Композиция для получения катионообменного волокнистого материала
Владельцы патента RU 2447103:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (ГОУ ВПО "СГТУ") (RU)
Композиция предназначена для получения катионообменного волокнистого материала, используемого в процессах водоподготовки и при очистке промышленных сточных вод. Композиция также применяется для умягчения и деминерализации воды, в производстве синтетических моющих средств, в лакокрасочной промышленности, промышленности полимерных материалов. Композиция состоит из парафенолсульфокислоты и формалина. Композиция дополнительно содержит наполнитель - базальтовую вату. При этом базальтовую вату предварительно подвергают термообработке в течение 1 часа при температуре 350-450°С и последующей СВЧ-обработке при мощности 180 или 750 Вт в течение 30 секунд. Содержание компонентов следующее, мас.%: парафенолсульфокислота - 50÷55,8, формалин - 40,9÷35,1; базальтовая вата - 9,1. Композиция позволяет синтезировать катионообменный волокнистый материал с повышенным комплексом свойств. В частности, с более низким значением показателя окисляемости фильтрата, более высоким показателем удельного объема катионита, с повышенной динамической обменной емкостью и повышенной осмотической стабильностью катионита. 1 табл., 4 пр.
Разработанная композиция предназначена для получения катионообменного волокнистого материала, используемого для очистки промышленных сточных вод от мономеров - в производстве химических волокон; от красителей и их компонентов - в лакокрасочном производстве; от синтетических поверхностно-активных веществ - в производстве синтетических моющих средств; от нефтепродуктов - на автозаправочных станциях; для умягчения и деминерализации воды - в системах технического водообеспечения; от взвешенных частиц и механических примесей, дисперсных железноокисных соединений.
Известна композиция для получения катионообменной смолы Katex FN, имеющая в своем составе фенолсульфокислоту, нафталинсульфокислоту, формальдегид.
Недостатком катионита Katex FN является низкое значение статической обменной емкости (СОЕ=0,54 мг-экв/г) [1].
Известна композиция, предназначенная для получения полимерной пресс-композиции с катионообменными свойствами. Катионообменную матрицу синтезируют на поверхности и в структуре волокнистого наполнителя после пропитки его пропиточным раствором. Композиция содержит в своем составе формалин, парафенолсульфокислоту и волокнистый наполнитель при следующем соотношении исходных компонентов, мас.%:
- парафенолсульфокислота - 30,12;
- формальдегид - 63,63;
- волокно - 6,25.
Материал характеризуется статической обменной емкостью 2,1-2,3 мг-экв/г.
Недостатком является низкое значение статической обменной емкости [2].
Наиболее близкой по составу и выполняемым функциям к изобретению является композиция для получения катионообменной смолы - КУ-1 [2]. Исходная композиция содержит в своем составе формалин, парафенолсульфокислоту, при следующем соотношении компонентов ионообменной матрицы, мас.%:
- парафенолсульфокислота - 61,4;
- формалин - 38,6.
Катионообменная смола, полученная из данной композиции, относится к типу бифункциональных сильнокислотных сульфокатионитов поликонденсационного типа с фенолоформальдегидной катионообменной матрицей. Имеет два вида ионогенных групп: сульфогруппу SO3Н и гидроксильную группу ОН.
Основным недостатком композиции для получения прототипа является низкое значение таких параметров, как удельный объем ионита, динамическая обменная емкость, осмотическая стабильность и высокое значение показателя окисляемости фильтрата
Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение показателя окисляемости фильтрата, увеличение удельного объема катионита, повышение его динамической обменной емкости и повышение осмотической стабильности катионообменного волокнистого материала.
Поставленная задача решается за счет того, что композиция для получения катионообменного волокнистого материала, содержащая парафенолсульфокислоту и формалин, дополнительно содержит наполнитель - базальтовую вату, предварительно подвергнутую термообработке в течение 1 часа при температуре 350-450°С и последующей СВЧ-обработке при мощности излучения 180 Вт или 750 Вт в течение 30 секунд, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
парафенолсульфокислота - 50÷55,8;
формалин - 40,9÷35,1;
базальтовая вата - 9,1.
Предлагаемую композицию и конечный катионообменный волокнистый материал получают следующим образом (свойства катионообменного волокнистого материала представлены в таблице 1).
Пример 1.
Парафенолсульфокислоту при интенсивном перемешивании и постоянном охлаждении вводят в формалин. Затем полученным пропиточным раствором пропитывают базальтовую вату, предварительно подвергнутую термообработке при 400°С в течение 1 часа и последующей СВЧ-обработке в течение 30 секунд при мощности излучения 750 Вт. Пропитку пропиточным раствором проводят в течение 2 минут. Затем поэтапно проводят синтез олигомеров в структуре и на поверхности базальтовой ваты, после этого материал подвергают грубому измельчению, проводят сушку, осуществляют отверждение материала с формированием сетчатой трехмерной структуры. Полученный катионообменный волокнистый материал измельчают. Затем проводят отмывку полученного материала и последующее центрифугирование для удаления оставшейся влаги.
Состав композиции, мас.%:
парфенолсульфокислота - 50÷55,8;
формалин - 40,9÷35,1;
базальтовая вата - 9,1.
Пример 2.
Состав композиции и режим СВЧ-обработки базальтовой ваты по примеру 1, отличается тем, что термическую обработку базальтовой ваты проводят при температуре 450°С.
Пример 3.
Состав композиции и режим СВЧ-обработки базальтовой ваты по примеру 1, отличается тем, что термическую обработку базальтовой ваты проводят при температуре 350°С.
Пример 4.
Состав композиции и режим термообработки базальтовой ваты по примеру 1, отличается тем СВЧ-обработку проводят при мощности излучения 180 Вт.
Применение термообработки базальтовой ваты при температуре менее 350°С будет не эффективным, так как поверхность базальтовой ваты в таком случае не достаточно очищается от нанесенного на него апрета, а применение термообработки базальтовой ваты при температуре температуры выше 450°С будет приводить к охрупчиванию и последующему разрушению волокнистого наполнителя. Выход за пределы указанных значений температур приведет к ухудшению основных свойств ионообменного материала
Обработку базальтовой ваты СВЧ-излучением проводят при мощности 750 Вт и 180 Вт в течение 30 секунд. Применение других значений мощностей обработки ваты СВЧ-облучением приводит к снижению основных показателей, что подтверждается экспериментально.
В композиции содержится 9,1% по массе базальтовой ваты. При этом увеличение процентного содержания количества пропиточного раствора в композиции приведет к тому, что часть пропиточного раствора останется не поглощенной базальтовой ватой, в результате чего на поверхности полученного катионообменного волокнистого материала образуется легко удаляемый ионообменный слой, что приводит к перерасходу компонентов пропиточного раствора.
Уменьшение процентного содержания количества пропиточного раствора в композиции приведет к недостаточной пропитке базальтовой ваты, уменьшению доли ионообменной матрицы в катионообменном волокнистом материале. Таким образом, отклонение от заданных значений соотношений компонентов (базальтовая вата - пропиточный раствор) в композиции приводит к снижению комплекса свойств получаемого катионообменного волокнистого материала, что подтверждается экспериментально.
Данная композиция позволяет синтезировать катионообменный волокнистый материал с повышенным комплексом свойств.
В частности, с более низким значением показателя окисляемости фильтрата, снижение данного показателя говорит об уменьшении не прореагировавших низкомолекулярных соединений, которые затем попадают в очищаемую воду; более высоким показателем удельного объема ионообменного полимерного материала, что свидетельствует об увеличении пористости, поверхности контакта катионообменного волокнистого материала, повышении доступности функциональных групп, что, в свою очередь, приводит к возрастанию значения динамической обменной емкости - показателя, непосредственно связанного со способностью материала производить очистку загрязненных вод в динамических условиях; повышенным значением показателя осматической стабильности, что указывает на возрастание способности зерен ионита не подвергаться разрушению при многократных изменениях их объема в процессе работы.
Источники информации
1. Справочник химика. - Изд. 2-е, пер. и доп. - том 4. / Под ред. Б.П.Никольского. - М.: Химия. - 1966.
2. Технология пластических масс / под ред. В.В.Коршака. - М.: Химия, 1972. - 616 с.
| Таблица 1. | ||||||
| № | Характеристика | прототип | пример 1 | пример 2 | пример 3 | пример 4 |
| 1 | Плотность, кг/м3 | 1570 | 1350 | 1415 | 1475 | 1390 |
| 2 | Статическая обменная емкость, мг-экв/г | 3,6 | 2,7 | 2,3 | 2,0 | 2,4 |
| 3 | Окисляемость фильтрата | 1,83 | 1,7 | 1,7 | 1,75 | 1,8 |
| 4 | Удельный объем ионита в Н-форме, см3/г | 3,2 | 4,4 | 3,9 | 3,7 | 4 |
| 5 | Динамическая обменная емкость, мг·моль/дм3 | 565 | 920 | 716 | 650 | 765 |
| 6 | Осмотическая стабильность, % | 92 | 99 | 97 | 98 | 99 |
Композиция для получения катионообменного волокнистого материала, состоящая из парафенолсульфокислоты и формалина, отличающаяся тем, что дополнительно содержит наполнитель - базальтовую вату, предварительно подвергнутую термообработке в течение 1 ч при температуре 350-450°С и последующей СВЧ-обработке при мощности излучения 180 Вт или 750 Вт в течение 30 с при следующем соотношении исходных компонентов композиции, мас.%:
| Парафенолсульфокислота | 50-55,8 |
| Формалин | 40,9-35,1 |
| Базальтовая вата | 9,1 |
