Серосодержащий катионит на основе лигнина для сорбции тяжелых металлов

(51) 08 5/02 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Изобретение относится к области ионообменных материалов, а именно к ионитам на основе растительного сырья и может быть использовано для очистки природных и сточных вод от ионов тяжелых металлов. Серосодержащий катионит, полученный модификацией лигнина бифункциональной эпоксидной смолой ЭД-20 и тиодигликолевой кислотой, обладает статической обменной емкостью по 0,1 н раствору 2,9-5,4 мг-экв/г. Он эффективно извлекает ионы ртутии галлияиз разбавленных и концентрированных растворов, сорбционная емкость достигает 88-472 и 50-335 мг/г соответственно.(72) Ергожин Едил Ергожаевич Чопабаева Назира Набиевна Тасмагамбет Амандык Туракулы Никитина Анна Ивановна(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Институт химических наук им. А.Б. Бектурова Комитета науки Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СЕРОСОДЕРЖАЩИЙ КАТИОНИТ НА ОСНОВЕ ЛИГНИНА ДЛЯ СОРБЦИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ 22506 Изобретение относится к области ионообменных материалов, а именно к катионитам на основе растительного сырья и может быть использовано для очистки природных и сточных вод от ионов тяжелых металлов. Известен серосодержащий катионит на основе растительного сырья, полученный химической модификацией мякоти кокоса концентрированной серной кислотой и персульфатом аммония при 80 С в течение 12 часов ( С.,К. //. 1999. . 37. . 79-84). Его статическая обменная емкость (СОЕ) по 0,1 н растворуравна 0,5 мг-экв/г, сорбционная емкость (СЕ) по ионам ртути- 154 мг/г. Сорбция галлияне исследовалась и не известна. Недостатком серосодержащего катионита является низкая СОЕ и СЕ по ионам ртути. Аналогом к заявленному объекту по структуре и назначению является серосодержащий катионит на основе кокосовой шелухи, полученный обработкой биоматериала 5-ным раствором полисульфида натрия в течение 1 часа ( М.К., ., // .. 1999. . 6.5. . 279-285). СОЕ катионита равна 1,03 мг-экв/г. При исходной концентрации ионов 2 250 мг/л, дозе сорбента 2,5 г/л и продолжительности извлечения 3 часа сорбционная емкость (СЕ) достигает 60 мг/г. Сорбция галлияне исследовалась и не известна. Недостатком серосодержащего катионита является низкая СОЕ и СЕ по ионам ртути . Задачей изобретения является расширение ассортимента серосодержащих катионитов на основе лигнина для извлечения ионов тяжелых металлов. Техническим результатом является повышение СОЕ и СЕ по ионам ртути. Технический результат достигается серосодержащим катионитом на основе лигнина где- лигниновая матрица. Серосодержащий катионит получают в две стадии, включающей обработку тиодигликолевой кислотой полученного взаимодействием лигнина с бифункциональной эпоксидной смолой ЭД-20 в присутствии катализатора триэтиламина (ТЭА). 22506 Катионит содержит 4,00-7,12 серы и имеет СОЕ по 0,1 н раствору- 2,90-5,40 мг-экв/г. Его выход 96,15 - 86,25. Структура серосодержащего катионита установлена методом ИК-спектроскопии. В ИКспектре катионита наряду с полосами лигнина(1607, 1510, 1450, 1400, 1360 см-1) появляются частоты, характерные для ТДГК совместные плоскостные ОН и СО СООН-групп при 1196 и 1309 см-1, а такжеметиленовых групп,расположенных рядом с карбонилом,т.е. СН 2 СООН-фрагментов кислоты при 1429 см-1. Уширение низкочастотной полосы при 1196 см-1 обусловлено поглощением СН 2-групп в углеродной цепи ТДГК при 1220 см-1. В спектре катионита по сравнению со спектром его интенсивности полосы карбонильного поглощения при 1705 см-1 вследствие наложения с полосой СО ТДГК (1704 см-1). Это служит главным доказательством наличия СООН-групп дикарбоновой кислоты в составе продукта реакции. ПолосаСН 2 СН 2-групп, расположенная в спектре ТДГК при 660 см-1, суперпозицирует с частотой колебаний ароматического кольца при 663 см-1. Ее интенсивность также возрастает. В спектре катионита частоты эпоксидных циклов при 774, 1035, 1183, 1249 см-1 исчезают. Серосодержащий катионит извлекает ионы ртути и галлия(таблица). Сорбция проведена аналогично прототипу в статических условиях при дозе сорбента 2,5 г/л, исходной концентрации ионов 2 250 мг/л, продолжительности извлечения 3 часа. Таблица Сорбция ионов ртутии галлия . Катионит СОЕ по 0,1 н раствору , мг-экв/г Н, мг/г, мг/г Существенным отличием предлагаемого технического решения от аналога является удачное сочетание карбоксильных и серосодержащих групп,их высокая концентрация и доступность в фазе ионита,достигаемая за счет прививки высокорекционноспособного эпоксидного олигомера ЭД-20 на поверхность лигнина и последующей модификации сополимера ТДГК. Эти существенные отличия позволяют по сравнению с аналогом увеличить СОЕ по 0,1 н растворуи СЕ по ионам 2 в 5,25 и 1,47 раз соответственно. СЕ по 3 достигает 50-335 мг/г. Изобретение иллюстрируется следующими примерами, указывающими оптимальные условия получения серосодержащего катионита на основе лигнина. Пример 1. Серосодержащий катионит получают обработкой лигнина (0,3 г) эпоксидирующей смесью состава ЭД-20 ТЭА 1,01,5 мол. в диметилформамиде (ДМФА) при 100 С в течение 1 часа. Далее -оксидный сополимер модифицируют ТДГК в ДМФА при их массовом соотношении 1,01,0, температуре 40 С в течение 0,5 часов. СОЕ катионита по 0,1 н раствору- 5,40 мг-экв/г,содержание серы - 7,12, выход - 91,73. Пример 2. Серосодержащий катионит на основе лигнина получают аналогично примеру 1,обрабатывая -оксидный сополимер ТДГК при 60 С в течение 3 ч. Его Н - 4,17 мг-экв/г,содержание серы - 5,89, выход - 86,25. Пример 3. Серосодержащий катионит на основе лигнина получают аналогично примеру 1, при массовом соотношении -оксидного сополимера к ТДГК, равном 1,00,5, температуре 60 С и продолжительности 3 часа. Его Н - 2,90 мг-экв/г, содержание серы - 4,00, выход - 96,15. Пример 4. Сорбцию ионов ртути и галлия проводят в статических условиях при дозе сорбента 2,5 г/л, исходной концентрации ионов 2 и 3 250 мг/л, длительности контактирования 3 часа серосодержащим катионитом, синтезированным по примеру 1. СЕ по 2 и 3 равны 88 и 50 мг/г соответственно. Пример 5. Сорбцию ионов ртути и галлия осуществляют аналогично примеру 4 при исходной концентрации металлов 2,3 г/л. СЕ по 2 и 3 равны 472 и 140 мг/г соответственно. Пример 6. Сорбцию ионов ртути и галлия осуществляют аналогично примеру 4 при исходной концентрации металлов 1,3 г/л. СЕ по 2 и 3 равны 320 и 122 мг/г соответственно, а при извлечении из 0,5 н 3 СЕ по 3 достигает 335 мг/г. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Серосодержащий катионит на основе лигнина для сорбции тяжелых металлов, полученный модификацией лигнина бифункциональной эпоксидной смолой ЭД-20 в присутствии катализатора триэтиламина с последующей обработкой-оксидного сополимера тиодигликолевой кислотой с выходом 96,15-86,25,и обладающий статической обменной емкостью по 0,1 н раствору 2,9-5,4 мг-экв/г и сорбционной емкостью по ионом 2 и 3, равной 88-472 и 50335 мг/г соответственно.