C1 RU2007107154/04A RU2007107154A RU2325230C1 RU 2325230 C1 RU2325230 C1 RU 2325230C1 RU 2007107154/04 A RU2007107154/04 A RU 2007107154/04A RU 2007107154 A RU2007107154 A RU 2007107154A RU 2325230 C1 RU2325230 C1 RU 2325230C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ion
materials
mol
exchange
sorption
Prior art date
Application number
RU2007107154/04A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Федорович Каблов (RU)
Виктор Федорович Каблов
Дмитрий Алексеевич Кондруцкий (RU)
Дмитрий Алексеевич Кондруцкий
Владимир Алексеевич Егоров (RU)
Владимир Алексеевич Егоров
Игорь Николаевич Воронин (RU)
Игорь Николаевич Воронин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Биопласт"
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 Общество с ограниченной ответственностью "Биопласт" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Биопласт"
Priority to RU2007107154/04A priority Critical patent/RU2325230C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2325230C1 publication Critical patent/RU2325230C1/en

Links

Landscapes

  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: said utility invention relates to the field of ion exchange with complexing and chelation, and may be used in the hydrometallurgy of non-ferrous, rare, and noble metals, in water treatment and water purification processes, the chemical industry, and for obtaining high purity substances. The method of obtaining selective sorption and ion-exchange materials includes treatment of amine-containing raw materials with formaldehyde and hypophosphorous acid. As the amine-containing raw materials, a product of enzymatic hydrolysis of natural proteins is used, i.e. peptides with a molecular weight of 700-1000 g/mol, and individual amino acids in the form of a 15-25% water solution. The synthesis process is carried out at 60-70°C.
EFFECT: simplification of technology; increased selectivity of synthesised products to required metal ions.
2 cl, 3 ex

Description

Изобретение относится к области ионного обмена с комплексообразованием, хелатообразованием и может быть использовано в гидрометаллургии цветных, редких и благородных металлов, в процессах водоподготовки и водоочистки, химической промышленности, а также для получения веществ особой чистоты.The invention relates to the field of ion exchange with complexation, chelating and can be used in hydrometallurgy of non-ferrous, rare and noble metals, in the processes of water treatment and water purification, in the chemical industry, as well as for obtaining substances of high purity.

Большинство известных ионообменных и сорбционных материалов проявляют пониженную селективность в процессах разделения смеси ионов металлов, что определяется стерической конформацией активных центров ионитов и сорбентов, количеством и видом комплексообразующих и хелатообразующих функциональных групп в структуре данных материалов. В ряде случаев требуется эффективность при извлечении, концентрировании требуемого металла из сильно разбавленных водных растворов. В то же время, требования охраны окружающей среды выдвигают условия по безопасным методам утилизации отходов отработанных материалов, использованию малоотходных технологий синтеза, эксплуатации, рециклинга.Most of the known ion-exchange and sorption materials exhibit reduced selectivity in the separation of a mixture of metal ions, which is determined by the steric conformation of the active centers of ion exchangers and sorbents, the number and type of complexing and chelating functional groups in the structure of these materials. In some cases, efficiency is required in the extraction, concentration of the desired metal from highly diluted aqueous solutions. At the same time, environmental protection requirements put forward conditions for safe methods for the disposal of waste materials, the use of low-waste synthesis, operation, and recycling technologies.

Известны хелатообразующие фосфоразотсодержащие катиониты, включающие продукты взаимодействия аминосодержащей смолы с первичными и вторичными аминами и последующей реакцией проаминированной смолы с агентами фосфоноалкилирования (ЕР 0065120 А1, С08F 8/40, 24.11.1982).Chelating phosphorus-containing cation exchangers are known, including the products of the interaction of an amine-containing resin with primary and secondary amines and the subsequent reaction of the laminated resin with phosphonoalkylation agents (EP 0065120 A1, C08F 8/40, 11.24.1982).

Недостатками данных катионитов являются многостадийность процесса их синтеза, ресурсо- и энергоемкость технологии, пониженная селективность получаемых веществ и материалов к ионам поливалентных металлов, низкая сорбционная эффективность при извлечении следовых количеств металла, что ограничивает их использование.The disadvantages of these cation exchangers are the multi-stage synthesis process, resource and energy intensity of the technology, reduced selectivity of the resulting substances and materials to polyvalent metal ions, low sorption efficiency in the extraction of trace amounts of metal, which limits their use.

Известен способ получения хелатообразующей смолы на основе хитозана, включающий обработку хитозана последовательно глицидиловым эфиром алифатических полиолов, полиэтиленимином, ангидридом ароматической кислоты в полярном растворителе и далее уксусным ангидридом (JP 2229831, В01J 45/00, 12.09.1990).A known method of producing a chelating resin based on chitosan, comprising treating chitosan sequentially with glycidyl ether of aliphatic polyols, polyethyleneimine, aromatic acid anhydride in a polar solvent and then acetic anhydride (JP 2229831, B01J 45/00, 09/12/1990).

Недостатками данного способа являются использование токсичных горючих органических растворителей в процессе, трудоемкость синтеза, дефицитность хитозана, что ограничивает масштабы использования продукта.The disadvantages of this method are the use of toxic combustible organic solvents in the process, the complexity of the synthesis, deficiency of chitosan, which limits the scope of use of the product.

Известен хелатообразующий фосфорсодержащий катионит, как сорбент катионов уранила, включающий полимер, содержащий боковые фосфоно-, фосфонофенил- и фосфоноалкилфенильные группы, получаемый реакцией сополимеризации стирола, дивинилбензола и винилфосфонатов, с последующими процессами гидролиза промежуточного сополимера, алкилирования бензольных ядер PCl3 и дальнейшим гидролизом PCl2- производных до соединений с боковыми фосфоногруппами (ЕР 0461822 А2, С08F 8/12, 18.12.1991).Known phosphorus chelating cation exchange resin as uranyl cation sorbent comprising a polymer containing pendant phosphono, and fosfonofenil- fosfonoalkilfenilnye groups obtained from the reaction of copolymerization of styrene, divinylbenzene and vinilfosfonatov, followed by hydrolysis of the intermediate copolymer processes, alkylation of the benzene nuclei of PCl 3 and PCl 2 further hydrolysis - derivatives to compounds with side phosphono groups (EP 0461822 A2, C08F 8/12, 12/18/1991).

Недостатками данного катионита являются дефицитность исходных реагентов (винилфосфонатов) для его получения, применение агрессивных, коррелирующих веществ, сложность получения продукта постоянного состава, пониженная селективность получаемых материалов по отношению к d-элементам, что снижает конкурентоспособность данных материалов.The disadvantages of this cation exchange resin are the scarcity of the starting reagents (vinyl phosphonates) for its preparation, the use of aggressive, correlating substances, the difficulty of obtaining a constant composition product, and the reduced selectivity of the materials obtained with respect to d-elements, which reduces the competitiveness of these materials.

Известен способ получения фосфоразотсодержащего катионита, включающий аминирование галогенметильных групп ароматического полимера и последующее фосфонометилирование. При этом в качестве аминирующего агента используют смесь моно- и полиаминов, в которой содержание моноамина составляет 20-70 мольных процентов (US 5208264 А1, С08F 8/40, 04.05.1993).A known method of producing a phosphorus-containing cation exchanger, comprising the amination of halogenomethyl groups of an aromatic polymer and subsequent phosphonomethylation. In this case, a mixture of mono- and polyamines, in which the monoamine content is 20-70 mol% (US 5208264 A1, C08F 8/40, 05/04/1993), is used as an aminating agent.

Недостатками данного способа являются низкая степень превращения при аминировании, сложность процесса синтеза, необходимость промежуточной стадии отгонки из полимера остатков растворителя, отсутствие у синтезированных материалов селективности к d-элементам, например, к меди, никелю, цинку, что является следствием использования в синтезе ароматического полимера, что ограничивает промышленное использование данных сорбентов и ионообменных материалов.The disadvantages of this method are the low degree of conversion during amination, the complexity of the synthesis process, the need for an intermediate stage of distillation of solvent residues from the polymer, the lack of selectivity for d-elements in the synthesized materials, for example, copper, nickel, zinc, which is a consequence of the use of an aromatic polymer in the synthesis , which limits the industrial use of these sorbents and ion-exchange materials.

Известен катионит, содержащий группы полифосфорной кислоты, и способ его получения, включающий суспензионную полимеризацию в полимерных частицах, содержащих полифосфорные кислоты, глицидилсодержащий мономер и сшивающий мономер, в органическом растворителе, не смешивающемся с водой, и последующее взаимодействие глицидиловых групп результирующих полимерных частиц с цепью введенной полифосфорной кислоты (JP 2000210572, В01D 15/08, 02.08.2000).Known cation exchange resin containing groups of polyphosphoric acid, and a method for its preparation, comprising suspension polymerization in polymer particles containing polyphosphoric acid, glycidyl-containing monomer and a crosslinking monomer, in an organic solvent not miscible with water, and subsequent interaction of the glycidyl groups of the resulting polymer particles with the chain introduced polyphosphoric acid (JP 2000210572, B01D 15/08, 08/02/2000).

Недостатками данного катионита и способа его получения являются низкий выход продукта и большое количество сточных вод, требующих очистки, что ограничивает использование данного способа и получаемых материалов в промышленности.The disadvantages of this cation exchange resin and its production method are the low yield of the product and a large amount of wastewater requiring treatment, which limits the use of this method and the resulting materials in industry.

Известны полимерные смолы, содержащие полиамидные лиганды и методы использования их для удаления, разделения и/или концентрирования целевых ионов металлов из растворов, включающие продукты реакции гидроксиметилированных полиамидных лигандов с одним или более реагентами, выбранными из таких классов соединений, как агенты полимеризации, сшивающие агенты или их комбинации (US 2002/0042495 А1, С08G 12/04, 11.04.2002).Polymer resins are known containing polyamide ligands and methods for using them to remove, separate and / or concentrate target metal ions from solutions, including reaction products of hydroxymethylated polyamide ligands with one or more reagents selected from classes of compounds such as polymerization agents, crosslinking agents or combinations thereof (US 2002/0042495 A1, C08G 12/04, 04/11/2002).

Недостатками данных материалов являются сложность управления процессом их синтеза, большая его продолжительность и образование побочных продуктов, что затрудняет промышленное производство данного материала и ограничивает его применение.The disadvantages of these materials are the complexity of controlling the process of their synthesis, its long duration and the formation of by-products, which complicates the industrial production of this material and limits its use.

Наиболее близким является способ получения ионитов путем обработки алифатических полиаминов формальдегидом и фосфорно-ватистой кислотой. При этом упрощается технология и повышается сорбционная способность ионитов к меди, серебру, марганцу. Содержание фосфора в синтезируемых веществах достигает 21,1%, азота - 10,7%. Коэффициент набухания в воде лежит в интервале 2,1-2,8 мл/мл. Статическая обменная емкость по 0,1 н. раствору NaOH 6,2 мг·экв/г. Синтезированные иониты обладают высокой комплексообразующей способностью по отношению к ионам меди (II), достигающей 3,5-4,0 мгэкв/г при рН4,2. Коэффициент распределения при извлечении ионов марганца (II) из слабощелочного раствора (рН8-10) с концентрацией марганца 3,3·10-7 г/л составляет 104-105, в то время как для кобальта (II) - 102, а для железа (III) - 103, что указывает на селективность по отношению к ионам марганца (II) (SU 575363, С08G 79/04, 05.10.1977).The closest is the method of producing ion exchangers by treating aliphatic polyamines with formaldehyde and phosphoric acid. At the same time, the technology is simplified and the sorption ability of ion exchangers to copper, silver, manganese is increased. The phosphorus content in the synthesized substances reaches 21.1%, nitrogen - 10.7%. The coefficient of swelling in water is in the range of 2.1-2.8 ml / ml. Static exchange capacity of 0.1 N. 6.2 mg Naq / g NaOH solution. The synthesized ion exchangers have a high complexing ability with respect to copper (II) ions, reaching 3.5-4.0 meq / g at pH 4.2. The distribution coefficient for the extraction of manganese (II) ions from a slightly alkaline solution (pH8-10) with a concentration of manganese 3.3 · 10 -7 g / l is 10 4 -10 5 , while for cobalt (II) - 10 2 , and for iron (III) - 10 3 , which indicates selectivity with respect to manganese (II) ions (SU 575363, С08G 79/04, 10/05/1977).

Недостатком данного способа является повышенный расход реагентов, сильнокислая среда, жесткие температурные условия синтеза (90-100°С), что приводит к получению продукта неоднородного по составу и свойствам.The disadvantage of this method is the increased consumption of reagents, a strongly acidic environment, harsh temperature synthesis conditions (90-100 ° C), which leads to a product with a heterogeneous composition and properties.

Задачей предлагаемого технического решения является разработка технологичного способа получения селективных сорбционных и ионообменных материалов, позволяющего получить новый комплексообразующий и хелатообразующий полимерный продукт в промышленных масштабах, который можно использовать для селективного извлечения, концентрирования и разделения ионов переходных, тяжелых металлов в горно-обогатительной, химической промышленности, в процессах водоподготовки и водоочистки, а также для получения веществ особой чистоты.The objective of the proposed technical solution is to develop a technologically advanced method for producing selective sorption and ion-exchange materials, which allows to obtain a new complex-forming and chelating polymer product on an industrial scale, which can be used for the selective extraction, concentration and separation of transitional, heavy metal ions in the mining and processing, chemical industry, in the processes of water treatment and water purification, as well as for obtaining substances of high purity.

Техническим результатом является использование продукта ферментативного гидролиза природных белков - пептидов в качестве аминосодержащего сырья для синтеза ионообменных материалов и сорбентов, что приводит к упрощению технологии получения и повышению селективности синтезируемых продуктов по отношению к требуемым ионам металлов, что улучшает комплекс потребительских свойств данных материалов.The technical result is the use of a product of enzymatic hydrolysis of natural proteins - peptides as an amine-containing raw material for the synthesis of ion-exchange materials and sorbents, which leads to a simplification of the production technology and increase the selectivity of the synthesized products in relation to the required metal ions, which improves the complex of consumer properties of these materials.

Технический результат достигается в способе получения селективных сорбционных и ионообменных материалов, включающем обработку аминосодержащего сырья формальдегидом и фосфорно-ватистой кислотой, причем в качестве аминосодержащего сырья используется продукт ферментативного гидролиза природных белков - пептиды с молекулярной массой 700-1000 г/моль и отдельные аминокислоты, в виде 15-25% водного раствора.The technical result is achieved in a method for producing selective sorption and ion-exchange materials, including the processing of amino-containing raw materials with formaldehyde and phosphoric acid, and the product of enzymatic hydrolysis of natural proteins — peptides with a molecular weight of 700-1000 g / mol and individual amino acids — is used as an amino-containing raw material. as a 15-25% aqueous solution.

Заявляемое техническое решение по сравнению с прототипом предусматривает использование продукта ферментативного гидролиза природных белков - пептидов в качестве аминосодержащего сырья для синтеза сорбционных и ионообменных материалов, что представляет значительное преимущество, так как упрощается технология получения и повышается селективность материалов, статическая ионообменная и сорбционная емкость, а также коэффициент распределения при извлечении ионов металла, что положительно сказывается на комплексе потребительских свойств материалов.The claimed technical solution in comparison with the prototype provides for the use of the product of enzymatic hydrolysis of natural proteins - peptides as an amino-containing raw material for the synthesis of sorption and ion-exchange materials, which is a significant advantage, since the production technology is simplified and the selectivity of the materials, the static ion-exchange and sorption capacities are increased, and distribution coefficient during the extraction of metal ions, which positively affects the consumer complex stv materials.

Процесс синтеза селективных ионообменных и сорбционных материалов описывается образованием полипротеинилметиленфосфиновой кислоты и ее производных при обработке пептидов формалином и гипофосфитом натрия в кислой среде. Реакции протекают по нуклеофильным группам пептидов. В зависимости от аминокислотного состава исходных белков, в состав пептидов могут входить следующие нуклеофильные реакционные центры: концевые и боковые аминогруппы, амидные группы, гуанидиловые группы, имидазольные группы, фенольные группы, индольные группы. С различной скоростью данные реакционные центры участвуют в реакциях фосфонометилирования, приводя к образованию разветвленных и сшитых полимерных продуктов, трехмерный каркас которых построен из цепей, содержащих звенья с хелатогенными фосфиновыми группировками. Предполагается, что данная реакция протекает в 2 стадии, на первой формальдегид присоединяется по нуклеофильным группам с образованием метилольных производных. Далее фосфорно-ватистая кислота, образующаяся в реакционной смеси при взаимодействии гипофосфита натрия с соляной кислотой, реагирует с этими производными с выделением воды, образуя продукты реакции фосфонометилирования. Высокая реакционная способность пептидов позволяет проводить получение селективных сорбционных и ионообменных материалов в мягких условиях в одну стадию без использования органических растворителей с хорошими выходами целевых продуктов.The process of synthesis of selective ion-exchange and sorption materials is described by the formation of polyproteinylmethylenephosphinic acid and its derivatives during the treatment of peptides with formalin and sodium hypophosphite in an acidic environment. Reactions proceed along nucleophilic groups of peptides. Depending on the amino acid composition of the starting proteins, the following nucleophilic reaction centers may be included in the peptides: terminal and side amino groups, amide groups, guanidyl groups, imidazole groups, phenolic groups, indole groups. At different rates, these reaction centers participate in phosphonomethylation reactions, leading to the formation of branched and crosslinked polymer products, the three-dimensional framework of which is built from chains containing units with chelating phosphine groups. It is assumed that this reaction proceeds in 2 stages; in the first, formaldehyde is attached at nucleophilic groups to form methylol derivatives. Further, phosphoric acid formed in the reaction mixture during the interaction of sodium hypophosphite with hydrochloric acid reacts with these derivatives with the release of water, forming the products of the phosphonomethylation reaction. The high reactivity of the peptides allows one to obtain selective sorption and ion-exchange materials under mild conditions in a single step without the use of organic solvents with good yields of target products.

Увеличение селективной сорбционной емкости и коэффициента распределения при извлечении иона требуемого металла из раствора связано с высокой комплексообразующей и хелатообразующей способностью полипротеинилметиленфосфоновой кислоты, что может быть объяснено способностью данного сшитого сополимера к образованию полного насыщенного лигандного контура, а также высокопрочных водородных и полиядерных комплексов с ионами металлов, что в свою очередь определяется синергетическим действием пептидного фрагмента сополимера, способного принимать необходимую стерическую конформацию в присутствии ионов металлов, и хелатогенных фосфиновых групп, образующих прочные координационные химические связи за счет взаимодействия электронных оболочек и перераспределения электронных плотностей металлов-комплексообразователей и макромолекулярных лигандов. В этом состоит принципиальное отличие данных материалов и способа их получения от материалов и способа получения, предложенного в прототипе.An increase in the selective sorption capacity and distribution coefficient during the extraction of the desired metal ion from the solution is associated with the high complexing and chelating ability of polyproteinylmethylenephosphonic acid, which can be explained by the ability of this crosslinked copolymer to form a complete saturated ligand contour, as well as high-strength hydrogen and polynuclear complexes with metal ions which in turn is determined by the synergistic action of the peptide fragment of the copolymer capable of to accept the necessary steric conformation in the presence of metal ions and chelatogenic phosphine groups forming strong coordination chemical bonds due to the interaction of electron shells and the redistribution of electronic densities of complexing metals and macromolecular ligands. This is the fundamental difference between these materials and the method of production thereof from the materials and method of preparation proposed in the prototype.

Использование пептидов со среднечисловой молекулярной массой менее 700 г/моль нецелесообразно, так как понижает селективность и сорбционную емкость ионообменных и сорбционных материалов, что может быть объяснено слишком высокой плотностью сшивок макромолекул, из-за чего затрудняется диффузия сорбируемых ионов к центрам комплексообразования и снижается возможность образования активных центров требуемого пространственного строения.The use of peptides with a number average molecular weight of less than 700 g / mol is impractical, since it reduces the selectivity and sorption capacity of ion-exchange and sorption materials, which can be explained by the too high density of crosslinking of macromolecules, which makes diffusion of sorbed ions to complexation centers more difficult and the possibility of formation active centers of the required spatial structure.

Применение пептидов со среднечисловой молекулярной массой более 1000 г/моль также нецелесообразно, так как снижает осмотическую стабильность и уменьшает гидролитическую устойчивость сорбционных и ионообменных материалов, что сокращает срок службы данных материалов.The use of peptides with a number average molecular weight of more than 1000 g / mol is also impractical, since it reduces the osmotic stability and decreases the hydrolytic stability of sorption and ion-exchange materials, which reduces the service life of these materials.

Использование для синтеза водного раствора пептидов с концентрацией свыше 25% затруднено в связи с повышенной вязкостью, высокой концентрацией мицеллярных структур, что приводит к получению продукта, неоднородного по составу и свойствам.The use of peptides with a concentration of over 25% for the synthesis of an aqueous solution is difficult due to the increased viscosity and high concentration of micellar structures, which leads to a product that is heterogeneous in composition and properties.

Использование для синтеза водного раствора пептидов с концентрацией менее 15% приводит к излишнему разбавлению реакционной смеси, уменьшению скорости реакции, необоснованному увеличению объемов отработанных растворов и поэтому не может быть рекомендовано.The use of peptides with a concentration of less than 15% for the synthesis of an aqueous solution leads to excessive dilution of the reaction mixture, a decrease in the reaction rate, an unreasonable increase in the volume of spent solutions, and therefore cannot be recommended.

Оптимальным температурным интервалом проведения процесса является 60-70°С, где наблюдается наибольшая скорость образования целевых продуктов. Увеличение температуры выше 70°С приводит к увеличению протекания побочных реакций в системе, диспропорционированию фосфорно-ватистой кислоты, кислотному гидролизу пептидных связей, что приводит к получению продукта с пониженным комплексом сорбционных и физико-механических свойств. Снижение температуры ниже 60°С увеличивает продолжительность процесса, что снижает производительность технологического оборудования.The optimal temperature range for the process is 60-70 ° C, where the highest rate of formation of the target products is observed. An increase in temperature above 70 ° C leads to an increase in the occurrence of adverse reactions in the system, disproportionation of phosphoric acid, acid hydrolysis of peptide bonds, which leads to a product with a reduced complex of sorption and physico-mechanical properties. Lowering the temperature below 60 ° C increases the duration of the process, which reduces the productivity of technological equipment.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

Продукт ферментативного гидролиза природных белков - пептиды с молекулярной массой 700-1000 г/моль и отдельные аминокислоты в виде 15-25% водного раствора обрабатывают формальдегидом (37% формалин) и фосфорно-ватистой кислотой, образующейся в реакционной смеси при взаимодействии гипофосфита натрия с соляной кислотой, в температурном интервале 60-70°С. Процесс проводят при перемешивании реакционной массы при постоянной температуре в течение 2-3 часов. Образующийся нерастворимый полимер в виде хлопьев отделяют от маточного раствора фильтрованием или центрифугированием. Далее полученный продукт промывают последовательно водой, 5% водным раствором гидроксида натрия, 5% раствором соляной кислоты и снова водой. Избыток влаги удаляют центрифугированием полученного продукта до заданной степени влажности.The product of enzymatic hydrolysis of natural proteins - peptides with a molecular weight of 700-1000 g / mol and individual amino acids in the form of a 15-25% aqueous solution is treated with formaldehyde (37% formalin) and phosphorous acid formed in the reaction mixture in the interaction of sodium hypophosphite with hydrochloric acid acid, in the temperature range of 60-70 ° C. The process is carried out with stirring of the reaction mass at a constant temperature for 2-3 hours. The resulting insoluble polymer in the form of flakes is separated from the mother liquor by filtration or centrifugation. Next, the resulting product is washed successively with water, 5% aqueous sodium hydroxide solution, 5% hydrochloric acid solution and again with water. Excess moisture is removed by centrifuging the resulting product to a predetermined degree of moisture.

Пептиды с молекулярной массой 700-1000 г/моль получают ферментативным гидролизом природных белков (коллаген, белок сои и др.) с использованием известных протеолитических энзимов (пепсин, трипсин, химотрипсин). При использовании трипсина процесс проводят следующим образом. В водный раствор белка с концентрацией 10-15% при температуре 36-38°С вводят препарат трипсина в массовом соотношении трипсин: белок равном 1:100 в пересчете на сухое вещество. рН среды поддерживают в интервале 7,5-7,8. Гидролиз проводят при постоянной температуре, легком перемешивании в течение 2-3 часов. По окончании гидролиза реакционную массу нагревают до 70-80°С и выдерживают при этой температуре 15-20 минут с целью остановки процесса путем тепловой инактивации фермента. Далее раствор концентрируют известными методами при температуре не выше 60°С и используют в синтезе ионообменных и сорбционных материалов. Степень гидролиза и молекулярную массу образующихся пептидов определяют методом формолового титрования, проводимого по известной методике.Peptides with a molecular weight of 700-1000 g / mol are obtained by enzymatic hydrolysis of natural proteins (collagen, soy protein, etc.) using known proteolytic enzymes (pepsin, trypsin, chymotrypsin). When using trypsin, the process is as follows. Trypsin is introduced into an aqueous solution of a protein with a concentration of 10-15% at a temperature of 36-38 ° C in a mass ratio of trypsin: protein equal to 1: 100 in terms of dry matter. The pH of the medium is maintained in the range of 7.5-7.8. Hydrolysis is carried out at a constant temperature, gentle stirring for 2-3 hours. After hydrolysis, the reaction mass is heated to 70-80 ° C and maintained at this temperature for 15-20 minutes in order to stop the process by thermal inactivation of the enzyme. Next, the solution is concentrated by known methods at a temperature not exceeding 60 ° C and used in the synthesis of ion-exchange and sorption materials. The degree of hydrolysis and molecular weight of the resulting peptides is determined by the method of formol titration, carried out by a known method.

Пример 1. К 20 г 15% раствора пептидов со среднечисловой молекулярной массой 750 г/моль (0,004 моль) добавляют при перемешивании 4,24 г моногидрата гипофосфита натрия (0,040 моль). Раствор нагревают до температуры 60°С. После растворения гипофосфита натрия в реакционную смесь при перемешивании вводят по каплям 0,9 мл (0,010 моль) концентрированной соляной кислоты и сразу после этого добавляют 1,5 мл (0,020 моль) 37% формалина. Спустя 10-15 минут начинается образование хлопьев нерастворимого полимера (полипротеинилметиленфосфоновой кислоты). Реакционную смесь перемешивают при постоянной температуре в течение 2 часов, после чего хлопья полученного продукта отделяют от остывшего маточного раствора фильтрованием или центрифугированием. Далее полученный продукт промывают последовательно водой, 5% водным раствором гидроксида натрия, 5% раствором соляной кислоты и снова водой. Избыток влаги удаляют центрифугированием полученного продукта. Получают ионообменный и сорбционный материал с выходом 92%. Содержание фосфора в полученном полимере по массе 2,8%, водопоглощение по массе - 150%. ИК-спектр, ν, см-1: 3700-3500; 2600-2560; 1600-1560; 1650-1620; 1175. Статическая обменная емкость по 0,1 н. раствору NaOH 6,5 мг·экв/г. Статическая сорбционная емкость по ионам Cu2+, Zn2+, Ni2+, Co2+ из 0,1 н. растворов хлоридов металлов составляет при рН 4,0, соответственно, 5,1; 4,9; 2,8; 2,7 мг·экв/г. Коэффициенты распределения указанных ионов из растворов с концентрацией (1-2)·10-4 моль/л при рН 9 составляют 106-105 для катионов Cu2+, Zn2+ и 104-103 для катионов Ni2+, Co2+, что указывает на повышенную селективность полученных материалов по отношению к меди и цинку.Example 1. To 20 g of a 15% solution of peptides with a number average molecular weight of 750 g / mol (0.004 mol), 4.24 g of sodium hypophosphite monohydrate (0.040 mol) is added with stirring. The solution is heated to a temperature of 60 ° C. After dissolution of sodium hypophosphite, 0.9 ml (0.010 mol) of concentrated hydrochloric acid is added dropwise into the reaction mixture with stirring, and immediately thereafter 1.5 ml (0.020 mol) of 37% formalin is added. After 10-15 minutes, the formation of flakes of an insoluble polymer (polyproteinylmethylenephosphonic acid) begins. The reaction mixture is stirred at a constant temperature for 2 hours, after which the flakes of the resulting product are separated from the cooled mother liquor by filtration or centrifugation. Next, the resulting product is washed successively with water, 5% aqueous sodium hydroxide solution, 5% hydrochloric acid solution and again with water. Excess moisture is removed by centrifugation of the resulting product. Receive ion-exchange and sorption material with a yield of 92%. The phosphorus content in the obtained polymer by weight is 2.8%, water absorption by weight is 150%. IR spectrum, ν, cm -1 : 3700-3500; 2600-2560; 1600-1560; 1650-1620; 1175. The static exchange capacity of 0.1 N. 6.5 mg Naq / g NaOH solution. Static sorption capacity for ions of Cu 2+ , Zn 2+ , Ni 2+ , Co 2+ from 0.1 N. solutions of metal chlorides at pH 4.0, respectively, 5.1; 4.9; 2.8; 2.7 mgEq / g The distribution coefficients of these ions from solutions with a concentration of (1-2) · 10 -4 mol / L at pH 9 are 10 6 -10 5 for cations Cu 2+ , Zn 2+ and 10 4 -10 3 for cations Ni 2+ , Co 2+ , which indicates an increased selectivity of the obtained materials with respect to copper and zinc.

Пример 2. К 20 г 15% раствора пептидов со среднечисловой молекулярной массой 990 г/моль (0,003 моль) добавляют при перемешивании 3,21 г моногидрата гипофосфита натрия (0,030 моль). Раствор нагревают до температуры 70°С. После растворения гипофосфита натрия в реакционную смесь при перемешивании вводят по каплям 0,7 мл (0,008 моль) концентрированной соляной кислоты и сразу после этого добавляют 1,1 мл (0,015 моль) 37% формалина. Спустя 5-7 минут начинается образование хлопьев нерастворимого полимера (полипротеинилметиленфосфоновой кислоты). Реакционную смесь перемешивают при постоянной температуре в течение 2 часов, после чего хлопья полученного продукта отделяют от остывшего маточного раствора фильтрованием или центрифугированием. Далее полученный продукт промывают последовательно водой, 5% водным раствором гидроксида натрия, 5% раствором соляной кислоты и снова водой. Избыток влаги удаляют центрифугированием полученного продукта. Получают ионообменный и сорбционный материал с выходом 86%. Содержание фосфора в полученном полимере по массе 1,3%, водопоглощение по массе - 270%. ИК-спектр, ν, см-1: 3700-3500; 2600-2560; 1600-1560; 1650-1620; 1175. Статическая обменная емкость по 0,1 н. раствору NaOH 4,5 мг·экв/г. Статическая сорбционная емкость по ионам Cu2+, Zn2+, Ni2+, Со2+ из 0,1 н. растворов хлоридов металлов составляет при рН 4,0, соответственно, 4,4; 4,1; 2,0; 1,9 мг·экв/г. Коэффициенты распределения указанных ионов из растворов с концентрацией (1-2)·10-4 моль/л при рН 9 составляют 106-105 для катионов Cu2+, Zn2+ и 104-103 для катионов Ni2+, Со2+.Example 2. To 20 g of a 15% solution of peptides with a number average molecular weight of 990 g / mol (0.003 mol), 3.21 g of sodium hypophosphite monohydrate (0.030 mol) is added with stirring. The solution is heated to a temperature of 70 ° C. After dissolution of sodium hypophosphite, 0.7 ml (0.008 mol) of concentrated hydrochloric acid is added dropwise into the reaction mixture with stirring, and immediately thereafter 1.1 ml (0.015 mol) of 37% formalin are added. After 5-7 minutes, the formation of flakes of an insoluble polymer (polyproteinylmethylenephosphonic acid) begins. The reaction mixture is stirred at a constant temperature for 2 hours, after which the flakes of the resulting product are separated from the cooled mother liquor by filtration or centrifugation. Next, the resulting product is washed successively with water, 5% aqueous sodium hydroxide solution, 5% hydrochloric acid solution and again with water. Excess moisture is removed by centrifugation of the resulting product. Receive ion-exchange and sorption material with a yield of 86%. The phosphorus content in the obtained polymer by weight is 1.3%, water absorption by weight is 270%. IR spectrum, ν, cm -1 : 3700-3500; 2600-2560; 1600-1560; 1650-1620; 1175. The static exchange capacity of 0.1 N. a solution of NaOH 4.5 mg · equiv / g. Static sorption capacity for ions of Cu 2+ , Zn 2+ , Ni 2+ , Co 2+ from 0.1 N. solutions of metal chlorides at pH 4.0, respectively, 4.4; 4.1; 2.0; 1.9 mgEq / g The distribution coefficients of these ions from solutions with a concentration of (1-2) · 10 -4 mol / L at pH 9 are 10 6 -10 5 for cations Cu 2+ , Zn 2+ and 10 4 -10 3 for cations Ni 2+ , With 2+ .

Пример 3. К 20 г 25% раствора пептидов со среднечисловой молекулярной массой 750 г/моль (0,005 моль) добавляют при перемешивании 5,35 г моногидрата гипофосфита натрия (0,051 моль). Раствор нагревают до температуры 60°С. После растворения гипофосфита натрия в реакционную смесь при перемешивании вводят по каплям 1,1 мл (0,013 моль) концентрированной соляной кислоты и сразу после этого добавляют 1,9 мл (0,025 моль) 37% формалина. Спустя 7-10 минут начинается образование хлопьев нерастворимого полимера (полипротеинилметиленфосфоновой кислоты). Реакционную смесь перемешивают при постоянной температуре в течение 2 часов, после чего хлопья полученного продукта отделяют от остывшего маточного раствора фильтрованием или центрифугированием. Далее полученный продукт промывают последовательно водой, 5% водным раствором гидроксида натрия, 5% раствором соляной кислоты и снова водой. Избыток влаги удаляют центрифугированием полученного продукта. Получают ионообменный и сорбционный материал с выходом 97%. Содержание фосфора в полученном полимере по массе 3,0%, водопоглощение по массе - 180%. ИК-спектр, ν, см-1: 3700-3500; 2600-2560; 1600-1560; 1650-1620; 1175. Статическая обменная емкость по 0,1 н. раствору NaOH 6,8 мг-экв/г.Статическая сорбционная емкость по ионам Cu2+, Zn2+, Ni2+, Co2+ из 0,1 н. растворов хлоридов металлов составляет при рН 4,0, соответственно, 5,3; 5,1; 3,0; 2,8 мг-экв/г. Коэффициенты распределения указанных ионов из растворов с концентрацией (1-2)·10-4 моль/л при рН 9 составляют 106-105 для катионов Cu2+, Zn2+ и 104-103 для катионов Ni2+, Co2+.Example 3. To 20 g of a 25% solution of peptides with a number average molecular weight of 750 g / mol (0.005 mol), 5.35 g of sodium hypophosphite monohydrate (0.051 mol) is added with stirring. The solution is heated to a temperature of 60 ° C. After dissolution of sodium hypophosphite, 1.1 ml (0.013 mol) of concentrated hydrochloric acid is added dropwise into the reaction mixture with stirring, and immediately thereafter 1.9 ml (0.025 mol) of 37% formalin are added. After 7-10 minutes, the formation of flakes of an insoluble polymer (polyproteinylmethylenephosphonic acid) begins. The reaction mixture is stirred at a constant temperature for 2 hours, after which the flakes of the resulting product are separated from the cooled mother liquor by filtration or centrifugation. Next, the resulting product is washed successively with water, 5% aqueous sodium hydroxide solution, 5% hydrochloric acid solution and again with water. Excess moisture is removed by centrifugation of the resulting product. Receive ion-exchange and sorption material with a yield of 97%. The phosphorus content in the obtained polymer by mass is 3.0%, water absorption by mass is 180%. IR spectrum, ν, cm -1 : 3700-3500; 2600-2560; 1600-1560; 1650-1620; 1175. The static exchange capacity of 0.1 N. NaOH solution 6.8 mEq / g. Static sorption capacity for ions of Cu 2+ , Zn 2+ , Ni 2+ , Co 2+ from 0.1 N. solutions of metal chlorides at pH 4.0, respectively, 5.3; 5.1; 3.0; 2.8 mEq / g. The distribution coefficients of these ions from solutions with a concentration of (1-2) · 10 -4 mol / L at pH 9 are 10 6 -10 5 for cations Cu 2+ , Zn 2+ and 10 4 -10 3 for cations Ni 2+ , Co 2+ .

Таким образом, использование продукта ферментативного гидролиза природных белков-пептидов с молекулярной массой 700-1000 г/моль в качестве аминосодержащего сырья для синтеза сорбционных и ионообменных материалов позволяет получать материалы, которые представляется перспективным использовать в гидрометаллургии цветных, редких и благородных металлов, в процессах водоподготовки и водоочистки, химической промышленности, а также для получения веществ особой чистоты. Кроме того, повышается селективность, ионообменная и сорбционная емкость, что улучшает потребительские свойства данных материалов. Технологический процесс получения прост, не требует дополнительного оборудования к уже имеющемуся в промышленности.Thus, the use of the product of enzymatic hydrolysis of natural peptide proteins with a molecular weight of 700-1000 g / mol as an amine-containing raw material for the synthesis of sorption and ion-exchange materials makes it possible to obtain materials that are promising to be used in hydrometallurgy of non-ferrous, rare and noble metals, in water treatment processes and water treatment, chemical industry, as well as for obtaining substances of high purity. In addition, selectivity, ion-exchange and sorption capacity are increased, which improves the consumer properties of these materials. The manufacturing process is simple, does not require additional equipment to existing in the industry.

Claims (2)

1. Способ получения селективных сорбционных и ионообменных материалов, включающий обработку аминосодержащего сырья формальдегидом и фосфорноватистой кислотой, отличающийся тем, что в качестве аминосодержащего сырья используется продукт ферментативного гидролиза природных белков - пептиды с молекулярной массой 700-1000 г/моль и отдельные аминокислоты, в виде 15-25%-ного водного раствора.1. A method of obtaining selective sorption and ion-exchange materials, including the processing of amino-containing raw materials with formaldehyde and hypophosphorous acid, characterized in that the product of enzymatic hydrolysis of natural proteins — peptides with a molecular weight of 700-1000 g / mol and individual amino acids — is used as the amino-containing raw material 15-25% aqueous solution. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс получения ведут в температурном интервале 60-70°С.2. The method according to claim 1, characterized in that the production process is carried out in a temperature range of 60-70 ° C.
RU2007107154/04A 2007-02-26 2007-02-26 Method of obtaining selective sorption and ion-exchange materials RU2325230C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007107154/04A RU2325230C1 (en) 2007-02-26 2007-02-26 Method of obtaining selective sorption and ion-exchange materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007107154/04A RU2325230C1 (en) 2007-02-26 2007-02-26 Method of obtaining selective sorption and ion-exchange materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2325230C1 true RU2325230C1 (en) 2008-05-27

Family

ID=39586526

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007107154/04A RU2325230C1 (en) 2007-02-26 2007-02-26 Method of obtaining selective sorption and ion-exchange materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2325230C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2515455C2 (en) * 2012-07-29 2014-05-10 Закрытое Акционерное Общество "Аксион-Редкие И Драгоценные Металлы" Method of producing ion-exchange material adaptively selective to rare-earth metals
RU2769524C1 (en) * 2021-03-24 2022-04-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" Method for obtaining slightly acidic selective sorption and ion exchange materials

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2515455C2 (en) * 2012-07-29 2014-05-10 Закрытое Акционерное Общество "Аксион-Редкие И Драгоценные Металлы" Method of producing ion-exchange material adaptively selective to rare-earth metals
RU2769524C1 (en) * 2021-03-24 2022-04-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" Method for obtaining slightly acidic selective sorption and ion exchange materials

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA1061945A (en) Amino alkylene phosphoric acid resins, their use and preparation
CA1339402C (en) Ion exchange resin beads and processes for preparing them
JP2001098018A (en) Preparation process and use for monodisperse ion exchange having chelating functional group
CN102002138B (en) Method for producing high-purity thermoplastic phenolic resin
CA2581913A1 (en) Chelating agents for heavy metal removal
US5863438A (en) Processes for deionization and demineralization of fluids
Mazumder et al. Immobilization of two polyelectrolytes leading to a novel hydrogel for high-performance Hg2+ removal to ppb and sub-ppb levels
RU2325230C1 (en) Method of obtaining selective sorption and ion-exchange materials
EP3406637A1 (en) Iminodiacetic acid type chelate resin and method for producing same
EP3222587B1 (en) A method of phosphorus removal and recovery
CN105217864B (en) The handling process of double cyanogen front-end volatiles waste water in disperse blue 60 production process
JP2579773B2 (en) Purification method of alkaline solution
CN111909299A (en) Novel alkalescent styrene ion exchange resin
Hodgkin et al. Gold extraction with poly (diallylamine) resins
JPS59155406A (en) Production of chelate resin
US9006299B2 (en) Method for removal of metal ions from an aqueous solution
Rivas et al. Water‐soluble polymeric materials with the ability to bind metal ions
RU2769524C1 (en) Method for obtaining slightly acidic selective sorption and ion exchange materials
RU2515455C2 (en) Method of producing ion-exchange material adaptively selective to rare-earth metals
US20050090621A1 (en) Process for the alkaline saponification of crosslinked acrylonitrile bead polymers
KR0139649B1 (en) Process for preparing phosphorilated crosslinked chitosan chelate resins
KR20190046865A (en) Low-sodium resin
JPS59189127A (en) Production of chelating resin
RU2695064C1 (en) Method of producing complex-forming sorbent for selective extraction of sum of rare-earth metals
RU2010804C1 (en) Method of complex-forming ionite preparing

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090227

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20110310

PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20110318

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170227

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20171221