RU2791811C1 - Method for producing composite sorbent based on chitosan - Google Patents

Method for producing composite sorbent based on chitosan Download PDF

Info

Publication number
RU2791811C1
RU2791811C1 RU2022134213A RU2022134213A RU2791811C1 RU 2791811 C1 RU2791811 C1 RU 2791811C1 RU 2022134213 A RU2022134213 A RU 2022134213A RU 2022134213 A RU2022134213 A RU 2022134213A RU 2791811 C1 RU2791811 C1 RU 2791811C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
chitosan
solution
distilled water
sorbent
granules
Prior art date
Application number
RU2022134213A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Татьяна Евгеньевна Никифорова
Феликс Юрьевич Телегин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2791811C1 publication Critical patent/RU2791811C1/en

Links

Abstract

FIELD: chemical industry.
SUBSTANCE: invention relates to methods for producing composite sorbents containing chitosan, designed to extract heavy metal ions. The method of obtaining a sorbent is mixing a solution of chitosan in 5% by volume of acetic acid with a suspension of a filler in a ratio of 1:10–1:2, the resulting mixture is added dropwise to a 1–2 M sodium hydroxide solution, and sorbent granules are formed, which are then washed to neutral pH with water, after which the granules are kept in a 1–2% (by weight) solution of a cross-linking agent and washed with water and a water-alcohol mixture. In addition, dopamine is additionally added to the initial mixture at a ratio of dopamine:chitosan=1:10–1:3, and silicon dioxide is used as an additional filler.
EFFECT: invention makes it possible to increase the sorption capacity of the sorbent with respect to heavy metal ions and to simplify the processing of composite microspheres based on chitosan in an aqueous alkaline solution.
1 cl, 1 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к способам получения композиционных сорбентов, содержащих хитозан, предназначенных для извлечения ионов тяжелых металлов сорбцией из растворов различного состава, образующихся в результате проведения разнообразных технологических процессов, и может быть использовано для совершенствования мембранных и сорбционных технологий, в водоподготовке, при разработке технологий утилизации ионов тяжелых металлов из водных растворов и сточных вод различной природы.The invention relates to the chemical industry, and in particular to methods for producing composite sorbents containing chitosan, designed to extract heavy metal ions by sorption from solutions of various compositions resulting from various technological processes, and can be used to improve membrane and sorption technologies, in water treatment , in the development of technologies for the utilization of heavy metal ions from aqueous solutions and wastewater of various nature.

Известен способ получения гранул сшитого хитозана, включающий стадию формирования гранул и сшивку полимера глутаровым альдегидом в кислом растворе, в котором сначала полимер сшивают, используя при этом раствор соляной кислоты, содержащий глутаровый альдегид, при мольном соотношении хитозан : соляная кислота : глутаровый альдегид 1:(0,5-1,0):(0,1-1,0), а затем экструзивно формуют гель в виде нитей, их механически нарезают на гранулы и сушат при температуре 40-70°C в течение 1-2 часов [Патент 2590982 Российская Федерация, МПК A61K 47/36 B01J 20/24 C08B 37/08. Способ получения гранул сшитого хитозана / Пестов А.В., Братская С.Ю.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения Российской академии наук (RU), Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (RU). - №2015125829/15; заявл. 29.06.2015; опубл. 10.07.2016, Бюл. № 19.].A known method for producing granules of cross-linked chitosan, including the stage of formation of granules and cross-linking of the polymer with glutaraldehyde in an acidic solution, in which the polymer is first cross-linked using a hydrochloric acid solution containing glutaraldehyde, at a molar ratio of chitosan : hydrochloric acid : glutaraldehyde 1 :( 0.5-1.0):(0.1-1.0), and then the gel is extruded in the form of threads, they are mechanically cut into granules and dried at a temperature of 40-70°C for 1-2 hours [Patent 2590982 Russian Federation, IPC A61K 47/36 B01J 20/24 C08B 37/08. The method of obtaining granules of cross-linked chitosan / Pestov A.V., Bratskaya S.Yu.; applicant and patentee Federal State Budgetary Institution of Science Institute of Organic Synthesis. AND I. Postovsky Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (RU), Federal State Budgetary Institution of Science Institute of Chemistry of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences (RU). - No. 2015125829/15; dec. 06/29/2015; publ. 07/10/2016, Bull. No. 19.].

Известен способ получения сорбента для очистки воды на основе природного алюмосиликата, модифицированного хитозаном, обработкой алюмосиликата раствором хитозана в разбавленной уксусной кислоте, в котором обработку осуществляют при массовом отношении алюмосиликата к раствору хитозана в разбавленной уксусной кислоте, равном 1:1, и конечном значении рН раствора над осадком, равном 8-9, затем сформировавшуюся массу гранулируют продавливанием через фильеры, полученные гранулы сушат, после чего обрабатывают раствором гуминовых кислот, взятых в количестве, обеспечивающем полное связывание аминогрупп хитозана, отделяют гранулы сорбента от раствора и отверждают образовавшийся полимерный слой на поверхности гранул, при этом: - в качестве природного алюмосиликата используют цеолит, вспученный вермикулит или их смесь; - обработку алюмосиликата осуществляют 2-4 %-ным раствором хитозана в 3 %-ной уксусной кислоте; - обработку гранул сорбента гуминовыми кислотами осуществляют 10%-ным раствором гуминовых кислот, содержащих 3,1 мг-экв/г СОН- групп и 6,0 мг-экв/г СООН- групп, при комнатной температуре в течение 3-4 ч; - отверждение полимерного слоя на поверхности гранул осуществляют выдерживанием гранул при комнатной температуре до сухого состояния или термообработкой при 120-150°С в течение 2-3 ч [Патент 2277013 Российская Федерация, МПК B 01 J 20/16, B 01 J 20/26, B 01 J 20/32. Способ получения сорбента для очистки воды / Шапкин Н.П., Постойкин В.В., Завьялов Б.Б., Нгуен Тинь Нгиа; заявитель и патентообладатель Шапкин Н.П., Постойкин В.В., Завьялов Б.Б., Нгуен Тинь Нгиа - №2004135113/15; заявл. 01.12.2004; опубл. 27.05.2006, Бюл. № 15.].A known method of obtaining a sorbent for water purification based on natural aluminosilicate modified with chitosan by treating aluminosilicate with a solution of chitosan in dilute acetic acid, in which the treatment is carried out at a mass ratio of aluminosilicate to a solution of chitosan in dilute acetic acid, equal to 1:1, and the final pH value of the solution above the precipitate equal to 8-9, then the formed mass is granulated by forcing through the spinneret, the obtained granules are dried, after which they are treated with a solution of humic acids taken in an amount that ensures complete binding of the amino groups of chitosan, the sorbent granules are separated from the solution and the resulting polymer layer is cured on the surface of the granules , wherein: - zeolite, expanded vermiculite or their mixture is used as natural aluminosilicate; - processing of aluminosilicate is carried out with a 2-4% solution of chitosan in 3% acetic acid; - treatment of sorbent granules with humic acids is carried out with a 10% solution of humic acids containing 3.1 mg-eq/g COOH-groups and 6.0 mg-eq/g COOH-groups at room temperature for 3-4 hours; - curing of the polymer layer on the surface of the granules is carried out by keeping the granules at room temperature until dry or heat treatment at 120-150°C for 2-3 hours [Patent 2277013 Russian Federation, IPC B 01 J 20/16, B 01 J 20/26 , B 01 J 20/32. The method of obtaining a sorbent for water purification / Shapkin NP, Postoykin VV, Zavyalov BB, Nguyen Tinh Ngia; applicant and patentee Shapkin N.P., Postoykin V.V., Zavyalov B.B., Nguyen Tinh Ngia - No. 2004135113/15; dec. 12/01/2004; publ. May 27, 2006, Bull. No. 15.].

Известен способ получения композитов на основе хитозана и клиноптилолита в виде микросфер с повышенной сорбционной емкостью к ионам меди путем встраивания (диспергирования) микрочастиц клиноптилолита в матрицу поперечно сшитого хитозана при массовом отношении клиноптилолита и хитозана 1:10 - 1:2, при этом в композите достигается одновременно «в тандеме» ионное/ковалентное связывание: ионное (ионотропное) взаимодействие (гелеобразование) хитозана осуществляется с триполифосфатом натрия, а в качестве ковалентно сшивающего агента по отношению к хитозану выступает эпихлоргидрин.A known method for producing composites based on chitosan and clinoptilolite in the form of microspheres with increased sorption capacity for copper ions by embedding (dispersing) clinoptilolite microparticles into a matrix of cross-linked chitosan at a mass ratio of clinoptilolite and chitosan 1:10 - 1:2, while in the composite is achieved at the same time, ionic/covalent bonding is “in tandem”: ionic (ionotropic) interaction (gelation) of chitosan is carried out with sodium tripolyphosphate, and epichlorohydrin acts as a covalent crosslinking agent with respect to chitosan.

Максимальная сорбционная емкость композита по отношению к ионам меди составляет 9.04 ммоль/г при рН 5.The maximum sorption capacity of the composite with respect to copper ions is 9.04 mmol/g at pH 5.

Получение микросфер композита осуществляют следующим образом: раствор хитозана с концентрацией 3 г/л получают путем растворения порошка хитозана в 1 об % уксусной кислоте при интенсивном перемешивании в течение не менее 48 ч. Необходимое количество порошка клиноптилолита смешивают с дистиллированной водой, причем объем воды составляет ½ объема раствора хитозана, и выдерживают при интенсивном перемешивании на магнитной мешалке в течение 1 ч.The preparation of composite microspheres is carried out as follows: a solution of chitosan with a concentration of 3 g/l is obtained by dissolving chitosan powder in 1 vol% acetic acid with vigorous stirring for at least 48 hours. The required amount of clinoptilolite powder is mixed with distilled water, and the volume of water is ½ volume of the chitosan solution, and kept under vigorous stirring on a magnetic stirrer for 1 hour.

Затем 20 г раствора хитозана в 1% уксусной кислоте смешивают с 10 мл дисперсии клиноптилолита в дистиллированной воде и после интенсивного перемешивания постепенно добавляют эпихлоргидрин в качестве сшивающего агента. Перемешивание продолжают до тех пор, пока эпихлоргидрин полностью включается в реакционную смесь. Затем приготовленную смесь с помощью шприца вводят в водный раствор триполифосфата натрия с концентрацией 0,05 М при перемешивании.Then, 20 g of a solution of chitosan in 1% acetic acid is mixed with 10 ml of a dispersion of clinoptilolite in distilled water, and after vigorous stirring, epichlorohydrin is gradually added as a crosslinking agent. Stirring is continued until the epichlorohydrin is completely incorporated into the reaction mixture. Then the prepared mixture is injected with a syringe into an aqueous solution of sodium tripolyphosphate with a concentration of 0.05 M with stirring.

Композитные микросферы выдерживают при перемешивании в течение 5 ч при 37°С, отделяют от дисперсионной среды и тщательно промывают дистиллированной водой от непрореагировавшего триполифосфата натрия и высушивают в течение 24 ч при комнатной температуре и 48 ч под вакуумом при 40°С. Средний размер микросфер в сухом состоянии 800 мкм [Dragan E.S., Dinu M.V., Timpu D. Preparation and characterization of novel composites based on chitosan and clinoptilolite with enhanced adsorption properties for Cu2+ // Bioresource Technology (2010) V. 101, P. 812-817].Composite microspheres are kept under stirring for 5 h at 37°С, separated from the dispersion medium and thoroughly washed with distilled water from unreacted sodium tripolyphosphate and dried for 24 h at room temperature and 48 h under vacuum at 40°С. The average dry microsphere size is 800 µm [Dragan ES, Dinu MV, Timpu D. Preparation and characterization of novel composites based on chitosan and clinoptilolite with enhanced adsorption properties for Cu 2+ // Bioresource Technology (2010) V. 101, P. 812-817].

Извлечение ионов металлов композитом хитозан/клиноптилолит из водных растворов проводят следующим образом. 0,25 г сухих микросфер композита помещают в колбу, приливают 25 мл водного раствора CuSO4, с концентрацией 0,07 моль/л и проводят контактирование в течение 24 ч.The extraction of metal ions by the chitosan/clinoptilolite composite from aqueous solutions is carried out as follows. 0.25 g of dry microspheres of the composite is placed in a flask, 25 ml of an aqueous solution of CuSO 4 is added, with a concentration of 0.07 mol/l, and contact is carried out for 24 hours.

Сорбционную емкость сорбента рассчитывают по формуле,The sorption capacity of the sorbent is calculated by the formula

Figure 00000001
Figure 00000001

где С 0 - начальная концентрация ионов металла в растворе, мг/л;where C 0 is the initial concentration of metal ions in solution, mg/l;

С - равновесная концентрация ионов металла в растворе, мг/л; C - equilibrium concentration of metal ions in solution, mg/l;

m - масса навески сорбента (композита), г; m is the weight of the sample of the sorbent (composite), g;

V - объем раствора, мл; V is the volume of the solution, ml;

63,5 - атомная масса меди.63.5 is the atomic mass of copper.

Однако недостатками данного способа являются: длительное время обработки сорбента (5 ч) в растворе триполифосфата натрия; - длительное время сушки (24 ч при комнатной температуре и 48 ч под вакуумом при 40°С); недостаточно высокая степень извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов (нет данных для металлов, кроме меди).However, the disadvantages of this method are: long processing time of the sorbent (5 h) in a solution of sodium tripolyphosphate; - long drying time (24 hours at room temperature and 48 hours under vacuum at 40°C); insufficiently high degree of extraction of heavy metal ions from aqueous solutions (no data for metals other than copper).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, то есть прототипом, является способ получения композиционного сорбента для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов, заключающийся в смешении раствора хитозана в 1 % уксусной кислоте с дисперсией армирующего материала в дистиллированной воде при массовом отношении армирующего дисперсного материала и хитозана 1:10 - 1:2, интенсивном перемешивании, постепенном добавлении эпихлоргидрина в качестве сшивающего агента и перемешивании до его полного включения в реакционную смесь, последующем капельном введении приготовленной смеси в водный раствор триполифосфата натрия с концентрацией 0,05 М при перемешивании, выдерживании в нем образовавшихся микросфер с последующим их отделением от дисперсионной среды и тщательной промывке дистиллированной водой от непрореагировавшего триполифосфата натрия, в котором в качестве армирующего дисперсного материала используют полиметилсилоксана полигидрат, а выдерживание композитных микросфер в водном растворе триполифосфата натрия осуществляют при микроволновом облучении мощностью 300 Вт с частотой 2,45 ГГц и температуре 25-40°С в течение 15-25 мин [Пат. 2691050 РФ, МПК С 1 51, B 01 J 20/30, B 01 J 20/24. B 01 J 20/26, B 01 J 20/103. Способ получения композиционного сорбента для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов [Текст] / Никифорова Т.Е., Козлов В.А., Липатова И.М., Натареев С.В., Кузьмина М.В.; заявитель и патентообладатель Иван. гос. хим-тех. ун-т. - №2018116841; заявл. 04.05.2018; опубл. 07.06.2019, Бюл. № 16.].The closest in technical essence and the achieved result, that is, the prototype, is a method for producing a composite sorbent for extracting heavy metal ions from aqueous solutions, which consists in mixing a solution of chitosan in 1% acetic acid with a dispersion of reinforcing material in distilled water at a mass ratio of reinforcing dispersed material and chitosan 1:10 - 1:2, intensive stirring, gradual addition of epichlorohydrin as a crosslinking agent and stirring until it is completely included in the reaction mixture, subsequent dropwise introduction of the prepared mixture into an aqueous solution of sodium tripolyphosphate with a concentration of 0.05 M with stirring, keeping microspheres formed in it, followed by their separation from the dispersion medium and thorough washing with distilled water from unreacted sodium tripolyphosphate, in which as reinforcing particulate material using polymethylsiloxane polyhydrate, and keeping the composite microspheres in an aqueous solution of sodium tripolyphosphate is carried out under microwave irradiation with a power of 300 W at a frequency of 2.45 GHz and a temperature of 25-40°C for 15-25 min [US Pat. 2691050 RF, IPC C 1 51, B 01 J 20/30, B 01 J 20/24. B 01 J 20/26, B 01 J 20/103. The method of obtaining a composite sorbent for the extraction of heavy metal ions from aqueous solutions [Text] / Nikiforova T.E., Kozlov V.A., Lipatova I.M., Natareev S.V., Kuzmina M.V.; applicant and patent holder Ivan. state chemical tech. un-t. - No. 2018116841; dec. 05/04/2018; publ. 06/07/2019, Bull. No. 16.].

Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:

- недостаточно высокая сорбционная емкость сорбента при извлечении ионов тяжелых металлов; - insufficiently high sorption capacity of the sorbent in the extraction of heavy metal ions;

- необходимость использования СВЧ-оборудования для обработки сорбентов.- the need to use microwave equipment for processing sorbents.

Техническим результатом изобретения является повышение сорбционной емкости сорбента по отношению к ионам тяжелых металлов; упрощение процесса обработки композитных микросфер на основе хитозана в водном щелочном растворе при получении сорбентов за счет исключения использования СВЧ- обработки.The technical result of the invention is to increase the sorption capacity of the sorbent in relation to heavy metal ions; simplification of the processing of composite microspheres based on chitosan in an aqueous alkaline solution in the preparation of sorbents by eliminating the use of microwave processing.

Указанный результат достигается тем, что в способе получения композиционного сорбента на основе хитозана, заключающемся в смешении раствора хитозана в уксусной кислоте с суспензией наполнителя в дистиллированной воде при массовом отношении наполнителя и хитозана 1:10-1:2, интенсивном перемешивании, последующем капельном введении приготовленной смеси в водный щелочной раствор при перемешивании, выдерживании в нем образовавшихся гранул композиционного сорбента с последующим их отделением от жидкой фазы и тщательной промывке дистиллированной водой до нейтрального рН, согласно изобретению, в исходную смесь реагентов дополнительно вводят водный раствор допамина в массовом отношении допамин : хитозан 1:10-1:3, уксусную кислоту для приготовления раствора хитозана используют с концентрацией 3-5 об. %, в качестве наполнителя дополнительно используют диоксид кремния, в качестве щелочного раствора используют водный раствор гидроксида натрия с концентрацией 1-2 М, в котором образовавшиеся гранулы выдерживают в течение 20-50 мин с последующей промывкой дистиллированной водой, а отмытые от щелочного раствора гранулы помещают в 1-2 масс.% водный раствор сшивающего агента, выбранного из глутарового альдегида и эпихлогидрина и выдерживают при перемешивании при комнатной температуре в течение 1,5-2 ч, после чего промывают дистиллированной водой, затем 50 об. % раствором этанола и снова дистиллированной водой и хранят в дистиллированной воде до использования.This result is achieved by the fact that in the method of obtaining a composite sorbent based on chitosan, which consists in mixing a solution of chitosan in acetic acid with a suspension of the filler in distilled water at a mass ratio of the filler and chitosan 1:10-1:2, intensive mixing, followed by dropwise introduction of the prepared mixture into an aqueous alkaline solution with stirring, keeping the formed granules of the composite sorbent in it, followed by their separation from the liquid phase and thorough washing with distilled water to neutral pH, according to the invention, an aqueous solution of dopamine is additionally added to the initial mixture of reagents in a mass ratio of dopamine : chitosan 1 :10-1:3, acetic acid for the preparation of a solution of chitosan is used with a concentration of 3-5 vol. %, silicon dioxide is additionally used as a filler, and aqueous solution of sodium hydroxide with a concentration of 1-2 M, in which the formed granules are kept for 20-50 minutes, followed by washing with distilled water, and the granules washed from an alkaline solution are placed in a 1-2 wt.% aqueous solution of a cross-linking agent selected from glutaraldehyde and epichlorohydrin and kept under stirring at room temperature for 1.5-2 hours, after which they are washed with distilled water, then 50 vol. . % ethanol solution and again with distilled water and stored in distilled water until use.

Для осуществления заявляемого изобретения используют следующие материалы и реагенты:To implement the claimed invention, the following materials and reagents are used:

- Хитозан. ТУ 9289-067-00472124-03 «Хитозан пищевой». Хитозан пищевой (кислоторастворимый) получают в виде порошка из панциря ракообразных (изготовитель - ЗАО «Биопрогресс») с молекулярной массой 200 кДа и степенью деацетилирования 88%;- Chitosan. TU 9289-067-00472124-03 "Food chitosan". Food grade chitosan (acid-soluble) is obtained in the form of a powder from the shell of crustaceans (manufactured by CJSC Bioprogress) with a molecular weight of 200 kDa and a deacetylation degree of 88%;

- Полиметилсилоксана полигидрат (гидрогель метилкремниевой кислоты): ТУ 2439-001-14662377-2004 - продукт нелинейной поликонденсации 1,1,3,3-тетрагидрокси -1,3-диметилдисилоксана полигидрат. Полиметилсилоксана полигидрат имеет пористую структуру кремнийорганической матрицы (молекулярная губка) гидрофобной природы; представляет собой массу белого цвета, состоящую из желеобразных комочков разного размера без запаха и вкуса. Практически нерастворим в воде.- Polymethylsiloxane polyhydrate (methylsilicic acid hydrogel) Polymethylsiloxane polyhydrate has a porous structure of an organosilicon matrix (molecular sponge) of a hydrophobic nature; It is a mass of white color, consisting of jelly-like lumps of different sizes, odorless and tasteless. Practically insoluble in water.

Figure 00000002
Figure 00000002

- Диоксид кремния. ГОСТ 9428-73. Кремний (IV) оксид. Технические условия;- Silica. GOST 9428-73. Silicon (IV) oxide. Specifications;

- Допамин. Код CAS 51-61-6- Dopamine. CAS code 51-61-6

Структурная формула:Structural formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

- Глутаровый альдегид CAS #: 111-30-8 Прозрачная и бесцветная жидкость, легко растворимая в воде. Структурная формула:- Glutaraldehyde CAS #: 111-30-8 Clear and colorless liquid, easily soluble in water. Structural formula:

Figure 00000004
;
Figure 00000004
;

- Эпихлоргидрин. ГОСТ 12844-74 Эпихлоргидрин технический. Технические условия;- Epichlorohydrin. GOST 12844-74 Technical epichlorohydrin. Specifications;

- Натрия гидроксид. ГОСТ Р 55064-2012. Натр едкий технический. Технические условия;- Sodium hydroxide. GOST R 55064-2012. Technical caustic soda. Specifications;

- Уксусная кислота СН3СООН. ГОСТ Р 55982-2014. Кислота уксусная для пищевой промышленности. Технические условия;- Acetic acid CH 3 COOH. GOST R 55982-2014. Acetic acid for the food industry. Specifications;

- Спирт этиловый. ГОСТ 5962-2013 Спирт этиловый ректификованный из пищевого сырья. Технические условия.- Ethanol. GOST 5962-2013 Rectified ethyl alcohol from food raw materials. Specifications.

- Вода дистиллированная. ГОСТ Р 58144-2018. Вода дистиллированная. Технические условия.- Distilled water. GOST R 58144-2018. Distilled water. Specifications.

Сорбционную емкость сорбента рассчитывают по формуле,The sorption capacity of the sorbent is calculated by the formula

Figure 00000005
Figure 00000005

где С 0 - начальная концентрация ионов металла в растворе, мг/л;where C 0 is the initial concentration of metal ions in solution, mg/l;

С - равновесная концентрация ионов металла в растворе, мг/л; C - equilibrium concentration of metal ions in solution, mg/l;

m - масса навески сорбента (композита), г; m is the weight of the sample of the sorbent (composite), g;

V - объем раствора, мл; V is the volume of the solution, ml;

63,5 - атомная масса меди.63.5 is the atomic mass of copper.

Изобретение осуществляют следующим образом.The invention is carried out as follows.

Пример 1.Example 1

Для приготовления 20 г 3 масс.% - го раствора хитозана взвешивают навеску хитозана массой 0,6 г, растворяют в 12,4 мл 5 об. % уксусной кислоты и интенсивно перемешивают в течение 2 ч до образования густого однородного геля, вводят 5 мл водного раствора, содержащего 0,2 г допамина (масс. соотношение допамин : хитозан 1:3), смешивают с 2 мл водной суспензии, содержащей 0,06 г полиметилсилоксана полигидрата (масс. соотношение наполнитель/хитозан 1:10), перемешивают в течение 0,5 ч, затем приготовленную смесь вводят капельным способом в 180 мл раствора гидроксида натрия концентрацией 1,5 М при постоянном перемешивании до образования гранул и выдерживают их при комнатной температуре в течение 35 мин с последующим их отделением фильтрованием от жидкой фазы и тщательно и промывают дистиллированной водой до нейтрального рН, затем отмытые от щелочного раствора гранулы помещают в стакан, содержащий 50 мл 1 масс.% водного раствора глутарового альдегтда и выдерживают при перемешивании при комнатной температуре в течение 2 ч, после чего промывают дистиллированной водой, затем 50 об. % раствором этанола и снова дистиллированной водой и хранят в дистиллированной воде до использования.To prepare 20 g of a 3 wt.% solution of chitosan, weigh a portion of chitosan weighing 0.6 g, dissolve in 12.4 ml of 5 vol. % acetic acid and intensively stirred for 2 hours until a thick homogeneous gel is formed, 5 ml of an aqueous solution containing 0.2 g of dopamine (mass ratio of dopamine : chitosan 1:3) is added, mixed with 2 ml of an aqueous suspension containing 0. 06 g of polymethylsiloxane polyhydrate (mass ratio filler/chitosan 1:10), stirred for 0.5 h, then the prepared mixture is introduced dropwise into 180 ml of sodium hydroxide solution with a concentration of 1.5 M with constant stirring until granules are formed and kept at room temperature for 35 minutes, followed by their separation by filtration from the liquid phase and thoroughly and washed with distilled water until neutral pH, then the granules washed from an alkaline solution are placed in a beaker containing 50 ml of 1 wt.% aqueous solution of glutaraldehyde and kept under stirring at room temperature for 2 hours, then washed with distilled water, then 50 vol. % ethanol solution and again with distilled water and stored in distilled water until use.

Извлечение ионов металлов композитом хитозан/ допамин/ полиметилсилоксана полигидрат из водных растворов. 0,25 г композиционного сорбента на основе хитозана в пересчете на сухое вещество помещают в колбу, приливают 25 мл водного раствора CuSO4 (модуль раствор / сорбент 100) с концентрацией 0,7 моль/л при pH 5 и проводят контактирование. Через 24 ч раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов Cu(II) методом атомно-абсорбционной спектроскопии.Extraction of metal ions by a composite of chitosan/dopamine/polymethylsiloxane polyhydrate from aqueous solutions. 0.25 g of a composite sorbent based on chitosan in terms of dry matter is placed in a flask, 25 ml of an aqueous solution of CuSO 4 (module solution / sorbent 100) is added with a concentration of 0.7 mol/l at pH 5 and contact is carried out. After 24 hours, the solution is filtered off and the content of Cu(II) ions in the filtrate is determined by atomic absorption spectroscopy.

Концентрация ионов меди в растворе после контактирования с сорбентом составила 0,601 моль/л. Сорбционная емкость, определенная по формуле (1), составила 9,90 ммоль/г.The concentration of copper ions in the solution after contact with the sorbent was 0.601 mol/l. The sorption capacity determined by formula (1) was 9.90 mmol/g.

Пример 2.Example 2

Для приготовления 20 г 3 масс.% - го раствора хитозана взвешивают навеску хитозана массой 0,6 г, растворяют в 12,4 мл 4 об. % уксусной кислоты и интенсивно перемешивают в течение 2 ч до образования густого однородного геля, вводят 5 мл водного раствора, содержащего 0,12 г допамина (масс. соотношение допамин : хитозан 1:5), смешивают с 2 мл водной суспензии, содержащей 0,30 г диоксида кремния (масс. соотношение наполнитель/хитозан 1:2), перемешивают в течение 0,5 ч, затем приготовленную смесь вводят капельным способом в 180 мл раствора гидроксида натрия концентрацией 1 М при постоянном перемешивании до образования гранул и выдерживают их при комнатной температуре в течение 50 мин с последующим их отделением фильтрованием от жидкой фазы и тщательно и промывают дистиллированной водой до нейтрального рН, затем отмытые от щелочного раствора гранулы помещают в стакан, содержащий 50 мл 1,5 масс.% водного раствора глутарового альдегтда и выдерживают при перемешивании при комнатной температуре в течение 1,5 ч, после чего промывают дистиллированной водой, затем 50 об. % раствором этанола и снова дистиллированной водой и хранят в дистиллированной воде до использования.To prepare 20 g of a 3 wt.% solution of chitosan, weigh a sample of chitosan weighing 0.6 g, dissolve in 12.4 ml of 4 vol. % acetic acid and intensively stirred for 2 hours until a thick homogeneous gel is formed, 5 ml of an aqueous solution containing 0.12 g of dopamine (mass ratio of dopamine : chitosan 1:5) is added, mixed with 2 ml of an aqueous suspension containing 0. 30 g of silicon dioxide (mass ratio filler/chitosan 1:2), stirred for 0.5 h, then the prepared mixture is introduced dropwise into 180 ml of sodium hydroxide solution with a concentration of 1 M with constant stirring until granules are formed and kept at room temperature temperature for 50 min, followed by their separation by filtration from the liquid phase and thoroughly and washed with distilled water to neutral pH, then the granules washed from an alkaline solution are placed in a beaker containing 50 ml of a 1.5 wt.% aqueous solution of glutaraldehyde and kept under stirring at room temperature for 1.5 h, then washed with distilled water, then 50 vol. % ethanol solution and again with distilled water and stored in distilled water until use.

Извлечение ионов металлов композитом хитозан/ допамин/ диоксид кремния из водных растворов. 0,25 г композиционного сорбента на основе хитозана в пересчете на сухое вещество помещают в колбу, приливают 12,5 мл водного раствора NiSO4 (модуль раствор / сорбент 50) с концентрацией 0,7 моль/л при pH 5 и проводят контактирование. Через 20 ч раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов Ni(II) методом атомно-абсорбционной спектроскопии.Extraction of metal ions by a chitosan/dopamine/silicon dioxide composite from aqueous solutions. 0.25 g of a composite sorbent based on chitosan in terms of dry matter is placed in a flask, 12.5 ml of an aqueous solution of NiSO 4 (module solution / sorbent 50) is added with a concentration of 0.7 mol/l at pH 5 and contact is carried out. After 20 hours, the solution is filtered off, and the content of Ni(II) ions in the filtrate is determined by atomic absorption spectroscopy.

Концентрация ионов никеля в растворе после контактирования с сорбентом составила 0,507 моль/л. Сорбционная емкость, определенная по формуле (1), составила 9,65 ммоль/г:The concentration of nickel ions in the solution after contact with the sorbent was 0.507 mol/l. The sorption capacity determined by formula (1) was 9.65 mmol/g:

Пример 3.Example 3

Для приготовления 20 г 3 масс.% - го раствора хитозана взвешивают навеску хитозана массой 0,6 г, растворяют в 12,4 мл 3 об. % уксусной кислоты и интенсивно перемешивают в течение 2 ч до образования густого однородного геля, вводят 5 мл водного раствора, содержащего 0,06 г допамина (масс. соотношение допамин : хитозан 1:10), смешивают с 2 мл водной суспензии, содержащей 0,10 г полиметилсилоксана полигидрата (масс. соотношение наполнитель/хитозан 1:6), перемешивают в течение 0,5 ч, затем приготовленную смесь вводят капельным способом в 180 мл раствора гидроксида натрия концентрацией 2 М при постоянном перемешивании до образования гранул и выдерживают их при комнатной температуре в течение 20 мин с последующим их отделением фильтрованием от жидкой фазы и тщательно и промывают дистиллированной водой до нейтрального рН, затем отмытые от щелочного раствора гранулы помещают в стакан, содержащий 50 мл 2 масс.% водного раствора эпихлоргидгина и выдерживают при перемешивании при комнатной температуре в течение 1 ч, после чего промывают дистиллированной водой, затем 50 об. % раствором этанола и снова дистиллированной водой и хранят в дистиллированной воде до использования.To prepare 20 g of a 3 wt.% solution of chitosan, weigh a portion of chitosan weighing 0.6 g, dissolve in 12.4 ml of 3 vol. % acetic acid and intensively stirred for 2 hours until a thick homogeneous gel is formed, 5 ml of an aqueous solution containing 0.06 g of dopamine (mass ratio of dopamine : chitosan 1:10) is added, mixed with 2 ml of an aqueous suspension containing 0. 10 g of polymethylsiloxane polyhydrate (mass ratio filler/chitosan 1:6), stirred for 0.5 h, then the prepared mixture is introduced dropwise into 180 ml of sodium hydroxide solution with a concentration of 2 M with constant stirring until granules are formed and kept at room temperature temperature for 20 min, followed by their separation by filtration from the liquid phase and thoroughly and washed with distilled water until neutral pH, then the granules washed from an alkaline solution are placed in a beaker containing 50 ml of a 2 wt.% aqueous solution of epichlorhydgin and kept under stirring at room temperature for 1 h, then washed with distilled water, then 50 vol. % ethanol solution and again with distilled water and stored in distilled water until use.

Извлечение ионов металлов композитом хитозан/ допамин/ полиметилсилоксана полигидрат из водных растворов. 0,25 г композиционного сорбента на основе хитозана в пересчете на сухое вещество помещают в колбу, приливают 50 мл водного раствора ZnSO4 (модуль раствор / сорбент 200) с концентрацией 0,7 моль/л и проводят контактирование в течение 22 ч.Extraction of metal ions by a composite of chitosan/dopamine/polymethylsiloxane polyhydrate from aqueous solutions. 0.25 g of a composite sorbent based on chitosan in terms of dry matter is placed in a flask, 50 ml of an aqueous solution of ZnSO 4 (module solution / sorbent 200) with a concentration of 0.7 mol/l is added, and contact is carried out for 22 hours.

Концентрация ионов цинка в растворе после контактирования с сорбентом составила 0,6524 моль/л. Сорбционная емкость, определенная по формуле (1), составила 9,52 ммоль/г:The concentration of zinc ions in the solution after contact with the sorbent was 0.6524 mol/l. The sorption capacity determined by formula (1) was 9.52 mmol/g:

Результаты исследований по извлечению ионов тяжелых металлов из растворов с концентрацией 0,7 моль/л по прототипу и по заявляемому изобретению представлены в таблице.The results of studies on the extraction of heavy metal ions from solutions with a concentration of 0.7 mol/l according to the prototype and according to the claimed invention are presented in the table.

ТаблицаTable

примерыexamples Сорбционная емкость, ммоль/г Sorption capacity, mmol/g Использование СВЧ оборудованияUse of microwave equipment Cu2+ Cu2 + Ni2+ Ni2 + Zn2+ Zn2 + 1.1. 9,909.90 -- -- -- 2.2. -- 9,659.65 -- -- 3.3. -- -- 9,529.52 -- ПрототипPrototype 11 9,39.3 Используетсяused 22 9,19.1 Используетсяused 33 9,29.2 Используетсяused

Таким образом, из приведенных в таблице данных следует, что предлагаемый способ позволяет решить поставленную задачу, а именно, повысить сорбционную емкость сорбента при извлечении ионов тяжелых металлов из растворов (примерно на 3-5 %), упростить процесс обработки композитных гранул на основе хитозана в водном растворе гидроксида натрия при получении сорбентов за счет исключения использования СВЧ- обработки.Thus, it follows from the data in the table that the proposed method allows us to solve the problem, namely, to increase the sorption capacity of the sorbent when extracting heavy metal ions from solutions (by about 3-5%), to simplify the processing of composite granules based on chitosan in aqueous solution of sodium hydroxide in the preparation of sorbents due to the exclusion of the use of microwave treatment.

Исследование проведено с использованием ресурсов Центра коллективного пользования научным оборудованием ИГХТУ (при поддержке Минобрнауки России, соглашение № 075-15-2021-671 от 28.07.2021 г.).The study was carried out using the resources of the Center for the Collective Use of Scientific Equipment of the ISUCT (with the support of the Ministry of Education and Science of Russia, agreement No. 075-15-2021-671 dated July 28, 2021).

Claims (1)

Способ получения композиционного сорбента на основе хитозана, заключающийся в смешении раствора хитозана в уксусной кислоте с суспензией наполнителя в дистиллированной воде при массовом соотношении наполнителя и хитозана 1:10–1:2, интенсивном перемешивании, последующем капельном введении приготовленной смеси в водный щелочной раствор при перемешивании, выдерживании в нем образовавшихся гранул композиционного сорбента с последующим их отделением от жидкой фазы и тщательной промывке дистиллированной водой до нейтрального рН, отличающийся тем, что в исходную смесь реагентов дополнительно вводят водный раствор допамина в массовом соотношении допамин:хитозан 1:10-1:3, уксусную кислоту для приготовления раствора хитозана используют с концентрацией 3-5 об.%, в качестве наполнителя дополнительно используют диоксид кремния, в качестве щелочного раствора используют водный раствор гидроксида натрия с концентрацией 1-2 М, в котором образовавшиеся гранулы выдерживают в течение 20-50 мин с последующей промывкой дистиллированной водой, а отмытые от щелочного раствора гранулы помещают в 1-2 мас.% водный раствор сшивающего агента, выбранного из глутарового альдегида и эпихлогидрина, и выдерживают при перемешивании при комнатной температуре в течение 1,5-2 ч, после чего промывают дистиллированной водой, затем 50 об.% раствором этанола и снова дистиллированной водой и хранят в дистиллированной воде до использования.A method for producing a composite sorbent based on chitosan, which consists in mixing a solution of chitosan in acetic acid with a suspension of a filler in distilled water at a mass ratio of filler and chitosan of 1:10–1:2, intensive mixing, followed by dropwise introduction of the prepared mixture into an aqueous alkaline solution with stirring , keeping the formed granules of the composite sorbent in it, followed by their separation from the liquid phase and thorough washing with distilled water to neutral pH, characterized in that an aqueous solution of dopamine is additionally introduced into the initial mixture of reagents in a dopamine:chitosan mass ratio of 1:10-1:3 , acetic acid for the preparation of a solution of chitosan is used with a concentration of 3-5 vol.%, silicon dioxide is additionally used as a filler, and alkaline solution is used aqueous solution of sodium hydroxide with a concentration of 1-2 M, in which the formed granules are kept for 20-50 minutes, followed by washing with distilled water, and the granules washed from the alkaline solution are placed in a 1-2 wt.% aqueous solution of a cross-linking agent selected from glutaraldehyde and epichlorohydrin, and kept under stirring at room temperature for 1.5-2 hours, after which they are washed with distilled water, then 50 vol.% ethanol solution and again with distilled water and stored in distilled water until use.
RU2022134213A 2022-12-26 Method for producing composite sorbent based on chitosan RU2791811C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2791811C1 true RU2791811C1 (en) 2023-03-13

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112645418A (en) * 2020-12-01 2021-04-13 安徽鸿昌糖业科技有限公司 Composite flocculant for purifying stevioside

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2277013C1 (en) * 2004-12-01 2006-05-27 Николай Павлович Шапкин Water treatment sorbents preparation method
RU2691050C1 (en) * 2018-05-04 2019-06-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" (ИГХТУ) Method of producing composite sorbent for extraction of heavy metal ions from aqueous solutions
EP3774024A1 (en) * 2018-03-26 2021-02-17 Perma-Fix Environmental Services, Inc. Preparation of chitosan-based microporous composite material and its applications

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2277013C1 (en) * 2004-12-01 2006-05-27 Николай Павлович Шапкин Water treatment sorbents preparation method
EP3774024A1 (en) * 2018-03-26 2021-02-17 Perma-Fix Environmental Services, Inc. Preparation of chitosan-based microporous composite material and its applications
RU2691050C1 (en) * 2018-05-04 2019-06-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" (ИГХТУ) Method of producing composite sorbent for extraction of heavy metal ions from aqueous solutions

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112645418A (en) * 2020-12-01 2021-04-13 安徽鸿昌糖业科技有限公司 Composite flocculant for purifying stevioside

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2691050C1 (en) Method of producing composite sorbent for extraction of heavy metal ions from aqueous solutions
RU2687465C1 (en) Method of producing a sorbent for extracting heavy metal ions from aqueous solutions
CN106146913B (en) A kind of chitosan-based hydrogel and its preparation method and application
Wahlström et al. Ulvan dialdehyde-gelatin hydrogels for removal of heavy metals and methylene blue from aqueous solution
Barikani et al. Preparation and application of chitin and its derivatives: a review
Kim et al. Cellulose-chitosan beads crosslinked by dialdehyde cellulose
EP0013181B1 (en) Chitin derivative, material comprising said derivative and process for the preparation thereof
CN113004543B (en) Nano lignin/polyvinyl alcohol composite medical hydrogel and preparation method thereof
RU2760265C1 (en) Method for producing modified sorbent for extracting heavy metal ions from aqueous solutions
Hu et al. Freeze-thaw as a route to build manageable polysaccharide cryogel for deep cleaning of crystal violet
Nguyen et al. Chitin‐halloysite nanoclay hydrogel composite adsorbent to aqueous heavy metal ions
KR102351290B1 (en) Chitosan-Gelatin Hydrogels for heavy metal adsorption and chitosan-gelatin hydrogels manufactured by the same method
Giri et al. Effect of adsorption parameters on biosorption of Pb++ ions from aqueous solution by poly (acrylamide)-grafted kappa-carrageenan
Taşdelen et al. Radiation synthesis and characterization of chitosan/hyraluronic acid/hydroxyapatite hydrogels: Drug uptake and drug delivery systems
EP1412391A1 (en) Chitosan preparation
Ren et al. Preparation of sugarcane bagasse/poly (acrylic acid-co-acrylamide) hydrogels and their application
CN113000037A (en) Composite microsphere adsorbent for treating ammonia nitrogen and heavy metal composite polluted wastewater in rare earth mining area and preparation method and application thereof
CN109627765A (en) A kind of biodegradation type composite hydrogel and its preparation method and application
RU2791811C1 (en) Method for producing composite sorbent based on chitosan
RU2768585C1 (en) Method of producing modified sorbent for extracting heavy metal ions from aqueous solutions
JP3924612B2 (en) Complex of silk protein and chitosan and method for producing the same
CN104229851B (en) The preparation method of a kind of eggshell ultramicro active calcium carbonate
CN109675096A (en) A kind of preparation method of chitin fiber aerogel dressing
RU2786446C1 (en) Method for obtaining a composite sorbent for the extraction of heavy metal ions from aqueous solutions
Chen et al. Removal of methylene blue dye from aqueous solutions by pullulan polysaccharide/polyacrylamide/activated carbon complex hydrogel adsorption