RU2590537C1 - Использование поли(3-оксапентилендисульфида) для извлечения тяжелых металлов из водных растворов - Google Patents
Использование поли(3-оксапентилендисульфида) для извлечения тяжелых металлов из водных растворов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2590537C1 RU2590537C1 RU2015103886/05A RU2015103886A RU2590537C1 RU 2590537 C1 RU2590537 C1 RU 2590537C1 RU 2015103886/05 A RU2015103886/05 A RU 2015103886/05A RU 2015103886 A RU2015103886 A RU 2015103886A RU 2590537 C1 RU2590537 C1 RU 2590537C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heavy metals
- extraction
- solution
- oligomer
- poly
- Prior art date
Links
Landscapes
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано в области промышленной экологии для очистки сточных вод от токсичных соединений тяжелых металлов. Сущность предложенного технического решения заключается в применении поли (3-оксапентилендисульфида) формулы (-CH2CH2OCH2CH2SS-)n с молекулярной массой 800-2000 ед. и n = (6-15) для эффективного извлечения тяжелых металлов из водных растворов с высокой степенью извлечения даже из концентрированных - до 5 г/л растворов. Полимер используют либо в чистом виде, либо в растворе органического растворителя, смешивающегося или несмешивающегося с водой. Применение данного полимера обеспечивает возможность высокой степени очистки сточных вод от тяжелых металлов, например ртути, кадмия, свинца, меди, никеля. 14 пр.
Description
Изобретение относится к области промышленной экологии и конкретно касается методов очистки сточных вод от соединений тяжелых металлов.
Тяжелые металлы (такие как ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, никель, кобальт) широко используются человеком в различных сферах его деятельности. Однако их применение всегда сопровождается образованием токсичных отходов, прежде всего, сточных вод [1, 2]. Учитывая высокую токсичность тяжелых металлов, которые относятся к тиоловым ядам [3, 4], разработано большое число методов, позволяющих извлекать соединения металлов из сточных, а в некоторых случаях и из природных вод [5, 6]. Очистку сточных вод проводят механическими, физико-химическими и биологическими методами. Используется также термическая ликвидация сточных вод и их захоронение в подземные горизонты [7]. Достаточно универсальным методом является ионообменная адсорбция [8]. Однако синтетические иониты дороги и труднодоступны. Таким же недостатком обладают хелатообразующие сорбенты, поэтому их применение ограничивается аналитической химией [9].
Наиболее токсичные тяжелые металлы относятся к тиофильным элементам, которые легко образуют прочные соединения с ионами серы и прочные комплексы с органическими лигандами, содержащими атомы серы. Исходя из этого принципа постоянно проводятся исследования по созданию экстрагентов [10] и полимерных сорбентов [11], которые относятся к сероорганическим соединениям и эффективно извлекают металлы из водных растворов, в том числе и из сточных вод. Серосодержащие экстрагенты и сорбенты выгодно отличаются от ионообменных смол и ионных экстрагентов высокой избирательностью только к тиофильным элементам [12]. Низкомолекулярные серосодержащие соединения обычно применяются в качестве экстрагентов, как правило, с использованием дополнительного растворителя, несмешивающегося с водой. Высокомолекулярные серосодержащие сорбенты - твердые материалы, нерастворимые в воде и органических растворителях. К сожалению, круг таких материалов достаточно ограничен, т.к. большинство серосодержащих полимеров либо достаточно дороги (полиариленсульфиды), либо являются каучукоподобными веществами (тиоколы) [13]. Последние не могут быть использованы в качестве адсорбентов. В связи с этим постоянно ведется поиск твердых серосодержащих полимеров, которые могут быть использованы в качестве сорбентов тяжелых металлов [14, 15, 16]. Твердый полимер получен путем поликонденсации формальдегида с сульфидом или гидросульфидом натрия, анионы которых предварительно сорбируют внутри пор анионита. Полученный сорбент называется «змея в клетке». Он обладает высокой сорбционной активностью (Hg2+ 400 мг/г, Ag+ 300-400 мг/г). Однако получение его достаточно сложный процесс, а содержание серы (основного координирующего атома) составляет всего 38 мг/г [17]. Важную группу серосодержащих сорбентов составляют кремнийорганические полимеры, содержащие сернистые функциональные группы (например, тиоацетамидную) [18]. Однако сорбенты подобного типа дороги и их применение возможно только в аналитической химии. Кроме того, в твердых сорбентах в комплексообразование вступают лигандные группы, расположенные в неблагоприятных для взаимодействия конформациях, которые создают определенные термодинамические и кинетические затруднения процессу [12].
Целью предлагаемого изобретения является расширение ассортимента серосодержащих соединений, способных к образованию координационных соединений с тяжелыми металлами, и приемлемых для практического использование в процессах извлечения металлов из сточных вод и технологических растворов.
Поставленная цель достигается использованием полимерного лиганда -поли(3-оксапентилендисульфида) формулы (-CH2CH2OCH2CH2SS-)n, получаемого поликонденсацией многотоннажного промышленного продукта - хлорекса [19] с серой в основно-восстановительных системах вода-гидразингидрат-едкий натр или гидразингидрат-моноэтаноламин [20]. Полимер, который получается в этих условиях имеет молекулярную массу 800-2000 ед. (n=6-15). Он представляет из себя маслообразную вязкую жидкость, которая в отличие от других серосодержащих олигомеров [21] растворяется в большинстве органических растворителей.
Для извлечения соединений тяжелых металлов из водных растворов поли(3-оксапентилендисульфид) может быть использован:
1. В виде чистой жидкости, которая экстрагирует металл из водного раствора, за счет чего происходит коагуляция олигомера с образованием твердого комплекса, на котором далее происходит дополнительно адсорбция соединений тяжелых металлов (сочетание экстракции и адсорбции).
2. В виде раствора в растворителе, смешиваемом с водой (ацетон, диоксан). Раствор полимера хорошо смешивается с водой, при этом растворитель переходит в водную фазу, а полисульфидный олигомер оказывается диспергированным в воде. Далее процесс протекает как в первом случае.
3. В виде раствора в растворителе, который практически не смешивается с водой (хлороформ). В этом случае процесс протекает как обычная экстракция и особенно приемлем для растворов с низкой (но превышающий нормативы) концентрацией металла.
Возможность извлечения соединений металлов с использованием поли(3-оксапентилендисульфида) иллюстрируется следующими примерами:
Пример 1. Навеску олигомера (0,204 г) помещают в коническую колбу, куда добавляют 20 мл раствора Hg(NO3)2 (5000 мг Hg/л), смесь перемешивают на магнитной мешалке 24 часа. Раствор декантируют от выпавшего осадка и определяют остаточное содержание металла фотометрически [22]. Наблюдается полное извлечение ртути (100%). Количество поглощенной ртути 490 мг/г. Координационный механизм извлечения металла подтвержден методом ИК спектроскопии. Спектры зарегистрированы для исходного полимера (тонкий слой) или в таблетках с KBr (для твердых комплексов) на спектрофотометре Bruker IFS-25. В спектре исходного олигомера (-CH2CH2OCH2CH2SS-)n наблюдаются две сильные полосы vC-S (755 и 666 см-1), которые при комплексообразовании снижают интенсивность и смещаются в низкочастотную область (600-520 см-1). Это связано с ослаблением связи C-S при координации иона металла с атомами серы. В области проявления валентных колебаний C-O (1110-1000 см-1) и S-S (476 см-1) наблюдаемые изменения не носят драматический характер (смещение 5-15 см-1). В комплексе появляются дополнительные полосы 1297 и 1471 см-1, обусловленные присутствием в нем аниона
, входящего в соль, которую использовали для получения модельного раствора.
Пример 2. В условиях примера 1, но при использовании 0,203 г олигомера и 20 мл раствора CdCl2 (5000 мг/л) степень извлечения кадмия составила 64%, а количество поглощенного кадмия составляет 315 мг/г.
Пример 3. В условиях примера 1, но при использовании 0,206 г олигомера и 20 мл раствора ZnCl2 (5000 мг/л) степень извлечения цинка составила 70%, а количество извлеченного металла равно 340 мг/г.
Пример 4. Олигомер в количестве 0,202 г растворили в 5 мл ацетона и полученный раствор вылили в 20 мл раствора ZnCl2 (5000 мг/л). После 10 часов извлечения наблюдалось образование белого осадка, который был отфильтрован. Степень извлечения цинка 95%, количество цинка в осадке 471 мг/г.
Пример 5. В условиях примера 4, но при использовании 0,204 г олигомера, 5 мл ацетона и 20 мл раствора Hg(NO3)2, наблюдалось полное извлечение ртути, а емкость олигомера составила 490 мг/г.
Пример 6. В условиях примера 4, но при использовании 0,205 г олигомера и 4 мл ацетона, степень извлечения кадмия составила 86%, емкость по кадмию в этих условиях составила 420 мг/г.
Пример 7. В условиях примера 4, но при использовании 0,207 г олигомера и 2 мл диоксана с раствором Hg(NO3)2 (20 мл, 5000 мг/л), наблюдалось полное извлечение ртути (100%), а емкость олигомера по ртути составила 483 мг/г.
Пример 8. В условиях примера 4, но при использовании 0,207 г олигомера, 2 мл диоксана и 20 мл раствора CuCl2 (5000 мг/л), степень извлечения меди 64%, емкость по меди - 306 мг/г.
Пример 9. В условиях примера 4, но при использовании 0,204 г олигомера, 4 мл ацетона и 20 мл раствора Pb(NO3)2 (5000 мг/л), степень извлечения свинца составила 44%, емкость олигомера по свинцу - 216 мг/г.
Пример 10. Олигомер в количестве 0,206 г растворяют в 5 мл хлороформа, полученный раствор перемешивают 5 часов с 20 мл раствора CdCl2 (5000 мг/л). Степень извлечения кадмия 84%, емкость олигомера 408 мг/г.
Пример 11. Раствор олигомера (2 мл, 2%) в хлороформе перемешивают с 10 мл раствора Hg(NO3)2 (10 мг/л). За 2 часа наблюдалось полное извлечение ртути (100%).
Пример 12. В условиях примера 11, но при использовании 10 мл раствора Pb(NO3)2 (10 мг/л) наблюдалось извлечение 98% свинца.
Пример 13. В условиях примера 10, но при использовании 0,205 г олигомера и раствора Pb(NO3)2 (5000 мг/л), степень извлечения свинца составила 71%, емкость олигомера - 345 мг/г.
Пример 14. В условиях примера 10, но при использовании 0,208 г олигомера и раствора NiCl2 (5000 мг/л), степень извлечения никеля составила 56%, а емкость по никелю 270 мг/г.
Таким образом, поли(3-оксапентилендисульфид), который используется для получения герметиков [21] и тиоколов [23], предлагается применять в качестве экстрагента и адсорбента для извлечения тяжелых металлов из водных растворов. Полученный результат можно использовать для очистки сточных вод от токсичных соединений тяжелых металлов. Для этих целей поли(3-оксапентилендисульфид) может быть использован в свободном состоянии или в растворах органических растворителей, смешивающихся и несмешивающихся с водой.
Источники информации
1. Давыдова С.Л., Тягасов В.И. Тяжелые металлы как супертоксиканты XXI века. - М.: Изд-во РУДН. - 2002, 140 с.
2. Грушко Я.М. Ядовитые металлы и их неорганические соединения в промышленных сточных водах. - М.: Медицина. - 1972, 320 с.
3. Тарасова А.В., Смирнова Т.В. Основы токсикологии. - М.: Маршрут - 2006, 160 с.
4. Сотникова Е.В., Дмитренко В.П. Техносферная токсикология. - СПб.: Изд-во «Лань». - 2013, 400 с.
5. Родионов А.И., Клушин В.Н. Торочешников Н.С. Техника защиты окружающей среды. - М.: Химия. - 1989, 512 с.
6. Проскуряков В.А., Шмидт Л.И., Очистка сточных вод в химической промышленности. - Л.: Химия. - 1977, 464 с.
7. Очистка и контроль сточных вод предприятий цветной металлургии. Под ред. К.Б. Лебедева. - М.: Металлургия. - 1983, 192 с.
8. Селицкий Г.А., Галкин Ю.А. Очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов методом натрий-катионирования // Водоочистка, 2010. №1. С. 29-33.
9. Мясоедова Г.В., Савин С.Б. Хелатообразующие сорбенты. - М.: Наука. - 1984, 174 с.
10. Муринов Ю.И., Майстренко В.Н., Афзалетдинова Н.Г. Экстракция металлов S,N-органическими соединениями. - М.: Наука. - 1993, 192 с.
11. Лейкин Ю.А. Физико-химические основы синтеза полимерных сорбентов. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний. - 2011, 413 с.
12. Салдадзе К.М., Копылова-Валова В.Д. Комплексообразующие иониты (комплекситы). - М.: Химия. - 1980, 336 с.
13. Получение и свойства органических соединений серы. Под ред. Л.И. Беленького. - М.: Химия - 1998, 560 с.
14. Запорожских Т.А. и др. Пат. RU 2324536. Бюл. изоб. 2008, №14.
15. Рединова А.В. и др. Пат. RU 2475299. Бюл. изоб. 2013, №5.
16. Рединова А.В. и др. Пат. RU 2525416. Бюл. изоб. 2014, №22.
17. Патент RU 2081130. (1997).
18. Кириллов А.И. и др. Пат RU 2161593. (2001).
19. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. - М.: Изд-во «Альянс». - 2013, 592 с.
20. Дерягина Э.Н. и др. Тиэлирование полиэлектрофилов серой в системе гидразингидрата - амин. Журнал общей химии. 2005. Т. 75. Вып. 2. С. 220.
21. Хакимуллин Ю.Н. и др. Герметики на основе полисульфидных олигомеров: синтез, свойства, применение. - М.: Наука.- 2007, 301 с.
22. Марченко З. Фотометрическое определение элементов. - М.: Мир. - 1971, 376 с.
23. Синтетический каучук. Под ред. И.В. Гармонова. - Л.: Химия. - 1983, с. 471-488.
Claims (1)
- Использование поли(3-оксапентилендисульфида) формулы (-CH2CH2OCH2CH2SS-)n с молекулярной массой 800-2000 ед. (n=6-15) в виде чистой жидкости, раствора в растворителе, смешивающемся с водой, раствора в растворителе, который практически не смешивается с водой, для извлечения тяжелых металлов из водных растворов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015103886/05A RU2590537C1 (ru) | 2015-02-05 | 2015-02-05 | Использование поли(3-оксапентилендисульфида) для извлечения тяжелых металлов из водных растворов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015103886/05A RU2590537C1 (ru) | 2015-02-05 | 2015-02-05 | Использование поли(3-оксапентилендисульфида) для извлечения тяжелых металлов из водных растворов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2590537C1 true RU2590537C1 (ru) | 2016-07-10 |
Family
ID=56371938
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015103886/05A RU2590537C1 (ru) | 2015-02-05 | 2015-02-05 | Использование поли(3-оксапентилендисульфида) для извлечения тяжелых металлов из водных растворов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2590537C1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1491815A1 (ru) * | 1987-01-21 | 1989-07-07 | Одесский государственный университет им.И.И.Мечникова | Способ концентрировани микроэлементов из морской воды дл атомно-абсорбционного анализа |
CN1069008A (zh) * | 1991-07-30 | 1993-02-17 | 陈丽妃 | 利用二硫胺基类螯合剂处理废水中重金属的方法 |
RU2081130C1 (ru) * | 1995-05-05 | 1997-06-10 | Российский химико-технологический университет им.Д.И.Менделеева | Способ получения сорбента |
US6063286A (en) * | 1996-04-23 | 2000-05-16 | Basf Aktiengesellschaft | Modified, fine-particle, water-insoluble aziridine polymer and use therefore for removing heavy metals from aqueous solution |
CN102603046A (zh) * | 2012-04-05 | 2012-07-25 | 环境保护部华南环境科学研究所 | 一种重金属离子络合剂及其制备方法和应用 |
RU2012142238A (ru) * | 2010-04-06 | 2014-05-20 | Налко Компани | Полимеры для очистки от металлов и их применения |
-
2015
- 2015-02-05 RU RU2015103886/05A patent/RU2590537C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1491815A1 (ru) * | 1987-01-21 | 1989-07-07 | Одесский государственный университет им.И.И.Мечникова | Способ концентрировани микроэлементов из морской воды дл атомно-абсорбционного анализа |
CN1069008A (zh) * | 1991-07-30 | 1993-02-17 | 陈丽妃 | 利用二硫胺基类螯合剂处理废水中重金属的方法 |
RU2081130C1 (ru) * | 1995-05-05 | 1997-06-10 | Российский химико-технологический университет им.Д.И.Менделеева | Способ получения сорбента |
US6063286A (en) * | 1996-04-23 | 2000-05-16 | Basf Aktiengesellschaft | Modified, fine-particle, water-insoluble aziridine polymer and use therefore for removing heavy metals from aqueous solution |
RU2012142238A (ru) * | 2010-04-06 | 2014-05-20 | Налко Компани | Полимеры для очистки от металлов и их применения |
CN102603046A (zh) * | 2012-04-05 | 2012-07-25 | 环境保护部华南环境科学研究所 | 一种重金属离子络合剂及其制备方法和应用 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20220168706A1 (en) | Composites for extraction of metal or contaminating chemical species | |
Kagaya et al. | Selective removal of mercury (II) from wastewater using polythioamides | |
Yordanov et al. | Solution extraction of transition and post-transition heavy and precious metals by chelate and macrocyclic ligands | |
Božić et al. | Adsorption of heavy metal ions by beech sawdust–Kinetics, mechanism and equilibrium of the process | |
Turhanen et al. | Advanced material and approach for metal ions removal from aqueous solutions | |
Jeon et al. | Adsorption and desorption characteristics of mercury (II) ions using aminated chitosan bead | |
US8492509B2 (en) | Sulfur functionalized polymers for separation of metals from gas and liquid and methods for preparation thereof | |
Choksi et al. | Adsorption kinetic study for the removal of nickel (II) and aluminum (III) from an aqueous solution by natural adsorbents | |
US7476316B2 (en) | Molecularly imprinted polymers (MIPS) for the selective removal of inorganic contaminants from liquids | |
Fu et al. | Application of a novel strategy—coordination polymerization precipitation to the treatment of Cu2+-containing wastewaters | |
Hutchison et al. | The removal of mercury from water by open chain ligands containing multiple sulfurs | |
Pekel et al. | Separation of heavy metal ions by complexation on poly (N-vinyl imidazole) hydrogels | |
KR20040036682A (ko) | 신규한 다치상 황-함유 리간드 | |
Ilaiyaraja et al. | Removal of cobalt from aqueous solution using xanthate functionalized dendrimer | |
Passos et al. | Selective sequential recovery of zinc and copper from acid mine drainage | |
Li et al. | Practical applications of supramolecular extraction with macrocycles | |
Coulibaly et al. | Some aspects of speciation and reactivity of mercury in various matrices | |
Wang et al. | Removal and recovery of cobalt from Co (II)–containing water samples by dithiocarboxyl polyethyleneimine | |
Ilaiyaraja et al. | Xanthate functionalized PAMAM dendrimer (XFPD) chelating ligand for treatment of radioactive liquid wastes | |
RU2590537C1 (ru) | Использование поли(3-оксапентилендисульфида) для извлечения тяжелых металлов из водных растворов | |
Paiva | Review of recent solvent extraction studies for recovery of silver from aqueous solutions | |
KR102389102B1 (ko) | 철함유 광산배수를 이용한 비소흡착제 제조방법 | |
Macanás et al. | Separation of zinc and bismuth by facilitated transport through activated composite membranes | |
RU2658058C1 (ru) | Способ получения сорбентов для извлечения соединений тяжелых металлов из сточных вод | |
Saad | Development and application of functionalized polymeric materials for heavy metal ions recovery from industrial and mining wastewaters |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190206 |