Способ получения сорбента на основе полистирола для извлечения соединений бора из водных растворов


 


Владельцы патента RU 2537597:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к получению сорбентов. Предложен способ получения сорбента на основе полистирола для извлечения бора из водных растворов. В качестве исходного сырья используют линейный полистирол. Полистирол обрабатывают дымящей азотной кислотой, затем водно-спиртовым раствором хлорида олова(II). Далее полученный полиаминостирол подвергают взаимодействию с глицидолом под воздействием ультразвука. Целевой продукт экстрагируют водорастворимыми спиртами или кетонами и сушат на воздухе. 1 табл., 4 пр.

 

Изобретение относится к получению органических сорбентов, предназначенных для извлечения бора из водных растворов.

Известен способ получения неорганического сорбента на основе геля гидроксида циркония, осажденного с помощью гидроксида натрия, имеющий статическую обменную емкость до 0,8 ммоль В на 1 г сорбента (SU 1122355). К недостаткам способа следует отнести небольшую сорбционную емкость и необходимость использования солей циркония(IV), имеющих высокую стоимость.

Известен способ получения органического сорбента (US 2813838) - прототип, использующий модифицированный аминоспиртом полистирол. Способ получения сорбента заключается в первоначальной полимеризации стирола, затем в последовательной обработке полистирола, сшитого дивинилбензолом, хлорметилметиловым эфиром в растворе хлористого метилена, затем N-метилглюкамином в растворе диметилформамида. Статическая обменная емкость (СОЕ) такого сорбента составляет 0,53 ммоль В на 1 г сорбента. К недостаткам способа следует отнести необходимость использования в процессе приготовления сорбента дорогих, ядовитых и летучих органических соединений и растворителей и недостаточную емкость сорбента.

Задача изобретения - создание органического сорбента на основе полистирола повышенной емкости, полученного простым способом из доступного сырья.

Поставленная задача решается использованием в качестве исходного сырья линейного полистирола, который на первой стадии обрабатывают дымящей азотной кислотой, на второй стадии из полученного полинитростирола взаимодействием его с водно-спиртовым раствором хлорида олова(II) синтезируют полиаминостирол, который на третьей стадии подвергают взаимодействию с глицидолом при мольном соотношении полиаминостирол:глицидол=1:(1-4) под воздействием ультразвука, экстрагируют полученный продукт горячими водорастворимыми спиртами или кетонами и сушат на воздухе.

Использование линейного полистирола позволяет получить конечный продукт с равномерной структурой. На первой стадии полистирол обрабатывают дымящей азотной кислотой при комнатной температуре. Повышение температуры процесса нитрования приводит к нежелательным побочным процессам деструкции полистирола. Вторую стадию - восстановление полинитростирола - проводят с использованием небольшого мольного избытка хлорида олова(II), что обеспечивает максимальную степень восстановления аминогрупп. Водно-спиртовая среда процесса восстановления способствует набуханию полинитростирола, что в значительной мере сказывается на полноте протекания реакции. На третьей стадии использование концентрированной дисперсии полиаминостирола в воде при взаимодействии с глицидолом при мольном соотношении полиаминостирол:глицидол=1:(1-4) позволяет получить продукт со степенью присоединения от 1,0 до 2,3. С целью обеспечения протекания реакции используют обработку ультразвуком ультразвуковым гомогенизатором SONOPULS HD 3200 при рабочей частоте 20 кГц. Для выделения и очистки продукт экстрагируют горячими водорастворимыми спиртами или кетонами и сушат на воздухе. Состав полученного поли-(N-(2,3-дигидроксипропил)аминостирола) характеризуют данными элементного анализа, наличие введенных 2,3-дигидроксипропильных групп ИК спектроскопией. Для определения статической обменной емкости (СОЕ) сорбенты предварительно растирают и просеивают через сито с размером ячеек 50 мкм. В пластиковую пробирку к навеске сорбента добавляют раствор борной кислоты с известной концентрацией и значением pH и при периодическом перемешивании выдерживают ее при комнатной температуре. Концентрацию ионов B(III) до и после сорбции определяют титриметрически.

Способ получения сорбента прост в осуществлении и иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

К 22 мл дымящей азотной кислоты при 0°C медленно при перемешивании добавляют 5 г мелко раздробленного полистирола, затем смесь нагревают при 60°C на водяной бане 1 час и осаждают 1 л воды. Образовавшуюся твердую проволокообразную массу раздробляют в ступке, переносят на фильтр, промывают до нейтральной реакции и затем сушат при 100°C до постоянного веса. Выход: 17,45 г (72%). Найдено, %: C 64,55; H 4,37; N 9,12. Для формулы полинитростирола C8H6.9(NO2)1.1 вычислено, %: C 64,74; H 4,26; N 9,43.

Смесь 1,98 г полинитростирола, 13,33 г SnCl2·2H2O, 13,33 мл концентрированной соляной кислоты и 23,33 мл этилового спирта кипятят 20 часов с обратным холодильником. Полученный осадок отделяют, промывают водой до pH 7, затем раствором сульфида натрия и снова водой до pH 7. Полученный продукт сушат при температуре 40°C до постоянного веса. Выход: 1,3 г (80%). Найдено, %: C 77,25; H 6,44; N 11,48. Для формулы полиаминостирола C8H6.9(NO2)0.2(NH2)0.9 вычислено, %: C 77,56; H 6,43; N 11,30.

Смесь 2 г полиаминостирола и 50 мл воды механически перемешивают до образования равномерной суспензии. Затем добавляют 1 мл глицидола и обрабатывают ультразвуком в течение 40 мин. После охлаждения к полученной смеси добавляют 50 мл дистиллированной воды, продукт осаждают ацетоном, подвергают горячей экстракции этанолом в течение 24 ч и сушат при 50°C до постоянного веса. Найдено, %: C 56,23; H 6,36; N 6,54. Для формулы поли-(N-(2,3-дигидроксипропил)аминостирола) C8H6.9(NO2)0.2(NHCH2CH(OH)CH2(OH))0.9 вычислено, %: C 56,04; H 6,50; N 6,72. ИК-спектр: 3346 см-1 (O-H), 3339 см-1 (N-H), 2916-2881 см-1 (C-H), 1616 см-1 (С=C), 1512 см-1 (N-O), 1038 см-1 (C-N). Степень присоединения 1,0. Статическая обменная емкость сорбента при pH 12 составляет 0,58 ммоль В на 1 г сорбента.

Примеры 2-4

Методика последующих опытов соответствует примеру 1. Условия получения и характеристика полученных сорбентов представлены в таблице.

Пример Масса полиаминостирола, г Объем глицидола, мл Объем воды, мл Мольное соотношение полиаминостирол:глицидол Степень присоединения СОЕ, ммоль B/г
1 2 1 50 1:1 1 0,58
2 0,8 0,8 20 1:2 1,8 1,19
3 0,4 0,6 10 1:3 2,1 1,45
4 1,2 2,4 30 1:4 2,3 1,58

Использование линейного полистирола позволяет получить конечный продукт с равномерной структурой. Способ позволяет использовать полистирол с большой молекулярной массой без дополнительной сшивки. Использование дымящей азотной кислоты и водно-спиртового раствора хлорида олова(II) не требует использования дорогих, ядовитых и летучих органических соединений. Способ позволяет использовать полиаминостирол с большой молекулярной массой, поскольку образующийся гель не требует перемешивания. Использование концентрированных растворов сокращает загружаемый объем, что позволяет более эффективно использовать оборудование. Данный способ позволяет значительно снизить количество используемых органических реагентов и растворителей как в процессе модифицирования, так и в процессе выделения продукта. Дополнительную сшивку сорбента проводить не требуется, поскольку в процессе его получения продукт теряет растворимость в воде. Способ позволяет использовать более дешевые и менее токсичные исходные вещества по сравнению с прототипом. Предлагаемый сорбент позволяет извлекать бор более эффективно благодаря большей статической обменной емкости при pH 12 по сравнению с прототипом. Также это позволяет расходовать меньше сорбента на единицу объема обрабатываемого раствора. Данный способ может быть использован для аналитического концентрирования и извлечения бора из модельных и реальных технологических водных растворов.

Способ получения сорбента на основе полистирола для извлечения бора из водных растворов, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют линейный полистирол, который на первой стадии обрабатывают дымящей азотной кислотой, на второй стадии из полученного полинитростирола путем его взаимодействия с водно-спиртовым раствором хлорида олова(II) синтезируют полиаминостирол, который на третьей стадии подвергают взаимодействию с глицидолом при мольном соотношении полиаминостирол:глицидол, равном 1:(1-4), и при воздействии ультразвука, полученный продукт экстрагируют горячими водорастворимыми спиртами или кетонами и сушат на воздухе.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сорбентам для очистки объектов окружающей среды. Сорбент содержит торф и гидрофобизирующий агент.

Изобретение относится к способу получения сорбента для селективного извлечения ионов скандия. Способ включает стадию ацилирования сополимера стирола с дивинилбензолом хлористым ацетилом в растворе дихлорэтана в присутствии безводного хлористого алюминия, промывку, сушку, стадию фосфорилирования продукта ацилирования треххлористым фосфором, стадию гидролиза ледяной водой, заключительную промывку целевого продукта.
Изобретение относится к области получения углеродминеральных сорбционных материалов. Способ включает нанесение углеродсодержащих соединений на поверхность оксида алюминия с мезо-, макропористой структурой, сушку и пиролиз в токе инертного газа с образованием на поверхности оксида алюминия слоя пиролитического углерода.
Изобретение относится к получению сорбентов. Производят обработку раствора солей цинка, содержащего фибриллированные целлюлозные волокна, гидроксидом и/или сульфидом натрия.

Изобретение относится к области природоохранных технологий и может быть использовано для получения стабильной во времени эмульсии нефти или нефтепродуктов в воде.
Изобретение относится к области получения композитных сорбентов. Способ получения включает обработку пористой полимерной матрицы, способной поглощать органические растворители или набухать в упомянутых растворителях, концентрированным раствором соли металла в полярном растворителе.
Изобретение относится к области получения сорбентов из отходов сельского хозяйства. Предложен способ получения углеродного сорбента из шелухи подсолнечника.
Изобретение относится к адсорбенту для очистки газов от хлора и хлористого водорода. Адсорбент содержит в мас.%: оксид цинка - 26,0-75,0; оксид магния - 1,5-6,0; оксид алюминия - 21-70.

Изобретение относится к области получения сорбентов для извлечения соединений ртути из водных растворов. Предложен способ получения серосодержащего сорбента, включающий поликонденсацию полисульфида натрия с хлорорганическим соединением на поверхности частиц нефтекокса.
Изобретение относится к области водоподготовки питьевой воды. Способ получения фильтрующей загрузки производственно-технологических фильтров для очистки воды включает измельчение осадочной горной породы и обжиг в высокоскоростном режиме.

Группа изобретений относится к производству фильтрующего материала с высокими адсорбирующими свойствами, а именно волокнистому фильтрующему материалу и способам его получения и применения, и может быть использовано для дезактивации вирусов при фильтрации воды через слой или слои этого материала.
Изобретение относится к области биотехнологии. Предложен биоразлагаемый композиционный сорбент нефти и нефтепродуктов.
Изобретение относится к области получения композитных сорбентов. Способ получения включает обработку пористой полимерной матрицы, способной поглощать органические растворители или набухать в упомянутых растворителях, концентрированным раствором соли металла в полярном растворителе.

Изобретение относится к получению сорбентов. Предложенный способ получения предусматривает нейтрализацию резорцина раствором гидроксида щелочного металла, введение формальдегида и карбоната кальция в реакционную смесь.
Изобретение относится к сорбентам для очистки воды от мышьяка. Сорбент для очистки водных сред от мышьяка содержит нанофазный оксигидроксид, выделенный из отходов станций обезжелезивания подземных вод, водорастворимый полимер и глицерин.

Изобретение относится к удалению экстракцией полициклических ароматических углеводородов из курительного материала или полученного из него материала, такого как табак или экстракты табака, или из материала, отличающегося от курительного материала или полученного из него материала, такого как растительный материал, пищевой продукт, ароматизатор.

Изобретение относится к области ионного обмена. Предложен способ получения адаптивно-селективного ионообменного материала, который включает приготовление темплатсодержащей фазы, мономерной смеси, введение мономерной смеси в приготовленную темплатсодержащую фазу при перемешивании и повышенной температуре.

Предложен анионообменный сорбент на основе сополимера стирола и дивинилбензола с четвертичной аммониевой функциональной группой, химически привитой к сополимеру посредством алкильного или ацильного радикала (R1).
Изобретение относится к области химической технологии, в частности к способам получения сорбционных материалов. .

Изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений, нанотехнологий и фотохимии и касается разработки фотоотверждаемой композиции для получения полимерного материала, обладающего трехмерной нанопористой структурой с гидрофобной поверхностью пор, одностадийного способа его получения и пористого полимерного материала с селективными сорбирующими свойствами и одностадийного формирования на его основе водоотделяющих фильтрующих элементов с заданной геометрией и требуемой механической прочностью, применяемых в устройствах для очистки органических жидкостей, преимущественно углеводородных топлив, масел, нефтепродуктов, от эмульгированной воды и механических примесей. Фотополимеризующая композиция содержит олигоэфиракрилат, фотоинициатор, в качестве которого используют орто-хинон с конденсированной ароматической системой, функционализирующий мономер винилового ряда, отверждающийся по радикальному механизму, менее реакционноспособный по сравнению с олигоэфиракрилатом и образующий гидрофобный полимер, и неполимеризационноспособный компонент, растворяющий мономеры композиции и ограниченно совместимый с конечным полимером. На основе композиции разработан способ одностадийного получения полимерного нанопористого материала с функционализированной поверхностью пор, а также способы одностадийного получения изделий - водоотделяющих фильтрующих элементов с заданной геометрией и повышенной механической прочностью. Получен нанопористый полимерный материал, селективные сорбирующие свойства которого подтверждены экспериментально. Одностадийным способом фотополимеризации впервые получены нанопористые полимерные водоотделяющие фильтрующие элементы с заданной геометрией и повышенной механической прочностью. Селективно-сорбирующие свойства фильтрующих элементов экспериментально доказаны на примере очистки бензола от воды. 8 н. и 4 з.п. ф-лы, 8 ил., 5 пр.
Наверх