RU2645131C1 - Production process of a sorption material - Google Patents

Production process of a sorption material Download PDF

Info

Publication number
RU2645131C1
RU2645131C1 RU2017125721A RU2017125721A RU2645131C1 RU 2645131 C1 RU2645131 C1 RU 2645131C1 RU 2017125721 A RU2017125721 A RU 2017125721A RU 2017125721 A RU2017125721 A RU 2017125721A RU 2645131 C1 RU2645131 C1 RU 2645131C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
chitosan
conductive substrate
electrically conductive
acetic acid
deposition
Prior art date
Application number
RU2017125721A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виталий Васильевич Гузеев
Андрей Александрович Нестеренко
Original Assignee
Андрей Александрович Нестеренко
Виталий Васильевич Гузеев
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 Андрей Александрович Нестеренко, Виталий Васильевич Гузеев filed Critical Андрей Александрович Нестеренко
Priority to RU2017125721A priority Critical patent/RU2645131C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2645131C1 publication Critical patent/RU2645131C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3214Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the method for obtaining this coating or impregnating

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: invention relates to the field of sorption processes and can be used to create a sorbent for the gold mining and nuclear industry, in particular for the recovery of noble, radioactive and rare metals. A method includes electrochemical machining under the conditions of polarization of an electrically conductive substrate in a chitosan solution and holding at a predetermined potential followed by water washing and drying the material. Preliminary chitosan is treated with glacial acetic acid, and the treatment product are used to produce an electrolyte in 20-80% by weight, acetic acid with a chitosan concentration of 0.1-3% by weight. Electrochemical deposition of chitosan on the electrically conductive substrate from an electrolyte solution is performed when it is cathodically polarized.
EFFECT: technical result consists in obtaining a material having a high sorption capacity, in particular in relation to gold and uranium.
16 cl, 2 dwg, 2 tbl 4 ex

Description

Изобретение относится к области сорбционных материалов и может быть использовано для создания сорбционного материала, используемого в золотодобывающей и атомной промышленности, а также при добыче и обогащении редкоземельных элементов для сорбционного извлечения благородных, радиоактивных и редких металлов, главным образом золота и урана, а также в системах водоподготовки, водоочистки и охраны окружающей среды.The invention relates to the field of sorption materials and can be used to create sorption material used in the gold mining and nuclear industries, as well as in the extraction and enrichment of rare earth elements for sorption extraction of noble, radioactive and rare metals, mainly gold and uranium, as well as in systems water treatment, water purification and environmental protection.

В предложенном способе в качестве исходного материала используется природный полимер хитозан - аминополисахарид, полученный при удалении ацетильной группы в хитине, который обладает высокими сорбционными свойствами за счет участия в разнообразных химических и электростатических взаимодействий.In the proposed method, a natural polymer chitosan, an aminopolysaccharide, obtained by removing the acetyl group in chitin, which has high sorption properties due to participation in various chemical and electrostatic interactions, is used as a starting material.

Известны способы получения сорбционных материалов на основе производных хитозана.Known methods for producing sorption materials based on chitosan derivatives.

В частности, известен способ [Dhakal R.P., Oshima Т., Baba Y. // React. Funct. Polym. 68 (2008) 1549], заключающийся в том, что хитозан переводят в форму N-(2-пиридил) метилхитозана с помощью оснований Шиффа с последующим восстановлением с последующим введением катионов Ni2+ и Cu2+ для придания необходимой геометрии, после чего осуществляют сшивку молекул органического соединения эпихлоргидрином.In particular, the known method [Dhakal RP, Oshima T., Baba Y. // React. Funct. Polym. 68 (2008) 1549], which consists in the fact that chitosan is converted into the form of N- (2-pyridyl) methylchitosan using Schiff bases, followed by reduction, followed by the introduction of cations Ni 2+ and Cu 2+ to give the necessary geometry, and then carry out crosslinking of organic molecules with epichlorohydrin.

Сорбционные материалы, полученные по этому известному способу, относительно эффективны в процессе извлечения таких металлов, как Pd(II), Au(III) и Cu(II). Однако способ отличается относительно узкой областью применения, поскольку получаемый с его помощью сорбент не может быть использован, в частности, для извлечения радиоактивных металлов ввиду радиолиза высокомолекулярного соединения хитозана под действием ионизирующего излучения.Sorption materials obtained by this known method are relatively effective in the extraction of metals such as Pd (II), Au (III) and Cu (II). However, the method differs in a relatively narrow scope, since the sorbent obtained with it cannot be used, in particular, for the extraction of radioactive metals due to the radiolysis of the high molecular weight chitosan compound under the action of ionizing radiation.

Недостатком известного способа является также относительно высокая сложность, обусловленная многостадийность процесса получения сорбционно-активных производных хитозана наряду, а также относительно низкая безопасность, вызванная необходимостью использования высокотоксичных органических веществ, например эпихлоргидрина.The disadvantage of this method is also the relatively high complexity due to the multi-stage process for producing sorption-active derivatives of chitosan along with relatively low safety caused by the need to use highly toxic organic substances, for example epichlorohydrin.

Известен также способ получения сорбционного материала в виде модифицирования хитозаном электропроводящей подложки путем обработки ее поверхности в 1%-ном растворе хитозана в течение 20 мин при приложенном напряжении 2 В, в результате чего на поверхности катода осаждается пленка хитозана [Li-Qun Wu, A.P. Gadre, Hyunmin Yi, et. all. Vodtage-dependent assembly of the polisaccharide chitosan onto an electrode surface. Langmuir, V.18, 2002, p.8620-8625]. Электропроводящая подложка представляет собой гладкий кремниевый электрод с пленкой термического оксида кремния на поверхности и дополнительно нанесенными пленками хрома и золота. Электрод с осажденным хитозаном промывают и сушат при 60°C в течение 3 часов, либо для закрепления пленки хитозана на электроде его подвергают дополнительной обработке в щелочном 1 М растворе NaOH с последующей промывкой и сушкой.There is also known a method for producing sorption material in the form of chitosan modification of an electrically conductive substrate by treating its surface in a 1% chitosan solution for 20 minutes at an applied voltage of 2 V, as a result of which a chitosan film is deposited on the cathode surface [Li-Qun Wu, A.P. Gadre, Hyunmin Yi, et. all. Vodtage-dependent assembly of the polisaccharide chitosan onto an electrode surface. Langmuir, V.18, 2002, p. 8620-8625]. The electrically conductive substrate is a smooth silicon electrode with a film of thermal silicon oxide on the surface and additionally deposited films of chromium and gold. The electrode with precipitated chitosan is washed and dried at 60 ° C for 3 hours, or to fix the chitosan film on the electrode, it is subjected to additional processing in an alkaline 1 M NaOH solution, followed by washing and drying.

Однако этот способ отличается относительно узкой областью применения, поскольку получаемый сорбционный материал характеризуется слаборазвитой структурой, так как осаждается на электрод в виде пленки с низкоразвитой поверхностью. Кроме того, осажденный таким образом хитозан не обладает достаточной адгезией к подложке и достаточно легко отслаивается с ее поверхности, что ограничивает возможности применения способа для использования полученного материала в качестве сорбента.However, this method differs in a relatively narrow scope, since the resulting sorption material is characterized by an underdeveloped structure, since it is deposited on the electrode in the form of a film with a low surface. In addition, the chitosan thus precipitated does not have sufficient adhesion to the substrate and is easily peeled off from its surface, which limits the possibility of using the method for using the obtained material as a sorbent.

Кроме того, известен способ получения сорбента в виде углеродного материала, модифицированного хитозаном заключающийся в том, что, проводят электрохимическую обработку углеродного волокнистого материала в растворе молочной кислоты (10-70%), содержащем 0,1-1,5% мас. растворенного высокомолекулярного хитозана [Я.Б. Ковальская, Е.А. Зеличенко, Л.Д. Агеева. Определение сорбционной емкости модифицированных углеродных сорбентов с помощью рентгенофлуоресцентного метода анализа. // Химия в интересах устойчивого развития. 2012. №20. С. 549-553], что позволяет получить сорбционную емкость по золоту около 29,01 мг/г.In addition, there is a method of producing a sorbent in the form of a chitosan-modified carbon material, which method comprises the electrochemical treatment of a carbon fiber material in a solution of lactic acid (10-70%) containing 0.1-1.5% wt. dissolved high molecular weight chitosan [Ya. B. Kovalskaya, E.A. Zelichenko, L.D. Ageeva. Determination of sorption capacity of modified carbon sorbents using X-ray fluorescence analysis method. // Chemistry for sustainable development. 2012. No.20. S. 549-553], which allows to obtain a sorption capacity for gold of about 29.01 mg / g

Недостатком данного способа также является относительно узкая область применения, поскольку может быть использован для получения растворов хитозана в молочной кислоте с повышенной вязкостью, что приводит к ряду нежелательных затруднений в процессе модифицирования углеродного волокна, в частности, к повышению температуры электролита и его низкой электрической проводимости, приводящей к повышенному расходу электроэнергии на обработку углеродной поверхности. Кроме того, в известном способе предпочтительной концентрацией хитозана в электролите является 0,5%, что ограничивает сорбционную емкость полученного сорбента и возможности его применения.The disadvantage of this method is also a relatively narrow scope, since it can be used to obtain solutions of chitosan in lactic acid with high viscosity, which leads to a number of undesirable difficulties in the process of modifying carbon fiber, in particular, to increase the temperature of the electrolyte and its low electrical conductivity, leading to increased energy consumption for processing a carbon surface. In addition, in the known method, the preferred concentration of chitosan in the electrolyte is 0.5%, which limits the sorption capacity of the obtained sorbent and the possibility of its use.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному и достигаемому результату при его использовании является способ [RU 2281160 C1, B01J 20/32, B01J 20/24, B01J 20/20, 10.08.2006], включающий электрохимическую обработку в условиях поляризации электропроводящей подложки в растворе хитозана и выдерживание при заданном потенциале с последующей промывкой водой и сушкой полученного материала, при этом в качестве электропроводящей подложки используют углеродный волокнистый материал, а электрохимическую обработку осуществляют в интервале потенциалов (+1,5)÷(-1,5) В относительно хлорсеребряного электрода сравнения в 0,05-0,5%-ном растворе хитозана в разбавленной соляной кислоте в присутствии хлорида натрия.The closest in technical essence to the proposed and achieved result when using it is the method [RU 2281160 C1, B01J 20/32, B01J 20/24, B01J 20/20, 08/10/2006], including electrochemical processing under conditions of polarization of the electrically conductive substrate in solution chitosan and holding at a given potential, followed by washing with water and drying the resulting material, using carbon fiber material as an electrically conductive substrate, and electrochemical processing is carried out in the potential range (+1.5) ÷ (-1.5) In a relatively silver chloride reference electrode in a 0.05-0.5% solution of chitosan in dilute hydrochloric acid in the presence of sodium chloride.

Особенностями известного способа является то, что, отношение массы углеродного материала и объема раствора (Т:Ж) составляет 1:(100÷1000), выдержку при заданном потенциале осуществляют в течение 20-180 мин, полученные композитные сорбционные материалы сушат при температуре 25-125°С.The features of the known method is that the ratio of the mass of carbon material and the volume of the solution (T: G) is 1: (100 ÷ 1000), exposure at a given potential is carried out for 20-180 minutes, the resulting composite sorption materials are dried at a temperature of 25- 125 ° C.

Получаемые по этому способу сорбционные материалы имеют высокоразвитую поверхность и проявляют избирательную способность к извлечению, в частности, кадмия и белка БСА из водных растворов.Obtained by this method, sorption materials have a highly developed surface and exhibit selective ability to extract, in particular, cadmium and BSA protein from aqueous solutions.

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно узкая областью применения, поскольку он может быть использован для получения сорбционного материала с относительно низкой сорбционной емкостью по отношению, в частности, к золоту и урану, при их извлечении из водных растворов.The disadvantage of the closest technical solution is the relatively narrow scope, since it can be used to obtain sorption material with a relatively low sorption capacity in relation, in particular, to gold and uranium, when they are extracted from aqueous solutions.

Еще одним недостатком наиболее близкого технического решения является то, что он может быть использован для получения только относительно хрупкого сорбционного материала. Это обусловлено тем, что пленки хитозана формируют в растворах соляной кислоты в отсутствие пластификаторов, и, как следствие, они характеризуются высокой хрупкостью и растрескиваются при отверждении [Скрябин К.Г., Вихорева Г.А., Варламов В.П. Хитин и хитозан: Получение, свойства и применение. Москва, Наука, 2002. 360 с.]. Воздействие электрического тока и/или нагрев вязкого раствора хитозана приводит к разрушению структуры полимера и, вследствие этого, осаждение хитозана на подложку происходит неравномерно.Another drawback of the closest technical solution is that it can be used to obtain only relatively fragile sorption material. This is due to the fact that chitosan films are formed in hydrochloric acid solutions in the absence of plasticizers, and, as a result, they are characterized by high brittleness and crack when cured [Skryabin K.G., Vikhoreva G.A., Varlamov V.P. Chitin and chitosan: Preparation, properties and application. Moscow, Nauka, 2002. 360 p.]. Exposure to electric current and / or heating of a viscous chitosan solution leads to the destruction of the polymer structure and, consequently, the deposition of chitosan on the substrate occurs nonuniformly.

Одновременно с указанными выше недостатками наблюдается избыточный расход хитозана.Along with the above disadvantages, an excessive consumption of chitosan is observed.

Задачей изобретения является разработка способа получения сорбционного материала, обладающего, в частности, высокой сорбционной емкостью по отношению к золоту и урану для их извлечения из водных растворов на основе модифицированного хитозаном пористого композитного материала.The objective of the invention is to develop a method for producing a sorption material having, in particular, a high sorption capacity with respect to gold and uranium for their extraction from aqueous solutions based on a modified chitosan porous composite material.

Требуемый технический результат заключается в расширении области применения путем получения абсорбционного материала, обладающего высокой сорбционной емкостью по отношению к золоту и урану для их извлечения из водных растворов.The required technical result is to expand the scope by obtaining an absorption material having a high sorption capacity with respect to gold and uranium for their extraction from aqueous solutions.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в способе, включающем электрохимическую обработку в условиях поляризации электропроводящей подложки в растворе хитозана и выдержку при заданном потенциале с последующей промывкой водой и сушкой полученного материала, согласно изобретению, предварительно обрабатывают хитозан ледяной уксусной кислотой и используют продукт обработки для получения электролита в 20-80% масс уксусной кислоте с концентрацией хитозана 0,1-3% масс, а электрохимическое осаждение хитозана на электропроводящую подложку из раствора электролита производят при ее катодной поляризации.The problem is solved, and the required technical result is achieved by the fact that in a method comprising electrochemical treatment under conditions of polarization of an electrically conductive substrate in a chitosan solution and exposure at a given potential, followed by washing with water and drying the obtained material, according to the invention, chitosan is treated with glacial acetic acid and use the processing product to obtain an electrolyte in 20-80% of the mass of acetic acid with a concentration of chitosan of 0.1-3% of the mass, and electrochemical deposition chitosan on the electroconductive substrate of the electrolyte solution is performed at its cathodic polarization.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что катодную поляризацию электропроводящей подложки осуществляют в трехэлектродной электрохимической ячейке при начальном потенциале, составляющем 2,5-3,5 В, и дальнейшем его увеличении в течение двух-трех минут до потенциала в диапазоне 10 В…30 В относительно платинового электрода сравнения.In addition, the required technical result is achieved by the fact that the cathodic polarization of the electrically conductive substrate is carried out in a three-electrode electrochemical cell with an initial potential of 2.5-3.5 V, and its further increase within two to three minutes to a potential in the range of 10 V ... 30 V relative to the platinum reference electrode.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что электрохимическое осаждение хитозана на электропроводящую подложку осуществляют при температуре 50-60°С при непрерывном перемешивании.In addition, the desired technical result is achieved in that the electrochemical deposition of chitosan on an electrically conductive substrate is carried out at a temperature of 50-60 ° C with continuous stirring.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что получения электролита с концентрацией хитозана 0,1-3% масс осуществляют в растворе уксусной кислоты с концентрацией 40-50% масс.In addition, the desired technical result is achieved in that the production of an electrolyte with a concentration of chitosan of 0.1-3% of the mass is carried out in a solution of acetic acid with a concentration of 40-50% of the mass.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что получение электролита в 20-80% масс уксусной кислоте осуществляют с концентрацией хитозана 0,5-1% масс.In addition, the desired technical result is achieved in that the production of an electrolyte in 20-80% of the mass of acetic acid is carried out with a concentration of chitosan of 0.5-1% of the mass.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что обработку хитозана ледяной уксусной кислотой осуществляют в течение 3-10 минут.In addition, the required technical result is achieved in that the treatment of chitosan with glacial acetic acid is carried out for 3-10 minutes.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что обработку хитозана ледяной уксусной кислотой осуществляют в течение 4-5 минут.In addition, the desired technical result is achieved in that the treatment of chitosan with glacial acetic acid is carried out for 4-5 minutes.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что электрохимическое осаждение хитозана на электропроводящую подложку из раствора электролита осуществляют в течение 5-60 минут до достижения толщины осаждаемого слоя хитозана 0,6 мм-1,0 мм.In addition, the required technical result is achieved in that the electrochemical deposition of chitosan on an electrically conductive substrate from an electrolyte solution is carried out for 5-60 minutes until the thickness of the deposited chitosan layer is 0.6 mm-1.0 mm.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в качестве электропроводящей подложки для осаждения хитозана используют углеродный волокнистый материал.In addition, the desired technical result is achieved by the fact that carbon fiber material is used as the electrically conductive substrate for the deposition of chitosan.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в качестве электропроводящей подложки для осаждения хитозана используют углеродную ткань.In addition, the required technical result is achieved by the fact that carbon fabric is used as the electrically conductive substrate for the deposition of chitosan.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в качестве электропроводящей подложки для осаждения хитозана используют, углеродную однонаправленную ленту.In addition, the required technical result is achieved in that a carbon unidirectional tape is used as the electrically conductive substrate for the deposition of chitosan.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в качестве углеродного волокнистого материала используют Бусофит-Т.In addition, the required technical result is achieved by the fact that Busofit-T is used as the carbon fiber material.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что электропроводящая подложка для осаждения хитозана представляет собой сетку из металлической рифленой проволоки.In addition, the required technical result is achieved in that the electrically conductive substrate for the deposition of chitosan is a grid of corrugated metal wire.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что ячейки сетки имеют форму квадрата с размером сторон 3-5 мм.In addition, the required technical result is achieved in that the mesh cells are in the form of a square with a side size of 3-5 mm.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что диаметр проволоки, из которой выполнена сетка, имеет величину 1,2-2 мм.In addition, the desired technical result is achieved in that the diameter of the wire from which the mesh is made has a value of 1.2-2 mm.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в качестве анода при электрохимическом осаждении хитозана на электропроводящую подложку из раствора электролита используют графитовый электрод.In addition, the required technical result is achieved in that a graphite electrode is used as the anode in the electrochemical deposition of chitosan on an electrically conductive substrate from an electrolyte solution.

На чертежах представлены:The drawings show:

на фиг. 1 - электрохимическая ячейка для формирования сорбционного материала на основе хитозана, где обозначены: 1 - электрохимическая ячейка, 2 - противоэлектрод (анод), 3 - вольтметр для измерения величины поляризации рабочего электрода, 4 - платиновый электрод сравнения, 5 - рабочий электрод (катод), 6 - источник с регулируемой величиной постоянного напряжения;in FIG. 1 - electrochemical cell for the formation of sorption material based on chitosan, where 1: electrochemical cell, 2 - counter electrode (anode), 3 - voltmeter for measuring the polarization of the working electrode, 4 - platinum reference electrode, 5 - working electrode (cathode) , 6 - source with an adjustable value of constant voltage;

на фиг. 2 - электропроводящая подложка с нанесенным слоем хитозана, где обозначены 7 - пористый слой хитозана, 8 - электропроводящая подложка.in FIG. 2 - an electrically conductive substrate with a deposited layer of chitosan, where 7 - a porous layer of chitosan, 8 - an electrically conductive substrate are indicated.

Способ получения сорбционного материала осуществляется следующим образом.A method of obtaining a sorption material is as follows.

Согласно предложенному способу вначале получают раствор хитозана в две стадии: на стадии а) ведут обработку хитозана ледяной уксусной кислотой; на стадии b) проводят растворение полученного на стадии а) продукта в 20-80% масс, уксусной кислоте для получения раствора электролита с концентрацией хитозана 0,1-3% масс.According to the proposed method, a chitosan solution is first prepared in two stages: in step a), chitosan is treated with glacial acetic acid; in step b), the product obtained in step a) is dissolved in 20-80% by weight, acetic acid to obtain an electrolyte solution with a chitosan concentration of 0.1-3% by weight.

Электрохимическое осаждение ведут в трехэлектродной электрохимической ячейке при начальном потенциале рабочего электрода, составляющем 2,5-3,5 В и дальнейшем его увеличении в течение двух-трех минут до потенциала, выбранного из диапазона от 10 В до 30 В относительно платинового электрода сравнения, в интервале потенциалов 3-30 В относительно платинового электрода сравнения в течение 5-60 мин до достижения толщины осаждаемого слоя хитозана от 0,6 мм до 1,0 мм.Electrochemical deposition is carried out in a three-electrode electrochemical cell with an initial potential of the working electrode of 2.5-3.5 V and its further increase over two to three minutes to a potential selected from a range of 10 V to 30 V relative to the platinum reference electrode, the potential range of 3-30 V relative to the platinum reference electrode for 5-60 minutes until the thickness of the deposited chitosan layer from 0.6 mm to 1.0 mm

Раствор хитозана получают растворением предварительно промытого хитозана в растворе уксусной кислоте с предпочтительной концентрацией 40-50% масс, при температуре 50-60°C и непрерывном перемешивании (стадия b)) до получения раствора электролита с концентрацией хитозана 0,5-1% масс.A chitosan solution is prepared by dissolving a pre-washed chitosan in a solution of acetic acid with a preferred concentration of 40-50% by weight, at a temperature of 50-60 ° C and continuously stirring (step b)) to obtain an electrolyte solution with a chitosan concentration of 0.5-1% by weight.

Использование уксусной кислоты с концентрацией 40-50% позволяет получить растворы хитозана с концентрацией до 3% масс.The use of acetic acid with a concentration of 40-50% allows to obtain solutions of chitosan with a concentration of up to 3% of the mass.

Предпочтительным является проведение предварительной промывки хитозана в растворе уксусной кислоты (стадия а)) в течение 4-5 минут, либо выдерживают хитозан в ледяной кислоте в течение указанного времени.It is preferable to pre-wash chitosan in a solution of acetic acid (stage a)) for 4-5 minutes, or chitosan is kept in glacial acid for the specified time.

Дополнительная промывка хитозана перед его растворением ледяной уксусной кислотой обеспечивает активацию поверхности хитозана, позволяет существенно ускорить процесс растворения полимера и получить растворы хитозана с концентрацией до 3% масс.An additional washing of chitosan before its dissolution with glacial acetic acid provides activation of the surface of chitosan, significantly accelerates the process of dissolution of the polymer and obtain solutions of chitosan with a concentration of up to 3% of the mass.

Заявляемый интервал концентрации хитозана 0,1-3% масс, предпочтительно 0,5-3% масс, в уксусной кислоте выбран исходя из требуемого качества и полноты покрытия поверхности композитного материала. При концентрации хитозана в уксусной кислоте более 3% хитозан, вследствие повышенной вязкости раствора, осаждается на подложку неравномерно, кроме того, имеет место также избыточный расход хитозана. При концентрации хитозана в уксусной кислоте менее 0,1% повышения сорбционной емкости электропроводящего материала не наблюдается.The inventive range of chitosan concentration of 0.1-3% by weight, preferably 0.5-3% by weight, in acetic acid is selected based on the required quality and completeness of the surface coating of the composite material. When the concentration of chitosan in acetic acid is more than 3%, chitosan, due to the increased viscosity of the solution, is unevenly deposited on the substrate, in addition, there is also an excessive consumption of chitosan. When the concentration of chitosan in acetic acid is less than 0.1%, an increase in the sorption capacity of the electrically conductive material is not observed.

Электропроводящая подложка служит основой для нанесения хитозанового покрытия и представляет собой электропроводный материал, помещаемый в электрохимическую ячейку в качестве рабочего электрода, который подвергают катодной поляризации.An electrically conductive substrate serves as the basis for applying a chitosan coating and is an electrically conductive material placed in an electrochemical cell as a working electrode, which is subjected to cathodic polarization.

В предпочтительном варианте реализации способа электропроводящая подложка для осаждения хитозана представляет собой углеродный волокнистый материал, например, Бусофит-Т, либо углеродную ткань, например, «Урал», либо углеродную однонаправленную ленту, например, «ЛУ-П-01», «ЛУ-П-02», «ЭЛУР-П», «ЛЖУ-М-12». Использование в качестве основы для нанесения хитозана углеродного волокнистого материала позволяет значительно увеличить сорбционную емкость получаемого материала, за счет собственной сорбционной емкости такой основы и развитой поверхности получаемого материала.In a preferred embodiment of the method, the electrically conductive substrate for the deposition of chitosan is a carbon fiber material, for example, Busofit-T, or a carbon fabric, for example, "Ural", or a carbon unidirectional tape, for example, "LU-P-01", "LU- P-02 ”,“ ELUR-P ”,“ LZHU-M-12 ”. The use of carbon fiber material as the basis for applying chitosan allows one to significantly increase the sorption capacity of the obtained material due to its own sorption capacity of such a basis and the developed surface of the obtained material.

В другом предпочтительном варианте реализации способа электропроводящая подложка для осаждения хитозана представляет собой сетку из стальной или другой металлической рифленой проволоки. Например, проволоки, произведенной из высоколегированной стали марок 12×18Н9Т, 12×18Н10Т либо из углеродистой стали марок 45, 50, 55 по ГОСТ 3306-88. Такой подход обеспечивает дешевизну получаемого сорбционного материала.In another preferred embodiment of the method, the electrically conductive substrate for deposition of chitosan is a mesh of steel or other corrugated metal wire. For example, wire made from high-alloy steel grades 12 × 18H9T, 12 × 18H10T or from carbon steel grades 45, 50, 55 according to GOST 3306-88. This approach ensures the low cost of the resulting sorption material.

В качестве противоэлектрода - анода предпочтительным является использование инертного графитового электрода.As a counter electrode anode, the use of an inert graphite electrode is preferable.

Предпочтительно, что начальный потенциал катодной поляризации рабочего электрода относительно платинового электрода сравнения устанавливают 2,5-3,5 В, а затем, в течение трех минут, его увеличивают до, по меньшей мере, 10 В.Preferably, the initial cathodic polarization potential of the working electrode relative to the platinum reference electrode is set to 2.5-3.5 V, and then, for three minutes, it is increased to at least 10 V.

Точное время выдержки рабочего электрода при заданном потенциале определяется толщиной осаждаемого слоя хитозана, который в предпочтительном варианте должен составлять не более 1 мм, и качеством получаемого композиционного материала: поверхность осаждаемого слоя хитозана должна быть однородной, слой должен иметь достаточную адгезию и не отслаиваться от углеродного материала.The exact exposure time of the working electrode at a given potential is determined by the thickness of the deposited chitosan layer, which should preferably be no more than 1 mm, and the quality of the composite material obtained: the surface of the deposited chitosan layer should be uniform, the layer should have sufficient adhesion and not peel off the carbon material .

Толщина осаждаемого слоя хитозана не должна превышать 1 мм, так как при большей толщине слоя наблюдается ухудшение адгезионных характеристик и отслаивание хитозана с поверхности электропроводящего материала. При толщине слоя хитозана менее 0,6 мм значительного повышения сорбционной емкости исходной подложки в виде, например, углеродного материала, не наблюдается.The thickness of the deposited chitosan layer should not exceed 1 mm, since with a larger thickness of the layer deterioration of the adhesion characteristics and peeling of chitosan from the surface of the electrically conductive material are observed. When the chitosan layer thickness is less than 0.6 mm, a significant increase in the sorption capacity of the initial substrate in the form, for example, of a carbon material, is not observed.

Проведение процесса при потенциале поляризации рабочего электрода более 30 В приводит к интенсивному газовыделению и ухудшению качества и сорбционных характеристик получаемых материалов, а также к вероятной окислительной деструкции хитозана. При потенциале поляризации рабочего электрода менее 3 В не обеспечивается образование видимого слоя хитозана на углеродном волокне и не происходит повышения сорбционной емкости обрабатываемого материала.Carrying out the process with a polarization potential of the working electrode of more than 30 V leads to intense gas evolution and a deterioration in the quality and sorption characteristics of the materials obtained, as well as to the probable oxidative destruction of chitosan. When the polarization potential of the working electrode is less than 3 V, the formation of a visible chitosan layer on the carbon fiber is not ensured and the sorption capacity of the processed material does not increase.

После завершения процесса электрохимической обработки катод вынимают, промывают водой и сушат при температуре до 60°C.After completion of the electrochemical processing, the cathode is removed, washed with water and dried at a temperature of up to 60 ° C.

Интервал значений температуры сушки катода ограничен значениями температуры от комнатной до 60°C. При температуре сушки катода более 60°C повышается вероятность термической деструкции пористого слоя хитозана. При температуре сушки катода ниже комнатной видимого удаления поверхностной влаги с поверхности пористого слоя хитозана не происходит.The temperature range for drying the cathode is limited to temperatures from room temperature to 60 ° C. At a cathode drying temperature of more than 60 ° C, the probability of thermal degradation of the porous chitosan layer increases. At a drying temperature of the cathode below room temperature, visible removal of surface moisture from the surface of the porous chitosan layer does not occur.

Таким образом, способ получения сорбционного материала в виде модифицированного хитозаном композитного материала включает:Thus, a method for producing a sorption material in the form of a composite material modified with chitosan includes:

- выдерживание или промывку хитозана ледяной уксусной кислотой,- keeping or washing chitosan with glacial acetic acid,

- приготовление электролита для электрохимического осаждения хитозана, заключающееся в растворении предварительно промытого уксусной кислотой хитозана в растворе уксусной кислоты с концентрацией 20-80% мас., предпочтительно, 40-50% мас., до достижения концентрации хитозана 0,1-3% мас.;- preparing an electrolyte for electrochemical precipitation of chitosan, which consists in dissolving chitosan previously washed with acetic acid in a solution of acetic acid with a concentration of 20-80% by weight, preferably 40-50% by weight, until a chitosan concentration of 0.1-3% by weight is achieved. ;

- электрохимическое осаждение хитозана на электропроводную подложку (5) в условиях катодной поляризации упомянутой подложки в интервале потенциалов 3-30 В относительно платинового электрода сравнения (4) в течение 5-60 минут до достижения толщины хитозанового слоя на поверхности подложки 0,2-1 мм,- electrochemical deposition of chitosan on an electrically conductive substrate (5) under the conditions of cathodic polarization of said substrate in the range of potentials of 3-30 V relative to the platinum reference electrode (4) for 5-60 minutes until the thickness of the chitosan layer on the surface of the substrate is 0.2-1 mm ,

- высушивание подложки с нанесенным слоем хитозана при температуре до 60°C.- drying the substrate with a deposited layer of chitosan at a temperature of up to 60 ° C.

Использование потенциалов поляризации рабочего электрода вплоть до величины 30 В позволяет вести процесс осаждения хитозана в сопровождении выделения водорода. Газовыделение на рабочем электроде позволяет формировать осаждающийся слой хитозана в виде пористого субстрата с развитой поверхностью.Using the polarization potentials of the working electrode up to a value of 30 V allows the process of deposition of chitosan accompanied by hydrogen evolution. Gas evolution at the working electrode allows the formation of a deposited chitosan layer in the form of a porous substrate with a developed surface.

Реализация заявляемого способа позволяет формировать композитный материал, обладающий высокой сорбционной емкостью по отношению к золоту и урану.Implementation of the proposed method allows the formation of a composite material having a high sorption capacity with respect to gold and uranium.

В сравнении с прототипом предлагаемое изобретение позволяет осуществлять способ получения модифицированных хитозаном сорбционных материалов в более широком интервале потенциалов, обеспечивая получение сорбционных материалов с высокоразвитой системой пор (пористость не менее 1,7 см3/г и высокой сорбционной емкостью (не менее 31,01 мг/г по золоту, не менее 98,5 мг/г по урану), пластичностью и механической стойкостью (не растрескивается при высыхании и не отслаивается от поверхности подложки), что является техническим результатом изобретения.Compared with the prototype, the present invention allows a method for producing chitosan-modified sorption materials in a wider range of potentials, providing sorption materials with a highly developed pore system (porosity of at least 1.7 cm 3 / g and high sorption capacity (at least 31.01 mg / g for gold, not less than 98.5 mg / g for uranium), ductility and mechanical resistance (does not crack upon drying and does not peel off the surface of the substrate), which is a technical result of the invention.

Получаемые предлагаемым способом модифицированные материалы обладают высокой сорбционной емкостью по отношению к ионам урана и золота, а при учете достаточно большой распространенности и доступности хитозана и продуктов его переработки сорбционные материалы, получаемые по заявляемому способу, являются достаточно дешевыми, нетоксичными и экологически безопасными.The modified materials obtained by the proposed method have a high sorption capacity with respect to uranium and gold ions, and taking into account the rather high prevalence and availability of chitosan and its products, the sorption materials obtained by the claimed method are quite cheap, non-toxic and environmentally friendly.

Примеры конкретной реализации способа.Examples of specific implementation of the method.

Пример 1Example 1

Электропроводную подложку в виде сетки из рифленой проволоки из термически необработанной углеродистой стали марки 45 по ГОСТ 3306-88 размером 4×5 см с номинальным размером стороны ячейки 4 мм и диаметром проволоки 1,6 мм помещали в качестве рабочего электрода в трехэлектродную электрохимическую ячейку (фиг. 1), в которую заливали 50 мл приготовленного при нагревании до 50°C и непрерывном перемешивании 1%-ного раствора хитозана в 40% уксусной кислоте. Перед растворением хитозан промывали ледяной уксусной кислотой в течение 3 минут.An electrically conductive substrate in the form of a mesh of corrugated wire from thermally untreated carbon steel grade 45 according to GOST 3306-88 with a size of 4 × 5 cm with a nominal cell side size of 4 mm and a wire diameter of 1.6 mm was placed as a working electrode in a three-electrode electrochemical cell (Fig. . 1) into which 50 ml of a 1% solution of chitosan in 40% acetic acid was prepared by heating to 50 ° C and continuously stirring. Before dissolution, chitosan was washed with glacial acetic acid for 3 minutes.

Анодом являлся цилиндрический графитовый электрод плотностью 1,7 г/см3, диаметром 6 мм с пористостью не более 13%.The anode was a cylindrical graphite electrode with a density of 1.7 g / cm 3 , a diameter of 6 mm with a porosity of not more than 13%.

Электрохимическое осаждение проводили в течение 10 минут. Начальный потенциал катодной поляризации рабочего электрода составлял 3 В, затем, в течение двух минут, его увеличивали до 16 В, затем процесс вели при постоянном потенциале поляризации.Electrochemical deposition was carried out for 10 minutes. The initial cathodic polarization potential of the working electrode was 3 V, then, for two minutes, it was increased to 16 V, then the process was conducted at a constant polarization potential.

После завершения процесса осаждения металлическую сетку вынимали, промывали водой и высушивали при комнатной температуре.After completion of the deposition process, the metal mesh was removed, washed with water and dried at room temperature.

Слой хитозана толщиной 0,8 мм, осажденный на электропроводящей подложке, визуально обладал достаточной адгезией к поверхности подложки, не растрескивался при высыхании, не отслаивался и имел однородную пористую структуру. При изгибании металлической основы также не происходило отслаивания и/или растрескивания слоя хитозана, что свидетельствует об его пластичности.A 0.8 mm thick chitosan layer deposited on an electrically conductive substrate visually had sufficient adhesion to the surface of the substrate, did not crack upon drying, did not peel, and had a uniform porous structure. When bending the metal base, peeling and / or cracking of the chitosan layer also did not occur, which indicates its plasticity.

Объемная пористость слоя хитозана составляла не менее 1,7 см3/г.The bulk porosity of the chitosan layer was at least 1.7 cm 3 / g.

Полученные образцы хитозансодержащих материалов с развитой поверхностной системой пор помещали в стандартный раствор золота с концентрацией 10 мг/л на фоне 1 М НСl на 48 часов. После высушивания сорбент анализировали рентгенофлуоресцентным методом.The obtained samples of chitosan-containing materials with a developed surface pore system were placed in a standard gold solution with a concentration of 10 mg / L against 1 M Hcl for 48 hours. After drying, the sorbent was analyzed by x-ray fluorescence method.

Сорбционная емкость полученного материала по золоту составила 31,01 мг/г. Сравнение сорбционных характеристик при сорбции золота полученным хитозановым сорбентом и активированным углем БАУ-А по ГОСТ 6217-74, широко применяющимся в настоящее время в золотодобывающей промышленности, приведено в таблице 1. Сорбцию золота БАУ-А и полученным по заявляемому способу хитозановым сорбционным материалом проводили в идентичных условияхThe sorption capacity of the obtained material for gold was 31.01 mg / g. A comparison of the sorption characteristics during sorption of gold by the obtained chitosan sorbent and activated carbon BAU-A according to GOST 6217-74, which is widely used at present in the gold mining industry, is given in table 1. Sorption of gold BAU-A and chitosan sorption material obtained by the present method was carried out in identical conditions

Сорбционная емкость полученного по заявляемому способу сорбционного материала не менее чем в три раза выше сорбционной емкости БАУ-А. По показателю пористости полученные материалы сравнимы с активированным углем БАУ-А, что обеспечит схожие кинетические характеристики сорбции.The sorption capacity obtained by the present method of sorption material is not less than three times higher than the sorption capacity of BAU-A. In terms of porosity, the materials obtained are comparable with BAU-A activated carbon, which will provide similar kinetic characteristics of sorption.

Пример 2Example 2

Металлическую сетку из рифленой проволоки из углеродистой стали марки 45 по ГОСТ 3306-88 с номинальным размером стороны ячейки 5 мм и диаметром проволоки 2 мм размером 4×5 см помещали в качестве катода в трехэлектродную электрохимическую ячейку (фиг. 1), в которую заливали 50 мл приготовленного при нагревании до 60°C и непрерывном перемешивании 2,5%-ного раствора хитозана в 70% уксусной кислоте. Перед растворением хитозан дополнительно промывали ледяной уксусной кислотой в течение 5 минут. Анодом являлся цилиндрический графитовый электрод, аналогичный электроду, используемому в примере 1.A metal mesh of corrugated wire made of carbon steel grade 45 according to GOST 3306-88 with a nominal cell side size of 5 mm and a wire diameter of 2 mm, size 4 × 5 cm, was placed as a cathode in a three-electrode electrochemical cell (Fig. 1), into which 50 ml prepared by heating to 60 ° C and continuously stirring a 2.5% solution of chitosan in 70% acetic acid. Before dissolution, chitosan was further washed with glacial acetic acid for 5 minutes. The anode was a cylindrical graphite electrode, similar to the electrode used in example 1.

Электрохимическое осаждение проводили в течение 20 минут. Начальный потенциал катодной поляризации рабочего электрода составлял 3 В, затем, в течение трех минут, его увеличивали до 20 В, затем процесс вели при постоянном потенциале поляризации.Electrochemical deposition was carried out for 20 minutes. The initial cathodic polarization potential of the working electrode was 3 V, then, for three minutes, it was increased to 20 V, then the process was conducted at a constant polarization potential.

После завершения процесса осаждения металлическую сетку вынимали, промывали водой и высушивали при температуре 50°C.After completion of the deposition process, the metal mesh was removed, washed with water and dried at a temperature of 50 ° C.

Слой хитозана толщиной 1 мм, осажденный на электропроводящей подложке, обладал достаточной адгезией к поверхности подложки, не растрескивался при высыхании, не отслаивался при изгибании металлической основы и имел однородную структуру. Пористость слоя хитозана составляла не менее 1,8 см3/г.A 1 mm thick chitosan layer deposited on an electrically conductive substrate had sufficient adhesion to the surface of the substrate, did not crack upon drying, did not peel off when the metal base was bent, and had a uniform structure. The porosity of the chitosan layer was not less than 1.8 cm 3 / g.

Полученные образцы хитозансодержащих материалов с развитой поверхностной системой пор помещают в стандартный раствор золота с концентрацией 10 мг/л на фоне 1 М HCl на 48 часов. После высушивания сорбент анализировали рентгенофлуоресцентным методом.The obtained samples of chitosan-containing materials with a developed surface pore system are placed in a standard gold solution with a concentration of 10 mg / L against 1 M HCl for 48 hours. After drying, the sorbent was analyzed by x-ray fluorescence method.

Согласно экспериментальным данным, сорбционная емкость полученного материала по золоту составляет 32,12 мг/г. Сравнение сорбционных характеристик при сорбции золота модифицированным материалом с хитозановым покрытием и активированным углем БАУ-А по ГОСТ 6217- 74, приведено в таблице 2.According to experimental data, the sorption capacity of the obtained material for gold is 32.12 mg / g. A comparison of the sorption characteristics during sorption of gold with a modified material with a chitosan coating and activated carbon BAU-A according to GOST 6217-74 is shown in table 2.

Сорбционная емкость полученного по заявляемому способу сорбционного материала не менее чем в три раза выше сорбционной емкости БАУ-А. По показателю пористости полученные материалы сравнимы с активированным углем БАУ-А, что обеспечит схожие кинетические характеристики сорбции.The sorption capacity obtained by the present method of sorption material is not less than three times higher than the sorption capacity of BAU-A. In terms of porosity, the materials obtained are comparable with BAU-A activated carbon, which will provide similar kinetic characteristics of sorption.

Пример 3Example 3

Углеродный волокнистый материал Бусофит-Т (в виде тканого материала) толщиной 1 мм с объемом пор 0,5 см3/г размером 4×5 см помещали в качестве рабочего электрода в трехэлектродную электрохимическую ячейку, в которую заливали 50 мл приготовленного при нагревании до 50°C и непрерывном перемешивании 0,5%-ного раствора хитозана в 70% уксусной кислоте. Перед растворением хитозан дополнительно промывали ледяной уксусной кислотой в течение 10 минут. Анодом являлся цилиндрический графитовый электрод, аналогичный электроду, используемому в примере 1.Busofit-T carbon fiber material (in the form of a woven material) 1 mm thick with a pore volume of 0.5 cm 3 / g of size 4 × 5 cm was placed as a working electrode in a three-electrode electrochemical cell into which 50 ml of prepared by heating to 50 was poured ° C and continuous stirring of a 0.5% solution of chitosan in 70% acetic acid. Before dissolution, chitosan was further washed with glacial acetic acid for 10 minutes. The anode was a cylindrical graphite electrode, similar to the electrode used in example 1.

Электрохимическое осаждение проводили в течение 60 минут. Начальный потенциал катодной поляризации рабочего электрода составлял 2,5 В, затем, в течение двух минут, его увеличивали до 12 В, затем процесс вели при постоянном потенциале поляризации.Electrochemical deposition was carried out for 60 minutes. The initial cathodic polarization potential of the working electrode was 2.5 V, then, for two minutes, it was increased to 12 V, then the process was conducted at a constant polarization potential.

После завершения процесса осаждения рабочий электрод вынимали, промывали водой и высушивали при комнатной температуре.After completion of the deposition process, the working electrode was removed, washed with water and dried at room temperature.

Слой хитозана толщиной 0,7 мм, осажденный на электропроводящей подложке, обладает достаточной адгезией к поверхности подложки, не отслаивается, не растрескивается и имеет однородную структуру. Пористость слоя хитозана составляет не менее 1,6 см3/г.A 0.7 mm thick chitosan layer deposited on an electrically conductive substrate has sufficient adhesion to the surface of the substrate, does not peel, does not crack, and has a uniform structure. The porosity of the chitosan layer is at least 1.6 cm 3 / g.

Полученные образцы хитозансодержащих материалов с развитой поверхностной системой пор помещали в сухие конические колбы вместимостью 50 см3, заливали 40 мл урансодержащего раствора с концентрацией 100 мг/л (в пересчете на металлический уран), плотно закрывали и помещали в перемешивающее устройство на 2 часа. После проведения испытания раствор отфильтровывали от испытуемого материала и анализировали на содержание урана с использованием метода фотометрического анализа.The obtained samples of chitosan-containing materials with a developed surface pore system were placed in dry conical flasks with a capacity of 50 cm 3 , filled with 40 ml of a uranium-containing solution with a concentration of 100 mg / l (in terms of metal uranium), tightly closed and placed in a mixing device for 2 hours. After testing, the solution was filtered from the test material and analyzed for uranium content using the method of photometric analysis.

Согласно экспериментальным данным, сорбционная емкость полученного материала по урану составляет не менее 98,5 мг/г. По этому показателю полученный хитозановый сорбционный материал не уступает аниониту АМ-П, применяющемуся в качестве сорбента в урановой промышленности (таблице 2). Кроме того, полученный сорбционный материал также сравним с анионитом АМ-П по показателю пористости (таблица 2), а следовательно, обеспечивает схожие с АМ-П кинетические характеристики сорбции.According to experimental data, the sorption capacity of the obtained material for uranium is at least 98.5 mg / g. According to this indicator, the obtained chitosan sorption material is not inferior to the anion exchange resin AM-P, which is used as a sorbent in the uranium industry (table 2). In addition, the obtained sorption material is also comparable with the AM-P anion exchanger in terms of porosity (table 2), and therefore provides kinetic characteristics of sorption similar to AM-P.

Пример 4.Example 4

Углеродный волокнистый материал Бусофит-Т толщиной 1 мм с объемом пор 0,5 см3/г размером 4×5 см помещали в качестве рабочего электрода в трехэлектродную электрохимическую ячейку, в которую заливали 50 мл приготовленного при нагревании до 60°C и непрерывном перемешивании 1,0%-ного раствора хитозана в 40% уксусной кислоте. Перед растворением хитозан дополнительно промывали ледяной уксусной кислотой в течение 4 минут. Анодом являлся цилиндрический графитовый электрод, аналогичный электроду, используемому в примере 1.Busofit-T carbon fiber material 1 mm thick with a pore volume of 0.5 cm 3 / g of 4 × 5 cm was placed as a working electrode in a three-electrode electrochemical cell, into which 50 ml of prepared by heating to 60 ° C and continuous stirring was poured 1 , 0% solution of chitosan in 40% acetic acid. Before dissolution, chitosan was further washed with glacial acetic acid for 4 minutes. The anode was a cylindrical graphite electrode, similar to the electrode used in example 1.

Электрохимическое осаждение проводили в течение 20 минут. Начальный потенциал катодной поляризации рабочего электрода составлял 3,5 В, затем, в течение трех минут, его увеличивали до 25 В, затем процесс вели при постоянном потенциале поляризации.Electrochemical deposition was carried out for 20 minutes. The initial cathodic polarization potential of the working electrode was 3.5 V, then, for three minutes, it was increased to 25 V, then the process was conducted at a constant polarization potential.

После завершения процесса осаждения рабочий электрод вынимали, промывали водой и высушивали при температуре 50°C.After completion of the deposition process, the working electrode was removed, washed with water and dried at a temperature of 50 ° C.

Слой хитозана толщиной 0,6 мм, осажденный на электропроводящей подложке, обладал достаточной адгезией к поверхности подложки, не отслаивался, не растрескивался при высыхании и имел однородную структуру. Пористость слоя хитозана составляет не менее 1,6 см3/г.A 0.6 mm thick chitosan layer deposited on an electrically conductive substrate had sufficient adhesion to the surface of the substrate, did not peel, did not crack upon drying, and had a uniform structure. The porosity of the chitosan layer is at least 1.6 cm 3 / g.

Полученные образцы хитозансодержащих материалов помещали в сухие конические колбы вместимостью 50 см3, заливали 40 мл рабочего урансодержащего раствора с концентрацией 100 мг/л, плотно закрывали и помещали в перемешивающее устройство на 2 часа. После проведения испытаний раствор отфильтровывали от испытуемого материала и анализировали на содержание урана с использованием метода фотометрического анализа.The obtained samples of chitosan-containing materials were placed in dry conical flasks with a capacity of 50 cm 3 , filled with 40 ml of a working uranium-containing solution with a concentration of 100 mg / l, tightly closed and placed in a mixing device for 2 hours. After testing, the solution was filtered from the test material and analyzed for uranium content using the method of photometric analysis.

Согласно экспериментальным данным, сорбционная емкость полученного материала по урану составляет не менее 108,2 мг/г. Сравнение сорбционных характеристик при сорбции урана полученным по заявляемому способу сорбционным материалом с хитозановым покрытием и анионитом АМ-П, применяющимся в настоящее время в качестве сорбента для урановой промышленности, приведено в таблице 2.According to experimental data, the sorption capacity of the obtained material for uranium is at least 108.2 mg / g. Comparison of the sorption characteristics during sorption of uranium obtained by the present method, a sorption material with chitosan coating and anion exchange resin AM-P, currently used as a sorbent for the uranium industry, are shown in table 2.

Сорбционная емкость полученного хитозанового сорбционного материала выше сорбционной емкости используемого в урановой промышленности сорбента АМ-П.The sorption capacity of the obtained chitosan sorption material is higher than the sorption capacity of the sorbent AM-P used in the uranium industry.

За счет образования развитой поверхностной системы пор, полученные материалы сравнимы по показателю пористости с анионитом АМ-П, а следовательно, обеспечивают схожие с анионитом АМ-П кинетические характеристики сорбции.Due to the formation of a developed surface pore system, the obtained materials are comparable in terms of porosity with AM-P anion exchange resin and, therefore, provide kinetic characteristics of sorption similar to AM-P anionite.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Таким образом, предложенный способ позволяет обеспечить расширение области применения путем получения абсорбционного материала, обладающего высокой сорбционной емкостью, в частности, по отношению к золоту и урану для их извлечения из водных растворов.Thus, the proposed method allows to expand the scope by obtaining an absorption material having a high sorption capacity, in particular with respect to gold and uranium for their extraction from aqueous solutions.

Claims (16)

1. Способ получения сорбционного материал, включающий электрохимическую обработку в условиях поляризации электропроводящей подложки в растворе хитозана и выдержку при заданном потенциале с последующей промывкой водой и сушкой полученного материала, отличающийся тем, что предварительно обрабатывают хитозан ледяной уксусной кислотой и используют продукт обработки для получения электролита в 20-80 мас.% уксусной кислоте с концентрацией хитозана 0,1-3 мас.%, а электрохимическое осаждение хитозана на электропроводящую подложку из раствора электролита производят при ее катодной поляризации.1. A method of producing a sorption material, including electrochemical treatment under conditions of polarization of the electrically conductive substrate in a chitosan solution and exposure at a given potential, followed by washing with water and drying the resulting material, characterized in that the chitosan is pretreated with glacial acetic acid and the product is used to produce an electrolyte in 20-80 wt.% Acetic acid with a chitosan concentration of 0.1-3 wt.%, And the electrochemical deposition of chitosan on an electrically conductive substrate from a solution of el The electrolyte is produced at its cathodic polarization. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что катодную поляризацию электропроводящей подложки осуществляют в трехэлектродной электрохимической ячейке при начальном потенциале, составляющем 2,5-3,5 В, и дальнейшем его увеличении в течение двух-трех минут до потенциала в диапазоне 10-30 В относительно платинового электрода сравнения.2. The method according to p. 1, characterized in that the cathodic polarization of the electrically conductive substrate is carried out in a three-electrode electrochemical cell with an initial potential of 2.5-3.5 V, and then increasing it for two to three minutes to a potential in the range of 10 -30 V relative to the platinum reference electrode. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что электрохимическое осаждение хитозана на электропроводящую подложку осуществляют при температуре 50-60°С при непрерывном перемешивании.3. The method according to p. 1, characterized in that the electrochemical deposition of chitosan on an electrically conductive substrate is carried out at a temperature of 50-60 ° C with continuous stirring. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что получение электролита с концентрацией хитозана 0,1-3 мас.% осуществляют в растворе уксусной кислоты с концентрацией 40-50 мас.%.4. The method according to p. 1, characterized in that the production of an electrolyte with a concentration of chitosan of 0.1-3 wt.% Is carried out in a solution of acetic acid with a concentration of 40-50 wt.%. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что получение электролита в 20-80% масс. уксусной кислоте осуществляют с концентрацией хитозана 0,5-1 мас.%.5. The method according to p. 1, characterized in that the production of electrolyte in 20-80% of the mass. acetic acid is carried out with a concentration of chitosan of 0.5-1 wt.%. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку хитозана ледяной уксусной кислотой осуществляют в течение 3-10 минут.6. The method according to p. 1, characterized in that the treatment of chitosan with glacial acetic acid is carried out for 3-10 minutes. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку хитозана ледяной уксусной кислотой осуществляют в течение 4-5 минут.7. The method according to p. 1, characterized in that the treatment of chitosan with glacial acetic acid is carried out for 4-5 minutes. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что электрохимическое осаждение хитозана на электропроводящую подложку из раствора электролита осуществляют в течение 5-60 минут до достижения толщины осаждаемого слоя хитозана 0,6-1,0 мм.8. The method according to p. 1, characterized in that the electrochemical deposition of chitosan on an electrically conductive substrate from an electrolyte solution is carried out for 5-60 minutes until the thickness of the deposited chitosan layer of 0.6-1.0 mm 9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве электропроводящей подложки для осаждения хитозана используют углеродный волокнистый материал.9. The method according to p. 1, characterized in that as a conductive substrate for the deposition of chitosan use carbon fiber material. 10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве электропроводящей подложки для осаждения хитозана используют углеродную ткань.10. The method according to p. 1, characterized in that the carbon fabric is used as the electrically conductive substrate for the deposition of chitosan. 11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве электропроводящей подложки для осаждения хитозана используют углеродную однонаправленную ленту.11. The method according to p. 1, characterized in that as a conductive substrate for the deposition of chitosan use carbon unidirectional tape. 12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве углеродного волокнистого материала используют Бусофит-Т.12. The method according to p. 1, characterized in that Busofit-T is used as the carbon fiber material. 13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что электропроводящая подложка для осаждения хитозана представляет собой сетку из металлической рифленой проволоки.13. The method according to p. 1, characterized in that the electrically conductive substrate for the deposition of chitosan is a grid of metal corrugated wire. 14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что ячейки сетки имеют форму квадрата с размером сторон 3-5 мм.14. The method according to p. 13, characterized in that the mesh cells are in the form of a square with a side size of 3-5 mm 15. Способ по п. 13, отличающийся тем, что диаметр проволоки, из которой выполнена сетка, имеет величину 1,2-2 мм.15. The method according to p. 13, characterized in that the diameter of the wire from which the mesh is made, has a value of 1.2-2 mm 16. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве анода при электрохимическом осаждении хитозана на электропроводящую подложку из раствора электролита используют графитовый электрод.16. The method according to p. 1, characterized in that a graphite electrode is used as an anode during electrochemical deposition of chitosan on an electrically conductive substrate from an electrolyte solution.
RU2017125721A 2017-07-18 2017-07-18 Production process of a sorption material RU2645131C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017125721A RU2645131C1 (en) 2017-07-18 2017-07-18 Production process of a sorption material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017125721A RU2645131C1 (en) 2017-07-18 2017-07-18 Production process of a sorption material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2645131C1 true RU2645131C1 (en) 2018-02-15

Family

ID=61227126

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017125721A RU2645131C1 (en) 2017-07-18 2017-07-18 Production process of a sorption material

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2645131C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110044018A (en) * 2019-03-26 2019-07-23 青岛海尔空调器有限总公司 A kind of electrochemistry air-conditioning and its control method
CN114471477A (en) * 2022-01-06 2022-05-13 南华大学 Three-dimensional porous chitosan/coal-based activated carbon composite sponge, preparation method thereof and application of composite sponge in extracting uranium from seawater

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2281160C1 (en) * 2004-11-09 2006-08-10 Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (Институт химии ДВО РАН) Method of production of composite sorption materials
RU2289588C2 (en) * 2005-03-09 2006-12-20 Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (Институт химии ДВО РАН) Methods for production and purification of bovine serum albumin
RU2303639C1 (en) * 2005-11-10 2007-07-27 Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (Институт химии ДВО РАН) Method of recovering rhenium from solutions
WO2011119043A1 (en) * 2010-03-24 2011-09-29 Dag Arntsen Method for removal of contaminations from water
RU2430777C1 (en) * 2010-03-25 2011-10-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Method of producing chitosan-containing sorbent
CN102218300A (en) * 2011-06-01 2011-10-19 中国科学院理化技术研究所 Chitosan nano fibrous membrane adsorbing material and preparation method thereof
WO2012125994A2 (en) * 2011-03-17 2012-09-20 Perma-Fix Environmental Services, Inc. Preparation of chitosan-based microporous composite material and its applications
RU2487701C2 (en) * 2011-07-26 2013-07-20 Общество с ограниченной ответственностью "Инмед" Solution for preparing chitosan material, method for preparing haemostatic material of this solution (versions) and medical device with using chitosan fibres
CN103285819A (en) * 2013-03-28 2013-09-11 苏州正业昌智能科技有限公司 An electrostatically spun chitosan nano-fiber film for adsorption of heavy metal ions and a preparation method thereof
RU2522216C1 (en) * 2013-05-13 2014-07-10 Иван Михайлович Афанасов Multilayer material with chitosan layer of nanofibres and superfine fibres

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2281160C1 (en) * 2004-11-09 2006-08-10 Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (Институт химии ДВО РАН) Method of production of composite sorption materials
RU2289588C2 (en) * 2005-03-09 2006-12-20 Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (Институт химии ДВО РАН) Methods for production and purification of bovine serum albumin
RU2303639C1 (en) * 2005-11-10 2007-07-27 Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (Институт химии ДВО РАН) Method of recovering rhenium from solutions
WO2011119043A1 (en) * 2010-03-24 2011-09-29 Dag Arntsen Method for removal of contaminations from water
RU2430777C1 (en) * 2010-03-25 2011-10-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Method of producing chitosan-containing sorbent
WO2012125994A2 (en) * 2011-03-17 2012-09-20 Perma-Fix Environmental Services, Inc. Preparation of chitosan-based microporous composite material and its applications
CN102218300A (en) * 2011-06-01 2011-10-19 中国科学院理化技术研究所 Chitosan nano fibrous membrane adsorbing material and preparation method thereof
RU2487701C2 (en) * 2011-07-26 2013-07-20 Общество с ограниченной ответственностью "Инмед" Solution for preparing chitosan material, method for preparing haemostatic material of this solution (versions) and medical device with using chitosan fibres
CN103285819A (en) * 2013-03-28 2013-09-11 苏州正业昌智能科技有限公司 An electrostatically spun chitosan nano-fiber film for adsorption of heavy metal ions and a preparation method thereof
RU2522216C1 (en) * 2013-05-13 2014-07-10 Иван Михайлович Афанасов Multilayer material with chitosan layer of nanofibres and superfine fibres

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110044018A (en) * 2019-03-26 2019-07-23 青岛海尔空调器有限总公司 A kind of electrochemistry air-conditioning and its control method
CN114471477A (en) * 2022-01-06 2022-05-13 南华大学 Three-dimensional porous chitosan/coal-based activated carbon composite sponge, preparation method thereof and application of composite sponge in extracting uranium from seawater

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Štulikova The deposition and stripping of mercury on a glassy carbon rotating disk electrode
CN107690355B (en) Method for preparing hydrogel containing reduced graphene oxide
RU2645131C1 (en) Production process of a sorption material
JP2008069315A (en) Method for producing carboxymethylcellulose gel
Yao et al. Alchemy‐Inspired Green Paper for Spontaneous Recovery of Noble Metals
CN102935389B (en) Method for preparing cation exchange membrane with monovalent preferential separation function
Zhang et al. Polyacrylamide/Copper‐Alginate Double Network Hydrogel Electrolyte with Excellent Mechanical Properties and Strain‐Sensitivity
JP4695206B2 (en) Metal recovery method and metal recovery device
Ren et al. Preparation of sugarcane bagasse/poly (acrylic acid-co-acrylamide) hydrogels and their application
Rashed et al. Highly sensitive and selective thiourea electrochemical sensor based on novel silver nanoparticles/chitosan nanocomposite
Li et al. Enhanced conductivity of monovalent cation exchange membranes with chitosan/PANI composite modification
CN111521656A (en) High-sensitivity high-stability boron-doped diamond microelectrode and preparation method and application thereof
Xu et al. Electro‐responsive semi‐IPN hydrogel with enhanced responsive property for forward osmosis desalination
Jinrui et al. Preconcentration and determination of lead ions at a chitosan-modified glassy carbon electrode
JP2017518611A5 (en)
US3859193A (en) Apparatus for coulometric stripping analysis
CN108074660A (en) A kind of composite and flexible transparent conductive film and preparation method thereof
Xiao et al. Fast swelling behaviors of thermosensitive poly (N‐isopropylacrylamide‐co‐methacryloxyethyltrimethyl ammonium chloride)/Na2WO4 cationic composite hydrogels
Merz Physicochemical and colligative investigation of α (shrimp shell)-and β (squid pen)-chitosan membranes: concentration-gradient-driven water flux and ion transport for salinity gradient power and separation process operations
CN111057863A (en) Application of environment-friendly precious metal adsorption resin material
Luo et al. Electrochemical behavior of ascorbic acid and rutin on poly (L-arginine)-graphene oxide modified electrode
Zaghlool et al. Electrochemical study of carboxylated chitosan-graft-poly (Vinyl-2-Pyrrolidone) films for supercapacitor applications
Hassan et al. New aspects to physicochemical properties of polymer gels in particularly the coordination biopolymeric metal–alginate ionotropic hydrogels
Andarany et al. Cellulose acetate layer effect toward aluminium corrosion rate in hydrochloric acid media
CN113416318A (en) Stretchable conductive hydrogel with high water retention and preparation method thereof