Спосіб іонообмінного вилучення йодиду з природних розсолів

Реферат: Об'єкт винаходу: Спосіб іонообмінного вилучення йодиду з природних розсолів. Винахід належить до хімії та технології води, зокрема до способів іонообмінного вилучення з природних розсолів йодиду і може бути застосований на існуючих в Україні потужностях з вилучення йодиду способом сорбції іонообмінними смолами. Спосіб іонообмінного вилучення йодиду з природних розсолів полягає в тому, що в способі іонообмінного вилучення йодиду з природних розсолів, що включає передочищення, сорбцію йодиду іонообмінником, десорбцію йодиду з поверхні сорбенту і подальше виділення йоду з розчину концентрату, згідно з винаходом, як іонообмінник, використовують октадецилдиметиламіно-  -пропілкремнезем при часі контакту іонообмінника з розсолом  20 хвилин та концентрації хлориду в розсолі 0,5-1,2 моль/л. Застосування способу дозволяє порівняно підвищити експресність способу в 12 разів та досягти його придатності для розсолів з концентрацією хлориду 0,5-1,2 моль/л. UA 98104 C2 (12) UA 98104 C2 UA 98104 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до хімії та технології води, зокрема до іонообмінних способів вилучення йодиду з природних розсолів, і може бути використаний у хімічній промисловості для вилучення йодиду з підземних високомінералізованих вод і ропи солоних озер. Широке застосування в різноманітних галузях народного господарства і науки, важлива роль у життєдіяльності організмів людини і тварин потребують ефективних способів вилучення йодиду з мінеральної сировини. Головним джерелом промислового добування йодиду є природні мінеральні води, супутні нафтовим і газовим родовищам. Вміст йоду в цих водах складає 10-120 мг/л, причому у вигляді йодиду >90-95 % [Басков Е. А., Суриков С. Н. Гидротермы Земли. - Л. Недра.-1989.-245 с]. Для вилучення з вод йодиду [Ксензенко В. И., Стасиневич Д. С. Химия и технология брома, йода и их соединений. - М: Химия, 1995.-432 с.] пропонуються, головним чином, дві групи способів: осадження та іонного обміну. Іонообмінна технологія, наразі, займає провідне місце серед промислових способів вилучення йодиду з природних розсолів. Найбільш близьким до пропонованого за технічною суттю та результатами, що досягаються, є спосіб вилучення йодиду органічними іонообмінними смолами АВ-17, АВ-27 та АМП [Ксензенко В. И., Стасиневич Д. С. Химия и технология брома, йода и их соединений. М: Химия, 1995. - С. 348]. Цей спосіб ґрунтується на очищенні природної води від механічних домішок, сорбції йодиду іонообмінними смолами, десорбції йодиду з поверхні іонообмінника та виділенні йоду з розчину концентрату. До недоліків відомого способу вилучення йодиду з природних розсолів можна віднести: - придатність способу для слабкомінералізованих вод внаслідок конкурентного впливу макрокомпонента природних розсолів, а саме хлорид; - тривалість встановлення сорбційної рівноваги; - низьку питому вагу органічних іонообмінних смол, яка є нижчою за питому вагу природних розсолів, що призводить до спливання сорбенту на поверхню розсолу, утруднення контакту між твердою і рідкою фазами, а отже погіршує процес сорбції; - набухання сорбенту у водних розчинах, особливо у присутності хлориду. В основу винаходу поставлено задачу: в способі іонообмінного вилучення йодиду з природних розсолів шляхом використання як іонообмінника октадецилдиметиламіно-  пропілкремнезему підвищити експресність способу та селективність іонообмінника до йодиду. Поставлена задача вирішується тим, що в способі іонообмінного вилучення йодиду з природних розсолів, що включає передочищення, вилучення йодиду іонообмінником, десорбцію йодиду з поверхні іонообмінника і подальше виділення йоду, згідно з винаходом, як іонообмінник використовується октадецилдиметиламіно-  -пропілкремнезем при часі контакту фаз  20 хвилин та концентрації хлориду 0,5-1,2 моль/л. У способі, що заявляється, використовують композитний матеріал октадецилдиметиламіно -пропілкремнезем. Органо-мінеральні композитні матеріали, як іонообмінники, поєднують переваги синтетичних органічних полімерів, що мають у своєму складі іоногенні функціональні групи, і неорганічних речовин (кремнезем, оксид алюмінію, цеоліти). Прищеплення тетраалкіламонійних груп до поверхні кремнеземів здійснюється способом, відомим спеціалісту в даній галузі, - модифікуванням їх поверхні відповідним силаном, як це, зокрема, описано в [Зайцев В. Н. Комплексообразующие кремнеземы: синтез, строение привитого слоя и химия поверхности. Харьков.: Фолио, -1997.-240 с]. Використання у способі, що заявляється, октадецилдиметиламіно-  -пропілкремнезему, як іонообмінника дозволяє підвищити його експресність до 20 хвилин за рахунок покращення контакту між твердою і рідкою фазами внаслідок відсутності спливання іонообмінника та за рахунок ефекту висолювання (див. нижче). Запропонований спосіб дозволяє також підвищити селективність вилучення йодиду з природних розсолів, що містять 0,5-1,2 моль/л хлориду. Вплив концентрації хлориду на ступінь вилучення з природних розсолів йодиду ілюструється графіком, на якому по осі абсцис відкладено концентрацію хлориду у розсолі (моль/л), а по осі ординат - ступінь вилучення йодиду октадецилдиметиламіно-  -пропілкремнеземом (%). Початкова низхідна частина кривої графіка ілюструє конкурентний вплив хлориду при його концентраціях до 0,4 моль/л на ступінь вилучення йодиду іонообмінником, а висхідна подальший ефект висолювання хлоридом при його концентраціях 0,5-1,2 моль/л малорозчинної сполуки йодиду з іонообмінником. Висока селективність сорбенту стосовно йодиду при концентраціях хлориду 0,5-1,2 моль/л пояснюється не лише його іонообмінними властивостями, а й іншими специфічними фізико-хімічними взаємодіями між йодидом і іонообмінником, що призводять до утворення малорозчинної у воді сполуки між йодидом та октадецилдиметиламіно-  -пропільними групами, прищепленими до поверхні кремнезему. 1 UA 98104 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 Причому, зі збільшенням молекулярної маси прищеплених груп, зокрема, при переході від 3(триметиламоній)-пропільних до октадецилдиметиламіно-  -пропільних груп розчинність подібних сполук знижується. Суть винаходу пояснюється такими прикладами. Приклад 1. У хімічний стакан вміщують 0,200 г октадецилдиметиламіно-  -пропілкремнезему і додають 50 мл природного розсолу зі свердловини Медведівка №4 АР Крим (Україна), що містить 24,5 мг 23І /л, а також 17755 мг/л Сl (0,5 моль/л), 86,6 мг/л Вr , 484 мг/л SO4 , 268 мг/л HCO . Суміш перемішують впродовж 20 хвилин за допомогою магнітної мішалки. Контроль за між фазним розподілом йодиду здійснюють спектрофотометрично (ГОСТ 13685-84. Соль поваренная. Методы испытаний. П. 2.117). Результати наведено у табл. 1, у якій наведено залежність ступеню вилучення йодиду октадецилдиметиламіно-  -пропілкремнеземом від часу контакту фаз та концентрації хлориду у розсолі. Ступінь вилучення йодиду складає ~80 % (приклад 1). Приклади 2-5. У хімічний стакан вміщують наважку октадецилдиметиламіно-  -пропілкремнезему масою від 0,2г до 0,8г і додають 50-200мл природного розсолу, що містить від 10 до 120мг/л йодиду, а також 0,5-1,2моль/л хлориду та інші компоненти природних розсолів. Суміш перемішують впродовж  20 хвилин за допомогою магнітної мішалки чи електромеханічного пристрою. Контроль за міжфазним розподілом йодиду здійснюють спектрофотометрично (ГОСТ 13685-84. Соль поваренная. Методы испытаний. П. 2.117). Ступінь вилучення йодиду складає ~80 % (табл. 1, приклади 2-5). Результати інших прикладів наведено в табл. 1. Параметри способу, що заявляються, для вилучення йодиду октадецилдиметиламіно-  пропілкремнеземом (час контакту фаз  20 хв, концентрація хлориду 0,5-1,2 моль/л) вибрано з умов, що забезпечують високий ступінь сорбції міліграмових кількостей йодиду (табл. 1, приклади 1-5). Причому, збільшення часу контакту фаз, наприклад, до 30 хвилин не призводить до зміни ступеню вилучення йодиду (табл. 1, приклад 2), а отже суттєве збільшення часу контакту фаз є нераціональним, оскільки призводить лише до додаткових його витрат. Замежове зменшення часу контакту фаз, наприклад, до 15 хвилин, при збереженні усіх інших параметрів способу в заявлюваних інтервалах, призводить до зниження ступеню вилучення йодиду до 60 % внаслідок недостатнього часу для встановлення сорбційної рівноваги між іонообмінником і йодидом (табл. 1, приклад 6, 7). Замежове зменшення концентрації хлорид-іонів до 0,4 чи 0,3 моль/л призводить до зменшення ступеню вилучення йодиду відповідно до 50 та 10 % внаслідок їх конкурентної дії (табл. 1, приклади 8, 9). Замежове збільшення концентрації хлориду не розглядається, оскільки, зазвичай, вміст хлорид-іонів у природних розсолах не перевищує 1,0-1,2 моль/л. Для порівняння зазначимо, що зі зменшенням молекулярної маси прищепленої тетраалкіламонієвої групи, наприклад, при переході від октадецилдиметиламіно-  пропілкремнезему до 3-(триметиламоній)-пропілкремнезему зменшується ступінь вилучення йодиду до 40 % (табл. 1, приклад 10) при збереженні усіх інших параметрів способу в заявлюваних інтервалах. Наведені приклади підтверджують досягнення технічного результату при здійсненні заявленого способу. 45 Таблиця 1 Приклад 12 3 4 5 6 7 8 9 Час контакту проби розсолу та сорбенту, хвилини 20 30 20 20 20 15 15 20 20 Концентрація хлориду, моль/л 0,5 0,5 0,5 0,8 1,2 0,6 1,0 0,4 0,3 2 Ступінь вилучення йодиду, % 80 80 80 80 80 60 60 50 10 UA 98104 C2 Продовження таблиці 1 Приклад 10* Час контакту проби розсолу та сорбенту, хвилини 20 Концентрація хлориду, моль/л 0,8 Ступінь вилучення йодиду, % 40 примітка: *як сорбент використано 3-(триметиламоній)-пропілкремнезем 5 Переваги запропонованого способу вилучення йоду з природних розсолів порівняно з прототипом (Ксензенко В. И., Стасиневич Д. С. Химия и технология брома, йода и их соединений. М: Химия, 1995. - С. 348) відображено в табл. 2. Таблиця 2 № п/п 1. 2. 3. 4. 10 15 Пропонований спосіб Головні характеристики способів Час встановлення сорбційної 20 рівноваги, хвилини Придатність способу при концентрації 0,5-1,2 хлорид-іону, моль/л Набухання іонообмінника Відсутнє Необхідність введення добавок, що Відсутня збільшують питому вагу іонообмінника Відомий спосіб 240