Спосіб отримання сорбенту на основі гідратованого діоксиду цирконію

Реферат: Винахід належить до хімічної технології виробництва матеріалів на основі гідроксидів і оксидів металів, зокрема гідроксидів і оксидів цирконію, які можуть бути використані як сорбенти, каталізатори або їх носії, неорганічні мембрани та покриття. Спосіб одержання матеріалів на основі гідратованого діоксиду цирконію включає гідроліз оксихлориду цирконію ацетатом амонію у присутності аміаку та одержання сорбенту шляхом диспергуванням золю через органічну фазу рідини у неорганічну фазу гідролізуючого агенту, з подальшим сушінням матеріалу при кімнатній температурі. Винахід дозволяє одержувати матеріали з покращеними структурно - сорбційними та механічними властивостями. UA 106834 C2 (12) UA 106834 C2 UA 106834 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до хімічної технології виробництва матеріалів на основі гідроксидів і оксидів металів, зокрема гідроксидів і оксидів цирконію, які можуть бути використані як сорбенти, каталізатори або їх носії, неорганічні мембрани та покритті. Відомий спосіб одержання матеріалів на основі гідроксидів або оксидів полівалентних металів [Пат. 85863 С2 UA, МПК В01J 20/06, В01J 20/30, В01J 21/00. Спосіб одержання матеріалів на основі гідроксидів або оксидів полівалентних металів. Каніболоцький В.Α., Мелешевич І.К., Килівник Ю.М, Яковлев В.І., Стрелко В.В. - № а200608249; заявл. 24.07.06; опубл. 10.03.09], який включає приготування водного розчину солі полівалентного металу або 4+ суміші солей, принаймні двох полівалентних металів що містять катіони металів переважно U , 2+ 4+ 4+ 2+ 2+ 2+ 3+ (UO2) , Th , Pu , (PuO2) , (ZrO) , Be , Υ або їх суміші, проводять нейтралізацію цього розчину при перемішуванні лужним або кислим реагентом з утворенням спочатку золю, а потім гелю і наступну обробку гелю до одержання готового матеріалу. Процес нейтралізації проводять у дві стадії: на першій стадії розчин солі частково нейтралізують реагентом до початку утворення осаду, після чого на другій стадії при перемішуванні проводять подальшу нейтралізацію розчину солей розчином відповідного реагенту, який додають за один раз або шляхом безперервного змішування потоків сольових розчинів та розчину нейтралізуючого реагенту. Як нейтралізуючий агент використовують оксиди, гідроксиди, бікарбонати і карбонати лужних та лужноземельних металів та амонію або їх суміш. Недоліком відомого способу одержання сорбенту є складність технологічного процесу, яка обумовлена багатостадійністю процесу. Відомий спосіб одержання стійкого золю гідратованого діоксиду цирконію (ГДЦ) із розчину оксихлориду цирконії (ОХЦ) при рН, близьких до нейтральної [Смотраев, Р.В. Розробка методу отримання стійких золів гідратованого діоксиду цирконію, які використовують при виробництві поруватих матеріалів / Смотраев Р.В., Чекалова І.О., Куртова К.С., Сорочкіна К.О.// Збірник тез доповідей II туру Всеукраїнського конкурсу студентських наукових робіт з напряму "Хімічні технології" Дніпропетровськ, 2012]. Даний спосіб включає гідроліз водних розчинів солей цирконію гідроксидом натрію або солями амонію (карбонат, цитрат, ацетат, тартрат) в присутності ацетатного буферу з рН=5,5 (або без нього) при співвідношенні гідроксиду натрію до цирконію nNa:nZr=1:2 і співвідношенні амонію до цирконію nN4:nZr=2:8 при температурі гідролізу 18-50 °C. Недоліком цього способу є висока вартість запропонованого методу отримання золю. Найбільш близьким за технічною суттю і результату, що досягається, до винаходу, що заявляється, є спосіб одержання сорбенту з ГДЦ золь-гель методом на основі ОХЦ, за яким для одержання золю ГДЦ використовують розчин ОХЦ, який піддають гідролізу в присутності карбаміду до переходу розчину в золь при температурі 100 °C до рН=2,5-КЗ. Подальше формування гель-сфер відбувається при крапельному диспергуванні золю через фазу органічної рідини в розчин гідролізуючого агенту. Отримані гранули промивають дистильованою водою та піддають сушінню при 100 °C [Сорочкіна, К.О. Одержання сорбентів з гідратованого діоксиду цирконію золь-гель методом на основі оксихлориду цирконію / К.О. Сорочкіна, Р.В. Смотраєв// Всеукраїнська науково-практична конференція: тези доповідей Всеукраїнської науково-практична конференції конкурсу студентських наукових робіт за напрямком "Хімічна технологія та інженерія". - Донецьк, 2011. - С. 42-45] (найближчий аналог). Недоліком найближчого аналогу є складність способу отримання сорбенту, яка обумовлена тривалістю процесу гідролізу при високій температурі, використання концентрованих розчинів, що є енергетично та економічно невигідно. В основу винаходу поставлена розробка ефективного, економічного і простого способу отримання сферогранульованих матеріалів багатофункціонального призначення на основі гідроксиду цирконію зі збереженими сорбційними і механічними характеристиками. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі отримання сорбенту на основі ГДЦ золь-гель методом, що включає взаємодію ОХЦ з гідролізуючим агентом з послідуючим формуванням гель-сфер при крапельному диспергуванні золю через фазу органічної рідини в розчин гідролізуючого агенту, що взяті у співвідношенні 1:3, з наступним промиванням та сушінням отриманих гранул, відповідно до винаходу, як гідролізуючого агенту використовують суміш ацетату та гідроксиду амонію, при цьому співвідношення n NH4OH:nNH4Ac=1:810 та nZr:nNH4=1:24, гідроліз ведуть при рН=55,5, температурі 30-40 °C протягом 20-40 хвилин, сушіння проводять при кімнатній температурі. Даний спосіб дозволяє одержувати стійкі золі, що мають седиментаційну та коагуляційну стійкість, шляхом утворення рівноважної системи ZrO(OH) 2-NH4Ac-NH4Cl. Також даний спосіб дозволяє отримувати стабільні золі з відомими і незмінними розмірами частинок, що дозволяє контролювати стадію утворення зародків, а отже й контролювати розмір пор отримуваних 1 UA 106834 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 сорбентів. Згідно до запропонованого способу стійкі золі отримуються вже за півгодини, що значно пришвидшує процес утворення сорбенту. При формуванні гель-сфер органічна фаза використовується як поверхнево активна речовина, яка збільшує поверхневий натяг краплі золю і дозволяє отримувати гранули сферичної форми. Гранули являють собою високодисперсне пористе тіло з достатньою міцністю. Наводимо приклади конкретного виконання запропонованого способу. Приклад 1 У реактор заливають 500 мл розчин солі цирконію з концентрацією цирконію 20 г / л, додають 176 мл суміші ацетату амонію з концентрацією 1 моль/л та амоній гідроксиду з концентрацією 1 моль/л у мольному співвідношенні 8:1 і проводять гідроліз протягом 30 хв. при температурі 30 °C. Отриманий золь диспергують через органічну фазу (бензол) в неорганічну (розчин аміаку) у співвідношенні органіки до неорганічної речовини - 1:3. Отримані гель-сфери відокремлюють від маточного розчину, відмивають дистильованою водою і сушать при кімнатній температурі. Приклад 2 У реактор заливають 500 мл розчин солі цирконію з концентрацією цирконію 20 г / л, додають 176 мл суміші ацетату амонію з концентрацією 1 моль/л та амоній гідроксиду з концентрацією 1 моль/л у мольному співвідношенні 9:1 і проводять гідроліз протягом 20 хв. при температурі 40 °C. Отриманий золь диспергують через органічну фазу (бензол) в неорганічну (розчин аміаку) у співвідношенні органіки до неорганічної речовини - 1:3. Отримані гель-сфери відокремлюють від маточного розчину, відмивають дистильованою водою і сушать при кімнатній температурі. Приклад 3. У реактор заливають 500 мл розчин солі цирконію з концентрацією цирконію 20 г/л, додають 191 мл суміші ацетату амонію з концентрацією 1 моль/л та амоній гідроксиду з концентрацією 1 моль/л у мольному співвідношенні 10:1 і проводять гідроліз протягом 40 хв. при температурі 30 °C. Отриманий золь диспергують через органічну фазу (бензол) в неорганічну (розчин аміаку) у співвідношенні органіки до неорганічної речовини - 1:3. Отримані гель-сфери відокремлюють від маточного розчину, відмивають дистильованою водою і сушать при кімнатній температурі. + Вміст вологи в отриманому сорбенті 18,8 %, статистична об'ємна ємність зa Na дорівнює 2 1,715 мг*екв/мл, за SO4 -2,358 мг*екв/мл. Запропонований спосіб отримання сорбентів на основі ГДЦ золь-гель методом вирішує поставлені задачі та дозволяє одержувати сферо гранульований матеріал зі збереженням необхідних фізико-хімічних властивостей та зменшенням тривалості та собівартості процесу. Сорбент на основі гідратованого діоксиду цирконію, отриманий за запропонованим способом, є екологічно безпечним і може бути використаний для очистки питної води, в хімічній технології та ядерній енергетиці як сорбент та каталізатор. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Спосіб отримання сорбенту на основі гідратованого діоксиду цирконію золь-гель методом, шляхом взаємодії оксихлориду цирконію з гідролізуючим агентом з послідуючим формуванням гель-сфер при крапельному диспергуванні золю через фазу органічної рідини в розчин гідролізуючого агенту, що взяті у співвідношенні 1:3, з наступним промиванням та сушінням отриманих гранул, який відрізняється тим, що як гідролізуючий агент використовують суміш ацетату та гідроксиду амонію, при цьому співвідношення n NH4OH:nNH4Ac=1:(8-10) та співвідношення nZr:nNH4=1:(2-4), гідроліз ведуть при рН=5-5,5, температурі 30-40 °С протягом 2040 хв., а сушіння проводять при кімнатній температурі. 50 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2