Способ получения сурьмянокремневого катионита

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистические

Республик (iii929209 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04.08,80 (21) 2966601/23«26

{51) М. Кл.

В 01 3 20/10 с присоединением заявки М (23) Приоритет

1Ъеудерстееннмй квинтет

ВСТР но данаи нэееретеннй и етернтнй

0публиковаио 23.05.82. Бюллетень М 19

Дата опубликования описания 23.0Q 82 (53) т ДК 661 183 .1 2(088.8) В. Н. Беляков, P. А. Пензии, М. А. Коваленко 33 В. Стрелко и В.П. Борисов (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУРЬИЯНОКРЕМНЕВОГС

К АТИ ОНИТА

Изобретение относится к области синтеза неорганических нонообменников, конкретно к получению сурьмянокислых сорбентов, g может быть использовано для селективного поглощения двузарядных катионов иэ кислых сред.

Известен способ получения неорганического ионообменника на основе сурьмы, включающий смешивание антимонатов щелочных металлов с неорганическими кислотами, выбранными из ряда НТеО,т, НСЬО, НфО и НСО,. и последующее осаждение полисурьмяной кислоты раство» ром гидроксида аммония. При этом получают сорбенты, селектнвные к одно-, двух- или трехзарядным ионам металлов в зависимости от типа кислоты 1 .

Недостатком данного способа являеч ся то, что получаемые по нему сорбенты невозможно непосредственно испольэовать в динамических условиях осуществления сорбпнонного; пропесса, так как конечный продукт получается в виде мелкодиспероного порошка.

Для улучшения физико-химических ха- рактеристик сурьмя нокислых катионитов, химической прочности, термической устой;чивости в ннх вводят различные связую5

Наиболее близким к иэобретвнию по технической сушности и достигаемому результату является способ получения сурьмянокремневого катионита, включаю» щий смешивание солянокислых растворов сурьмы с кремнесодержащим соединением, выдержку осадка для его созревания, промывку, гранулирование и сушку при повышенной температуре.

В качестве кремнесодержащего соедв нения используют силнкат натрия, а суш

ry ведут при 100-130 С;

В итоге получают продукт, представля ющий собой смешанный окисел сурьмы и кремния и, в зависимости от соотноше ния 5}з/5 в исходном растворе, имею щий строение от ярко выраженного крис таллнческого до полукристаллнческогфф

3 92920

Недостатком этого способа является его многостадийность, наличие маточно го раствора, содержащего некоторые количества непрореагировавшей сурьмы и кремния, а также относительно невысокая, З по сравнению с.полисурьмяной кислотой, обменная емкость вследствие вхождэния части ионов натрия в кристаллографические позиции, которые в обычных усло виях не обмениваются, 10

Цель изобретения — повышение обменной емкости сурьмянокремневых катионитов.

Поставленная цель достигается согласно способу получения сурьмянокрем- 15 невого катионита, включающему смешиваwe 4-6 М солянокислых растворов сурь мы (() с кремнесодержащим соединением, в качестве которого используют силикат калия, при мольном соотношении рр

Bb:Ü» при смешивании в пределах 83:1, силикатом капия с последующим осаждением смешанного гидратирова нного окисла сурьмы и кремния, его выдержку для созревания, промывку, гранулирова- 2s ние и сушку при 160-250 С в течение

6«12 ч.

Отличительным признаком способа является использование в качестве солянокислых растворов 4-6 М растворов

Gb (V), в качестве кремнесодержащего соединения - силиката калия и .проведение сушки готового продукта при 160250 С.

Другими отличиями способа являются проведение смешивания сурьмянокислых растворов с силикатом калия при мольиом соотношении 5b:5» =8 - 3:1, а сушки в течение 6-12 ч.

Технология способа состоит в следук - щем. Готовят исходные сурьмяносодер жащие растворы, для чего по .первому. варианту способа растворяют соединения,.". . содержащие ЬЫУ), например KGb(OH), а преимущественно ЯЬСРЬв 4-6 М соляной кислоте и получают 0,2-0,5 М . растворы 5Ь(Ч) в соляной кислоте.

По второму варианту в качестве исходных используют 4-6 М солянокислые ! растворы5Ь(1Ц), в которые добавляют

КМО», для переводабЬ(П1)»5Ъ|Y) при сле- . дующем мольном соотношении компонентов

5b:Ê 1,4 - 1,5:1. В итоге получают комплексное соединение ЗЫ 7 ) типа

aSbC0< „(OH)„. Затем к полученному по первому или второму варианту сурьмя-. нокислаау раствору прибавляют при не прерывном перемешивании раствор сипика9 4 та калия с плотностью d 1,06-

1,10 г/см:в количестве, обеспечиваюЬ. щем мольное соотношение 5b: 5» при синтезе, равное (8 3):1.

Данное соотношение 5b:5» является оптимальным, так как обеспечивает, с одной стороны, необходимую механическую прочность для практического применения сорбентов, а с другой - достаточно совершенную кристаллическую структуру, которая в конечном итоге характеризует обменную способность сурьмянокислых !

: катионитов.

-При соотношении Gb: М с 3 данный параметр сорбентов, как показали предварительные эксперименты, значительно уменьшается, и в соответствии с ним резко падает их обменная емкость.

При соотношении Sb: 5» 8 не удает ся получить механически прочные катиониты, пригодные к практическому исполь эованию в колоночных сорбционных процео.сах.

Наличие же того или иного количества иона калия в исходной смеси н ее смешивании не оказывает влияния на обменную емкость, так как в отличие от нат рия, калий в обычных условиях не образует смешанную кристаллическую фазу с сурьмянокислородными октаэдрами. Напротив, при дальнейшей обработке он очень легко и полностью вымывается из сорбента, способствуя формированию правильной кристаллической решетки у готового продукта.

После осаждения геля во всем объеме, которое, в.зависимости от концентрации и comaouteams исходных реагентов, составляет 30 с» »2 мин, его выдерживают для созревания 10-20 ч, затем промывают до рН промывных вод 4-6, сушат при 60-100 С, гранулируют путем декрипитации (замачивания в колодной воде) и, наконец, готовый продукт окончательно высушивают при 160-250 С в течение 6-12 ч.

Данный температурный режим сушки является наиболее оптимальным для окончательного сформирования и закрепл ния наиболее совершенной кристаллической структуры конечного продукта. В этих условиях происходит интенсивное удаление окклюдированной воды иэ сурьмяносодержащих катионитов и одновременная стабилизация ионов в определен-ных, наиболее энергетически выгодных кристаллографических позициях. Верхний предел 250 С обусловлен границей термо

5 929 стабильности исходной фазы БЬ Об ИН)Э (280 С), при превышении которой в сурьмяносодержвших сорбентах начинают происходить, частично необратимые юьменення, сопровождающиеся фаэовым пере- S ходом Sb (У) - БЬ (Ш), вследствие чего их обменная емкость уменьшается.

Проведение сушки сорбентов в указан ном температурном интервале в течение

6-12 ч, позволяет обеспечить равномер <0 . ность прогрева при различной толщине слоя (от 1 до 10 см).

После окончательной сушки сорбент переводят в Н форму путем его контактироввния с 5-кратным ооьемом 23 М азотной кислоты, промывают водой .до рН промывных вод 4-6 и высушивают на воздухе или при 60-100 С до посто янного веса. Данную операцию можно проводнть как после синтеза, так и не- 20 посредственно перед использованием сор,, бентов в сорбционных процессах, так как с ионы калия не входят в состав кристаллической решетки катионитов даже при нх длительном пребывании в калиевой qe ме.

Пример 1. 100 мл 4 М солянокиспого раствора 5b COg, содержащего

0,4 N5b при непрерывном перемешива> Mn раствора Kg5

Sb: ý "8:1). Через 2 мин после смешивания образуется гель по всему объему реакционной массы, который составляют при комнатной температуре для созревания на 20 ч, затем промывают до рН промывных вод 4, сушат при 100 С, гра нулируют путем замвчивания в холодной воде и окончательно высушивают цри

160 С в течение 6 ч.

40

Пример 2. 100 мл 6 М солянокислого раствора 5 Ъ CO+,содержащего

0,48 М 5b, смешивают с 100 мл pacw вора K 5iO, содержащего 0,14 М Sy (соотношение бЬ:Ы 3:1). Через 30 с после смешивания образуется гель по всему объему, который обрабатывают по примеру 1, эа исключением того, что окончательную сушку ведут цри 250 С

12 ч.

Пример 3. К 100 мл 6 М соля нокислого раствора ЬСс g, содержа- . щего 0,43 МВЬ, при непрерывном пере мешивании прибавляют небольшими пор пнями 31 r соли КМО (мольное соотно- шение 5Ь:К 1,5:1). Происходит бурюя реакция, сопровождакицаяся выделением окислов азота. Затем к полученному раст»

209 d вору прибавляют 80 мл раствора К Я(О, содержащего 0,1 1 N S i (соотношение

54:5i 41). Через 40 с после смешивания образуется. гель, который выдерживают 10 ч., промывают до рН промывных вод 6, гранулируют и окончательно сушат при 200 С 10 ч.

Пример 4. Проводят синтез сорбента по известному способу для чего смешивают 100 мл 6 М сопянокислоро раствора Sb С1, содержащего 0,43 М

Sb, с 35 мл раствора Й Ц Ь О, со держащего 0,054 МЬ (соотношение

5Ь:5t 8:1). Все дальнейшие операпии проводят аналогично примеру 1.

Пример 5. Проводят сравнительные испытания сорбентов, полученных по,примервм 1 и 4.

На фиг. 1 представлена сорбцня NQ, Ф. нв фнг. 2 - К+ из 0,1 н. растворов М СЮ КС соответственно в виимо ти от pH равновесного раствора сорбентами, полученными по примерам 1 и 4.

Как видно из представленных на фи гурах данных,;,сорбенты, полученные по предлагаемому способу, обладают в интервале . pH 2-8 на 20-30% болыцей o5-менной емкостью по сравнению с известным сорбентом, что, в пересчете на весовые единицы, составляет около 30 мг/л (по иону калия).

Таким образом, предлагаемый с особ позволяет получать неорганические сур мянокремневые катиониты, обладвимаие . повышенной- обменной емкостью, исполь зуя в качестве исходных как соединения

Bb(V), твк и БЬ(ИЦ. Способ может быть использован в области ° синтеза устойчивых в агрессивных средах ионооб менников cuw извлечения различных ионов иэ сточных вод.

Формула изобретения

1. Способ получения сурьмянокремневого катионита, включающий смешивание сэлянокисиых растворов сурьмы с кремнесодеркатиа соединением, последу ющую выдержку обраэОюавшеРося геля для созревания вго промывку. Грану пьроввние и сушку при пожшеиной темпера туре, о т л и ч в ю шийся тем, что, с целью увеличения обменной емкости сорбентв, в качестве соланокислых раст воров исааныуют 4-6 М рвстворы

Sb (V ), в качестве кремиесодержащвго

2. Авторское свидетельство СССР № 307063, кл. С 01 В 33/28, 1970 (прототип) .

Фиа f

Ъ

ВНИИПИ Заказ 3357/10 Гираж 577 Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 92820 соединении сипикат калии, а сушку ве дут при 160-250 С.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юN и Й с я тем, что смешивание ведут

Ври молъном соотношении ЬЬ:54, равном 5 (83):1.

3. Снособ по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ и и с и тем, что сушку ведут в течение 6-12 ч.

9 8. Источники информации, принятые во внимание при ексйе и изе

1. Патент франции № 1438742, кл. С 01 В 29/00, 1966.