RU2813588C1 - Способ модифицирования сорбентов для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов - Google Patents
Способ модифицирования сорбентов для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2813588C1 RU2813588C1 RU2023113956A RU2023113956A RU2813588C1 RU 2813588 C1 RU2813588 C1 RU 2813588C1 RU 2023113956 A RU2023113956 A RU 2023113956A RU 2023113956 A RU2023113956 A RU 2023113956A RU 2813588 C1 RU2813588 C1 RU 2813588C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sorbent
- hours
- solution
- room temperature
- cnts
- Prior art date
Links
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 title claims abstract description 106
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 title claims abstract description 34
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 title claims abstract description 25
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 83
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 81
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 80
- FYSNRJHAOHDILO-UHFFFAOYSA-N thionyl chloride Chemical compound ClS(Cl)=O FYSNRJHAOHDILO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 70
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 56
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 49
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims abstract description 43
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- JQWHASGSAFIOCM-UHFFFAOYSA-M sodium periodate Chemical compound [Na+].[O-]I(=O)(=O)=O JQWHASGSAFIOCM-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 19
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 16
- 125000003172 aldehyde group Chemical group 0.000 claims abstract description 14
- 239000005708 Sodium hypochlorite Substances 0.000 claims abstract description 8
- SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N sodium hypochlorite Chemical compound [Na+].Cl[O-] SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 108
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 13
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 13
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 12
- 229920003174 cellulose-based polymer Polymers 0.000 claims description 8
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 2
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 claims 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 abstract description 33
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 abstract description 33
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 6
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 abstract description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 abstract 2
- SQDFXAMNPLPQSN-UHFFFAOYSA-N [C].S(=O)(Cl)Cl Chemical compound [C].S(=O)(Cl)Cl SQDFXAMNPLPQSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract 1
- QFWPJPIVLCBXFJ-UHFFFAOYSA-N glymidine Chemical compound N1=CC(OCCOC)=CN=C1NS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 QFWPJPIVLCBXFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 22
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 description 19
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 14
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 12
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 11
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 10
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 10
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 10
- 229920002201 Oxidized cellulose Polymers 0.000 description 9
- 238000010908 decantation Methods 0.000 description 9
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 9
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 9
- 229940107304 oxidized cellulose Drugs 0.000 description 9
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 9
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 8
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 6
- JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N Cu2+ Chemical compound [Cu+2] JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 241000208202 Linaceae Species 0.000 description 6
- 235000004431 Linum usitatissimum Nutrition 0.000 description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- -1 periodate ions Chemical class 0.000 description 6
- 240000008892 Helianthus tuberosus Species 0.000 description 5
- 235000003230 Helianthus tuberosus Nutrition 0.000 description 5
- PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N Zinc dication Chemical compound [Zn+2] PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N acetone Substances CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- WLZRMCYVCSSEQC-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+) Chemical compound [Cd+2] WLZRMCYVCSSEQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910001431 copper ion Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 5
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M sodium hydroxide Inorganic materials [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- VEQPNABPJHWNSG-UHFFFAOYSA-N Nickel(2+) Chemical compound [Ni+2] VEQPNABPJHWNSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- JBKVHLHDHHXQEQ-UHFFFAOYSA-N epsilon-caprolactam Chemical compound O=C1CCCCCN1 JBKVHLHDHHXQEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910001453 nickel ion Inorganic materials 0.000 description 4
- KHIWWQKSHDUIBK-UHFFFAOYSA-N periodic acid Chemical compound OI(=O)(=O)=O KHIWWQKSHDUIBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 2-Propenoic acid Natural products OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 description 2
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 2
- 229920001277 pectin Polymers 0.000 description 2
- 239000001814 pectin Substances 0.000 description 2
- 235000010987 pectin Nutrition 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 2
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- ZNZYKNKBJPZETN-WELNAUFTSA-N Dialdehyde 11678 Chemical compound N1C2=CC=CC=C2C2=C1[C@H](C[C@H](/C(=C/O)C(=O)OC)[C@@H](C=C)C=O)NCC2 ZNZYKNKBJPZETN-WELNAUFTSA-N 0.000 description 1
- 229920001202 Inulin Polymers 0.000 description 1
- 229920000057 Mannan Polymers 0.000 description 1
- 241000872931 Myoporum sandwicense Species 0.000 description 1
- 229910019093 NaOCl Inorganic materials 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000531763 Otididae Species 0.000 description 1
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000002154 agricultural waste Substances 0.000 description 1
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 1
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000003925 fat Substances 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- JYJIGFIDKWBXDU-MNNPPOADSA-N inulin Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)OC[C@]1(OC[C@]2(OC[C@]3(OC[C@]4(OC[C@]5(OC[C@]6(OC[C@]7(OC[C@]8(OC[C@]9(OC[C@]%10(OC[C@]%11(OC[C@]%12(OC[C@]%13(OC[C@]%14(OC[C@]%15(OC[C@]%16(OC[C@]%17(OC[C@]%18(OC[C@]%19(OC[C@]%20(OC[C@]%21(OC[C@]%22(OC[C@]%23(OC[C@]%24(OC[C@]%25(OC[C@]%26(OC[C@]%27(OC[C@]%28(OC[C@]%29(OC[C@]%30(OC[C@]%31(OC[C@]%32(OC[C@]%33(OC[C@]%34(OC[C@]%35(OC[C@]%36(O[C@@H]%37[C@@H]([C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O%37)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%36)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%35)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%34)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%33)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%32)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%31)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%30)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%29)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%28)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%27)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%26)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%25)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%24)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%23)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%22)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%21)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%20)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%19)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%18)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%17)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%16)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%15)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%14)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%13)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%12)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%11)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%10)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O9)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O8)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O7)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O6)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O5)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O4)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O3)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 JYJIGFIDKWBXDU-MNNPPOADSA-N 0.000 description 1
- 229940029339 inulin Drugs 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 description 1
- KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N potassium dichromate Chemical compound [K+].[K+].[O-][Cr](=O)(=O)O[Cr]([O-])(=O)=O KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012286 potassium permanganate Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к химической промышленности, а именно к способам извлечения ионов тяжелых металлов сорбцией на природных целлюлозосодержащих сорбентах, из растворов различного состава. Способ модифицирования сорбентов на основе целлюлозы для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов заключается в нанесении на сорбенты окисленных и обработанных тионилхлоридом углеродных нанотрубок (УНТ), при этом количество УНТ составляет 10-20% от массы сорбента. УНТ окисляют концентрированной серной кислотой при модуле 50-100 при комнатной температуре в течение 1,5-2 ч, промывают водой, высушивают. Затем окисленные УНТ последовательно обрабатывают тионилхлоридом при модуле 50 при комнатной температуре в течение 2-4 ч и этилендиамином при модуле 200 при 70°С в течение 2-3 ч. После этого промывают полученные модифицированные УНТ несколько раз поочередно дистиллированной водой и этанолом до рН 7. Полимерные сорбенты на основе целлюлозы предварительно обрабатывают раствором окислителя, выбранного из метаперйодата натрия, йодной кислоты или гипохлорита натрия, при концентрации окислителя 0,1-0,3 М, при рН раствора 2,5-4,5, при модуле раствор/сорбент 15-50, при температуре 40-55°C, в течение 2-4 часов, до содержания альдегидных групп в сорбенте 10-12%. Предложенное изобретение позволяет повысить степень извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов. 1 табл., 9 пр.
Description
Изобретение относится к химической промышленности, а именно, к способам извлечения ионов тяжелых металлов сорбцией на природных целлюлозосодержащих сорбентах, 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.
Известен способ очистки сточных вод промышленных предприятий от тяжелых металлов, в частности от ионов меди, путем сорбции на древесных опилках, обработанных 4-метил-8-оксо-5-азадекадиен-3,9-ОН-2 при массовом соотношении опилки - реагент 1 : 0,05÷0,1 [А.с. 1819669 СССР, МКИ5 В01J 20/22. Способ получения сорбента для очистки сточных вод меди // Тимофеева С.С., Кухарев Б.Ф., Станкевич В.К., Клименко Г.Р. - № 4911863/05; заявл. 15.05.91.; опубл. 7.06.93, Бюл. № 21.].
Известен способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов путем контактирования их при комнатной температуре в течение 1-20 мин с полимерными сорбентами на основе целлюлозы, модифицированными при микроволновом облучении мощностью 300 Вт с частотой 2,45 ГГц при модуле раствор/сорбент, равном 50-200. При этом модифицирование сорбентов осуществляют путем их предварительного погружения в водный раствор капролактама или кубового остатка дистилляции капролактама с концентрацией 2-20 г/л при модуле 15-50 с последующим отжимом и микроволновым облучением в течение 1-5 мин при температуре 150-200°C, а контактирование модифицированных сорбентов с водными растворами проводят при pH раствора 3-7 [Патент № 2495830 РФ, МПК С02F 1/28, 1/62; B01J 20/24, 20/32. Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов / Никифорова Т.Е., Козлов В.А., Ефимов Н.А.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" (ГОУВПО "ИГХТУ") (RU). - № 2012117931/05, 28.04.2012; опубл. 20.10.2013, Бюл. №29].
Однако в этом способе обработка сорбентов проводится при высокой температуре (150-200°C) и с использованием микроволнового облучения.
Известен способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов путем контактирования их при комнатной температуре в течение 1-20 мин с модифицированными полимерными сорбентами на основе целлюлозы при модуле раствор / сорбент, равном 50-200, в котором модифицирование сорбентов осуществляют путем нанесения на них углеродных нанотрубок при ультразвуковом воздействии с рабочей частотой 35 кГц при комнатной температуре в течение 2-10 мин в водном растворе, содержащем 3-12 % полиакриловой кислоты и 0,1-1 % нанотрубок от массы сорбента при модуле раствор / сорбент 10 с последующей обработкой сорбентов в растворе акриловой кислоты в присутствии инициатора при температуре 60-90ºС при перемешивании в течение 30-90 мин, при этом обработку сорбентов с нанесенными углеродными нанотрубками осуществляют в растворе с содержанием акриловой кислоты 15-25 % и инициатора персульфата аммония 1,5-2,5 % от массы сорбента при модуле раствор / сорбент 10 с последующей промывкой, отжимом и высушиванием до влажности 14 % [Пат. 2598483 РФ, МПК С02F 1/28, 1/62, B01J 20/00. Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов / Никифорова Т.Е., Козлов В.А., Натареев С.В., Гайнуллина А.М.; заявитель и патентообладатель Иван. гос. хим-тех. ун-т. - №2015125938/05; заявл. 29.06.2015; опубл. 27.09.2016, Бюл. № 27].
Однако при использовании этого способа достигается недостаточно высокая степень извлечения ионов тяжелых металлов. Кроме того, предусмотрено применение ультразвуковой обработки сорбентов, требующей специальной аппаратуры.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, то есть прототипом, является способ модифицирования сорбентов для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов, заключающийся в контактировании их при комнатной температуре с модифицированными полимерными сорбентами на основе целлюлозы при модуле раствор/сорбент, равном 50-200, при этом модифицирование сорбентов осуществляют путем нанесения на них углеродных нанотрубок (УНТ), в котором углеродные нанотрубки предварительно окисляют концентрированной азотной кислотой при модуле 50-100 при комнатной температуре в течение 60-90 мин или растворами бихромата калия или перманганата калия при рН 2-4, модуле раствора 50-100 и температуре 50-60°С в течение 20-30 мин, затем углеродные нанотрубки отделяют, промывают дистиллированной водой, высушивают и обрабатывают тионилхлоридом при модуле тионилхлорид/УНТ 30-50 при нагревании с обратным холодильником при температуре 75-80°С в течение 15-20 мин с последующей промывкой, отжимом и высушиванием до постоянного веса, после чего проводят модификацию полимерных сорбентов на основе целлюлозы обработанными углеродными нанотрубками в количестве 10-20% от массы сорбента в толуоле при модуле толуол/сорбент 1-2 при комнатной температуре в течение 1-2 ч, затем готовый сорбент отделяют от толуола центрифугированием, промывают дистиллированной водой и высушивают, а контактирование их с модифицированными полимерными сорбентами на основе целлюлозы осуществляют в течение 20-30 мин [Пат. 2768623 РФ, МПК С 1 51, B 01 J 20/24, B 01 J 20/32, C02F 1/28. Способ модифицирования сорбентов для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов [Текст] / Никифорова Т.Е., Козлов В.А., Натареев С.В., Вокурова Д.А.; заявитель и патентообладатель Иван. гос. хим-тех. ун-т. - №2021116849; заявл. 10.06.2021; опубл. 24.03.2022, Бюл. № 9.]
Недостатком прототипа является:
- недостаточно высокая степень извлечения ионов тяжелых металлов;
Техническим результатом изобретения является:
- повышение степени извлечения ионов тяжелых металлов.
Указанный результат достигается тем, что в способе модифицирования сорбентов для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов, заключающемся в контактировании их при комнатной температуре с модифицированными полимерными сорбентами на основе целлюлозы при модуле раствор/сорбент, равном 50-200 в течение 20-30 мин, при этом модифицирование сорбентов осуществляют путем нанесения на них окисленных и обработанных тионилхлоридом углеродных нанотрубок (УНТ) в количестве 10-20% от массы сорбента в толуоле при модуле толуол/сорбент 1-2 при комнатной температуре в течение 1-2 ч, затем готовый сорбент отделяют от толуола центрифугированием, промывают дистиллированной водой и высушивают, согласно изобретению, УНТ окисляют концентрированной серной кислотой при модуле 50-100 при комнатной температуре в течение 1,5-2 ч, промывают водой, высушивают, после чего окисленные УНТ последовательно обрабатывают тионилхлоридом при модуле 50 при комнатной температуре в течение 2-4 ч и этилендиамином при модуле 200 при 70 С в течение 2-3 ч, промывают несколько раз поочередно дистиллированной водой и этанолом до рН 7, причем полимерные сорбенты на основе целлюлозы предварительно обрабатывают раствором окислителя, выбранного из метаперйодата натрия, йодной кислоты или гипохлорита натрия, при концентрации окислителя 0,1-0,3 М, при рН раствора 2,5-4,5, при модуле раствор/сорбент 15-50, при температуре 40-55°C, в течение 2-4 часов, до содержания альдегидных групп в сорбенте 10-12%.
Для осуществления заявляемого способа извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов используют следующие реагенты:
- углеродные нанотрубки (УНТ) «Таунит–М» (ТУ 2166-001-02069289-2006, ООО «НаноТехЦентр».
Углеродный наноматериал «Таунит-М» представляет собой одномерные наномасштабные нитевидные образования поликристаллического графита длиной более 2 мкм с наружными диаметрами от 15 до 40 нм в виде сыпучего порошка черного цвета.
- спирт этиловый ректификованный из пищевого сырья ГОСТ 5962-2013. Технические условия
- серная кислота. ГОСТ 4204-77. Реактивы. Кислота серная. Технические условия.
- гидроксид натрия ГОСТ Р 55064-2012 натр едкий технический. Технические условия.
- тионилхлорид- SOCl2 [Номер CAS 7719-09-7].
- этилендиамин [ТУ 6-02-622-86 Этилендиамин технический].
- йодная кислота - HIO4 [ТУ 6-09-02-87-74];
- метаперйодат натрия – NaIO4 [ТУ 6-09-02-54-74];
- гипохлорит натрия - NaOCl [ГОСТ 11086-76. Гипохлорит натрия. Технические условия.].
- ацетон [ГОСТ 2768-84. Ацетон технический. Технические условия.].
В качестве сорбентов использовали:
- короткое льняное волокно, представляющее собой вторичный продукт переработки льняной промышленности следующего состава, %: целлюлоза (75…78), гемицеллюлоза (9,4…11,9), лигнин (3,8), пектиновые вещества (2,9…3,2), воскообразные вещества (2,7), азотсодержащие вещества в расчете на белки (1,9…2,1), минеральные вещества (1,3…2,8) [Кричевский Г.Е., Корчагин М.В., Сенахов А.В. Химическая технология текстильных материалов. М., 1985. 640 с.];
- древесные опилки - отход деревообрабатывающей промышленности (состав, % от абсолютно сухой древесины: целлюлоза – 31,0-52,5; лигнин – 19,5-30,9; пентозаны - 5,3-28,3; маннан – 1,3-11,3; галактан – 0,7-14,4; уроновые кислоты -2,9-8,6; вещества, экстрагируемые горячей водой – 1,4-22,6; вещества, экстрагируемые этиловым эфиром – 0,7-4,6; зола – 0,2-1,0) [Никитин В.М., Оболенская А.В. Щеголев В.П. Химия древесины и целлюлозы. М.: Лесная промышленность, 1978. - 368 с.];
- хлопковая целлюлоза [ГОСТ 595-79 «Целлюлоза хлопковая. Технические условия.];
- древесная целлюлоза [ГОСТ 11208-82. Целлюлоза древесная (хвойная) сульфатная небеленая. Технические условия.].
- стебли топинамбура представляют собой отход сельскохозяйственного производства следующего состава (в пересчете на сухое вещество): 55,8 % углеводов (целлюлоза, гемицеллюлозы, инулин, пектиновые вещества), 10% белков, 18,1% безазотистых экстрактивных веществ 14,3% минеральных веществ и 1,8% жиров [Рязанова, Т.В. Химический состав вегетативной части топинамбура и ее использование / Т.В. Рязанова, Н.А. Чупрова, Л.А. Дорофеева, А.В. Богданов // Лесной журнал.- 1997.- №4.- С. 71-75.]/
Стебли топинамбура очищают от внешнего слоя и измельчают.
Изобретение осуществляют следующим образом.
Окисление сорбента на основе целлюлозы метаперйодатом натрия, йодной кислотой или гипохлоритом натрия с образованием диальдегидцеллюлозы осуществляют до содержания альдегидных групп в сорбенте 10-12 % следующим образом.
В стеклянную емкость из темного стекла вместимостью 0,5 л с притертой пробкой помещали 10 г (~ 0,06 моль) сорбента на основе целлюлозы и заливали его водным 0,1-0,3 М раствором окислителя (модуль раствор/сорбент 15-50, рН 2,5-4,5), тщательно взбалтывали и выдерживали в течение 2-4 часов при температуре 40-55°C, при этом периодически отбирали пробы на содержание в растворе перйодат- ионов. Определение содержания в растворе перйодат- ионов проводили спектрофотометрически по оптической плотности растворов.
По окончании реакции окисленный сорбент отфильтровывали от раствора и последовательно промывали водой и ацетоном и высушивали в темноте при комнатной температуре. В окисленном сорбенте определяли содержание альдегидных групп методом йодометрического титрования [Васильев, В.П. Аналитическая химия. Лабораторный практикум: учеб. пособие для вузов химико-технол. профиля/ В.П. Васильев, Р.П. Морозова, Л.А. Кочергина; под ред. В.П. Васильева. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Дрофа,2004. – 415с.].
Пример 1
1 этап – окисление и обработка УНТ
1 г УНТ «Таунит-М» заливают 100 мл концентрированной серной кислоты (модуль 100) и проводят их окисление при комнатной температуре в течение 1,5 ч. Затем не прореагировавшую концентрированную серную кислоту отделяют от углеродных нанотрубок декантацией (или фильтрованием), УНТ промывают дистиллированной водой и высушивают.
1 г окисленных УНТ заливают 50 мл тионилхлорида (модуль 50) и обрабатывают при комнатной температуре в течение 2 ч, затем тионилхлорид отфильтровывают и заливают 200 мл этилендиамина (модуль 200) и выдерживают при 70ºС с обратным холодильником в течение 3 ч, промывают несколько раз поочередно дистиллированной водой и этанолом до рН 7 и высушивают.
2 этап – окисление целлюлозных материалов
10 г древесных опилок заливают 200 мл 0,3 М водного раствора йодной кислоты (модуль 20) при рН 3,5 и подвергают воздействию окислителя при температуре 55°С в течение 2 ч, затем массу промывают дистиллированной водой для удаления непрореагировавших реагентов и побочных продуктов.
3 этап – модификация окисленных целлюлозных материалов обработанными УНТ
2 г окисленных и обработанных тионилхлоридом и этилендиамином УНТ «Таунит-М» (20% от массы сорбента) помещают в стакан, содержащий 20 мл толуола, и растворяют при перемешивании. Затем в полученный раствор вводят 10 г окисленных древесных опилок с содержанием альдегидных групп 10,5 % (модуль толуол/сорбент 2) и выдерживают 1 ч при комнатной температуре. Готовый сорбент отделяют центрифугированием от толуола, промывают дистиллированной водой и высушивают.
Модифицированный сорбент заливают 0,5 л водного раствора при комнатной температуре (модуль 50), pH 5, содержащего 1,5 ммоль/л ионов меди. Через 20 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов Cu(II).
Концентрация ионов меди в растворе после контактирования с сорбентом составила 0,234 ммоль/л (степень извлечения 84,4%).
Пример 2
1 этап – окисление и обработка УНТ
1 г УНТ «Таунит-М» заливают 100 мл концентрированной серной кислоты (модуль 100) и проводят их окисление при комнатной температуре в течение 2 ч. Затем не прореагировавшую концентрированную серную кислоту отделяют от углеродных нанотрубок декантацией (или фильтрованием), УНТ промывают дистиллированной водой и высушивают.
1 г окисленных УНТ заливают 50 мл тионилхлорида (модуль 50) и обрабатывают при комнатной температуре в течение 3 ч, затем тионилхлорид отфильтровывают и заливают 200 мл этилендиамина (модуль 200) и выдерживают при 70ºС с обратным холодильником в течение 3 ч, промывают несколько раз поочередно дистиллированной водой и этанолом до рН 7 и высушивают.
2 этап – окисление целлюлозных материалов
10 г хлопковой целлюлозы заливают 400 мл 0,2М водного раствора метаперйодата натрия (модуль 40) при рН 2,5 и подвергают воздействию окислителя при температуре 45°С в течение 3 ч, затем массу промывают дистиллированной водой для удаления непрореагировавших реагентов и побочных продуктов,
3 этап – модификация окисленных целлюлозных материалов обработанными УНТ
1 г окисленных и обработанных тионилхлоридом и этилендиамином УНТ «Таунит-М» (10% от массы сорбента) помещают в стакан, содержащий 10 мл толуола, и растворяют при перемешивании. Затем в полученный раствор вводят 10 г окисленной хлопковой целлюлозы с содержанием альдегидных групп 11 % (модуль толуол/сорбент 1) и выдерживают 1,5 ч при комнатной температуре. Готовый сорбент отделяют центрифугированием от толуола, промывают дистиллированной водой и высушивают.
Модифицированный сорбент заливают 1,5 л водного раствора при комнатной температуре (модуль 150), pH 3, содержащего 1,5 ммоль/л ионов никеля. Через 25 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов Ni(II). Концентрация ионов никеля в растворе после контактирования с сорбентом составила 0,258 ммоль/л (степень извлечения 82,8%).
Пример 3
1 этап – окисление и обработка УНТ
1 г УНТ «Таунит-М» заливают 60 мл концентрированной серной кислоты (модуль 60) и проводят их окисление при комнатной температуре в течение 2 ч. Затем не прореагировавшую концентрированную серную кислоту отделяют от углеродных нанотрубок декантацией (или фильтрованием), УНТ промывают дистиллированной водой и высушивают.
1 г окисленных УНТ заливают 50 мл тионилхлорида (модуль 50) и обрабатывают при комнатной температуре в течение 2 ч, затем тионилхлорид отфильтровывают и заливают 200 мл этилендиамина (модуль 200) и выдерживают при 70ºС с обратным холодильником в течение 2 ч, промывают несколько раз поочередно дистиллированной водой и этанолом до рН 7 и высушивают.
2 этап – окисление целлюлозных материалов
10 г короткого льняного волокна заливают 150 мл 0,1М водного раствора метаперйодата натрия (модуль 15) при рН 4,5 и подвергают воздействию окислителя при температуре 43°С в течение 3,5 ч, затем массу промывают дистиллированной водой для удаления непрореагировавших реагентов и побочных продуктов
3 этап – модификация окисленных целлюлозных материалов обработанными УНТ
2 г окисленных и обработанных тионилхлоридом и этилендиамином УНТ «Таунит-М» (20% от массы сорбента) помещают в стакан, содержащий 20 мл толуола, и растворяют при перемешивании. Затем в полученный раствор вводят 10 г окисленного короткого льняного волокна с содержанием альдегидных групп 12 % (модуль толуол/сорбент 2) и выдерживают 1 ч при комнатной температуре. Готовый сорбент отделяют центрифугированием от толуола, промывают дистиллированной водой и высушивают.
Модифицированный сорбент заливают 2 л водного раствора при комнатной температуре (модуль 200), pH 6, содержащего 1,5 ммоль/л ионов цинка. Через 30 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов Zn(II). Концентрация ионов цинка в растворе после контактирования с сорбентом составила 0,231 ммоль/л (степень извлечения 84,6%).
Пример 4
1 этап – окисление и обработка УНТ
1 г УНТ «Таунит-М» заливают 80 мл концентрированной серной кислоты (модуль 80) и проводят их окисление при комнатной температуре в течение 1,5 ч. Затем не прореагировавшую концентрированную серную кислоту отделяют от углеродных нанотрубок декантацией (или фильтрованием), УНТ промывают дистиллированной водой и высушивают.
1 г окисленных УНТ заливают 50 мл тионилхлорида (модуль 50) и обрабатывают при комнатной температуре в течение 2,5 ч, затем тионилхлорид отфильтровывают и заливают 200 мл этилендиамина (модуль 200) и выдерживают при 70ºС с обратным холодильником в течение 2,5 ч, промывают несколько раз поочередно дистиллированной водой и этанолом до рН 7 и высушивают.
2 этап – окисление целлюлозных материалов
10 г древесной целлюлозы заливают 250 мл 0,15M водного раствора гипохлорита натрия (модуль 25) при рН 3 и подвергают воздействию окислителя при температуре 40°С в течение 4 ч, затем массу промывают дистиллированной водой для удаления непрореагировавших реагентов и побочных продуктов,
3 этап – модификация окисленных целлюлозных материалов обработанными УНТ
1,5 г окисленных и обработанных тионилхлоридом и этилендиамином УНТ «Таунит-М» (15% от массы сорбента) помещают в стакан, содержащий 15 мл толуола, и растворяют при перемешивании. Затем в полученный раствор вводят 10 г окисленной древесной целлюлозы с содержанием альдегидных групп 11,5 % (модуль толуол/сорбент 1,5) и выдерживают 1 ч при комнатной температуре. Готовый сорбент отделяют центрифугированием от толуола, промывают дистиллированной водой и высушивают.
Модифицированный сорбент заливают 1 л водного раствора при комнатной температуре (модуль 100), pH 7, содержащего 1,5 ммоль/л ионов кадмия. Через 23 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов Cd(II). Концентрация ионов кадмия в растворе после контактирования с сорбентом составила 0,2475 ммоль/л (степень извлечения ионов Cd(II) 83,5%).
Пример 5
1 этап – окисление и обработка УНТ
1 г УНТ «Таунит-М» заливают 70 мл концентрированной серной кислоты (модуль 70) и проводят их окисление при комнатной температуре в течение 2 ч. Затем не прореагировавшую концентрированную серную кислоту отделяют от углеродных нанотрубок декантацией (или фильтрованием), УНТ промывают дистиллированной водой и высушивают.
1 г окисленных УНТ заливают 50 мл тионилхлорида (модуль 50) и обрабатывают при комнатной температуре в течение 3,5 ч, затем тионилхлорид отфильтровывают и заливают 200 мл этилендиамина (модуль 200) и выдерживают при 70ºС с обратным холодильником в течение 2 ч, промывают несколько раз поочередно дистиллированной водой и этанолом до рН 7 и высушивают.
2 этап – окисление целлюлозных материалов
10 г измельченных стеблей топинамбура заливают 500 мл 0,25 М водного раствора метаперйодата натрия (модуль 50) при рН 4 и подвергают воздействию окислителя при температуре 50°С в течение 2,5 ч, затем массу промывают дистиллированной водой для удаления непрореагировавших реагентов и побочных продуктов,
3 этап – модификация окисленных целлюлозных материалов обработанными УНТ
2 г окисленных и обработанных тионилхлоридом и этилендиамином УНТ «Таунит-М» (20% от массы сорбента) помещают в стакан, содержащий 20 мл толуола, и растворяют при перемешивании. Затем в полученный раствор вводят 10 г окисленных измельченных стеблей топинамбура с содержанием альдегидных групп 11 % (модуль толуол/сорбент 2) и выдерживают 1,5 ч при комнатной температуре. Готовый сорбент отделяют центрифугированием от толуола, промывают дистиллированной водой и высушивают.
Модифицированный сорбент заливают 0,6 л водного раствора при комнатной температуре (модуль 60), pH 5, содержащего 1,5 ммоль/л ионов кадмия. Через 26 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов Cd(II).
Концентрация ионов кадмия в растворе после контактирования с сорбентом составила 0,2445 ммоль/л (степень извлечения 83,7%).
Пример 6
1 этап – окисление и обработка УНТ
1 г УНТ «Таунит-М» заливают 90 мл концентрированной серной кислоты (модуль 90) и проводят их окисление при комнатной температуре в течение 2 ч. Затем не прореагировавшую концентрированную серную кислоту отделяют от углеродных нанотрубок декантацией (или фильтрованием), УНТ промывают дистиллированной водой и высушивают.
1 г окисленных УНТ заливают 50 мл тионилхлорида (модуль 50) и обрабатывают при комнатной температуре в течение 3,5 ч, затем тионилхлорид отфильтровывают и заливают 200 мл этилендиамина (модуль 200) и выдерживают при 70ºС с обратным холодильником в течение 3 ч, промывают несколько раз поочередно дистиллированной водой и этанолом до рН 7 и высушивают.
2 этап – окисление целлюлозных материалов
10 г древесных опилок заливают 200 мл 0,3 М водного раствора йодной кислоты (модуль 20) при рН 3,5 и подвергают воздействию окислителя при температуре 55°С в течение 2 ч, затем массу промывают дистиллированной водой для удаления непрореагировавших реагентов и побочных продуктов.
3 этап – модификация окисленных целлюлозных материалов обработанными УНТ
1 г окисленных и обработанных тионилхлоридом и этилендиамином УНТ «Таунит-М» (10% от массы сорбента) помещают в стакан, содержащий 20 мл толуола, и растворяют при перемешивании. Затем в полученный раствор вводят 10 г окисленных древесных опилок с содержанием альдегидных групп 10 % (модуль толуол/сорбент 2) и выдерживают 1,5 ч при комнатной температуре. Готовый сорбент отделяют центрифугированием от толуола, промывают дистиллированной водой и высушивают.
Модифицированный сорбент заливают 0,75 л водного раствора при комнатной температуре (модуль 75), pH 6, содержащего 1,5 ммоль/л ионов меди, никеля, цинка и кадмия в соотношении 1:1:1:1. Через 28 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов металлов.
Концентрация ионов Cu(II), Ni(II), Zn(II) и Cd(II) в растворе после контактирования с сорбентом составила 0,2955; 0,3075; 0,309; и 0,336 ммоль/л соответственно (степень извлечения 80,3; 79,5; 79,4 и 77,6%).
Пример 7
1 этап – окисление и обработка УНТ
1 г УНТ «Таунит-М» заливают 100 мл концентрированной серной кислоты (модуль 100) и проводят их окисление при комнатной температуре в течение 1,5 ч. Затем не прореагировавшую концентрированную серную кислоту отделяют от углеродных нанотрубок декантацией (или фильтрованием), УНТ промывают дистиллированной водой и высушивают.
1 г окисленных УНТ заливают 50 мл тионилхлорида (модуль 50) и обрабатывают при комнатной температуре в течение 2 ч, затем тионилхлорид отфильтровывают и заливают 200 мл этилендиамина (модуль 200) и выдерживают при 70ºС с обратным холодильником в течение 2 ч, промывают несколько раз поочередно дистиллированной водой и этанолом до рН 7 и высушивают.
2 этап – окисление целлюлозных материалов
10 г хлопковой целлюлозы заливают 400 мл 0,2М водного раствора метаперйодата натрия (модуль 40) при рН 2,5 и подвергают воздействию окислителя при температуре 45°С в течение 3 ч, затем массу промывают дистиллированной водой для удаления непрореагировавших реагентов и побочных продуктов,
3 этап – модификация окисленных целлюлозных материалов обработанными УНТ
2 г окисленных и обработанных тионилхлоридом и этилендиамином УНТ «Таунит-М» (20% от массы сорбента) помещают в стакан, содержащий 20 мл толуола, и растворяют при перемешивании. Затем в полученный раствор вводят 10 г окисленной хлопковой целлюлозы с содержанием альдегидных групп 10,5 % (модуль толуол/сорбент 2) и выдерживают 1 ч при комнатной температуре. Готовый сорбент отделяют центрифугированием от толуола, промывают дистиллированной водой и высушивают.
Модифицированный сорбент заливают 0,8 л водного раствора при комнатной температуре (модуль 80), pH 5, содержащего 1,5 ммоль/л ионов меди. Через 27 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов Cu(II).
Концентрация ионов меди в растворе после контактирования с сорбентом составила 0,228 ммоль/л (степень извлечения 84,8 %).
Пример 8
1 этап – окисление и обработка УНТ
1 г УНТ «Таунит-М» заливают 100 мл концентрированной серной кислоты (модуль 100) и проводят их окисление при комнатной температуре в течение 1,5 ч. Затем не прореагировавшую концентрированную серную кислоту отделяют от углеродных нанотрубок декантацией (или фильтрованием), УНТ промывают дистиллированной водой и высушивают.
1 г окисленных УНТ заливают 50 мл тионилхлорида (модуль 50) и обрабатывают при комнатной температуре в течение 2 ч, затем тионилхлорид отфильтровывают и заливают 200 мл этилендиамина (модуль 200) и выдерживают при 70ºС с обратным холодильником в течение 2 ч, промывают несколько раз поочередно дистиллированной водой и этанолом до рН 7 и высушивают.
2 этап – окисление целлюлозных материалов
10 г короткого льняного волокна заливают 150 мл 0,1М водного раствора метаперйодата натрия (модуль 15) при рН 4,5 и подвергают воздействию окислителя при температуре 43°С в течение 3,5 ч, затем массу промывают дистиллированной водой для удаления непрореагировавших реагентов и побочных продуктов
3 этап – модификация окисленных целлюлозных материалов обработанными УНТ
1,5 г окисленных и обработанных тионилхлоридом и этилендиамином УНТ «Таунит-М» (15% от массы сорбента) помещают в стакан, содержащий 15 мл толуола, и растворяют при перемешивании. Затем в полученный раствор вводят 10 г окисленного короткого льняного волокна с содержанием альдегидных групп 11 % (модуль толуол/сорбент 1,5) и выдерживают 2 ч при комнатной температуре. Готовый сорбент отделяют центрифугированием от толуола, промывают дистиллированной водой и высушивают.
Модифицированный сорбент заливают 1,25 л водного раствора при комнатной температуре (модуль 125), pH 3, содержащего 1,5 ммоль/л ионов никеля. Через 21 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов Ni(II). Концентрация ионов никеля в растворе после контактирования с сорбентом составила 0,2625 ммоль/л (степень извлечения 82,5%).
Пример 9
1 этап – окисление и обработка УНТ
1 г УНТ «Таунит-М» заливают 50 мл концентрированной серной кислоты (модуль 50) и проводят их окисление при комнатной температуре в течение 2 ч. Затем не прореагировавшую концентрированную серную кислоту отделяют от углеродных нанотрубок декантацией (или фильтрованием), УНТ промывают дистиллированной водой и высушивают.
1 г окисленных УНТ заливают 50 мл тионилхлорида (модуль 50) и обрабатывают при комнатной температуре в течение 4 ч, затем тионилхлорид отфильтровывают и заливают 200 мл этилендиамина (модуль 200) и выдерживают при 70ºС с обратным холодильником в течение 2,5 ч, промывают несколько раз поочередно дистиллированной водой и этанолом до рН 7 и высушивают.
2 этап – окисление целлюлозных материалов
10 г древесной целлюлозы заливают 250 мл 0,15M водного раствора гипохлорита натрия (модуль 25) при рН 3 и подвергают воздействию окислителя при температуре 40°С в течение 4 ч, затем массу промывают дистиллированной водой для удаления непрореагировавших реагентов и побочных продуктов,
3 этап – модификация окисленных целлюлозных материалов обработанными УНТ
2 г окисленных и обработанных тионилхлоридом и этилендиамином УНТ «Таунит-М» (20% от массы сорбента) помещают в стакан, содержащий 20 мл толуола, и растворяют при перемешивании. Затем в полученный раствор вводят 10 г окисленной древесной целлюлозы с содержанием альдегидных групп 12 % (модуль толуол/сорбент 2) и выдерживают 1,5 ч при комнатной температуре. Готовый сорбент отделяют центрифугированием от толуола, промывают дистиллированной водой и высушивают.
Модифицированный сорбент заливают 1,8 л водного раствора при комнатной температуре (модуль 180), pH 6, содержащего 1,5 ммоль/л ионов цинка. Через 29 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов Zn(II). Концентрация ионов цинка в растворе после контактирования с сорбентом составила 0,2325 ммоль/л (степень извлечения 84,5%).
Результаты опытов в сравнении с прототипом представлены в таблице.
Таблица
| ПРИМЕРЫ |
Степень
извлечения, % |
||||
| Cu 2+ | Ni 2+ | Zn 2+ | Cd 2+ | ||
| 1. | 84,4 | - | - | - | |
| 2. | - | 82,8 | - | - | |
| 3. | - | - | 84,6 | - | |
| 4. | - | - | - | 83,5 | |
| 5. | - | - | - | 83,7 | |
| 6. | 80,3 | 79,5 | 79,4 | 77,6 | |
| 7. | 84,8 | ||||
| 8. | 82,5 | ||||
| 9. | 84,5 | ||||
| ПРОТОТИП | 1 | 83,4 | - | - | - |
| 2 | - | 81,2 | - | - | |
| 3 | - | - | 83,3 | - | |
| 4 | - | - | - | 80,8 | |
| 5 | - | - | - | 80,7 | |
| 6 | 79,1 | 78,3 | 78,1 | 73,9 | |
| 7 | 83,5 | ||||
| 8 | 81,1 | ||||
| 9 | 83,2 | ||||
Из приведенных в таблице данных следует, что предлагаемый способ позволяет решить поставленную задачу, а именно: повысить степень извлечения ионов тяжелых металлов на 1-5 %.
Claims (1)
- Способ модифицирования сорбентов для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов, заключающийся в контактировании их при комнатной температуре с модифицированными полимерными сорбентами на основе целлюлозы при модуле раствор/сорбент, равном 50-200, в течение 20-30 мин, при этом модифицирование сорбентов осуществляют путем нанесения на них окисленных и обработанных тионилхлоридом углеродных нанотрубок (УНТ) в количестве 10-20% от массы сорбента в толуоле при модуле толуол/сорбент 1-2 при комнатной температуре в течение 1-2 ч, затем готовый сорбент отделяют от толуола центрифугированием, промывают дистиллированной водой и высушивают, отличающийся тем, что УНТ окисляют концентрированной серной кислотой при модуле 50-100 при комнатной температуре в течение 1,5-2 ч, промывают водой, высушивают, после чего окисленные УНТ последовательно обрабатывают тионилхлоридом при модуле 50 при комнатной температуре в течение 2-4 ч и этилендиамином при модуле 200 при 70°С в течение 2-3 ч, промывают несколько раз поочередно дистиллированной водой и этанолом до рН 7, причем полимерные сорбенты на основе целлюлозы предварительно обрабатывают раствором окислителя, выбранного из метаперйодата натрия, йодной кислоты или гипохлорита натрия, при концентрации окислителя 0,1-0,3 М, при рН раствора 2,5-4,5, при модуле раствор/сорбент 15-50, при температуре 40-55°C, в течение 2-4 часов, до содержания альдегидных групп в сорбенте 10-12%.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2813588C1 true RU2813588C1 (ru) | 2024-02-13 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10556222B2 (en) * | 2015-03-10 | 2020-02-11 | The Research Foundation For The State University Of New York | Nanofibrous materials for heavy metal adsorption |
| RU2768623C1 (ru) * | 2021-06-10 | 2022-03-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" | Способ модифицирования сорбентов для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов |
| RU2786446C1 (ru) * | 2021-12-02 | 2022-12-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" | Способ получения композиционного сорбента для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10556222B2 (en) * | 2015-03-10 | 2020-02-11 | The Research Foundation For The State University Of New York | Nanofibrous materials for heavy metal adsorption |
| RU2768623C1 (ru) * | 2021-06-10 | 2022-03-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" | Способ модифицирования сорбентов для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов |
| RU2786446C1 (ru) * | 2021-12-02 | 2022-12-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" | Способ получения композиционного сорбента для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kumar et al. | Cellulose based grafted biosorbents-Journey from lignocellulose biomass to toxic metal ions sorption applications-A review | |
| US7585387B2 (en) | Chemical oxidation for cellulose separation with a hypochlorite and peroxide mixture | |
| KR101783951B1 (ko) | 그래핀을 포함하는 비스코스섬유 및 이의 제조방법 | |
| RU2640547C1 (ru) | Способ модифицирования сорбентов на основе целлюлозы для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов | |
| EP2844796B1 (de) | Verfahren zur herstellung von zellstoff mit niedrigem ligningehalt aus lignocellulosischem material | |
| US4314854A (en) | Method for the treatment of cellulosic substances with hydrogen peroxide | |
| WO2002075042A2 (de) | Verfahren zum abtrennen von hemicellulosen aus hemicellulosehaltiger biomasse | |
| CN1068161A (zh) | 含木素纤维素材料脱木素、漂白及用增效虫漆酶处理废水的方法 | |
| RU2495830C1 (ru) | Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов | |
| RU2702568C1 (ru) | Способ модифицирования сорбентов на основе целлюлозы для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов | |
| WO2020013112A1 (ja) | 鉛蓄電池用有機防縮剤 | |
| RU2813588C1 (ru) | Способ модифицирования сорбентов для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов | |
| EP2265721B1 (de) | Verfahren zur Herstellung von Ethanol aus lignocellulosehaltiger Biomasse | |
| RU2438995C1 (ru) | Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов | |
| RU2792209C1 (ru) | Способ модифицирования сорбентов для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов | |
| RU2712907C1 (ru) | Способ модифицирования целлюлозосодержащих сорбентов для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов | |
| EP0447673B1 (de) | Verfahren zum enzymatischen Bleichen von Zellstoffen | |
| RU2768623C1 (ru) | Способ модифицирования сорбентов для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов | |
| RU2471721C1 (ru) | Способ модифицирования сорбентов на основе целлюлозы | |
| RU2791803C1 (ru) | Способ модифицирования сорбентов на основе целлюлозы | |
| RU2816088C1 (ru) | Способ модифицирования сорбентов на основе целлюлозы для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов | |
| WO2003025280A1 (de) | Verfahren zum abtrennen von hemicellulosen aus hemicellulosehaltiger biomasse | |
| RU2728150C1 (ru) | Способ модифицирования сорбентов на основе целлюлозы для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов | |
| RU2598483C1 (ru) | Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов | |
| RU2203995C1 (ru) | Способ получения микрокристаллической целлюлозы |