RU2661213C1 - Сорбент на основе модифицированного силикагеля - Google Patents

Сорбент на основе модифицированного силикагеля Download PDF

Info

Publication number
RU2661213C1
RU2661213C1 RU2017123455A RU2017123455A RU2661213C1 RU 2661213 C1 RU2661213 C1 RU 2661213C1 RU 2017123455 A RU2017123455 A RU 2017123455A RU 2017123455 A RU2017123455 A RU 2017123455A RU 2661213 C1 RU2661213 C1 RU 2661213C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sorbent
silica gel
modified silica
groups
sorption
Prior art date
Application number
RU2017123455A
Other languages
English (en)
Inventor
Тамара Васильевна Морозова
Original Assignee
Тамара Васильевна Морозова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Тамара Васильевна Морозова filed Critical Тамара Васильевна Морозова
Priority to RU2017123455A priority Critical patent/RU2661213C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2661213C1 publication Critical patent/RU2661213C1/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/281Sorbents specially adapted for preparative, analytical or investigative chromatography
    • B01J20/282Porous sorbents
    • B01J20/283Porous sorbents based on silica
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/281Sorbents specially adapted for preparative, analytical or investigative chromatography
    • B01J20/286Phases chemically bonded to a substrate, e.g. to silica or to polymers
    • B01J20/288Polar phases

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

Изобретение относится к сорбентам для очистки питьевых и сточных вод. Предложен сорбент на основе модифицированного силикагеля, содержащий привитые группы N-(пропил)этилендиаминтриуксусной кислоты. Сорбент характеризуется структурной формулой
Figure 00000009
Концентрация привитых групп аминогрупп составляет 0,80 ммоль/г±10%. Изобретение обеспечивает повышение сорбционных характеристик, расширение спектра извлекаемых веществ, возможность регенерации сорбента и его вторичного использования. 6 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 табл.

Description

Изобретение относится к сорбентам для очистки питьевых и сточных вод. Может быть использовано как наполнитель для фильтров очистки воды, в хроматографии и как сорбент для концентрирования вещества, а также для очистки почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами.
Схожими свойствами обладает сорбент (пат. РФ 2560436 С1/23 опубликован 20.08.2015), (пат. РФ 2322288 С1/11 опубликован 20.04.2008), (пат. РФ 2414430 С1/8 опубликован 20.03.2011). Сорбенты схожи по своим функциональным способностям, а также по применению в производстве. Имеют подобные технические характеристики, проявляют схожие химические свойства. Недостатками приведенных сорбентов является низкая степень очистки, сложность добычи и производства, малая промышленная значимость.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является сорбент на основе диоксида кремния (пат. РФ 2568712 С1 опубликовано 20.11.2015). Сорбенты имеют похожую матричную структуру, работают в одинаковых условиях.
Недостатком известного сорбента является плохая изученность свойств, микропористая структура ограничивает класс извлекаемых веществ, не устойчив к агрессивным средам. Нет данных по регенерации и вторичному использованию данного аналога.
Задачей предлагаемого изобретения является создание сорбента на основе модифицированного селикагеля с высокой плотностью прививки, с низкой стоимостью производства и простотой получения, широким спектром извлекаемых веществ.
Технический результат заключается в повышении сорбционных характеристик, расширении спектра извлекаемых веществ, в возможности регенерации сорбента и его вторичного использования.
Технический результат реализуется совокупностью основных признаков:
Сорбент на основе модифицированного силикагеля, содержащий привитые группы N-(пропил)этилендиаминтриуксусной кислоты, характеризуется структурной формулой
Figure 00000001
Кроме того, сорбент имеет на своей поверхности кислотные и основные центры с возможностью сорбирования на своей поверхности широкого класса органических и неорганических веществ;
сорбент характеризуется концентрацией привитых групп в пределах 0,82 ммоль/г ±10%;
сорбент характеризуется степенью извлечения различных веществ в пределах от 80-100%;
сорбент характеризуется скоростью фильтрации до 0,3 л/мин;
сорбент имеет срок службы 2÷3 месяца;
сорбент характеризуется возможностью использования в кислой среде, регенерации при его загрязнении и вторичного использования;
сорбент по п. 1 и п. 2, характеризуется возможностью извлечения нефти и нефтепродуктов из загрязненных почв со степенью от 60 до 90%.
На графических материалах представлены:
на фиг. 1 изображена схема синтеза модифицированного силикагеля молекулой ЭДТУ: а) чистый С/Г; б) C/Г-NH2; в) С/Г-Cl; г) С/Г-ГЛИ; д) С/Г-ЭДТА; е) С/Г-ЭДТУ;
на фиг. 2 изображены термогравиметрические кривые аминированного силикагеля: a) c(-NH2)=0,21 ммоль/г; б) c(-NH2)=0,28 ммоль/г; в) с(-NH2)=0,78 ммоль/г; г) c(-NH2)=0,82 ммоль/г.
Одной из основных проблем современности является загрязнение бытовых и промышленных вод различного рода веществами. В связи с этим поиск новых сорбентов и изучение их свойств является актуальным в наше время. Для решения данной проблемы предлагается изобретение «Сорбент на основе модифицированного силикагеля, содержащий привитые группы N-(пропил)этилендиаминтриуксусной кислоты (ЭДТУ)».
Для апробации модели был получен ряд образцов модифицированного силикагеля, имеющего аминогруппы на поверхности. Образцы с привитыми группами синтезировали методом сборки на поверхности.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- синтез силикагелей, модифицированных N-(пропил)-этилендиаминтриуксусной кислотой;
- определение оптимальных условий синтеза для достижения максимальной степени прививки ЭДТУ;
- изучение сорбции тяжелых металлов поверхностью модифицированного силикагеля при очистке вод;
- построение и апробация моделей для изучения свойств новых сорбентов, а также предварительной оценки сорбционных свойств неизученных материалов.
Предлагаемое изобретение предполагает использование нового материала как более эффективного сорбента.
Силикагель - это аморфная форма диоксида кремния, получаемая искусственным путем в виде твердых неровных гранул. Основным способом получения силикагеля является коллоидно-химический синтез кремниевой кислоты.
Диоксид кремния может существовать в двух состояниях: аморфном и кристаллическом. Наиболее значимыми являются аморфные кремнеземы в связи с их химией поверхности, а также простотой получения и модифицирования. С помощью электронной микроскопии было установлено, что размеры глобул - шаровидных непористых частиц - составляют 5-15 нм. Силикагель является одним из самых распространенных видов аморфного кремнезема. Структура поверхности силикагеля напрямую зависит от способа его получения.
Для изучения и моделирования протолитических свойств сорбента необходимо подобрать материал, являющийся доступным и хорошо изученным. В связи с этим для исследований был выбран силикагель марки КСК, КСМ и полученный по золь-гель методу с размером пор 0,08-0,1 мм. Перед проведением анализа силикагель отмывали от пылевидных частиц водой методом декантации и сушили до постоянной массы при температуре 150°C. Модифицирование проводили путем пропитки силикагеля 3-аминопропилтриэтоксисиланом в безводном толуоле при разных температурах в течение суток с последующим отмыванием толуолом и высушиванием до постоянной массы. В данных условиях были получены образцы с разной степенью прививки аминопропилтриэтоксисилана. Для достижения максимальной степени прививки АПТЭС (аминопропилтриэтоксисилан) подбирались условия по плану Плаккета-Бермана. Выбранные условия приведены в таблице 1.
Figure 00000002
В данной таблице знаком «+» указаны реакции, проводимые при выбранных условиях.
К аминированному силикагелю (С/Г-NH2) добавляли дихлорэтан в среде толуола. Выдерживали одни сутки при комнатной температуре с последующим отмыванием 1,4-диоксаном. Далее полученный силикагель (С/Г-Cl) выдерживали сутки при 40°C в водно-диоксановой среде с добавлением глицина и карбоната калия. Водно-диоксановая смесь имеет рН в пределах 8,4-8,5. В данной среде глицин переходит из цвиттер-иона в анионную форму, что значительно упрощает ход реакции. После отмывали дистиллированной водой. На следующем этапе синтеза модифицированный силикагель (С/Г-ГЛИ) подвергали взаимодействию с хлорацетатом калия, полученным сплавлением хлоруксусной кислоты с карбонатом калия, в водно-диоксановой среде при комнатной температуре в течение суток. Полученный образец (С/Г-ЭДТА) замачивали в 2 М соляной кислоте и отмывали водой до отрицательной реакции на хлорид-ионы. Готовый образец назвали С/Г-ЭДТУ. Схема синтеза приведена на фиг. 1.
С применением термогравиметрического анализа возможно определение количества привитых групп, был изучен ряд образцов с разным содержанием аминогрупп на поверхности. Полученные кривые приведены на фиг. 2.
Предположили, что концентрация привитых групп равна концентрации уходящих терминальных силанольных групп поверхности силикагеля.
Концентрацию привитых групп определяли по площади пикана кривой ДТГ, соответствующего уходу терминальных силанольных групп с поверхности силикагеля при нагревании (последний пик). Расчет производился по формуле:
Figure 00000003
,
где с(М) - концентрация привитых групп, ммоль/г; k, k' - коэффициенты пересчета, S - площадь пика на кривой ДТГ модифицированного образца; S' - площадь пика на чистом силикагеле; m1 - масса навески чистого силикагеля, г; m2 - масса навески модифицированного силикагеля;
Figure 00000004
- коэффициент, учитывающий молярную массу воды.
Полученные величины концентраций привитых групп приведены в таблице 2.
Figure 00000005
Наблюдается закономерное увеличение концентрации привитых групп. Образец №4 имеет максимальную степень прививки.
Силикагель, модифицированный комплексом, способен образовывать комплексные соединения с тяжелыми металлами и рядом органических веществ, в частности нефтепродуктов, тем самым концентрируя их на своей поверхности.
Сорбцию тяжелых металлов проводили в модельных растворах статическим методом с учетом основных металлов, содержащихся в загрязненных бытовых промышленных водах. Для исследования использовали силикагели с максимальной плотностью прививки. Суть метода: 100 мл модельного раствора пропускали через колонку, заполненную сорбентом. Адсорбированные металлы элюировали соляной кислотой. Определение концентрации металлов проводили фотометрическим методом. Результаты определения приведены в таблице 3.
Figure 00000006
В результате выполнения поставленных задач получен модифицированный ЭДТУ с максимальной степенью прививки в пределах 0,8 ммоль/г ±10% и степенью извлечения различных веществ 80-100%, включая нефтепродукты. Повышение сорбционных свойств обусловлено структурой молекулы, имеющей на своей поверхности кислотные и основные центры.
Определены оптимальные условия синтеза модицированного селикагеля. Изучены основные характеристики, протолитические и комплексообразующие свойства нового материала.
При исследовании свойств, загрязненный сорбент испытали на регенерацию - восстановление поверхностного слоя модифицированного силикагеля, то есть приведение его к первичному состоянию. Для этого загрязненный силикагель заливали раствором соляной кислоты на несколько часов, после его промывали дистиллированной водой (до отрицательной реакции на хлорид-ионы), промытый силикагель подсушивали на воздухе, а после прокаливали при температуре 105 градусов Цельсия. Восстановленный силикагель приобретал необходимые сорбционные свойства. Расчетным путем был определен оптимальный срок службы силикагеля в 2-3 месяца.
Определение скорости фильтрации проводили следующим образом. Колонку диаметром 1 см набивали модифицированным силикагелем на 10-15 см3. Далее проливали через нее определенный объем воды (100-200 мл) и вели хронометраж с момента добавления воды. После проведения испытания производили математический перерасчет, приводя результат к единицам измерения л/мин, л/час. Скорость фильтрации равна 0,3 л/мин, что позволяет использовать объект изобретения в качестве наполнителя для фильтров очистки воды и соответствует скорости фильтрации существующих наполнителей.
Предлагается использовать модифицированный силикагель как сорбент для дополнительной очистки почв в местах розлива нефти.
Экспериментально были определены время и степень сорбции. Для изучения процессов сорбции почва искусственно загрязнялась нефтью. На поверхность равномерно наносился слой сорбента, который был удален через разные промежутки времени (проба №1 - нанесение сорбента на 15 мин, проба №2 - нанесение сорбента на 30 мин, проба №3 - нанесение сорбента на 1 час). Полученные данные сведены в таблицу 4.
Основываясь на полученных данных, можно сделать вывод, что сорбент способен извлекать нефтепродукты из почвы на 60-90%, среднее время сорбции составляет 30 мин. Это обусловлено структурой молекулы и свойствами модифицированного силикагеля.
Figure 00000007
Утилизация сорбента производится обработкой щелочью, вследствие чего происходит разрушение силанольных связей.
Сорбент по своим характеристикам также применим в аналитических лабораториях, методах хроматографии, а также научных центрах, обладает низкой стоимостью производства и простотой получения, широким спектром извлекаемых веществ, в частности нефти и нефтепродуктов, из сточных вод и загрязненных почв.
Простота изготовления и недорогое оборудование для получения сорбента на основе модифицированного силикагеля позволяет решить задачу низкой себестоимости продукта.

Claims (9)

1. Сорбент на основе модифицированного силикагеля, содержащий привитые группы N-(пропил)этилендиаминтриуксусной кислоты, характеризующийся структурной формулой
Figure 00000008
и имеющий на своей поверхности кислотные и основные центры, для сорбирования на своей поверхности широкого класса органических и неорганических веществ.
2. Сорбент по п. 1, характеризующийся концентрацией привитых аминогрупп в пределах 0,8 ммоль/г ± 10%
3. Сорбент по п. 1, характеризующийся степенью извлечения различных веществ в пределах от 80 до 100%.
4. Сорбент по п. 1, характеризующийся скоростью фильтрации до 0,3 л/мин.
5. Сорбент по п. 1, характеризующийся сроком службы 2÷3 месяца.
6. Сорбент по п. 1, характеризующийся возможностью использования в кислой среде, регенерации при его загрязнении и вторичного использования.
7. Сорбент по п. 1, характеризующийся возможностью извлечения нефти и нефтепродуктов из загрязненных почв со степенью от 60 до 90%.
RU2017123455A 2017-07-03 2017-07-03 Сорбент на основе модифицированного силикагеля RU2661213C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017123455A RU2661213C1 (ru) 2017-07-03 2017-07-03 Сорбент на основе модифицированного силикагеля

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017123455A RU2661213C1 (ru) 2017-07-03 2017-07-03 Сорбент на основе модифицированного силикагеля

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2661213C1 true RU2661213C1 (ru) 2018-07-13

Family

ID=62916933

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017123455A RU2661213C1 (ru) 2017-07-03 2017-07-03 Сорбент на основе модифицированного силикагеля

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2661213C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2737728C1 (ru) * 2020-06-03 2020-12-02 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» Состав сорбента и способ его получения
CN117861630A (zh) * 2024-01-27 2024-04-12 杭州捷瑞智能装备股份有限公司 一种改性硅胶吸附剂制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU928222A1 (ru) * 1979-11-27 1982-05-15 Московский Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.М.В.Ломоносова Сорбент дл хроматографии
RU2255806C2 (ru) * 1999-08-27 2005-07-10 Коммиссариат А Л`Энержи Атомик Способ и устройство для непрерывного удаления катионов металлов из жидкости с помощью смол, содержащих полиазациклоалканы, привитые на носителе
RU2562650C1 (ru) * 2014-02-19 2015-09-10 Закрытое акционерное общество Научно-технический центр "БиАСеп" Анионообменный сорбент для ионохроматографического определения органических и неорганических анионов и способ его изготовления
RU2575454C2 (ru) * 2014-02-19 2016-02-20 Олег Алексеевич Шпигун Анионообменный сорбент для ионохроматографического определения органических и неорганических анионов и способ его изготовления

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU928222A1 (ru) * 1979-11-27 1982-05-15 Московский Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.М.В.Ломоносова Сорбент дл хроматографии
RU2255806C2 (ru) * 1999-08-27 2005-07-10 Коммиссариат А Л`Энержи Атомик Способ и устройство для непрерывного удаления катионов металлов из жидкости с помощью смол, содержащих полиазациклоалканы, привитые на носителе
RU2562650C1 (ru) * 2014-02-19 2015-09-10 Закрытое акционерное общество Научно-технический центр "БиАСеп" Анионообменный сорбент для ионохроматографического определения органических и неорганических анионов и способ его изготовления
RU2575454C2 (ru) * 2014-02-19 2016-02-20 Олег Алексеевич Шпигун Анионообменный сорбент для ионохроматографического определения органических и неорганических анионов и способ его изготовления

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
2015. ШАРОВ А.В. и др., Кислотно-основные и комплексообразующие свойства поверхности различных типов аминированных углей, Сорбционные и хроматографические процессы, 2015, 15, в.2, с.243-250. *
ЛИСИЧКИН Г.В., Химия привитых поверхностных соединений, 2003, М., ФИЗМАТЛИТ, гл. 2. *
ШАРОВ А.В., Групповой состав поверхности активированных углей, модифицированных азотсодержащими и карбоксильными группами, Вестник КГУ, 2015, 4 (38), с. 88-90. *
ШАРОВ А.В., Групповой состав поверхности активированных углей, модифицированных азотсодержащими и карбоксильными группами, Вестник КГУ, 2015, 4 (38), с. 88-90. ШАРОВ А.В., Новые материалы на основе аминированных углей для очистки воды от тяжёлых металлов, Экология и безопасность в техносфере: современные проблемы и пути решения, сб. трудов ВНПК молодых учёных, т.1, с.14-16. 2015. ШАРОВ А.В. и др., Кислотно-основные и комплексообразующие свойства поверхности различных типов аминированных углей, Сорбционные и хроматографические процессы, 2015, 15, в.2, с.243-250. ЛИСИЧКИН Г.В., Химия привитых поверхностных соединений, 2003, М., ФИЗМАТЛИТ, гл. 2. *
ШАРОВ А.В., Новые материалы на основе аминированных углей для очистки воды от тяжёлых металлов, Экология и безопасность в техносфере: современные проблемы и пути решения, сб. трудов ВНПК молодых учёных, т.1, с.14-16. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2737728C1 (ru) * 2020-06-03 2020-12-02 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» Состав сорбента и способ его получения
CN117861630A (zh) * 2024-01-27 2024-04-12 杭州捷瑞智能装备股份有限公司 一种改性硅胶吸附剂制备方法
CN117861630B (zh) * 2024-01-27 2024-06-04 杭州捷瑞智能装备股份有限公司 一种改性硅胶吸附剂制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Vinoba et al. Biomimetic sequestration of CO2 and reformation to CaCO3 using bovine carbonic anhydrase immobilized on SBA-15
Niu et al. Synthesis of silica gel supported salicylaldehyde modified PAMAM dendrimers for the effective removal of Hg (II) from aqueous solution
Anirudhan et al. Amine–modified polyacrylamide–bentonite composite for the adsorption of humic acid in aqueous solutions
Wang et al. Sulfuric acid modified bentonite as the support of tetraethylenepentamine for CO2 capture
Meng et al. An ion-imprinted functionalized SBA-15 adsorbent synthesized by surface imprinting technique via reversible addition–fragmentation chain transfer polymerization for selective removal of Ce (III) from aqueous solution
Qu et al. Chemical modification of silica-gel with hydroxyl-or amino-terminated polyamine for adsorption of Au (III)
Rodriguez et al. Removal of dyes from wastewaters by adsorption on sepiolite and pansil
Fan et al. Removal of arsenic (V) from aqueous solutions using 3-[2-(2-aminoethylamino) ethylamino] propyl-trimethoxysilane functionalized silica gel adsorbent
Hajizadeh et al. Evaluation of selective composite cryogel for bromate removal from drinking water
Turhan et al. Characterization and adsorption properties of chemically modified sepiolite
RU2661213C1 (ru) Сорбент на основе модифицированного силикагеля
CN108654578A (zh) 一种氨基硅烷嫁接改性的海泡石吸附剂及其制备方法和应用
Samarghandi et al. Removal of acid black dye by pumice stone as a low cost adsorbent: kinetic, thermodynamic and equilibrium studies.
Liu et al. Adsorptive removal of carbon dioxide using polyethyleneimine supported on propanesulfonic-acid-functionalized mesoporous SBA-15
Yarkulov et al. Diacetate cellulose-silicon bionanocomposite adsorbent for recovery of heavy metal ions and benzene vapours: An experimental and theoretical investigation
Patel et al. Catechol-functionalized chitosan synthesis and selective extraction of germanium (IV) from acidic solutions
Rehman et al. Preparation and characterization of 5-sulphosalicylic acid doped tetraethoxysilane composite ion-exchange material by sol–gel method
Sun et al. Sol–gel preparation and Hg (II) adsorption properties of silica-gel supported low generation polyamidoamine dendrimers polymer adsorbents
Choi et al. Removal of phosphate from aqueous solution by functionalized mesoporous materials
Chen et al. Engineering sodium alginate-SiO2 composite beads for efficient removal of methylene blue from water
Filipkowska et al. Impact of chitosan cross-linking on RB 5 dye adsorption efficiency
Atia et al. Effect of amine type modifier on the uptake behaviour of silica towards mercury (II) in aqueous solution
CN111036179A (zh) 复合水凝胶及制备方法
Parlayıcı Natural mineral and biopolymers based adsorbent for cationic dyes removal: glutaraldehyde crosslinked alginate/kaolin bead
Yanovska et al. Sorption properties for ions of toxic metals of carpathian clinoptilolite (Ukraine), in situ modified by poly [N-(4-carboxyphenyl) methacrylamide]

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190704