Сорбент на основе оксида алюминия

 

Изобретение относится к области сорбционных материалов широкого спектра применения в медицине, ветеринарии, пищевой промышленности, для очистки сточных вод и газовых выбросов, в химической, биотехнологической промышленности как сорбентов, катализаторов, носителей катализаторов. Цель изобретения - создание пористого сорбента, устойчивого к гидротации, на основе оксида алюминия, для очистки водных растворов от органических примесей, бактериальных клеток. Устойчивость сорбента к гидратации, растворению обеспечивает использование матрицы оксида алюминия определенной пористой структуры, состоящей не менее чем на 50 % из κ-подобной фазы, а также модифицирование поверхности углеродом в количестве 3 - 12 мас. %. Сорбент обладает высокими сорбционными свойствами при очистке от органических соединений. 3 табл.

Изобретение относится к области пористых материалов, адсорбентов, в том числе медицинского назначения, носителей для ферментов.

Оксид алюминия широко используется в промышленности в качестве адсорбента. Вследствие хорошей способности оксида алюминия взаимодействовать с полярными веществами, например водой, оксиды алюминия используют как осушители газовых потоков. Для осушки газов, в которых содержится капельная влага, используют сорта, содержащие крупные, транспортные поры. Оксиды алюминия, содержащие крупные поры, более термостойки. Для осушки газов, не содержащих капельную влагу, используют, в основном, тонкопористые сорта оксида алюминия [1].

Для очистки водных растворов, газов от органических веществ используются различные марки активных углей [2]. Активные угли обладают высокой адсорбционной емкостью по органическим соединениям, особенно низкомолекулярным, однако механически весьма непрочны.

Углеродные материалы на основе карбонизованных полимеров обладают, как правило, большей механической прочностью. Материалы подобного типа используют для приготовления сорбентов для очистки биологических жидкостей от средне- и низкомолекулярных токсинов, органических веществ [3].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является углеродминеральный сорбент, получаемый по способу [4], в котором в качестве матрицы используется аморфный гидроксид алюминия. Этот сорбент обладает способностью сорбировать из водных растворов органические вещества и бактериальные клетки, но не обладает достаточной устойчивостью к гидратации.

Цель изобретения - создание пористого, устойчивого к гидратации сорбента на основе оксида алюминия для очистки водных растворов от органических соединений и бактериальных клеток.

С целью увеличения устойчивости сорбента к гидратации в воде предлагается углеродминеральный сорбент, содержащий 3-12 мас.% углерода для очистки водных растворов от органических соединений и бактериальных клеток. Предлагаемый сорбент с удельной поверхностью 90-180 м²/г, истинной плотностью 2,9-3,2 г/см³, объемом пор с радиусом 100-1000 и 1000-10000 0,02-0,06 см³/г и 0,05-0,1 см³/г соответственно в качестве матрицы содержит оксид алюминия, состоящий не менее чем на 50% из κ -подобной фазы.

Поверхность модифицированного углеродом оксида алюминия представляет собой тонкую мозаику гидрофильных и гидрофобных участков, что способствует многоточечному связыванию биологических макромолекул и определяет возможные области его применения.

Предлагаемый сорбент с повышенной устойчивостью к гидролизу может быть использован в качестве медицинского сорбента: энтеросорбента, аппликационного материала. Он может применяться как носитель для лекарств и других биологически активных веществ, способствуя пролонгированному действию препаратов.

Предложенный материал может быть использован как носитель для ферментных катализаторов, бактериальных клеток. Он может также применяться для очистки и тонкой доочистки воды от бактериальных клеток, их токсинов, продуктов их деструкции.

Предлагаемый материал получают пиролитическим нанесением углерода на предварительно подготовленный оксид алюминия с дальнейшими модифицирующими поверхность сорбента обработками.

Адсорбционную способность предлагаемого материала и прототипа по органическим веществам оценивали по следующей методике. В колбу емкостью 25-50 мл помещают навеску сорбента (около 2 г), к которой добавляли около 20 мл раствора витамина B₁₂ в дистиллированной воде с концентрацией 200 мг/л. Соотношение сорбент-раствор при этом соответствует 1 г сорбента на 10 мл раствора. Далее в течение 3 мин встряхивали сорбент вручную, после чего отделяли его от раствора и спектрофотометрически определяли долю сорбированного витамина B₁₂.

Содержание в сорбенте фаз оксида алюминия ( κ -подобной фазы) определяли методом рентгенофазового анализа по соотношению интенсивностей соответствующих линий.

Устойчивость сорбента к гидратации характеризовали по количеству выходящего в водную фазу алюминия при кипячении сорбента в воде по следующей методике.

Один грамм сорбента помещали в колбу, заливали 10 мл дистиллированной воды. Сорбент кипятили в течение 30 мин на плитке. Воду после кипячения, в которой содержалась взвесь из частиц углерода, гидроксида алюминия, а также растворенный алюминий, сливали. В воду со взвесью добавляли серную кислоту для растворения гидроксида алюминия, после чего углеродную компоненту отфильтровывали. В растворе определяли содержание алюминия.

П р и м е р 1. Оксид алюминия, содержащий 80% κ -подобной фазы (остальное - γ-оксид алюминия и рентгенаморфная фаза оксида алюминия), модифицированный 8% углерода с истинной плотностью 3,0 г/см³, удельной поверхностью 150 м³/г. Объем пор с радиусом 100-1000 составляет 0,03 см³/г, с радиусом 1000-10000 - 0,08 см³/г. Адсорбция клеток стафилококка и кишечной палочки в условиях эксперимента составляла 72 и 70% соответственно. Адсорбция витамина В₁₂ в данных условиях составила 41% от исходной концентрации соответственно. Содержание алюминия в воде после кипячения сорбента - 70 мкг/мл (табл. 1-3).

П р и м е р 2. Оксид алюминия, содержащий 50% κ -подобной фазы (остальное γ - оксид алюминия и рентгенаморфная фаза оксида алюминия), модифицированный 12% углерода с истинной плотностью 2,9 г/см³, удельной поверхностью 200 м²/г. Объем пор с радиусом 100-1000 составляет 0,02 см³/г, с радиусом 1000-10000 - 0,05 см³/г. Адсорбция клеток стафилококка и кишечной палочки в условиях нашего эксперимента составляла 68 и 73% соответственно. Адсорбция витамина В₁₂ в данных условиях составила 43% от исходной концентрации соответственно. Содержание алюминия в воде после кипячения сорбента - 47 мкг/мл (табл. 1-3).

П р и м е р 3. Оксид алюминия, содержащий 100% κ -подобной фазы оксида алюминия, модифицированный 3% углерода с истинной плотностью 3,2 г/см³, удельной поверхностью 90 м³/г. Объем пор с радиусом 100-1000 составляет 0,08 см³/г, с радиусом 1000-10000 - 0,1 см³/г. Адсорбция клеток стафилококка и кишечной палочки в условиях нашего эксперимента составляла 63 и 68% соответственно. Адсорбция витамина В₁₂ в данных условиях составила 95% от исходной концентрации. Содержание алюминия в воде после кипячения сорбента 101 мкг/мл (табл. 1-3).

Как видно из примеров и таблиц, предложен новый материал на основе оксида алюминия, который обладает высокой адсорбционной способностью и устойчивостью к гидратации.

Формула изобретения

СОРБЕНТ НА ОСНОВЕ ОКСИДА АЛЮМИНИЯ для очистки водных растворов от органических соединений и бактериальных клеток, содержащий 3 - 12 мас.% углерода, отличающийся тем, что в качестве матрицы он содержит оксид алюминия, состоящий не менее чем на 50% из χ - подобной фазы, и имеет удельную поверхность 90-180 м²/г, объем пор радиусом 100-1000 0,02 - 0,08 см³/г и объем пор радиусом 1000-10000 @ 0,05 - 0,1 см³/г.

РИСУНКИ

Рисунок 1