Способ получения полимерных фильтрующих изделий

 

Государственный научно-исследовательский и проектный институт по обогащению руд цветных металЛЬв-4!Ка "Млно6 (7!) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ ФИЛЬТРУЮЩИХ

ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к технологии изготовления пористых изделий, предназначенных для фильтрации жидкостей и газов, и может найти применение в цветной металлургии, в химической, медицинской и пищевой промышленности, в приборостроении для очистки сточных вод и в других областях промышленности.

Осуществление многих высоко10 производительных процессов связано с использованием специальных фйльтРующих изделий, Существующий ассортимент фильтрующих изделий не позволяет осуществ13 лять их надежный выбор с учетом технических требований и в соответствии с практическими задачами. Это обусловливает важность и актуальность разработок новых способов получения фильтрующих изделий. При этом широкие возможности открываются в ходе направленной функциональной переработки полимеров. Так, путем коагуляционного формования изделий из растворов ацетилцеллюлозы синтезируют мембраны для обратноосмотического фильтрования 11.

Однако по этому способу невозможно получить объемные проницаемые изделия, а синтезируемые пленки обладают низкой фильтрующей способностью, которая реализуется при высоком давлении (свыше 50 ат).

Известен способ получения пористых полимерных материалов, заключающийся в спекании предварительно набухших в растворителе ионообменных. материалов с термопластическими полимерами $2) .

Однако этот способ технологически сложен и не позволяет получить объемные изделия заданной геометрической формы.

Известен также более совершенный способ изготовления формованных полимерных изделий, который предусматривает сополимеризацию стирола с ди30

3 92964 винилбензолом в среде тетралинового раствора полиолефина. Получающаяся смесь полиолефина с мелкодисперсными стиролдивинилбензольными частицами подвергается формованию при 5

180 С с удалением высококипящего о растворителя $3).

Поскольку в основе формования лежит процесс удаления растворителя, известный способ не обеспечивает 10 получения объемных изделий, этот способ наиболее пригоден для прядения волокон диаметром О, 1 мм

Цель изобретения — получение фильтруЮщих изделий заданной геомет- 15 рической формы с регулируемыми параметрами селективной проницаемости и упрощение технологии процесса формования.

Цель достигается тем, что согласно щ способу получения полимерных фильтрующих изделий, путем трехмерной полимеризации виниловых мономеров в растворителе в присутствии инициатора радикального типа сополимеризацию проводят в герметичных формах . в статических условиях при массивном соотношении растворителя и суммы мономеров, равном 0,8-1,8:1 соответственно,при 20-90 С.

В готовое фильтрующее полимерное изделие могут быть введены ионообменные группы известными химическими приемами сульфированием, фосфорилированием, хлорметилированием с последующим аминированием и др) .

Сущность предлагаемого способа сводится к проведению трехмерно-полимерообразующих процессов в герметичных формах в статических усло- 40 виях при фазовом выделении структурируемых компонентов в аиде сферических частиц с последующей агломерацией выделенных сферических частиц в непрерывный пространственный каркас. Фазовое выделение структурируемых компонентов в виде сферических частиц осуществляется в определенном температурном режиме, в присутствии соответствующего типа и

50 количества растворителя, когда трехмерно-полимерообразующая система, переходя в студнеобразное состояние, полностью и однородно, равномерно 3аполняет исходную герметичную фор55 му, в которой осуществляется процессс.

Тип растворителя подбирается та- ким образом, чтобы он после проведе8 4 ния полимерообразующих реакций полностью включался в структуру за счет собственного объемного пространства при одновременном развитии максимально возможной поверхности контакта с синтезируемым трехмерным полимером.

При оптимальном типе растворителя переход из жидкого состояния в твердое в связи с проведением реакции пространственного сшивания происхо" дит без изменения макроскопической формы, объема, геометрических размеров, заданных для исходной реакционной смеси. Последнее обусловливается тем, что образующийся трехмерный полимер выделяется в виде глобул, контактно сцепленных между собой.

Контактно сцепленные глобулы организуют пространственный каркас, обладающий свойствами прочного твердого тела и имеющий внутренний объем, равный объему используемого количества растворителя. Ясно, что должна иметь место тенденция к увеличению проницаемости полимерных фильтрующих изделий, их среднего размера пор с возрастанием используемого количества растворителя.

Другим регулятором селективной проницаемости служит химическая природа полимеров, в зависимости от которой фильтрующее изделие проницаемо либо к гидрофобным жидкостям - в том случае, когда в качестве мономеров используют углеводороды (стирол, дивинилбензол), либо к воде и водным растворам - в том случае, если полимер содержит гидрофильные группы.

Кроме того, присутствие в полимерном материале фильтрующего иэделия ионообменных или комплексообразующих групп позволяет использовать фильтры в качестве ионообменных мембран..

Применение предложенных фильтрующих иэделий в водоподготовке, гйдрометаллургии и других областях открывает новые возможности создания высокоэффективных технологических схем. Использование ионообменных фильтрующих элементов позволяет в десятки раз интенсифицировать сорбционные процессы, так как при их осуществлении практически снимаются кинетические ограничения скорости процесса.

Пример I В 312 мл изооктана растворяют 8,8 г перекиси бензоила, 182 r свежеперегнанного стирола, 36 г очищенного от ингибитора и вы9 9 сушенного над хлористым кальцием дивинилбензола. Полученный раствор заливают в межтрубное пространство герметично закрывающейся фторопластовой формы. Форма представляет собой стакан с внутренней шлифованной поверхностью, высотой 120 мм и внутренним диаметром 112 мм, в который коаксиально вставляется другой стакан с внешней шлифованной по- 1о верхностью и внешним диаметром 74,5 мм

Заливаемую реакционную смесь нагревают до 85ОС и выдерживают при этой температуре в течение 6 ч в форме в условиях ее герметизации. После ох- !з лаждения из формы извлекают изделие в виде трубы высотой 101 мм, толщиной фильтрующих стенок 18,7 мм и коэффициентом проницаемости 1,6- 10 4см

Это иэделие использовали в качестве щ насадки в фильтровальном элементе, обеспечивающем прохождение очищаемого раствора в направлении от наружной поверхности трубы в ее внутреннюю полость, а регенерирующего раствора из внутренней полости к наружной поверхности.

Фильтрацией через полученное изделие очищали керосин и масла от взвешенных твердых частиц, при этом на фильтрующей поверхности-эффективно задерживаются частицы размером.

4 — 5 мкм и выше. При напоре

2 и вод.ст. обеспечивается прохождение через фильтр 55 л/ч очищаемого раствора. Регенерация фильтра осуществляется промывкой фильтра путем изменения направления потока раствора, при этом отфильтрованный твердый осадок отслаивается с фильтрующей поверхности.

Полученное изделие, будучи высокопроницаемым полимерным материалом полистирольного типа, легко подвергается химической активации с введением различных ионогенных и селективных группировок. Например, при обработке изделия 1,0 л О, 8>-ного раствора сернокислого серебра в концентрированной (о =1,835} серной кислоо те при 80 С в течение 10 ч в нем фиксируются сульфокислотные группи ровки в количестве 2, 1 г-экв/л..

Фильтрованием через такое изделие раствора,, содержащего 80 мг/л

55. меди (рН 4,5), полностью очищалось от меди (до 0,05 мг/л) 300 л раствора при удельной скорости пропускания 250 уд.об/ч. С помощью стандарт2 648 6 ного гранульного ионита КУ-2"8 соответствующие показатели очистки достигались лишь при скорости пропускания очищаемого раствора через колонку 10 уд. об/ч.

Для подтверждения возможности регу лирования параметров фильтрующих изделий путем изменения типа растворителя приводится пример осуществления сополимеризации стирола с дивинилбензолом с использованием амилового спирта, обеспечивающего более эффективные контактные сцепления между глобулами, что позволяет получать проч ные изделия.

Пример 2. В 206 мл амилового спирта растворяют 1,1 г перекиси бензоила, 70 г свежеперегнанного стирола 42 г дивинилбензола, очищенного от ингибитора и высушенного над хлористым кальцием. Полученный раствор заливают в межтрубное пространство каждой из десяти герметично закрывающихся форм, изготовленных из полиэтилена высокого давЛения. форма представляет собой пробирку высотой 140 мм и внутренним диаметром 19,2 мм, в которую коаксиально

1вставляется трубка с внешним диамет ром. 7,0 мм. Заполненные герметизированные формы прогреваются до 80 С и выдерживаются при. этой температуре в течение 12 ч, после чего из форм извлекаются 10 изделий со следующими параметрами: высота 130 мм, внешний диаметр 19,1 мм, внутренний диаметр 7,1 мм, коэффициент проницаемости 9,5 10 см с .

l.

Il p и м е р 3. В 339 мл смеси амилового спирта, толуола и воды при их весовом соотношении 12:6:1 растворяют 103 г 2-метил-5-винилпиридина, перегнанного в токе азота над гранулированным КОН при 70 С/12 мм рт.ст. о и 134 г хлорметилированной толуолформальдегидной смолы элементного состава,: С 70,7; Н 6, 5, С f 21, 8, 0 1,О, со средним молекулярным весом 298.

Раствор перемешивают при 50 С о в течение 2 ч, охлаждАют до 28 С и выливают в межтрубное пространство герметично закрывающейся фторопластовой формы. Форма представляет собой стакан с внутренней шлифованной поверхностью, высотой 120 мм . и внутренним диаметром 112 мм, в кото» рый коаксиально вставляется другой стакан с внешней шлифованной поверх929648

Формула изобретения

Составитель В.Мкрычан

Техред M. Tenep Корректор С.Шекмар

4»

Редактор О.Половка

Заказ 3409/32 Тираж 512 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 8-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ностью и внешним диаметром 74,5 мм.

Реакционную смесь выдерживают при

28 С в форме в течение 75 ч и при о

80 С в течение 6 ч в условиях гермео тизации формы. После охлаждения 5 до комнатной температуры из формы извлекают изделие высотой 103 мм, толщиной фильтрующих стенок 18,7 мм и коэффициентом проницаемости

7,1 ° 10 см с. !о

Через изделие пропускали цианистый раствор, полученный при выщелачивании руды Куранахского месторождения и. содержащий мг/л: золото 2,7, серебро 0,55, медь 3 5; цинк 4 0, !5 цианиды свободные 73, 0; рН 10,5 со скоростью 300 уд.об/ч. Получено

175 л фильтрата состава,-,мг/л: золото 0,18, серебро 0 01; медь 2,6, цинк 3,6; цианиды свободные 71,9; рН 20

10,5. Регенерацию фильтра осуществляли путем обработки его 0,7 н раствором тиомочевины в 83-ной серной кислоте при удельной нагрузке

5 уд. об./ч с получением 1 л раство- 2Э ра, содержащего 0,44 г/л золота.

Для сравнения синтезировали ионит аналогичного типа в виде частиц размером 0,6-1,5 мм. В данном случае, проводя сорбцию золота при различ- Эв ных удельных нагрузках, установили, что получение 175 л фильтрата состава, достигаемого с помощью соответствующего предлагаемому спосоЬу изде"лия, обеспечивается лишь при скорости пропускания 5 уд.об./ч. При удельÄ 3$ ной нагрузке 300 уд.об/ч отмечался немедленный 723-ный проскок золота. Вместе с этим регенерация зерненного слоя ионита сопровождается разбавлет нием элюата по золоту: максимально достигаемая концентрация золота в элюате составляла 0,23 г/л.

1. Способ получения полимерных фильтрующих изделий путем трехмерной полимеризации виниловых мойомеров в растворителе в присутствии инициатора радикального типа, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью получения фильтрующих изделий, заданной геометрической формы с регулируемыми параметрами селективной проницаемости, упрощения технологии процесса формования, сополимеризацию проводят в герметичных формах в статических условиях при массовом соотношении растворителя и суммы мономеров, равном 0,8-1,8:1 соответственно, при 20-90 С.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и и с.я тем, что в фильтрующее полимерное изделие вводят ионообменные группы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США kÓ 3133132, кл.264-49, опублик. 12.05.64.

2. Авторское свидетельство CCCP

Ф 615101, кл. С 08 3 5/20, С 08 Ю 9/24, 11.08.76.

3. Патент ФРГ h 2237953, кл. С 08 L 25/04, опублик. 28.04 77 (прототип) .