RU2816088C1 - Способ модифицирования сорбентов на основе целлюлозы для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов - Google Patents
Способ модифицирования сорбентов на основе целлюлозы для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2816088C1 RU2816088C1 RU2023124897A RU2023124897A RU2816088C1 RU 2816088 C1 RU2816088 C1 RU 2816088C1 RU 2023124897 A RU2023124897 A RU 2023124897A RU 2023124897 A RU2023124897 A RU 2023124897A RU 2816088 C1 RU2816088 C1 RU 2816088C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- solution
- sorbent
- cellulose
- stage
- metal ions
- Prior art date
Links
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 title claims abstract description 91
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 title claims abstract description 45
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 title claims abstract description 45
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 title claims abstract description 31
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 79
- JQWHASGSAFIOCM-UHFFFAOYSA-M sodium periodate Chemical compound [Na+].[O-]I(=O)(=O)=O JQWHASGSAFIOCM-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 23
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 22
- XOAAWQZATWQOTB-UHFFFAOYSA-N taurine Chemical compound NCCS(O)(=O)=O XOAAWQZATWQOTB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 21
- 125000003172 aldehyde group Chemical group 0.000 claims abstract description 18
- 239000002023 wood Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000005708 Sodium hypochlorite Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229960003080 taurine Drugs 0.000 claims abstract description 11
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 claims abstract description 10
- 240000008892 Helianthus tuberosus Species 0.000 claims abstract description 10
- 235000004431 Linum usitatissimum Nutrition 0.000 claims abstract description 10
- SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N sodium hypochlorite Chemical compound [Na+].Cl[O-] SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 240000006240 Linum usitatissimum Species 0.000 claims abstract 2
- 235000003230 Helianthus tuberosus Nutrition 0.000 claims description 9
- KHIWWQKSHDUIBK-UHFFFAOYSA-N periodic acid Chemical compound OI(=O)(=O)=O KHIWWQKSHDUIBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 7
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- QFWPJPIVLCBXFJ-UHFFFAOYSA-N glymidine Chemical compound N1=CC(OCCOC)=CN=C1NS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 QFWPJPIVLCBXFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M sodium hydroxide Inorganic materials [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 26
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- ZNZYKNKBJPZETN-WELNAUFTSA-N Dialdehyde 11678 Chemical compound N1C2=CC=CC=C2C2=C1[C@H](C[C@H](/C(=C/O)C(=O)OC)[C@@H](C=C)C=O)NCC2 ZNZYKNKBJPZETN-WELNAUFTSA-N 0.000 description 12
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 description 9
- 241000208202 Linaceae Species 0.000 description 8
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 7
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 6
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 6
- JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N Cu2+ Chemical compound [Cu+2] JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N Zinc dication Chemical compound [Zn+2] PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 5
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 5
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 4
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 4
- WLZRMCYVCSSEQC-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+) Chemical compound [Cd+2] WLZRMCYVCSSEQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 description 4
- JBKVHLHDHHXQEQ-UHFFFAOYSA-N epsilon-caprolactam Chemical compound O=C1CCCCCN1 JBKVHLHDHHXQEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- -1 periodate ions Chemical class 0.000 description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- VEQPNABPJHWNSG-UHFFFAOYSA-N Nickel(2+) Chemical compound [Ni+2] VEQPNABPJHWNSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- HVBSAKJJOYLTQU-UHFFFAOYSA-N 4-aminobenzenesulfonic acid Chemical compound NC1=CC=C(S(O)(=O)=O)C=C1 HVBSAKJJOYLTQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 description 2
- 102000004882 Lipase Human genes 0.000 description 2
- 108090001060 Lipase Proteins 0.000 description 2
- 239000004367 Lipase Substances 0.000 description 2
- DWAQJAXMDSEUJJ-UHFFFAOYSA-M Sodium bisulfite Chemical compound [Na+].OS([O-])=O DWAQJAXMDSEUJJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910001431 copper ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 2
- 235000019421 lipase Nutrition 0.000 description 2
- 235000012054 meals Nutrition 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910001453 nickel ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920001277 pectin Polymers 0.000 description 2
- 239000001814 pectin Substances 0.000 description 2
- 235000010987 pectin Nutrition 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 2
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 2
- 235000010267 sodium hydrogen sulphite Nutrition 0.000 description 2
- KWTQSFXGGICVPE-UHFFFAOYSA-N 2-amino-5-(diaminomethylideneamino)pentanoic acid;hydron;chloride Chemical compound Cl.OC(=O)C(N)CCCN=C(N)N KWTQSFXGGICVPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- APRRQJCCBSJQOQ-UHFFFAOYSA-N 4-amino-5-hydroxynaphthalene-2,7-disulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)C1=CC(O)=C2C(N)=CC(S(O)(=O)=O)=CC2=C1 APRRQJCCBSJQOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001202 Inulin Polymers 0.000 description 1
- 101150115489 MPK7 gene Proteins 0.000 description 1
- 229920000057 Mannan Polymers 0.000 description 1
- 229910019093 NaOCl Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000531763 Otididae Species 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000002154 agricultural waste Substances 0.000 description 1
- 125000000539 amino acid group Chemical group 0.000 description 1
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229940079919 digestives enzyme preparation Drugs 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 239000003925 fat Substances 0.000 description 1
- 238000010353 genetic engineering Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- JYJIGFIDKWBXDU-MNNPPOADSA-N inulin Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)OC[C@]1(OC[C@]2(OC[C@]3(OC[C@]4(OC[C@]5(OC[C@]6(OC[C@]7(OC[C@]8(OC[C@]9(OC[C@]%10(OC[C@]%11(OC[C@]%12(OC[C@]%13(OC[C@]%14(OC[C@]%15(OC[C@]%16(OC[C@]%17(OC[C@]%18(OC[C@]%19(OC[C@]%20(OC[C@]%21(OC[C@]%22(OC[C@]%23(OC[C@]%24(OC[C@]%25(OC[C@]%26(OC[C@]%27(OC[C@]%28(OC[C@]%29(OC[C@]%30(OC[C@]%31(OC[C@]%32(OC[C@]%33(OC[C@]%34(OC[C@]%35(OC[C@]%36(O[C@@H]%37[C@@H]([C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O%37)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%36)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%35)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%34)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%33)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%32)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%31)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%30)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%29)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%28)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%27)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%26)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%25)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%24)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%23)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%22)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%21)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%20)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%19)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%18)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%17)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%16)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%15)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%14)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%13)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%12)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%11)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%10)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O9)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O8)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O7)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O6)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O5)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O4)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O3)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 JYJIGFIDKWBXDU-MNNPPOADSA-N 0.000 description 1
- 229940029339 inulin Drugs 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 229950000244 sulfanilic acid Drugs 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к способам модифицирования природных целлюлозосодержащих сорбентов, предназначенных для извлечения ионов тяжелых металлов сорбцией из растворов различного состава. Предложен способ модифицирования сорбентов на основе целлюлозы для извлечения ионов тяжёлых металлов из водных растворов путём двухстадийной обработки сорбента, выбранного из хлопковой или древесной целлюлозы, короткого льняного волокна, древесных опилок или стеблей топинамбура, где на первой стадии проводят обработку раствором окислителя, выбранного из метаперйодата натрия, йодной кислоты или гипохлорита натрия, при концентрации окислителя 0,1-0,3 М, при рН раствора 2,5-4,5, при модуле раствор/сорбент 15-50, при температуре 40-55°C в течение 2-4 часов, до содержания альдегидных групп в сорбенте 10-12%, а на второй стадии обработку окисленного сорбента осуществляют 1-7 масс. % раствором таурина при рН раствора 8-10 при температуре 55-70°С в течение 30-60 мин при модуле раствор/сорбент 15-50 с последующей промывкой водой после каждой стадии. Технический результат – повышение степени извлечения ионов тяжелых металлов. 1 табл., 5 пр.
Description
Изобретение относится к способам модифицирования природных целлюлозосодержащих сорбентов, предназначенных для извлечения ионов тяжелых металлов сорбцией из растворов различного состава, образующихся в результате проведения разнообразных технологических процессов, и может быть использовано для совершенствования мембранных и сорбционных технологий, в водоподготовке, при разработке технологий утилизации ионов тяжелых металлов из водных растворов и сточных вод различной природы.
Известен способ модифицирования сорбентов для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов путем контактирования их с полимерными сорбентами, содержащими целлюлозную компоненту и аминокислотные остатки при модуле раствор / сорбент, равном 50-200. В качестве сорбента используют шроты или жмыхи, предварительно обработанные в водных растворах ферментов при модуле раствор / сорбент 5-50 и концентрации ферментов 1-10 % от массы сорбента в течение 1-3 ч при температуре 25-40°С, а контактирование обработанного сорбента осуществляют в течение 5-20 мин при комнатной температуре. В результате применения таких сорбентов степень извлечения ионов Cu(II), Zn(II) и Cd(II) для различных индивидуальных и смешанных образцов шротов и жмыхов составляла от 78,3 до 99,9 % [Пат. 2258560 Российская Федерация, МПК B 01 J 20/24. Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов / Никифорова Т.Е., Багровская Н.А., Лилин С.А., Козлов В.А.; заявитель и патентообладатель Иван. гос. хим-тех. ун-т, ИХР РАН. - №2004102130/15; заявл. 26.01.04; опубл. 20.08.05, Бюл. № 23. - 5 с.
Однако этот способ предполагает использование для предварительной обработки сорбентов дорогостоящих и дефицитных реагентов - ферментов и ферментных препаратов (100 мг липазы, полученной из Pseudomonada Cepacia, стоят 61,21 евро [Sigma. 2002-2003]); если липаза выпускается отечественной промышленностью, то ферментный препарат В1 mix представляет собой опытный образец, разработанный путем генной инженерии на кафедре энзимологии МГУ.
Известен способ модифицирования сорбентов для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов путем контактирования их при комнатной температуре в течение 1-20 мин с полимерными сорбентами на основе целлюлозы, модифицированными при микроволновом облучении мощностью 300 Вт с частотой 2,45 ГГц при модуле раствор/сорбент, равном 50-200. При этом модифицирование сорбентов осуществляют путем их предварительного погружения в водный раствор капролактама или кубового остатка дистилляции капролактама с концентрацией 2-20 г/л при модуле 15-50 с последующим отжимом и микроволновым облучением в течение 1-5 мин при температуре 150-200°C, а контактирование модифицированных сорбентов с водными растворами проводят при pH раствора 3-7 [Пат. 2495830 Российская Федерация, МПК С 02 F 1/62, B 01 J 20/24. Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов / Никифорова Т.Е., Козлов В.А., Ефимов Н.А.; заявитель и патентообладатель Иван. гос. хим-тех. ун-т. -№2012117931/05; заявл. 28.04.12; опубл. 20.10.13, Бюл. № 29.-7с.].
Однако этот способ предполагает проведение процесса модифицирования сорбентов при сравнительно высоких температурах (150-200°C).
Известен способ модифицирования сорбентов для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов путем контактирования их при комнатной температуре с модифицированными полимерными сорбентами на основе целлюлозы при модуле раствор / сорбент, равном 50-200, в котором модифицирование сорбентов осуществляют путем их взаимодействия с окислителем при микроволновом облучении мощностью 300 Вт с частотой 2,45 ГГц и температуре 25-70°С в течение 5-15 мин с последующей промывкой водой и обработкой бисульфитом натрия, при этом контактирование модифицированного сорбента проводят в течение 1-20 мин.
Взаимодействие сорбентов с окислителем осуществляют в растворе с концентрацией 0,1-0,3 М при рН 2,5-4,5, а обработку бисульфитом натрия осуществляют в растворе с концентрацией 0,5-5 % при рН 2-4,5 в течение 0,5-1 ч при комнатной температуре. При этом в качестве окислителя используют метаперйодат натрия, йодную кислоту или гипохлорит натрия, а в качестве полимерных сорбентов используют хлопковую или древесную целлюлозу, короткое льняное волокно или древесные опилки [Пат. 2438995 Российская Федерация, МПК7 С 02 F 1/62, 1/28, 101/20, B 01 J 20/24. Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов / Никифорова Т.Е., Козлов В.А., Титаренко Н.А., Зимин Д.М.; заявитель и патентообладатель Иван. гос. хим-тех. ун-т. - №201024986/05; заявл. 17.06.10; опубл. 10.01.12, Бюл. № 1.].
Однако модифицированные таким способом сорбенты обладают недостаточно высокой способностью извлекать ионы тяжелых металлов из водных растворов с рН < 5.
Известен способ модифицирования сорбента, используемого для извлечения ионов тяжелых металлов, предусматривающий двухстадийную обработку исходного сорбента, выбранного из хлопковой или древесной целлюлозы, короткого льняного волокна, древесных опилок или стеблей топинамбура, модифицирующими агентами, при этом на первой стадии обработку осуществляют раствором окислителя, выбранного из метаперйодата натрия, йодной кислоты или гипохлорита натрия, при концентрации окислителя 0,1-0,3 М, при рН раствора 2,5-4,5, при модуле раствор/сорбент 15-50, под действием микроволнового облучения мощностью 300 Вт с частотой 2,45 ГГц при температуре 25-55°C в течение 5-15 минут, а на второй стадии обработку осуществляют раствором 3-10% сульфаниловой кислоты при рН раствора 8-10, при модуле раствор/сорбент 15-50 при комнатной температуре в течение 30-60 минут, причем после каждой стадии обработки модифицирующим агентом продукт промывают водой [Пат. 2640547 Российская Федерация, МПК B 01 J 20/3085, B 01 J 20/24. Способ модифицирования сорбентов на основе целлюлозы для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов / Никифорова Т.Е., Козлов В.А.; заявитель и патентообладатель Иван. гос. хим-тех. ун-т. - №2016149967; заявл. 19.12.2016; опубл. 09.01.2018, Бюл. № 1.].
Однако данный способ требует использования специального оборудования.
Известен способ модифицирования целлюлозосодержащих сорбентов для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов, предусматривающий двухстадийную обработку сорбента, выбранного из хлопковой или древесной целлюлозы, короткого льняного волокна, древесных опилок или стеблей топинамбура, модифицирующими агентами с последующей промывкой водой после каждой стадии, при этом на первой стадии проводят обработку раствором окислителя, выбранного из метаперйодата натрия, йодной кислоты или гипохлорита натрия, при концентрации окислителя 0,1-0,3 М, при рН раствора 2,5-4,5, при модуле раствор/сорбент 15-50, при нагревании, а на второй стадии обработку осуществляют при модуле раствор/сорбент 15-50 при комнатной температуре, в котором на первой стадии обработку сорбента окислителем проводят в течение 2-4 часов при температуре 40-55°C до содержания альдегидных групп в сорбенте 10-12%, а на второй стадии обработку окисленного сорбента осуществляют 3-10% раствором 1-амино-8-гидроксинафталин-3,6-дисульфокислоты при рН раствора 7,5-10,5 в течение 60-90 мин [Пат. 2712907 РФ, МПК С 1 51, B 01 J 20/32, C 02 F 1/28. Способ модифицирования целлюлозосодержащих сорбентов для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов [Текст] / Никифорова Т.Е., Козлов В.А., Афонина И.А., Афонина Н.Е., Натареев С.В.; заявитель и патентообладатель Иван. гос. хим-тех. ун-т. - №2019120661; заявл. 03.07.2019; опубл. 31.01.2020, Бюл. № 4.].
Однако данный способ позволяет достичь недостаточно высокой степени извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов (с концентрацией ионов металлов 1,5 ммоль/л);
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, то есть прототипом, является способ модифицирования сорбентов на основе целлюлозы для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов, предусматривающий двухстадийную обработку сорбента, выбранного из хлопковой или древесной целлюлозы, короткого льняного волокна, древесных опилок или стеблей топинамбура, модифицирующими агентами с последующей промывкой водой после каждой стадии, при этом на первой стадии проводят обработку раствором окислителя, выбранного из метаперйодата натрия, йодной кислоты или гипохлорита натрия, при концентрации окислителя 0,1-0,3 М, при рН раствора 2,5-4,5, при модуле раствор/сорбент 15-50, при температуре 40-55°C, в течение 2-4 часов, до содержания альдегидных групп в сорбенте 10-12%, а на второй стадии обработку окисленного сорбента осуществляют при модуле раствор/сорбент 15-50 при комнатной температуре, в котором отличающийся тем, что обработку окисленного сорбента осуществляют 2-8 масс. % раствором L-аргинина гидрохлорида при рН раствора 7,5-9,5 в течение 30-60 мин [Пат. 2791803 РФ, МПК B 01J 20/32, С 08F 1/28. Cпособ модифицирования сорбентов на основе целлюлозы [Текст] / Никифорова Т.Е.; заявитель и патентообладатель Иван. гос. хим-тех. ун-т. - №2022134214; заявл. 26.12.2022; опубл. 13.03.2023, Бюл. № 8.
Недостатком прототипа является недостаточно высокая степень извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов (с концентрацией ионов металлов 1,5 ммоль/л);
Техническим результатом изобретения является повышение степени извлечения ионов тяжелых металлов.
Указанный результат достигается тем, что в способе модифицирования сорбентов на основе целлюлозы для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов, предусматривающем двухстадийную обработку сорбента, выбранного из хлопковой или древесной целлюлозы, короткого льняного волокна, древесных опилок или стеблей топинамбура, модифицирующими агентами с последующей промывкой водой после каждой стадии, на первой стадии проводят обработку раствором окислителя, выбранного из метаперйодата натрия, йодной кислоты или гипохлорита натрия, при концентрации окислителя 0,1-0,3 М, при рН раствора 2,5-4,5, при модуле раствор/сорбент 15-50, при температуре 40-55°C, в течение 2-4 часов, до содержания альдегидных групп в сорбенте 10-12%, а на второй стадии обработку окисленного сорбента осуществляют при модуле раствор/сорбент 15-50, согласно изобретению, обработку окисленного сорбента осуществляют 1-7 масс. % раствором таурина при рН раствора 8-10 при температуре 55-70°С в течение 30-60 мин.
Для осуществления заявляемого изобретения используют следующие реагенты:
- йодная кислота - HIO4 [ТУ 6-09-02-87-74];
- метаперйодат натрия - NaIO4 [ТУ 6-09-02-54-74];
- гипохлорит натрия - NaOCl [ГОСТ 11086-76. Гипохлорит натрия. Технические условия.];
- натрия гидроксид NaOH [ГОСТ 2263-79. Натр едкий технический. Технические условия.]
- таурин (2-аминоэтансульфоновая кислота) H2NC2H4SO3H. САS № 107-35-7
В качестве сорбентов использовали:
- короткое льняное волокно, представляющее собой вторичный продукт переработки льняной промышленности следующего состава, %: целлюлоза (75…78), гемицеллюлоза (9,4…11,9), лигнин (3,8), пектиновые вещества (2,9…3,2), воскообразные вещества (2,7), азотсодержащие вещества в расчете на белки (1,9…2,1), минеральные вещества (1,3…2,8) [Кричевский Г.Е., Корчагин М.В., Сенахов А.В. Химическая технология текстильных материалов. М., 1985. 640 с.];
- древесные опилки - отход деревообрабатывающей промышленности (состав, % от абсолютно сухой древесины: целлюлоза - 31,0-52,5; лигнин - 19,5-30,9; пентозаны - 5,3-28,3; маннан - 1,3-11,3; галактан - 0,7-14,4; уроновые кислоты -2,9-8,6; вещества, экстрагируемые горячей водой - 1,4-22,6; вещества, экстрагируемые этиловым эфиром - 0,7-4,6; зола - 0,2-1,0) [Никитин В.М., Оболенская А.В. Щеголев В.П. Химия древесины и целлюлозы. М.: Лесная промышленность, 1978. - 368 с.];
- хлопковая целлюлоза [ГОСТ 595-79 «Целлюлоза хлопковая. Технические условия.];
- древесная целлюлоза [ГОСТ 11208-82. Целлюлоза древесная (хвойная) сульфатная небеленая. Технические условия.].
- стебли топинамбура представляют собой отход сельскохозяйственного производства следующего состава (в пересчете на сухое вещество): 55,8% углеводов (целлюлоза, гемицеллюлозы, инулин, пектиновые вещества), 10% белков, 18,1% безазотистых экстрактивных веществ 14,3% минеральных веществ и 1,8% жиров [Рязанова, Т.В. Химический состав вегетативной части топинамбура и ее использование / Т.В. Рязанова, Н.А. Чупрова, Л.А. Дорофеева, А.В. Богданов // Лесной журнал. - 1997.- №4.- С. 71-75.]/
Стебли топинамбура очищают от внешнего слоя и измельчают.
Изобретение осуществляют следующим образом.
Окисление сорбента на основе целлюлозы (метаперйодатом натрия, йодной кислотой или гипохлоритом натрия) с образованием диальдегидцеллюлозы осуществляют до содержания альдегидных групп в сорбенте 10-12% следующим образом.
В стеклянную емкость из темного стекла вместимостью 0,5 л с притертой пробкой помещали 10 г (~ 0,06 моль) сорбента на основе целлюлозы и заливали его водным 0,1-0,3 М раствором окислителя (модуль раствор/сорбент 15-50, рН 2,5-4,5), тщательно взбалтывали и выдерживали в течение 2-4 часов при температуре 40-55°C, при этом периодически отбирали пробы на содержание в растворе перйодат- ионов. Определение содержания в растворе перйодат- ионов проводили спектрофотометрически по оптической плотности растворов.
По окончании реакции окисленный сорбент отфильтровывали от раствора, последовательно промывали водой и ацетоном и высушивали в темноте при комнатной температуре. В окисленном сорбенте определяли содержание альдегидных групп методом йодометрического титрования [Васильев, В.П. Аналитическая химия. Лабораторный практикум: учеб. пособие для вузов химико-технол. профиля/ В.П. Васильев, Р.П. Морозова, Л.А. Кочергина; под ред. В.П. Васильева. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Дрофа,2004. - 415с.].
На второй стадии окисленный сорбент (диальдегидцеллюлозу) с содержанием альдегидных групп 10-12% заливают водным раствором таурина концентрацией 1-7 масс.% при модуле раствор/сорбент 15-50, доводят раствором NaOH до рН 8-10 и обрабатывают при температуре 55-70°С в течение 30-60 мин, после чего вновь промывают дистиллированной водой до нейтрального значения рН и высушивают.
Пример 1
10 г древесных опилок заливают 200 мл 0,3 М водного раствора йодной кислоты (модуль 20) при рН 3,5 и подвергают воздействию окислителя при температуре 55°С в течение 2 ч, затем окисленный сорбент (диальдегидцеллюлозу) отфильтровывают от раствора и последовательно промывают водой и ацетоном для удаления непрореагировавших реагентов и побочных продуктов, высушивают в темноте при комнатной температуре и определяют содержание альдегидных групп,
на второй стадии диальдегидцеллюлозу с содержанием альдегидных групп 10,5% заливают 150 мл 5 масс. % раствора таурина (модуль 15), который доводят раствором NaOH до рН 9 и обрабатывают при температуре 60°С в течение 60 мин, после чего вновь промывают дистиллированной водой до нейтрального значения рН и высушивают.
Обработанный сорбент заливают 0,5 л водного раствора при комнатной температуре (модуль 50), содержащего 1,5 ммоль/л ионов меди. Через 15 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов Cu(II). Концентрация ионов меди в растворе после контактирования с сорбентом составила 0,2265 ммоль/л (степень извлечения 84,9%).
Пример 2
10 г хлопковой целлюлозы заливают 400 мл 0,2М водного раствора метаперйодата натрия (модуль 40) при рН 2,5 и подвергают воздействию окислителя при температуре 45°С в течение 3 ч, затем окисленный сорбент (диальдегидцеллюлозу) отфильтровывают от раствора и последовательно промывают водой и ацетоном для удаления непрореагировавших реагентов и побочных продуктов, высушивают в темноте при комнатной температуре и определяют содержание альдегидных групп,
на второй стадии диальдегидцеллюлозу с содержанием альдегидных групп 11% заливают 450 мл 2 масс.% раствора таурина (модуль 45), который доводят раствором NaOH до рН 8,5 и обрабатывают при температуре 70°С в течение 45 мин, после чего вновь промывают дистиллированной водой до нейтрального значения рН и высушивают.
Обработанный сорбент заливают 150 мл водного раствора при комнатной температуре (модуль 15), содержащего 1,5 ммоль/л ионов никеля. Через 1 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов Ni(II). Концентрация ионов никеля в растворе после контактирования с сорбентом составила 0,2535 ммоль/л (степень извлечения 83,1%).
Пример 3
10 г короткого льняного волокна заливают 150 мл 0,1М водного раствора метаперйодата натрия (модуль 15) при рН 4,5 и подвергают воздействию окислителя при температуре 43°С в течение 3,5 ч, затем окисленный сорбент (диальдегидцеллюлозу) отфильтровывают от раствора и последовательно промывают водой и ацетоном для удаления непрореагировавших реагентов и побочных продуктов, высушивают в темноте при комнатной температуре и определяют содержание альдегидных групп,
на второй стадии диальдегидцеллюлозу с содержанием альдегидных групп 10%, заливают 300 мл 7 масс.% раствора таурина (модуль 30), который доводят раствором NaOH до рН 9,5 и обрабатывают при температуре 55°С в течение 50 мин, после чего вновь промывают дистиллированной водой до нейтрального значения рН и высушивают.
Обработанный сорбент заливают 2 л водного раствора при комнатной температуре (модуль 200), содержащего 1,5 ммоль/л ионов цинка. Через 10 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов Zn(II). Концентрация ионов цинка в растворе после контактирования с сорбентом составила 0,2295 ммоль/л (степень извлечения 84,7%).
Пример 4
10 г древесной целлюлозы заливают 250 мл 0,15M водного раствора гипохлорита натрия (модуль 25) при рН 3 и подвергают воздействию окислителя при температуре 40°С в течение 4 ч, затем окисленный сорбент (диальдегидцеллюлозу) отфильтровывают от раствора и последовательно промывают водой и ацетоном для удаления непрореагировавших реагентов и побочных продуктов, высушивают в темноте при комнатной температуре и определяют содержание альдегидных групп,
на второй стадии диальдегидцеллюлозу с содержанием альдегидных групп 11,5% заливают 200 мл 6 масс. % раствора таурина (модуль 20), который доводят раствором NaOH до рН 8 и обрабатывают при температуре 65°С в течение 30 мин, после чего вновь промывают дистиллированной водой до нейтрального значения рН и высушивают.
Обработанный сорбент заливают 1 л водного раствора при комнатной температуре (модуль 100), содержащего 1,5 ммоль/л ионов кадмия. Через 20 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов Cd(II). Концентрация ионов кадмия в растворе после контактирования с сорбентом составила 0,219 ммоль/л (степень извлечения ионов Cd(II) 85,4%).
Пример 5
10 г измельченных стеблей топинамбура заливают 500 мл 0,25 М водного раствора метаперйодата натрия (модуль 50) при рН 4 и подвергают воздействию окислителя при температуре 50°С в течение 2,5 ч, затем окисленный сорбент (диальдегидцеллюлозу) отфильтровывают от раствора и последовательно промывают водой и ацетоном для удаления непрореагировавших реагентов и побочных продуктов, высушивают в темноте при комнатной температуре и определяют содержание альдегидных групп,
на второй стадии диальдегидцеллюлозу с содержанием альдегидных групп 12% заливают 500 мл 1 масс. % раствора таурина (модуль 50), который доводят раствором NaOH до рН 10 и обрабатывают при температуре 60°С в течение 55 мин, после чего вновь промывают дистиллированной водой до нейтрального значения рН и высушивают.
Обработанный сорбент заливают 0,5 л водного раствора при комнатной температуре (модуль 50), содержащего 1,5 ммоль/л ионов меди, никеля, цинка и кадмия в соотношении 1:1:1:1. Через 20 мин раствор отфильтровывают и в фильтрате определяют содержание ионов металлов. Концентрация ионов Cu(II), Ni(II), Zn(II) и Cd(II) в растворе после контактирования с сорбентом составила 0,282; 0,3015; 0,294 и 0,2955 ммоль/л соответственно (степень извлечения 81,2; 79,9; 80,4 и 80,3%).
Результаты исследований по извлечению ионов тяжелых металлов из растворов с концентрацией ионов тяжелых металлов 1,5 ммоль/л по прототипу и по заявляемому изобретению представлены в таблице.
Таблица
| ПРИМЕРЫ | Степень извлечения, % |
|||
| Cu2+ | Ni2+ | Zn2+ | Cd2+ | |
| 1. | 84,9 | - | - | - |
| 2. | - | 83,1 | - | - |
| 3. | - | - | 84,7 | - |
| 4. | - | - | - | 85,4 |
| 5. | 81,2 | 79,9 | 80,4 | 80,3 |
| ПРОТОТИП | 83,3 | - | - | - |
| - | 81,5 | - | - | |
| - | - | 80,7 | - | |
| - | - | - | 83,7 | |
| 79,6 | 77,6 | 78,8 | 78,7 | |
Таким образом, из приведенных в таблице данных следует, что предлагаемый способ позволяет решить поставленную задачу, а именно повысить степень извлечения ионов тяжелых металлов из растворов (с концентрацией ионов металлов 1,5 ммоль/л) на 2-5%.
Claims (1)
- Способ модифицирования сорбентов на основе целлюлозы для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов, предусматривающий двухстадийную обработку сорбента, выбранного из хлопковой или древесной целлюлозы, короткого льняного волокна, древесных опилок или стеблей топинамбура, модифицирующими агентами с последующей промывкой водой после каждой стадии, при этом на первой стадии проводят обработку раствором окислителя, выбранного из метаперйодата натрия, йодной кислоты или гипохлорита натрия, при концентрации окислителя 0,1-0,3 М, при рН раствора 2,5-4,5, при модуле раствор/сорбент 15-50, при температуре 40-55°C в течение 2-4 часов, до содержания альдегидных групп в сорбенте 10-12%, а на второй стадии обработку окисленного сорбента осуществляют при модуле раствор/сорбент 15-50, отличающийся тем, что обработку окисленного сорбента осуществляют 1-7 масс.% раствором таурина при рН раствора 8-10 при температуре 55-70°C в течение 30-60 мин.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2816088C1 true RU2816088C1 (ru) | 2024-03-26 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4357468A (en) * | 1980-08-07 | 1982-11-02 | Chinoin Gyogyszer Es Vegyeszeti Termekek Gyara Rt. | Sorbents of cellulose basis capable of forming inclusion complexes and a process for the preparation thereof |
| US8715396B1 (en) * | 2010-07-15 | 2014-05-06 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. | Surface modification of superadsorbent material for improved air sampling applications and methods of making same |
| CN106914225B (zh) * | 2017-03-22 | 2019-07-12 | 广西科技大学 | 一种纤维素基双功能吸附剂的制备方法 |
| RU2702568C1 (ru) * | 2019-04-29 | 2019-10-08 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" | Способ модифицирования сорбентов на основе целлюлозы для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов |
| RU2712907C1 (ru) * | 2019-07-03 | 2020-01-31 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" | Способ модифицирования целлюлозосодержащих сорбентов для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов |
| RU2728150C1 (ru) * | 2019-11-27 | 2020-07-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" | Способ модифицирования сорбентов на основе целлюлозы для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов |
| RU2791803C1 (ru) * | 2022-12-26 | 2023-03-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" | Способ модифицирования сорбентов на основе целлюлозы |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4357468A (en) * | 1980-08-07 | 1982-11-02 | Chinoin Gyogyszer Es Vegyeszeti Termekek Gyara Rt. | Sorbents of cellulose basis capable of forming inclusion complexes and a process for the preparation thereof |
| US8715396B1 (en) * | 2010-07-15 | 2014-05-06 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. | Surface modification of superadsorbent material for improved air sampling applications and methods of making same |
| CN106914225B (zh) * | 2017-03-22 | 2019-07-12 | 广西科技大学 | 一种纤维素基双功能吸附剂的制备方法 |
| RU2702568C1 (ru) * | 2019-04-29 | 2019-10-08 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" | Способ модифицирования сорбентов на основе целлюлозы для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов |
| RU2712907C1 (ru) * | 2019-07-03 | 2020-01-31 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" | Способ модифицирования целлюлозосодержащих сорбентов для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов |
| RU2728150C1 (ru) * | 2019-11-27 | 2020-07-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" | Способ модифицирования сорбентов на основе целлюлозы для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов |
| RU2791803C1 (ru) * | 2022-12-26 | 2023-03-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" | Способ модифицирования сорбентов на основе целлюлозы |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7585387B2 (en) | Chemical oxidation for cellulose separation with a hypochlorite and peroxide mixture | |
| RU2640547C1 (ru) | Способ модифицирования сорбентов на основе целлюлозы для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов | |
| Curreli et al. | Mild alkaline/oxidative pretreatment of wheat straw | |
| CN1068161A (zh) | 含木素纤维素材料脱木素、漂白及用增效虫漆酶处理废水的方法 | |
| RU2702568C1 (ru) | Способ модифицирования сорбентов на основе целлюлозы для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов | |
| Merewether | A Lignin-Carbohydrate Complex in Wood A Review of the Literature | |
| JP2022505620A (ja) | 樹皮からの有価成分の抽出 | |
| RU2438995C1 (ru) | Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов | |
| JP5720131B2 (ja) | リグニンの製造方法及びその組成物 | |
| FR2672066A1 (fr) | Traitement enzymatique d'une pate ligno-cellulosique chimique. | |
| CA2830667C (en) | Method for producing lignin derivatives | |
| RU2816088C1 (ru) | Способ модифицирования сорбентов на основе целлюлозы для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов | |
| RU2712907C1 (ru) | Способ модифицирования целлюлозосодержащих сорбентов для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов | |
| RU2791803C1 (ru) | Способ модифицирования сорбентов на основе целлюлозы | |
| RU2471721C1 (ru) | Способ модифицирования сорбентов на основе целлюлозы | |
| US4265675A (en) | Nontoxic cellulose solvent and process for forming and utilizing the same | |
| Yamaguchi et al. | Influence of tannin-copper complexes as preservatives for wood on mechanism of decomposition by brown-rot fungus Fomitopsis palustris | |
| Yamamoto et al. | The effect of bark on sulfur dioxide–ethanol–water fractionation and enzymatic hydrolysis of forest biomass | |
| Kallioinen | Development of pretreatment technology and enzymatic hydrolysis for biorefineries | |
| RU2728150C1 (ru) | Способ модифицирования сорбентов на основе целлюлозы для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов | |
| Rovio et al. | Catalysed alkaline oxidation as a wood fractionation technique. | |
| Aziz et al. | Effects of physical and chemical pre-treatments on xylose and glucose production from oil palm press fibre | |
| El-Gammal et al. | Biodegradation of lignocellulosic substances and production of sugars and lignin degradation intermediates by four selected microbial strains | |
| RU2813588C1 (ru) | Способ модифицирования сорбентов для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов | |
| Flórez-Pardo et al. | Mediator system to increase the delignification of sugarcane residues with fungal enzymes |