способ получения сульфокатионита особой чистоты

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФОКАТИОНИТА ОСОБОЙ ЧИСТОТЫ, включающий последовательную обработку набухшего технического сульфокатионита в динамических условиях водными растворами минеральной кислоты и щелочи с промежуточной и окончательной отмывкой водой, отличающийся тем, что обработку начинают 8 10% -ным водным раствором щелочи и проводят до получения окисляемости раствора щелочи в равновесных условиях не более чем на 0,4 0,8 мг O₂/дм³ выше исходного раствора, промежуточную отмывку проводят обессоленной водой, потом обрабатывают 10 13%-ным раствором минеральной кислоты до прекращения вымывания в фильтрат ионов железа и заканчивают отмывкой глубокообессоленной водой.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве минеральной кислоты используют азотную, или серную, или соляную кислоты.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку водным раствором щелочи проводят при 18 90^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к получению сильнокислотных катионитов особой чистоты (ядерного класса, электронного сорта), которые используют в финишных фильтрах в процессах глубокого обессоливания воды, в частности в электронной промышленности.

К ионитам этих классов предъявляются повышенные требования по остаточному содержанию в них примесей. Применительно к анионитам особые требования выдвигаются по содержанию хлоридов, карбонатов, железа. При использовании катионитов существенным является остаточное содержание в них катионов железа и щелочных металлов, а также растворимых органических веществ.

Известны способы получения особо чистых катионитов химическим и (или) электрохимическим кондиционированием. Наиболее полное удаление из катионитa ионов металлов и вымываемых органических примесей происходит при последовательной обработке 3-5 М раствором кислоты и электрическим током при расходе 30 А-ч на 1 л катионита. Однако, эти способы имеют лишь препаративное применение и не могут быть осуществлены как крупнотоннажное производство из-за низкой производительности, высоких затрат электроэнергии, необходимости использования дорогостоящих электродов и ионообменных мембран.

Анализ современного уровня техники показывает, что наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ получения сульфокатионита особой чистоты марки КУ-2-8. Последовательной обработкой в динамических условиях при комнатной температуре 1,5 М раствором соляной кислоты, дистиллированной водой, 0,5 М раствором едкого натра и вновь дистиллированной водой. Недостатком известного способа является недостаточно высокое качество сульфокатионита из-за наличия в нем катионов металлов и органических примесей, что подтверждается исследованием. Это влечет за собой недостаточно высокие кинетические свойства сульфокатионита и непригодность его для использования в схемах получения глубокообессоленной воды, не содержащей органических примесей.

Задачей изобретения является снижение содержания примесей в сульфокатионите, относящемся к особо чистым ионитам ядерного класса.

Задача решается тем, что для получения сульфокатионита особой чистоты проводят последовательную обработку набухшего технического сульфокатионита в динамических условиях сначала 8-10%-ным водным раствором щелочи до получения окисляемости раствора щелочи в равновесных условиях не более чем 0,4-0,8 мгО₂/дм³ выше окисляемости исходного раствора, потом отмывки обессоленной водой, после чего 10-13%-ным раствором минеральной кислоты до прекращения вымывания в фильтрат ионов железа и заканчивают отмывкой глубокообессоленной водой. При этом в качестве минеральной кислоты используют азотную или серную, или соляную кислоты, а обработку водным раствором щелочи проводят при температуре 18-80^оС.

Это позволяет снизить содержание в катионите органических примесей до 0-0,25 а содержание катионов железа не более 0,006%

Кроме того, при эксплуатации катионита, полученного по предлагаемому способу, улучшается кинетика удаления ионов из разбавленных растворов, что позволяет увеличивать скорость фильтрования при его использовании, тем самым повышать производительность фильтра.

Новыми существенными отличительными признаками изобретения являются:

увеличение концентрации обрабатывающих растворов кислоты и щелочи;

последовательность обработки вначале щелочью, затем кислотой;

контроль на стадиях обработки по содержанию в фильтрате вымываемых органических примесей не более 0,4-0,8 и до отсутствия катионов железа;

обработка раствором щелочи при 18-80^оС;

использование для отмывки обессоленной и глубокообессоленной воды.

Известно, что повышение концентрации раствора щелочи приводит к увеличению экстракции органических веществ. Однако для катионитов трехмерной полимерной структуры при этом уменьшается набухаемость, что отрицательно сказывается на удалении органических примесей. Использование растворов щелочи с концентрацией более 10% кислоты более 13% и температуры раствора щелочи более 80^оС не приводит к улучшению качества конечного продукта, но увеличивает стоимость процесса и примеси в сточных водах.

Использование растворов кислоты с концентрацией менее 10% и щелочи менее 8% снижает эффективность обработки.

Существенное значение имеет тот факт, что окончание обработки растворами кислоты и щелочи определяют по качеству фильтрата и заканчивают: кислотой при прекращении вымывания железа и щелочью после того, как перманганатная окисляемость при настаивании увеличивается не более чем на 0,4-0,8 .

В качестве исходное сульфокатионита используют отечественный технический катионит КУ-2-8 на основе сополимера стирола с дивинилбензолом по ГОСТ 20298-74 Возможно также использование промышленных катионитов КУ-2-8чС и КУ-23, 15/100, выпускаемых по тому же ГОСТу.

В качестве водных растворов щелочи используют гидроокиси натрия, калия, аммония.

В качестве водных растворов кислоты используют растворы серной, азотной, соляной кислот.

В качестве обессоливающей воды используют воду после 1-2-х ступеней обессоливания без фильтра смешанного действия (ОСТ 11.029.003-88). Глубокообессоленную воду получают очисткой обессоленной воды на фильтрате смешанного действия )ОСТ 11.029.003-88).

Поскольку катионит, полученный по предлагаемому способу, практически не содержит органических примесей, для их количественной оценки оказался метод экстракции примесей из катионита раствором серной кислоты. Для определения примеси железа использована известная методика. Способ иллюстрируется следующими примерами.

П р и м е р 1. 100 см³ технического сульфокатионита гелевой структуры КУ-28 на основе сополимера стирола с дивинилбензолом заливают в стакане 200 см³ 4%-ного раствора хлористого натрия на 2 ч для набухания. Затем содержимое стакана переносят в стеклянную колонку диаметром 322 мм с впаянным стеклянным фильтром и обогревающей рубашкой. В рубашку подают из термостата воду с температурой 202^оС в течение 2 ч. Раствор хлористого натрия спускают до уровня катионита, колонку подсоединяют к напорной склянке с тубусом, из которой через катионит сверху вниз с расходом 200 см³/ч подают 9%-ный раствор едкого натра. В обогревающую рубашку при этом продолжают подавать воду с температурой 202^оС. Подачу раствора щелочи можно периодически останавливать на 2 ч, затем возобновлять.

Раствор щелочи пропускают до тех пор, пока его перманганатная окисляемость после прекращения фильтрования и настаивания в течение 1-2 ч не превышает окисляемость исходного раствора щелочи более чем на 0,8 мгО₂/дм³.

Раствор щелочи отжимают из колонки, снизу заполняют обессоленной водой и промывают сверху вниз 500 см³ воды с расходом 400 см³/ч. Затем в том же направлении через сульфокатионит пропускают 11%-ный раствор азотной кислоты с расходом 200 см³/ч до прекращения вымывания в фильтрат катионов железа. Кислоту отжимают из колонки, заполняют глубокообессоленной водой и промывают до рН не менее 4,5 с расходом 400 см³/ч. Катионит выгружают из колонки и хранят в темной склянке под слоем воды. Характеристика полученного сульфокатионита особой чистоты представлена в табл. 1.

П р и м е р ы 2-7. Экспериментальная обработка катионита осуществляется на установке, описанной в примере 1, при той же последовательности стадий. Режимы обработки и полученные результаты приведены в табл. 1.

П р и м е р 9. Обработка катионита осуществляется как в примере 1, но вместо раствора едкого натра используется раствор едкого кали. Результаты в табл. 1.

П р и м е р 10. Режимы и растворы как в примере 1, но обрабатывается катионит макропористой структуры КУ-23 модификация 15/100. Результаты в табл. 1.

П р и м е р ы 11, 12 (сравнительные). Проводят аналогично примеру 1, условия обработки и результаты представлены в табл. 1.

П р и м е р 13 (по прототипу). Обработка катионита КУ-2-8 проводилась на той же установке. Набухший в воде катионит 100 см³загружали в колонку и с теми же расходами сверху вниз последовательно пропускали 5,5%-ный раствор соляной кислоты, дистиллированную воду, 2%-ный раствор едкого натра и вновь дистиллированную воду. Длительность обработки по стадиям приняли как в примере 1. Результаты в табл. 1.

В табл. 2 приведена сравнительная оценка сульфокатионитов, полученных по предлагаемому способу и способу-прототипу, испытанных по различным методикам.

Как видно из табл. 1 и 2 предлагаемый способ позволяет получить катионит с низким содержанием примесей железа (катионов металлов) 0,003-0,006% и органических веществ не более 0,25 .

По способу-прототипу полученный катионит содержит на порядок больше катионов железа и в 2,5 раза больше вымываемых органических веществ.

Эффект от применения предлагаемого сульфокатионита прежде всего проявится на качестве глубокообессоленной воды при использовании его в фильтре смешанного действия с анионитом особой чистоты. Известно, что использование для тех же целей промышленных ионитов КУ-2-8чС и АВ-17-8чС сопровождается выделением из них ионов металлов и органических примесей в глубокообессоленную воду.

Кроме того, катионит, получаемый по предлагаемому способу, отличается лучшими кинетическими свойствами и выпускается в рабочей водородной форме. Это позволяет увеличить производительность установок, использующих предлагаемый сульфокатионит, так как у потребителя обнаруживается дополнительный эффект: отсутствие стадии перевода сульфокатионита в рабочую форму и возможность увеличения скоростей фильтрования очищаемых растворов.