Способ получения ионообменного материала заданной конфигурации

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 280177 (21) 2455866/23-05с присоединением заявки Мо(51)М. Кл. С 08 1 5/20 Госуларствеиный комитет СССР ио лелам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Н.Я, Любман, Г.К. Имангазиева и О.Н, Чистякова Государственный научно-исследовательский и проектныйинститут по обогащению руд цветных металлов"Казмеханобр"(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИОНООБМЕННОГО МАТЕРИАЛА ЗАДАННОЙ КОНФИГУРАЦИИ Изобретение относится к технологйиполучения формованных ионообменныхматериалов.Оно может найти применение в про 5изводстве цветных металлов, кондиционировании технологических растворов,очистке сточных вод и аналитическойхимии.К настоящему времени наибольшеераспространение получили зерненныегранульные иониты, эффективность применения которых возрастает с уменьшением размера частиц. Поэтому.для интенсификации ионообменных процессовстремятся применять мелкодисперсныеиониты. Однако при использовании мелкодисперсных ионитов возникают трудности, связанные с отсутствием эфФективных дренажных устройств для ихудерживания в колонне и высоким гидравлическим сопротивлением слоя мелкодисперсного ионита,Указанные трудности можно устранить с помощью формованных ионообменных материалов, представляющих готовые фильтрующие элементы.Известен способ получения формованного ионообменного материала путем сополимеризации винилароматичес О кого с дивинильным реагентом в среде слаболетучего растворителя в присутствии полиолефина и отлива полученной полимерной смеси в Форму. Отлитая полимерная смесь приобретает сформованный характер после удаления слаболетучего растворителя, Для активирования изделия в форме проводят химическую обработку с введением в него фиксированных ионогенных групп 13.Недостатком известного способа является низкая проницаемость сформованного ионообменного материала. Ниэкая проницаемость обусловливается тем, что в основе способа. лежит процесс формирования фасонного материала при удалении растворителя. В этом случае полимерное составляющее при формовании изделия плотно упаковывается в конформационно малопроницаемом состоянии. В итоге сформованный материал проявляет низкую проницаемость, находя 1 цуюся в сооответствии с набухаемостью, достигнутой в ходе актива- ции и введения ионогенных групп.Другим недостатком известного способа является низкая механическая прочность сформованного ионообменного материала. Низкая механическаяпрочность обусловливается тем, чтопри получении изделия.оно дважды подвергается воздействию сильных напряжений: в ходе термообработки, когда полностью удаляется слаболетучийрастворитель, в ходе химической актинации, когда для введения ионогенных групп осуществляются реакции сульфирования, хлорметилирования, аминирования, обычно при повышенной температуре. Следующим недостатком способа является низкая активность сформованного ионообменного материала. Низкая активность обусловливается тем, что в готовое малопроницаемое изделие гидрофобного характера вводятся гидрофильные группы с использованиемреагентов, с большим трудом диффундирующих вглубь изделия.Целью изобретения является получение механически прочных материалов,обладающих повышенной проницаемостьюпо отношению к жидкостям и высокойзадерживающей способностью по отношению к содержащимся в обрабатываемыхжидкостях взвешенным частицам, а также проявляющих повышенную активностьи сродстно по отношению к металлам Ч и Ч групп периодической системы,Поставленная цель достигается путем проведения трехмерной поликонденсации полифенольных соединений (например, пирокатехина) с формальдегидом в присутствии воды при. соотношении ее к полифенолу (вес. ч) 4;1-6:1 в температурном интервале 36-54 фС вгерметичном реакционном сосуде, который затем используется в качестве ионообменного Фильтра с фиксированным и нем слоем пористого высокопроницаемого селективного ионита.Установлено, что трехмерная поли- конденсация полифенольных соединений с формальдегидом в присутствии воды при ее весовом соотношении к полифенолу 4:1-6:1 н температурном интервале 36-54 С протекает через образование полимерных продуктов, для которых термодинамически стабильной формой является глобулярное состояние. Дальнейшее структурирование приводит к возникновению контактных сцеплений между глобулами, в результате чего формируется иэделие в формеиспользуемого для трехмерной поликонденсации реакционного сосуда. Сформованный материал сочетает большуюудельную поверхность, благодаря которой (наряду с наличием полифенольныхкомплексообразующих группиронок) онпроявляет повышенную активность исродство к металлам Ч и Ч групп периодической системы, с высокой проницаемостью, благодаря которой он проявляет высокую фильтрующую способность по отношению к жидкостям, Большая удельная поверхность обусловли 60 После загрузки реакционной смеси герметизируют верхний торец сосуда и помещают его в термостат при 38 С. По истечении 48 ч в сосуде фиксируется слой селективного полифенольного ионита высотой 45 мм, плотно прилегаю 5 1 О 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 вается глобулярной структурой, а высокая проницаемость для жидкостей наличием открытых пор, размер которыхдостигает 0,3 мкм.В технологических растворах припроизводстве цветных металлов обычносодержатся шламы с размером частицпорядка 1 мкм и выше; очистка такихрастворов от указанных шламов представляет чрезвычайно сложную задачу.Сформонанный по разработанному способу материал эффективно задерживаетэти шламы,Отклонение от оптимального режимаприводит к нарушению процесса формования с получением фасонного материала, слабо сочетающего механическуюпрочность, Фильтрующую способность иактивность по отношению к металламЧ и Ч групп периодической системы,Например, в случае трехмерной поликонденсации при соотношении вода:полифенол (нес.ч) выше 6;1 формируетсяматериал с дифференцированным и рассеянным расположением глобул. Этотматериал, проявляя высокую фильтрующую способность, механически непрочен, Кроме того, он имеет слишком малую удельную понерхность и поэтому недостаточно активно взаимодействует(н связи с наличием фенольных радикалов) с металлами Ч и Ч групп, Если же трехмерную поликонденсацию осуществлять при соотношении вода:полифенол ниже 4:1, то проявляется низкая стабильность образующихся в этихусловиях глобул. Вследствие этогоглобулы сливаются в недискретную массу раньше, чем происходит структурирование материала. В результате образуется материал, не имеющий открытых пор и обладающий слишком низкой проницаемостью, чтобы выполнять роль фильтрующего элемента.Такое же решающее значение имееттемпературный режим, который следует коррелировать с используемым количеством воды.При повьпаении температуры нинелируется глобулярная структура, а с уменьшением температуры возрастает роль коацервативных процессов, приводящих в конечном итоге к расслоению формуемой смеси.П р и м е р 1. Синтез проводятн цилиндрическом сосуде с внутреннимдиаметром 96 мм и высотой 70 мм, снабженном разъемными крышками. При герметизированном нижнем торце в сосуд загружают гомогенизиронанную смесь, полученную смешением, г: пирокатехина 60; формалина (35,6) 69; воды 223 и соЛяной кислоты (35,2) 4.763383 формула изобретения Составитель Г. РусскихТехред А. Ач Корректор О. Билак Редактор Т. Девятко Тираж 549 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб.,д. 4/5Заказ 6227/23 филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 ций к стенкам. Затем сосуд выдерживают в термостате при 70 С в течение24 ч, заменяют герметизирующие крышки на фланцы со штуцерами. Модифицированный таким образом сосуд используют в качестве ионообменного фильтра.Сформированный слой пирокатехинФормальдегидного полимера обеспеччвает высокую скорость протекания жидкости при относительно низком напоре.Так, при давлении водяного столба1000 мм обеспечивается скоростьфильтрования воды через слой ионита32,8 л/ч, или 100 уд,об/ч.Активность и сродство синтезированного ионообменного фильтра оценивают путем пропускания через негоэлектролита от электролитического рафинирования меди состава, г/л; сурьма 0,7; медь 32,0; серная кислота 136,Скорость пропускания 4,5 л/ч 20(14 уд. об/ч),При этом из первых 17,1 л электролита сурьма полностью извлекается(содержание ниже 0,02 мг/л), Элюирование сорбированной сурьмы проводятпутем обработки ионообменного фильтрасоляной кислотой концентрации 20 прискорости пропускания 1 л/ч. Получают1 л элюата, содержащего 10 г/л сурьмы. Переработка элюата осуществляется с помощью вакуум-дистилляции, позволяющей рекуперировать элюент и получить товарную окись сурьмы.П р и м е р 2, Синтез проводят вцилиндрическом сосуде с внутреннимдиаметром 96 мм и высотой 80 мм, снабженном разъемными крышками. При герметизированном нижнем торце в сосудзагружают гомогенизированный раствор,полученный смешением, г: пирокатехина 60; формалина (35,6) 69; воды 40294,4 и соляной кислоты (35,2) 4,9,После загрузки реакционной смеси герметизируют верхний торец сосуда и помещают его в термостате при 51 ф С, поистечении 48 ч в сосуде Фиксируют 45слой селективного полифенольного ионита высотой 56 мм, плотно прилегающий к стенкам. Затем сосуд выдерживают в термостате при 70 фС в течение24 ч, заменяют герметизирующие крышкина фланцы со штуцерами, Модифицированный таким образом сосуд используютв качестве ионообменного Фильтра. Сформированный слой пирокатехинформальдегидного полимера обеспечивает весьма высокую скорость протекания жидкости при относительно низком напоре, Так, при давлении водяного столба 1000 мм обеспечивается ско-. рость фильтрования воды 56,3 л/ч, или 140 уд.об/ч.Активность и сродство синтезированного ионообменного Фильтра оценивают путем пропускания через него электролита от электролитического рафинирования меди состава, г/л: сурьма 0,7; медь 32,0; серная кислота 136. Скорость пропускания 2,0 л/ч. При этом из первых 17,1 л электролита сурьма полностью извлекается (содержание ниже 0,02 г/л). Элюирование сорбированной сурьмы проводят путем обработки ионообменного фильтра 20 НСС при скорости пропускания 1 л/ч. Получают 1,л элюата, содержащего 10 г/л сурьмы.Таким образом, синтезированный элюат обладает повышенной активностью и сродством по отношению к металлам У и Ч групп периодической системы. Способ получения ионообменного материала заданной конфигурации, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью получения механически прочного материала, обладающего повышенной проницаемостью по отношению к жидкостям и высокой задерживающей способностью по отношению к содержащимся в обрабатываемых жидкостях взвешенным частицам, а также проявлякицего повышенную активность и сродство по отношению к металлам Ч .и Ч групп периодической системы, проводят трехмерную поликонденсацию полифенольных соединений с Формальдегидом в .присутствии воды при ее весовом соотношении к полифенолу 4:1-6:1 при температуре 36-54 С в герметичном реакционном сосуде. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Патент франции Е 2190857,кл. С 08 1 27/00, опублик. 1974.