Композиция для получения катионообменного волокнистого материала
Владельцы патента RU 2524393:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (RU)
Изобретение относится к композиции, предназначенной для получения катионообменного волокнистого материала, используемого в процессах водоподготовки и при очистке промышленных сточных вод. Композиция также применяется для умягчения и деминерализации технической воды, в производстве синтетических моющих средств, в лакокрасочной промышленности, промышленности полимерных материалов. Композиция для получения катионообменного волокнистого материала состоит из парафенолсульфокислоты, формалина, базальтовой ваты, предварительно подвергнутой термообработке в течение 1 ч при температуре 350-450°С и последующей СВЧ-обработке при мощности излучения 750 Вт в течение 30 с, и дополнительно содержит фенольную смолу - отход производства фенола. Композиция содержит, мас.%: парафенолсульфокислота 48,4-54,4, формалин 35,3, термо-, СВЧ-обработанная базальтовая вата - 9,1, фенольная смола 1,2-7,2. Композиция позволяет синтезировать катионообменный волокнистый материал с повышенным комплексом свойств, в частности, с более высоким показателем статической обменной емкости и низким значением окисляемости фильтрата, и позволяет решить проблему утилизации фенольной смолы. 2 табл., 4 пр.
Разработанная композиция предназначена для получения катионообменного 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 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 парафенолсульфокислоту, формалин, и волокнистый наполнитель при следующем соотношении исходных компонентов, масс.%: парафенолсульфокислота - 30,12; формалин - 63,63; волокнистый наполнитель - 6,25. Недостатком является низкое значение статической обменной емкости (2,1-2,3 мг-экв/г) [1]. Наиболее близкой по составу и выполняемым функциям к изобретению является композиция для получения катионообменного волокнистого материала [2], состоящая из парафенолсульфокислоты и формалина, отличающаяся тем, что дополнительно содержит наполнитель - базальтовую вату, предварительно подвергнутую термообработке в течение 1 часа при температуре 350-450°С и последующей СВЧ-обработке при мощности 180 или 750 Вт в течение 30 секунд при следующем содержании исходных компонентов композиции, масс.%: парафенолсульфокислота - 50÷55,8, формалин - 40,9÷35,1, базальтовая вата - 9,1. Основным недостатком композиции для получения прототипа является низкое значение таких параметров, как статическая обменная емкость, высокое значение окисляемости фильтрата. Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение статической обменной емкости катионообменного волокнистого материала и снижение значения окисляемости фильтрата. Поставленная задача решается за счет того, что композиция для получения катионообменного волокнистого материала, содержащая парафенолсульфокислоту, формалин, базальтовую вату, предварительно подвергнутую термообработке в течение 1 ч при температуре 350-450°C и последующей СВЧ-обработке при мощности излучения 750 Вт в течение 30 с, дополнительно содержит фенольную смолу - отход производства фенола, при следующем соотношении компонентов, масс.%:
| Парафенолсульфокислота | 48,4÷54,4 |
| Формалин | 35,3 |
| Термо-, СВЧ-обработанная базальтовая вата | 9,1 |
| Фенольная смола | 1,2÷7,2 |
Предлагаемую композицию и конечный катионообменный волокнистый материал получают следующим образом (свойства катионообменного волокнистого материала представлены в таблице 1): парафенолсульфокислоту смешивают с фенольной смолой, полученную массу при интенсивном перемешивании и постоянном охлаждении вводят в формалин, затем полученным пропиточным раствором пропитывают базальтовую вату, предварительно подвергнутую термообработке в течение 1 ч при температуре 400°C и последующей СВЧ-обработке при мощности излучения 750 Вт в течение 30 с. Пропитку пропиточным раствором проводят в течение 2 минут. Затем поэтапно проводят синтез олигомеров в структуре и на поверхности базальтовой ваты, сушку, осуществляют отверждение материала с формированием трехмерной сетчатой структуры. Полученный катионообменный волокнистый материал измельчают. Затем проводят отмывку полученного материла и последующее центрифугирование для удаления оставшейся влаги.
Сущность изобретения заключается в том, что часть фенола, используемого при синтезе катионообменной смолы, заменяется фенольной смолой (ТУ-2424-006-00151673-01).
Фенольная смола - фракция высококипящих компонентов, являющаяся отходом производства фенола, количество которой составляет от 120-140 до 150-200 кг/т фенола. В мировой практике (США, Россия, Польша, Словения и др. страны) фенольная смола используется в качестве котельного топлива в индивидуальном виде или в смеси с другими продуктами (пиролизная смола, мазут). Неполное сгорание смолы приводит к загрязнению атмосферы, поэтому разработка экономически обоснованных и экологически приемлемых способов ее утилизации представляет актуальную задачу как для российской, так и для мировой промышленной практики [3].
Пример 1.
Композиция содержит, масс.%:
| Парафенолсульфокислота | 54,4 |
| Формалин | 35,3 |
| Термо-, СВЧ-обработанная базальтовая вата | 9,1 |
| Фенольная смола | 1,2 |
Пример 2.
Композиция содержит, масс.%:
| Парафенолсульфокислота | 53,2 |
| Формалин | 35,32 |
| Термо-, СВЧ-обработанная базальтовая вата | 9,1 |
| Фенольная смола | 2,4 |
Пример 3.
Композиция содержит, масс.%:
| Парафенолсульфокислота | 48,4 |
| Формалин | 35,3 |
| Термо-, СВЧ-обработанная базальтовая вата | 9,1 |
| Фенольная смола | 7,2 |
Пример 4.
Композиция содержит, масс.%:
| Парафенолсульфокислота | 43,6 |
| Формалин | 35,3 |
| Термо-, СВЧ-обработанная базальтовая вата | 9,1 |
| Фенольная смола | 12,0 |
В композиции для получения катионообменного волокнистого материала (пример 1-3) содержится 1,2-7,2% фенольной смолы. При увеличении содержания фенольной смолы выше 7,2% (пример 4) наблюдается снижение свойств полученных катионитов. Это объясняется тем, что в состав фенольной смолы входят компоненты, ограниченно растворимые в воде, что затрудняет их гомогенизацию в реакционной среде и приводит к возрастанию вязкости системы. При получении катионообменного волокнистого материала это снижает адгезионное взаимодействие между пропиточным составом и термо-, СВЧ-обработанной базальтовой ватой. Оптимальным является состав композиции (пример 2), при котором наблюдается улучшение основных эксплуатационных характеристик катионита: увеличение массовой доли влаги, статической обменной емкости, снижение окисляемости фильтрата (таблица 2). Таким образом, введение в катионообменную фенолоформальдегидную матрицу фенольной смолы при синтезе катионообменного волокнистого материала на основе термо-, СВЧ-обработанной базальтовой ваты является перспективным, так как приводит к увеличению статической обменной емкости катионита, что свидетельствует об увеличении числа ионогенных групп, снижению окисляемости фильтрата, что говорит об уменьшении не прореагировавших низкомолекулярных соединений, которые попадают в очищаемую воду, и способствует решению проблемы утилизации побочного продукта производства фенола.
Источники информации
1. Технология пластических масс / под ред. В.В.Коршака. - М.: Химия, 1972. - 616 с.
2. Пат. 2447103 РФ, C08L 61/10, C02F 1/42, C08J 5/20. Композиция для получения катионообменного волокнистого материала. [Электронный ресурс] / заявитель и патентообладатель - Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет». - №2010125269/05; заявл. 18.06.10; опубл. 27.12.11//http://www.fips.ru
3. Проблема рационального использования фенольной смолы / Сангалов Ю.А. и [др.]. - Химическая промышленность. - 1997. - №4. - С.3-13.
| Таблица 1 | ||||||
| № | Характеристика | Прототип | Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 | Пример 4 |
| 1 | Статическая обменная емкость, мг-экв/г | 2,7 | 3,1 | 4,4 | 3,5 | 2,6 |
| 2 | Степень отверждения, % | 77,0 | 74,0 | 72,0 | 71,0 | 68,0 |
| 3 | Массовая доля влаги, % | 45,8 | 51,3 | 60,4 | 46,6 | 47,6 |
| 4 | Окисляемость фильтрата, мг/г | 1,7 | 0,9 | 0,8 | 1,1 | 1,3 |
| Таблица 2 | |||
| № | Характеристика | Прототип | Пример 2 |
| 1 | Плотность, кг/м | 1350 | 1530 |
| 2 | Массовая доля влаги, % | 45,8 | 60,4 |
| 3 | Степень отверждения, % | 77 | 72 |
| 4 | Удельный объем ионита в Н-форме, см3/г | 4,4 | 4,3 |
| 5 | Статическая обменная емкость, мг*экв/г | 2,7, | 4,4 |
| 6 | Динамическая обменная емкость, моль/м3 | 920 | 900 |
| 7 | Окисляемость фильтрата, мг/г | 1,7 | 0,8 |
| 8 | Осмотическая стабильность, % | 99 | 98 |
Композиция для получения катионообменного волокнистого материала, содержащая парафенолсульфокислоту, формалин, базальтовую вату, предварительно подвергнутую термообработке в течение 1 ч при температуре 350-450°C и последующей СВЧ-обработке при мощности излучения 750 Вт в течение 30 с, отличающаяся тем, что дополнительно содержит фенольную смолу - отход производства фенола при следующем содержании компонентов, мас.%:
| Парафенолсульфокислота | 48,4-54,4 |
| Формалин | 35,3 |
| Термо-, СВЧ-обработанная базальтовая вата | 9,1 |
| Фенольная смола | 1,2-7,2 |
