Физико-химические свойства и получение азот и фосфорсодержащих ионитов на основе поливинилхлорида

Актуальность и востребованность темы диссертации. На сегодняшний день во всём мире устранение причин возникновения экологических проблем, климатических изменений из-за интенсивного развития отраслей экономики особенно химической, лёгкой, энергетической промышленности и строительных материалов, необходимость производства различной конкурентоспособной продукции всё больше превращает использование современных технологий в актуальную задачу. Это особенно проявляется при обессоливании природных вод в промышленности, извлечении драгоценных и цветных металлов из технологических растворов, очистке сточных вод от токсичных компонентов с помощью современных ионообменных технологий. «За последние годы потребность к технологиям, использующим иониты, резко возрастает, значительную долю химических средств используемых в этих технологиях для очистки воды составляют иониты»
С первых дней независимости в нашей стране создаются необходимые условия для развития отраслей промышленности, создаются новые предприятия с технологиями отвечающим современным требованиям, производящие экологически чистую, конкурентоспособную, импортзаменяющую продукцию. В частности в качестве примера можно привести производящие из местного сырья полимерные материалы газохимическими комплексами «Шуртан Газ Киме» и «Устюрт Газ Киме», входящих состав АО «Узкимёсаноат» АО «Навоиазот», планирующие произвести в 2017 году являющееся единственным в Центральной Азии производство 100 тысяч тонн поливинилхлорида. Это в свою очередь создаёт возможность диверсификации химической промышленности, то есть создает условия расширения производства материалов с комплексом особых свойств, путём модификации промышленных полимеров различными методами.
С расширением и развитием отраслей промышленности во всём мире возрастает потребность к сорбентам, особенно проведение исследований по направленному синтезу комплексообразующих сорбентов является одной из актуальных задач и в том числе особое внимание уделяется: получению ионообменных материалов с комплексом особых свойств на основе местного сырья содержащих в своём составе как основные так и кислотные группы, определение их селективности по отношению к ионам драгоценных, цветных и благородных металлов, очистка сточных вод от отрицательно влияющих на живой организм ионов токсичных и тяжёлых металлов.
Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных постановленими Президента Республики Узбекистан ПП - 916 от 15 июля 2008 года «О дополнительных мерах по стимулированию внедрения инновационных проектов и технологий в производство» и ПП - 1071 от 11 марта 2009 года «О программе мер по ускорению строительства и освоению производства новых видов химической продукции», а также вдругих нормативно-правовых документах, принятых в данной сфере.
Целью исследования является получение нового вида азот- и фосфор содержащими группами анионитов и полиамфолитов, модификацией поливилхлорида, выявление их физико-химических и сорбционных свойств.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
впервые выявлены оптимальные условия получения анионообменного сорбента на основе гранулированного поливинилхлорида;
доказано подчинение протекания реакции кинетическим закономерностям гетерогенных процессов и её зависимость от пористости структуры модифицируемого поливинилхлорида;
модификацией фосфитовой кислотой анионита на основе гранулированного поливинилхлорида получены имеющие комплекс особых свойств, имеющие в своём составе азот и фосфорсодержащие группы ионообменные материалы и разработаны оптимальные условия их получения;
выявлена высокая сорбционная способность, термическая стабильность и механическая прочность анионита и по полученным параметрам он не отличаются от промышленно используемого анионита АН-31;
анионит и поликомплексоны проявляют высокую сорбционную способность по отношению к бихромат ионам, ионам меди, ванадия, никеля, индия и молекулярного иода, извлечением иона металла из сложного раствора содержащего ионы меди (И), никеля (II), цинка (И) и кобальта (II), динамическим методом выявлена высокая селективность этого полиамфолита к ионами меди (II).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основе проведённых исследований по докторской диссертации на тему «Получение и физико-химические свойства азот и фосфорсодержащих ионитов на основе поливинилхлорида» представлены следующие выводы:
1. С целью получения анионита и поликомплексона содержащего в своём составе азот и фосфор исследовано влияние различных факторов на модификацию поливинилхлорида полиэтиленполиамином и фосфитовой кислотой в присутстствии формалина, значение энергии активации процесса модификации, зависимость скорости реакции только от концентрации низкомолекулярных компонентов позволяет выявить подчиненость изучаемых процессов закономерностям наблюдаемым в гетерогенных реакциях.
2. Методами ИК-спектроскопии, элементным и термичесим анализом и аналитическими методами доказано строение полученных анионитов и поликомплексонов на основе гранулированного поливинилхлорида и их химическая и термическая стойкость. Выявлена возможность проявления ионообменных свойства анионита за счёт наличия в его составе аминогрупп, а поликомплексопа за счёт наличия аминогрупп и остатков фосфитовой кислоты.
3. В лабораторных и в промышленных условиях для полученных анионитов и полиамфолитов исследованы установленные в государственном стандарте основные физико-химические свойства и показано, что по найденным характеристикам не уступает используемому в промышленности аниониту АН-31.
4. Исследована кинетика и термодинамика процесса сорбции ионов Сг.О; и йода в водном растворе иодида калия анионитом синтезированным на основе гранулированного поливинилхлорида. Определённые кинетические и термодинамические параметры показали высокое сродство анионита к бихромат ионам и молекулярному йоду и устойчивость его к воздействию сильных окислителей.
5. Исследованием кинетики и термодинамики процесса извлечения ионов Cu(II), Ni(II), 1п(Ш) и ванадия (I) поликомплексоном на основе гранулированного поливинилхлорида установлен порядок селективности сорбента по отношению к цветным металлам который имеет следующий вид: Cu(II)> Ni(II)> 1п(Ш) > ванадил (I).
6. Исследованы процессы динамической сорбции и десорбции ионов Си(П), 1п(Ш) и синтезированным поликомплексоном. Полученные результаты указывают на химическую стойкость поликомплексона и возможность рекомендовать его для многократного использования. Достигнута возможность селективного извлечения ионов индия и концентрирования его растворов из сложных технологических растворов цинкового завода АГМК с помощью азот и фосфор содержащего поликомплексона.
7. На опытно-промышленной установке АО «Maxam-Chirchiq» получена укрупнённая партия анионита на основе гранулированного поливинилхлорида с высокой эффективиностью обессоливающая природные воды. При этом длительность работы анионита была на 10-15% выше по сравнению с конкурирующим анионитом. Согласно протокола заседания №42 от 28.04.2016 года Кабинета Министров Республики Узбекистан рекомендовано наладить производство анионита ППЭ-1 и и выделено 1 млрд, сум средств АО «Maxam-Chirchiq».
8. С применением анионита достигнута высокая эффективность при уменьшении концентрации загрязняющих термически стойких солей в метилдиэтаноламине используемом при очистке конверторного газа в АО «Ферганаазот» (Справка АО «Ферганаазот» № 37/3768 от 26 июля 2016 года). При этом использование анионитов для очистки метилдиэтаноламини от термически стойких солей привела к экономическому эффекту в размере 10 млн. сум в год.