Спосіб підготовки аніонітів для харчової, фармацевтичної промисловостей та медичних потреб

Спосіб підготовки аніонітів для харчової, фармацевтичної промисловостей та медичних потреб, що включає обробку розчином неорганічного реагенту, який відрізняється тим, що як реагент використовують карбонати лужних металів та амонію концентрацією (0,20 -0,50) М Основним недоліком відомого способу є зменшення повної обмінної ємності після кондиціювання Крім того, даний спосіб потребує великих затрат енергії, а також реактивів Відомий також спосіб підготовки аніонітів гарячим конденсатом [А А Громогласов, А П Пильщиков, В Ф Николаева Регенерция анионита АВ-17 при повышенной температуре Научные труды Процессы при генерации пара и водоподготовке Межведомств Сб № 58, 1985М , с 88-92] [2] Даний спосіб полягає в обробці аніоніту АВ-17 гарячим конденсатом (при температурі 85 - 90°С) Недоліком способу є зменшення обмінної ємності ІОНІТІВ як наслідок руйнування функціональних груп сильноосновних аніонітів при підвищених температурах обробки Відомий спосіб підготовки аніонітів, який полягає у пропусканні спирту або інших органічних розчинників через хроматографічну колонку з аніонітом [Омельянец Н И Сравнительная оценка эффективности различных методов очистки ионообменных смол от растворимых примесей Тез Докл Всесоюз Семинара ВДНХ СССР (Москва, декабрь 1977)-М НИИТЭХИМ, 1977С 122-123] [3] Недоліками цього способу є великі затрати ю (О 00 48651 реагентів, значна КІЛЬКІСТЬ агресивних стічних вод, а також тривалий час обробки (24 години) Найбільш близьким до винаходу за технічною сутністю і досягнутим ефектом є спосіб підготовки ІОНІТІВ, що призначені для харчової, фармацевтичної промисловості і медичних потреб, викладений в ГОСТ 10896-78 (з доповненнями від 15 03 89 № 487 дата введення 01 01 1990) "ИОНИТЫ Подготовка к испытанию [4] Спосіб реалізується наступним чином Промитий аніоніт вимочують у п'ятикратній КІЛЬКОСТІ розчину хлориду натрію Через 3 - 1 0 год розчин зливають, аніоніт декілька разів промивають дистильованою водою у співвідношенні п'ять об'ємів води на один об'єм іоніту, обережно декантуючи після перемішування Заповнюють колонку набухлим аніонітом (приблизно ЮОмл), промивають водою до прозорого розчину Потім через аніоніт пропускають розчин соляної кислоти (5%-ий розчин) до вирівнювання концентрації ІОНІВ заліза у фільтраті і у вихідному розчині соляної кислоти (контроль починають після пропускання 5 об'ємів кислоти) Далі аніоніт відмивають від соляної кислоти 5 об'ємами води з питомим навантаженням 5см3/см3 год і обробляють розчином гідроксиду натрію з питомим навантаженням 2см /см3 год до вирівнювання окислюваності (по біхромату калію) фільтрату і вихідного розчину гідроксиду натрію Контроль окислюваності проводили після вирівнювання концентрації розчину гідроксиду натрію на вході і виході з колонки Для сильноосновного аніоніту систему необхідно ізолювати від попадання вуглекислого газу з повітря, використовуючи хлоркальцієву трубку Далі відмитий аніоніт промивають 10 об'ємами води, нагрітої до 60°С, з питомим навантаженням 5см3/см3 год Потім З ЦИМ навантаженням аніоніт промивають трьома об'ємами етилового спирту і трьома об'ємами води Загальний об'єм використаних розчинів реагентів і води, а значить і стічних вод становить (4,0 - 4,5)дм Тривалість підготовки 24 - 26 годин Для робіт по винаходу були вибрані ВІТЧИЗНЯНІ СИЛЬНООСНОВНІ аніоніти АМ-8 та АМП об'єднання "Придніпровський ХІМІЧНИЙ Завод" так як смоли цього підприємства виготовляються за сучасними технологіями по замкненому екологічному циклу та за своїми якостями відповідають світовому рівню Для вихідних та підготовлених аніонітів визначали повну статичну обмінну ємність (ПСОЄ) та вміст органічних речовин - хімічне споживання кисню (ХСК) за біхроматом калію (ХСКК2СГ2О7) Характеристики вихідних аніонітів АМ-8 ХСКк2сг2о7 10,82мгО/г ПСОЄ 3,0мг-екв/г АМП ХСКк2сг2о7 10,69мгО/г ПСОЄ 3,27мг-екв/г Підготовлені за способом [4] дані аніоніти мають такі фізико-хімічні показники АМ-8 ХСКк2сг2о7 3,84мгО/г ПСОЄ 3,13мг-екв/г Ступінь очистки - 64,5% АМП ХСКк2сг2о7 4,67мгО/г ПСОЄ 3,23мг-екв/г Ступінь очистки - 56,3% Основні недоліки відомого способу кондиціювання [4] - недостатній ступінь очистки сильноосновних аніонітів від органічних домішок (що важливо для сучасних фармацевтичних виробництв), який характеризується досить високим значенням ХСК, великі затрати реагентів, що призводить до значної КІЛЬКОСТІ СТІЧНИХ ВОД, а також значна тривалість підготовки В основу винаходу поставлено завдання розробити спосіб підготовки сильноосновних аніонітів обробкою розчином реагенту, в якому використання реагенту у вигляді неорганічної солі заявленої природи та и КІЛЬКІСНИЙ ВМІСТ забезпечили б високий ступінь очистки аніоніту від органічних домішок при збереженні ПСОЄ після кондиціювання, значне скорочення тривалості обробки та зменшення витрат реагентів, що приведе до зменшення об'ємів агресивних стічних вод Для вирішення поставленої задачі запропоновано спосіб підготовки аніонітів для харчової, фармацевтичної промисловостей та медичних потреб, що включає обробку розчином неорганічного реагенту, в якому, згідно з винаходом, як реагент використовують карбонати лужних металів та амонію концентрацією (0,20 0,50) М Нами встановлено, що використання неорганічних солей (карбонатів лужних металів та амонію) забезпечують умови високоефективного видалення із аніонітів органічних молекул, що не заполімеризувалися при синтезі аніонітів, від речовин, що забруднюють вихідний мономер, або від тих речовин, що забруднюють смоли в процесі його виробництва чи зберігання, що призводить до більш високого ступеню очистки аніоніту та значного скорочення тривалості підготовки сильноосновних аніонітів, зменшення витрат реагентів та об'ємів стічних вод при збереженні повної статичної обмінної ємності аніоніту після кондиціювання Таким чином, заявляема сукупність суттєвих ознак запропонованого способу підготовки аніонітів є необхідною і достатньою для досягнення технічного результату, який забезпечується винаходом, - високий ступінь очистки аніонітів від органічних домішок, який характеризується величиною ХСК на рівні 0,4мгО/г аніоніту АМ-8 (ХСКк2сг2о7 для вихідного 10,82мгО/г) та 3,15мгО/г аніоніту АМП (ХСКк2сг2о7 для вихідного 10,69мгО/г), при збереженні ПСОЄ, значне скорочення тривалості обробки аніонітів до 5,0 - 5,5 годин та зменшення агресивних стічних вод до 1,5 - 1,7дм3 Спосіб реалізується наступним чином Як технічний аніоніт використовували сильноосновні аніоніти АМП - гелевий сополімер стиролу і дивенілбензолу, у вигляді прозорих гранул жовтого кольору, з ПСОЄ - 2,6 - 3,4мг-екв/г, з розміром гранул 0,63 -1,60мм, питомий об'єм набухлого у воді аніоніту - 2,7 - 3,3см3/г Аналогами аніоніту є Варюн АР (Угорщина), Реліт А-580 (Італія), Пермутит SK (Германія), АВ-18 (Росія), 48651 AM-8 - гелевий сополімер стиролу і дивенілбензолу, у вигляді прозорих гранул сферичної форми, з ПСОЄ - 3,0 - 3,5мг-екв/г, з розміром гранул 0,63 -1,60мм, питомий об'єм 3 набухлого у воді аніоніту 2,7см /г Аналогами аніоніту є Амберлайн YRA-400, Дауекс 11 (США), Вофатит SBW, Леватит М-500 (Германія), Дуолайт А-101 D (Франція) Як неорганічну сіль використовували карбонат калію "хч" по ГОСТ 4221-76, карбонат натрію "хч" по ГОСТ 83-63, карбонат амонію "хч" по ГОСТ 3770-75, дистильована вода по ГОСТ 8709-72 Для обробки аніонітів готовили розчини концентрацією 0,2 - 0,ЗМ Очистку аніонітів проводили в хроматографічній колонці висотою 100см з діаметром 1,0см В колонку поміщали 100см3 набухлого технічного аніоніту (АМП, АМ-8) і пропускали зверху вниз розчини карбонатів калію, натрію та амонію з питомим навантаженням 2,0см3/см3 год Тривалість кондиціювання 5,5,5год Загальний об'єм реагентів та води, а значить і стічних вод після кондиціювання 1,5 1,7дм3 Ступінь очистки для АМ-8 становить від 95,2 до 96,5%, а для АМП від 65,8 до 71,2% Методика визначення ПСОЄ [ГОСТ 20255 189, ГОСТ 20255 2-89 Иониты Методы определения обменной емкости] Пробу іоніту масою (2,0 ± 0,2)г зважують до четвертого десяткового знаку, поміщають в суху конічну колбу на 250см3 і приливають 100см3 робочого розчину НС1 (0,1 моль/дм ) Колбу струшують на протязі 2 годин Після цього зливають розчин в сухий стакан і титрують пробу 0,1н розчином МаОН(1моль/дм3) Методика визначення ХСК по біхромату калію [Ю Ю Лурье Аналитическая химия промышленных сточных вод -М Химия, J984 - 448 с] Якщо ХСК проби знаходиться в межах 500 400мг/дм3 кисню, беруть для аналізу аліквоту 1см3, якщо від 50 до 500мг/дм3 - 5см 3 В пробу вводять 2,5см3 0,25н розчину біхромату калію, при перемішуванні концентровану сірчану кислоту (7,5см3 на 1см3 проби і 15см - на 5см3 проби) Через 2 хвилини розчин охолоджують до кімнатної температури, приливають 100см3 дистильованої води і титрують надлишок біхромату титрованим розчином Солі Мора (індикатор - N-фенілантранілова кислота) При розрахунках враховують холостий дослід Приклади реалізації способу за винаходом Приклад 1 В колонку помістили 100см3 набухлого технічного аніоніту АМ-8 з ХСКК2СГ2О7 - 10,82мгО/г іоніту та ПСОЄ - 3,0мг-екв/г іоніту Через колонку зверху вниз пропустили 5дм3 0.30М розчину карбонату натрію з питомим навантаженням 2,0см /см год Потім аніоніт промили 1дм~ дистильованої води, яку пропускали зверху вниз з питомим навантаженням 5см /см3 год Тривалість підготовки складає 5,0 -5,5 год Підготовлений таким чином сильноосновний аніоніт має наступні фізико-хімічні показники ХСКк2сг2о7 - 0,43мгО/г, ПСОЄ - 2,97мг-екв/г, ступінь очистки 96,0% (табл , приклад 5) Приклад 2 3 В колонку помістили 100см набухлого технічного аніоніту АМП з ХПКК2СГ2О7 - 10,69мгО/г іоніту та ПСОЄ - 3,27мг-екв/г іоніту Через колонку 3 зверху вниз пропустили 5дм 0,30 М розчину карбонату амонію з питомим навантаженням Потім аніоніт промили 1дм~ 2,0см /см год дистильованої води, яку пропускали зверху вниз з 3 питомим навантаженням 5см /см год Тривалість підготовки складає 5 - 5,5 год Підготовлений сильноосновний аніоніт має такі фізико-хімічні показники - ХСКК2СГ2О7 3,15мгО/г, ПСОЄ - 3,32мг-екв/г, ступінь очистки 70,53% (табл , приклад 9) Ідентично вищеописаним прикладам були проведені досліди, в яких використовували аніоніти різної природи і для кондиціювання використовували різні неорганічні солі як у кількостях, що заявляються, так і в заграничних Встановлено, що КІЛЬКОСТІ заявленої природи неорганічних солей вибрані з умов, що забезпечують глибоку очистку сильноосновних аніонітів (табл , приклади 1-12) При заграничному зменшенні концентрацій неорганічних солей, наприклад, 0.10М карбонату амонію ступінь очистки досягає всього лише 73,6% для АМ-8, а для АМП - 51,3%, тобто ХСКк2сг2о7, сильноосновних аніонітів різко зростає, що недостатнє для багатьох сучасних фармацевтичних виробництв (табл , приклади 13,15) Заграничне збільшення концентрації карбонату амонію до 0,60 М не призводить до підвищення ступеню очистки нюнітів, тобто зменшення ХСКК2СГ2О7, і подальше підвищення концентрації неорганічної солі недоцільне (табл , приклади 14,16) Експериментальне встановлено, що оптимальним з точки зору досягнення високого ступеня очистки сильноосновних аніонітів є їх обробка розчином неорганічної солі протягом 5,0 5,5 год , що призводить до значного зменшення КІЛЬКОСТІ агресивних стічних вод Переваги запропонованого способу порівняно з відомим підтверджуються даними таблиці Співставлення ефективності відомого і запропонованого способів показує, що застосування способу, що заявляється, підготовки сильноосновних аніонітів, забезпечує суттєве підвищення ступеню очистки аніонітів для АМ-8 з 64,5% до 96,3%, тобто на 31,8%, для АМП - з 56,3% до 70,5%, тобто на 14,2%, при збереженні величини ПСОЄ Досягнутий ступінь очистки (контроль - величина ХСКК2СГ2О7) дозволяє ефективно використовувати підготовлені аніоніти в сучасних фармацевтичних виробництвах для медичних потреб Спосіб, що заявляється, характеризується значним скороченням тривалості обробки з 24 - 26 год до 5,0 - 5,5 год , тобто и в 5 разів та зменшенням об'ємів агресивних стічних вод з 4,0 - 4,5дм3 до 1,5 1,7дм3, тобто в 2,7 рази о о 48651 Таблиця Концентрація розчину Природа неорганічної солі, М Окиснюваність, Ступінь сильноосновного мгО/г очистки,% Карбонат Карбонат Карбонат аніоніту пп амонію натрію калію За винаходом АМ-8 вихідний 10,82 1 0,20 АМ-8 0,50 95,4 2 0,30 АМ-8 0,40 96,3 3 0,50 АМ-8 0,38 96,5 4 0,20 АМ-8 0,52 95,2 5 0,30 АМ-8 0,43 96,0 6 0,50 АМ-8 0,41 96,2 7 0,30 АМ-8 0,44 95,9 АМП вихідний 10,69 8 0,20 АМП 3,66 65,8 9 0,30 АМП 3,15 70,5 10 0,50 АМП 3,08 71,2 11 0,30 АМП 3,26 69,5 12 0,30 АМП 3,30 69,1 Позамежні значення 13 0,10 АМ-8 2,86 73,6 14 0,60 АМ-8 0,38 96,5 15 0,10 АМП 5,21 51,3 16 0,60 АМП 3,08 71,2 За прототипом 17 Гідроксид натрію і соляна АМ-8 3,84 64,5 кислота 18 АМП 4,67 56,3 № ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 ПСОЄ аніонітів, мг-екв/г Вихідних Підготовлених 3,0 3,13 3,0 2,97 3,27 3,32 3,27 3,29 3,0 3,05 3,05 3,05 3,05 3,0 3,27 3,13 3,23