Патент на изобретение №2363537
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНО-ГЛИНИСТОЙ КОМПОЗИЦИИ ДЛЯ ОЧИСТКИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ
(57) Реферат:
Изобретение относится к способу получения полимерно-глинистой композиции, которая может быть использована в качестве сорбента для очистки и обеззараживания воды в различных отраслях промышленности. Способ заключается в том, что к водной суспензии бентонитовой глины добавляют активатор поверхности гуанидинсодержащую соль с четвертичным атомом азота. Далее обрабатывают активированную поверхность непредельной органической кислотой, акриловой или метакриловой кислотой, в присутствии радикального инициатора полимеризации персульфата аммония. Нагревание проводят при температуре 60-70°С при перемешивании до полимеризации непредельной органической кислоты. Активированную бентонитовую глину и непредельную органическую кислоту берут в массовом соотношении 1:1÷2. Изобретение позволяет упростить процесс активации поверхности бентонита, повысить сорбционную активность, улучшить эксплуатационные качества бентонитовой глины, а также придать композиции биоцидные свойства. 3 табл., 1 ил.
Изобретение относится к области получения химически модифицированных глин, которые могут быть использованы в качестве сорбентов для очистки и обеззараживания воды в различных отраслях промышленности. Бентонит, относящийся к слоистым глинистым минералам группы смектитов, широко применяется при изготовлении материалов для различных отраслей промышленности: нефтедобычи, металлургии, очистки воды. Возможности бентонита, как исходного сырья для получения новых материалов многоцелевого назначения, далеко не исчерпаны. Высокое содержание в бентоните монтмориллонита, структурными элементами которого являются алюмосиликатные слои толщиной 1 нм, обеспечивает весьма значительный научно-технологический потенциал этого минерала. В настоящее время, в связи с утратой богатых монтмориллонитом месторождений Закавказья, актуальным является вовлечение в промышленное использование российских бентонитов и создание физико-химических основ получения и применения полимерсиликатных композиций с необходимым комплексом технологических свойств. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения органоминерального катионита [Е.Е.Ергожин, A.M.Акимбаева, А.Д.Товасаров. Пластические массы, Способ его получения заключается в том, что бентонит Монракского месторождения (Казахстан), основным породообразующим минералом которого является монтмориллонит, активируют 20% серной кислотой при нагревании в течение 6 часов на водяной бане. Затем бентонит обрабатывают раствором перекиси бензоила в качестве инициатора и высушивают в вакууме до постоянного веса. Высушенный бентонит помещают в реакционную колбу, добавляют водный раствор акриловой кислоты и продувают инертным газом. Реакционную систему при перемешивании нагревают при температуре 60-70°С. При этом получается активированный полиакриловой кислотой бентонит, который проявляет свойства слабокислотного катионита. Недостатком данного способа получения активированного бентонита является то, что обработка глинистых минералов неорганическими кислотами приводит к глубокому изменению их структуры и свойств. Эти изменения, прежде всего, выражаются в значительном разрушении октаэдрических слоев в результате растворения оксидов алюминия, магния и железа. При этом Н-форма бентонита переходит в Al-форму, особенно при нагревании и увлажнении, что сопровождается значительной потерей активности. Кроме того, данный способ отличается многостадийностью и длительностью процесса. Задача, решаемая изобретением, – использование бентонитовой глины российского месторождения, упрощение процесса активации поверхности бентонита, повышение сорбционной активности, улучшение эксплуатационных качеств бентонитовой глины, придание композиции биоцидных свойств. Заявляемый способ заключается в том, что для получения химически активированной поверхности бентонитовой глины, глинистый минерал российского месторождения «Герпегеж» (Кабардино-Балкарская республика), содержащий 80% монтмориллонита подвергают активированию гуанидинсодержащими солями, что приводит к гидрофобизации частиц глины и лучшему совмещению с органическими материалами. В качестве активатора используют биоцидную гуанидинсодержащую соль с четвертичным атомом азота, например: диаллилгуанидинацетат (ДАГА), диаллилгуанидинтрифторацетат (ДАГТФА), метакрилатгуанидин (МАГ), акрилатгуанидин (АГ). Для получения полимерно-глинистой композиции к водной суспензии бентонитовой глины добавляют активатор поверхности гуанидинсодержащую соль с четвертичным атомом азота, обрабатывают активированную поверхность непредельной органической кислотой, акриловой (АК) или метакриловой (МАК) кислотой, в присутствии радикального инициатора полимеризации персульфата аммония, при этом активированную бентонитовую глину и непредельную органическую кислоту берут в массовом соотношении 1:1÷2, далее нагревают при температуре 60-70°С при перемешивании до полимеризации непредельной органической кислоты. Способ осуществляется следующим образом: Пример 1. В суспензию бентонита, содержащую 10 г глины и 50 мл воды, приготовленную перемешиванием при комнатной температуре на магнитной мешалке в течение 30 минут, добавляют диаллилгуанидинацетат и перемешивают еще 2 часа при комнатной температуре. Соотношение гуанидинового соединения и бентонитовой глины 15:85 мас.%. Полученную органоглину промывают водой многократной декантацией и высушивают при комнатной температуре. Затем 40 мл водной суспензии, содержащей 5 г органоглины, помещают в четырехгорлую колбу объемом 0,5 л, снабженную мешалкой, обратным холодильником, термометром, приливают 5 мл метакриловой или акриловой кислоты и персульфат аммония так, чтобы его концентрация в общем растворе объемом 50 мл составляла 5×10-3 М. Реакционную смесь перемешивают при 60-70°С до полимеризации непредельной органической кислоты. Полученный продукт извлекают из колбы, многократно промывают дистиллированной водой и сушат при комнатной температуре 48 часов. Пример 2. В суспензию бентонита, содержащую 10 г глины и 50 мл воды, приготовленную перемешиванием при комнатной температуре на магнитной мешалке в течение 30 минут, добавляют диаллилгуанидинтрифторацетат и перемешивают еще 2 часа при комнатной температуре. Соотношение гуанидинового соединения и бентонитовой глины 15:85 мас.%. Полученную органоглину промывают водой многократной декантацией и высушивают при комнатной температуре. Затем 40 мл водной суспензии, содержащей 5 г органоглины, помещают в четырехгорлую колбу объемом 0,5 л, снабженную мешалкой, обратным холодильником, термометром, приливают 8 мл метакриловой или акриловой кислоты и персульфат аммония так, чтобы его концентрация в общем растворе объемом 50 мл составляла 5×10-3 M. Реакционную смесь перемешивают при 60-70°С до полимеризации непредельной органической кислоты. Полученный продукт извлекают из колбы, многократно промывают дистиллированной водой и сушат при комнатной температуре 48 часов. Пример 3. В суспензию бентонита, содержащую 10 г глины и 50 мл воды, приготовленную перемешиванием при комнатной температуре на магнитной мешалке в течение 30 минут, добавляют акрилатгуанидин или метакрилатгуанидин и перемешивают еще 2 часа при комнатной температуре. Соотношение гуанидинового соединения и бентонитовой глины 15:85 мас.%. Полученную органоглину промывают водой многократной декантацией и высушивают при комнатной температуре. Затем 40 мл водной суспензии, содержащей 5 г органоглины, помещают в четырехгорлую колбу объемом 0,5 л, снабженную мешалкой, обратным холодильником, термометром, приливают 10 мл метакриловой или акриловой кислоты и персульфат аммония так, чтобы его концентрация в общем растворе объемом 50 мл составляла 5×10-3 М. Реакционную смесь перемешивают при 60-70°С до полимеризации непредельной органической кислоты. Полученный продукт извлекают из колбы, многократно промывают дистиллированной водой и сушат при комнатной температуре 48 часов. Технический результат достигается за счет применения для активации глины биоцидных гуанидинсодержащих солей с четвертичным атомом азота, повышения потребительских свойств за счет увеличения сорбционной активности и придания биоцидных свойств, упрощения процесса благодаря сокращению времени модификации глины. Исследование сорбционной активности у полученных композиций осуществляли традиционными способами, которыми обычно пользуются для оценки активности сорбентов: по адсорбции метиленового синего и йода из водного раствора, в статических условиях. Равновесную концентрацию метиленового синего определяли фотоколориметрическим методом. Равновесную концентрацию йода определяли титрованием раствором тиосульфата натрия. Адсорбционную активность материала осуществляли через определение адсорбционной емкости в мг×г-1 (таблица 1). Возможность извлечения синтезированными композиционными материалами некоторых тяжелых металлов из сточных и природных вод исследовали с использованием модельных растворов. Измерения массовой концентрации металлов в пробах воды до и после обработки композитами проводили атомно-адсорбционным методом с электротермической атомизацией с использованием атомно-адсорбционного спектрометра «МГА-915». Результаты исследований приведены в таблице 2. Проверка эффективности очистки модельной сточной воды от токсичных органических соединений показала, что предлагаемый материал обладает высокой поглотительной способностью к токсичным органическим соединениям, в частности к фенолу. Равновесную концентрацию фенола определяли фотоколориметрическим методом. Были построены изотермы адсорбции фенола из его водных растворов при комнатной температуре. Данные исследования показывают, что поглощательная способность полученных сорбентов по отношению к фенолу увеличивается для композиционных материалов, которые были получены при обработке более высокой концентрацией акриловой или метакриловой кислоты. При содержании фенола менее 1 мг/л его извлечение из раствора составляет 80-95% (см. чертеж). Исследования бактерицидной активности и токсичности синтезированных композиционных материалов, проведенные совместно с Бактериологической лабораторией ГСЭН КБР и фармацевтическим объединением «Эльфарми» (КБР, г.Нальчик), показали, что эти препараты весьма активны и обладают биоцидным действием по отношению к грамотрицательным (E.coli) микроорганизмам, а также обладают невысокой токсичностью (табл.3). Таким образом, сочетание в полученных материалах высокой бактерицидной активности с повышенной способностью связываться с тяжелыми металлами и органическими поллютантами открывает возможности их использования в качестве эффективных сорбентов для очистки и обеззараживания воды.
Формула изобретения
Способ получения полимерно-глинистой композиции для очистки и обеззараживания воды, заключающийся в том, что к водной суспензии бентонитовой глины добавляют активатор поверхности гуанидинсодержащую соль с четвертичным атомом азота, обрабатывают активированную поверхность непредельной органической кислотой, акриловой или метакриловой кислотой, в присутствии радикального инициатора полимеризации персульфата аммония, при этом активированную бентонитовую глину и непредельную органическую кислоту берут в массовом соотношении 1:1÷2, далее нагревают при температуре 60-70°С при перемешивании до полимеризации непредельной органической кислоты.
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
10, 2005, с.27-29. RU 2167706 C1, 27.05.2001. SU 831168 A1, 23.05.1981. RU 2277013 С1, 27.05.2006.
