PL240645B1 - Materiał membranowy magnetyczno-organiczny do odwadniania etanolu, sposób otrzymywania i zastosowanie - Google Patents
Materiał membranowy magnetyczno-organiczny do odwadniania etanolu, sposób otrzymywania i zastosowanie Download PDFInfo
- Publication number
- PL240645B1 PL240645B1 PL434018A PL43401820A PL240645B1 PL 240645 B1 PL240645 B1 PL 240645B1 PL 434018 A PL434018 A PL 434018A PL 43401820 A PL43401820 A PL 43401820A PL 240645 B1 PL240645 B1 PL 240645B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- magnetic
- dehydration
- iron
- molecular
- water
- Prior art date
Links
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 59
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 title claims abstract description 12
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 5
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N ferrosoferric oxide Chemical compound O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 28
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 24
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 19
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 19
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229920003169 water-soluble polymer Polymers 0.000 claims abstract description 8
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 claims abstract description 7
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 238000005373 pervaporation Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 4
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 claims abstract description 3
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 claims abstract description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 3
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 claims abstract description 3
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 claims abstract description 3
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 claims abstract description 3
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 claims abstract description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 9
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 7
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 7
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 7
- KBQHZAAAGSGFKK-UHFFFAOYSA-N dysprosium atom Chemical compound [Dy] KBQHZAAAGSGFKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 7
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 7
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 6
- IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-2,4-dioxo-1,3-diazinane-5-carboximidamide Chemical group CN1CC(C(N)=N)C(=O)NC1=O IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 claims description 4
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000661 sodium alginate Substances 0.000 claims description 4
- 235000010413 sodium alginate Nutrition 0.000 claims description 4
- 229940005550 sodium alginate Drugs 0.000 claims description 4
- SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N Glutaraldehyde Chemical compound O=CCCCC=O SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 3
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 3
- KEQGZUUPPQEDPF-UHFFFAOYSA-N 1,3-dichloro-5,5-dimethylimidazolidine-2,4-dione Chemical compound CC1(C)N(Cl)C(=O)N(Cl)C1=O KEQGZUUPPQEDPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- BRLQWZUYTZBJKN-UHFFFAOYSA-N Epichlorohydrin Chemical compound ClCC1CO1 BRLQWZUYTZBJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- AZKVWQKMDGGDSV-BCMRRPTOSA-N Genipin Chemical compound COC(=O)C1=CO[C@@H](O)[C@@H]2C(CO)=CC[C@H]12 AZKVWQKMDGGDSV-BCMRRPTOSA-N 0.000 claims description 2
- CTKINSOISVBQLD-UHFFFAOYSA-N Glycidol Chemical compound OCC1CO1 CTKINSOISVBQLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 claims description 2
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims description 2
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims description 2
- XTHPWXDJESJLNJ-UHFFFAOYSA-N chlorosulfonic acid Substances OS(Cl)(=O)=O XTHPWXDJESJLNJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- AZKVWQKMDGGDSV-UHFFFAOYSA-N genipin Natural products COC(=O)C1=COC(O)C2C(CO)=CCC12 AZKVWQKMDGGDSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N maleic anhydride Chemical compound O=C1OC(=O)C=C1 FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 235000011007 phosphoric acid Nutrition 0.000 claims description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 239000008063 pharmaceutical solvent Substances 0.000 claims 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims 1
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 17
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- CUJRVFIICFDLGR-UHFFFAOYSA-N acetylacetonate Chemical compound CC(=O)[CH-]C(C)=O CUJRVFIICFDLGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 239000012456 homogeneous solution Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 3
- BXGYYDRIMBPOMN-UHFFFAOYSA-N 2-(hydroxymethoxy)ethoxymethanol Chemical compound OCOCCOCO BXGYYDRIMBPOMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DKUIDQUIXJCRBF-UHFFFAOYSA-N 8-ethoxycarbonylnaphthalene-1-carboxylic acid Chemical compound C1=CC(C(O)=O)=C2C(C(=O)OCC)=CC=CC2=C1 DKUIDQUIXJCRBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000645 desinfectant Substances 0.000 description 2
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- VPTYRUGUZUYAGZ-UHFFFAOYSA-N 1-(hydroxyiminomethyl)naphthalen-2-ol Chemical compound C1=CC=C2C(C=NO)=C(O)C=CC2=C1 VPTYRUGUZUYAGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MMHHBAUIJVTLFZ-UHFFFAOYSA-N 2-(bromomethyl)-2-(hydroxymethyl)propane-1,3-diol Chemical compound OCC(CO)(CO)CBr MMHHBAUIJVTLFZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004971 Cross linker Substances 0.000 description 1
- 229910000583 Nd alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 235000013871 bee wax Nutrition 0.000 description 1
- 239000012166 beeswax Substances 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N ethanol;hydrate Chemical compound O.CCO IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 1
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 1
- 230000005298 paramagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000005610 quantum mechanics Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Przedmiotem zgłoszenia jest materiał membranowy magnetyczno-organiczny do odwadniania związków organicznych, który charakteryzuje się tym, że zawiera 1 – 20%wag. magnetyku molekularnego lub 1 – 20%wag. mieszaninę magnetyku molekularnego z tlenkiem żelaza(II,III) magnetytem, Fe3O4 zawierającą 1 - 99%wag. Fe3O4 w stosunku do magnetyku molekularnego; zdyspergowane w matrycy polimerowej, otrzymanej z wodnego roztworu silnie hydrofilowego, wodorozpuszczalnego polimeru o stężeniu 0,5 - 5%wag. z grupy naturalnych polisacharydów lub polimerów syntetycznych zawierających grupy hydrofilowe: hydroksylowe, kwasowe, amidowe. Zgłoszenie obejmuje też sposób otrzymywania materiału membranowego magnetyczno-organicznego do odwadniania alkoholi polega na tym, że do 20 - 100 ml wody destylowanej dodaje się 0,125 - 5 g wodorozpuszczalnego polimeru tak, aby otrzymać jego 0,5 - 5%wag. roztwór, następnie po rozpuszczeniu polimeru dodaje się wypełnienie 1 w postaci magnetyku molekularnego w ilości 1 - 20%wag. w stosunku do suchej masy polimeru lub wypełnienie 2, które stanowi mieszanina substancji magnetycznych w ilości 1 – 20%wag. zawierająca od 1 do 99%wag. tlenku żelaza(II,III) magnetytu, Fe3O4 w stosunku do magnetyku molekularnego, tak otrzymany roztwór miesza się na mieszadle magnetycznym przez 10 - 60 minut z prędkością 600 - 800 obr./min, a następnie w łaźni ultradźwiękowej przez 40 - 60 minut, po czym suszy w temperaturze 30 - 50°C w czasie 24 - 48 godzin, następnie zalewa się 30 - 80 ml środkiem sieciującym zależnym od zastosowanej matrycy polimerowej, zakończonym procesie sieciowania, środek sieciujący wylewa się znad membrany, którą pięciokrotnie przemywa się wodą destylowaną, Przedmiotem zgłoszenia jest także zastosowanie materiału membranowego magnetyczno-organicznego według wynalazku do separacji mieszanin azeotropowych w procesie odwadniania związków organicznych, do odwadniania roztworów alkoholi, szczególnie etanolu metodą perwaporacji.
Description
PL 240 645 B1
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest materiał membranowy magnetyczno-organiczny do odwadniania etanolu, sposób otrzymywania i zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym, głównie do zredukowania emisji spalin, poprzez połączenie paliw kopalnych z etanolem, tworząc biopaliwa. Ponadto materiał membranowy według wynalazku przeznaczony jest do produkcji środków dezynfekujących i materiału embolizującego stosowanego przy przeprowadzaniu różnego typu zabiegów chirurgicznych. Używany jako substrat w przemyśle farmaceutycznym i chemicznym do produkcji leków i substancji chemicznych.
Rozdział mieszanin ciekłych należy do jednej z najbardziej rozpowszechnionych metod separacji, stosowanej w różnych gałęziach przemysłu. Najprostszą metodą rozdziału mieszanin ciekłych jest destylacja, która polega na doprowadzeniu cieczy do wrzenia i skropleniu powstałej pary w chłodnicy. Innymi, powszechnie stosowanymi metodami są także adsorpcja i ekstrakcja. Pomimo tego, że metody te są szeroko stosowane, nie zawsze pozwalają na pełny rozdział składników mieszaniny ciekłej i nie jest możliwe, przy ich zastosowaniu, otrzymanie alkoholu absolutnego [1]. Podstawowym procesem, w którym otrzymywany jest etanol to fermentacja alkoholowa. W jego wyniku powstaje wodny roztwór etanolu. Etanol tworzy z wodą mieszaninę azeotropową, którą nie można rozdzielić poprzez destylację. Jedną z metod pozwalających na korzystne ekonomicznie uzyskanie etanolu absolutnego, o wysokiej czystości jest perwaporacja. Jest to technika membranowa polegająca na rozdzieleniu lotnej mieszaniny ciekłej doprowadzonej do półprzepuszczalnej membrany, dzięki właściwościom separacyjnym materiału membranowego. Dużą rolę w tym procesie odgrywa dobór i zastosowanie odpowiedniej membrany, pozwalającej na uzyskanie wystarczająco czystego alkoholu etylowego, przy zminimalizowaniu związanych z tym kosztów. Bardzo wysoka czystość tak otrzymanego etanolu daje możliwość zastosowania go w przygotowywaniu mieszanek paliwowych, co stanowi obecnie jego główne zastosowanie przemysłowe w skali światowej. Bezwodny etanol jest bowiem dodawany do benzyny i/lub oleju napędowego jako komponent tzw. biopaliw. Co prawda koszt produkcji biopaliw jest wyższy od ceny paliw kopalnych, jednak ze względu na liczne korzyści ekologiczne, ich wykorzystanie w gospodarce stale rośnie [2].
W przypadku odwadniania mieszanin wodno/organicznych, takich jak etanol-woda najlepiej sprawdzają się membrany o charakterze hydrofilowym. W ostatnich latach badania związane z procesem perwaporacji skupiają się na opracowaniu nowych membran poprzez modyfikację matrycy polimerowej, np. poprzez dodatek wypełniaczy. W ten sposób otrzymuje się membrany hybrydowe o wyraźnie lepszych właściwościach separacyjnych. W literaturze opisano zastosowanie jako wypełnienia szeregu różnych związków i substancji, m.in. metale i ich tlenki: Fe2O4, Fe2O3, TO2, AgO, &2O3 itp. [3], zeolity [4], krzemionki [5], nanorurki węglowe [6], grafen [7] oraz wypełnienia organiczne w postaci sub-mikrocząstek polimerowych, np. chitozanu i jego pochodnych [8-9]. Ciekawą grupę wypełnień stanowią substancje o silnych właściwościach magnetycznych typu Fe3O4 proszki metaliczne żelaza, stopy neodymu, itp. [10-11].
Dobry materiał membranowy charakteryzuje się wysoką specyficznością - powinowactwem do jednego ze składników mieszaniny. W przypadku odwadniania etanolu jest to o tyle trudne, ponieważ pomiędzy cząsteczkami wody i etanolu występują bardzo małe różnice we właściwościach fizyko-chemicznych.
Celem wynalazku jest zastosowanie jako wypełnienia magnetyków molekularnych w postaci kompleksów heteronuklearnych żelaza, manganu, kobaltu, chromu, miedzi, dysprozu czy niklu [12] samoistnie lub w mieszaninie z tlenkiem żelaza(II,III), przykładowo magnetyków zawierających w kompleksie jako atomy centralne atomy żelaza, szczególnie kompleks o wzorze [Fe4(acac)s(Br-mp)2], gdzie: acac - acetyloacetonian, a Br-mp jest anionem 2-(bromometylo)-2-(hydroksymetylo)-1,3-propanodiolu. Tego typu substancje o właściwościach magnetycznych badane są pod kątem zastosowań w spintronice [12], natomiast nie były do tej pory opisane i stosowane jako wypełnienia membran do procesów separacji, w tym odwadniania etanolu. Cząsteczki elementarne, oprócz powszechnie znanych cech, takich jak masa lub ładunek posiadają również wewnętrzny moment pędu zwany spinem. Spin ten, wynika z obrotu cząstki wokół własnej osi. W mechanice kwantowej odpowiada mu tzw. spinowa liczba kwantowa s. Cząstki o niezerowym spinie mają również niezerowy moment magnetyczny. Polepszenie właściwości separacyjnych membrany uzyskuje się poprzez wykorzystanie różnic we właściwościach fizycznych i chemicznych cząsteczek wody i etanolu - polarności i momentu dipolowego. Zwróciliśmy uwagę na różnicę w oddziaływaniu wody i etanolu z polem magnetycznym. Woda jest dipolem, więc mocno oddziałuje z substancjami magnetycznymi, natomiast na etanol pole magnetyczne oddziałuje słabiej z powodu jego mniejszej polarności. Aby móc wykorzystać tę różnicę we właściwościach rozdzielanych sub
PL 240 645 Β1 stancji dodaliśmy do matrycy polimerowej wypełnienia w postaci magnetytu oraz magnetyku molekularnego, które wykazują właściwości paramagnetyczne. Dotychczas w literaturze opisywano membrany, w których wypełnienie stanowił sam magnetyt [13-14]. Membrany z wypełnieniem w postaci magnetyku molekularnego, jak również w połączeniu z tlenkiem żelaza FesCU nie były nigdy rozważane jako wypełnienia membran hybrydowych. Dodanie magnetytu do membran pozwalało zatężyć permeat z 4%Obj wody jaka znajdowała sie w nadawie do około 35%obj oraz uzyskać wartość współczynnika PSI rzędu uu
230 Dzięki zastosowaniu w membranie wypełnienia w postaci magnetyku molekularnego, stę i—I żenie wody w permeacie zwiększyło się do 60%obj, a współczynnik PSI wyniósł 350-400 bnz,h%J, natomiast obecność mieszaniny magnetyku molekularnego z magnetytem pozwoliła uzyskać materiał membranowy, którego PSI przekracza 10000 , co oznacza, że po stronie permeatu otrzymuje się czystą wodę. Materiał membranowy, będący przedmiotem wynalazku, pozwala zatem na skuteczne i efektywne uzyskanie czystego, bezwodnego etanolu.
Materiał membranowy magnetyczno-organiczny do odwadniania związków organicznych charakteryzuje się tym, że zawiera, 1-20%wag magnetyku molekularnego lub 1-20%wag mieszaninę magnetyku molekularnego z tlenkiem żelaza(ll,lll) magnetytem, FesCU zawierającą 1-99%wag FesCU w stosunku do magnetyku molekularnego; zdyspergowane w matrycy polimerowej, otrzymanej z wodnego roztworu silnie hydrofilowego, wodorozpuszczalnego polimeru o stężeniu 0.5-5%wag z grupy naturalnych polisacharydów lub polimerów syntetycznych zawierających grupy hydrofilowe: hydroksylowe, kwasowe, amidowe.
Korzystnie w materiale polimerowym według wynalazku jako magnetyk molekularny stosuje się kompleksy heteronuklearne żelaza, manganu, kobaltu, chromu, miedzi, dysprozu czy niklu.
Korzystnie w materiale polimerowym według wynalazku jako wodorozpuszczalny polimer stosuje się alginian sodu, poli(alkohol winylowy), chitozan, lub wodorozpuszczalne pochodne celulozy.
Sposób otrzymywania materiału membranowego magnetyczno-organicznego do odwadniania alkoholi polega na tym, że do 20-100 ml wody destylowanej dodaje się 0.125-5 g wodorozpuszczalnego polimeru tak, aby otrzymać jego 0.5-5%wag roztwór, następnie po rozpuszczeniu polimeru dodaje się wypełnienie 1 w postaci magnetyku molekularnego w ilości 1-20%wag w stosunku do suchej masy polimeru lub wypełnienie 2, które stanowi mieszanina substancji magnetycznych w ilości 1-20%wag zawierająca od 1 do 99%wag tlenku żelaza(ll,lll) magnetytu, FesO4 w stosunku do magnetyku molekularnego, tak otrzymany roztwór miesza się na mieszadle magnetycznym przez 10-60 minut z prędkością 600800 obr./min., a następnie w łaźni ultradźwiękowej przez 40-60 minut, po czym suszy w temperaturze 30-50°C w czasie 24-48 godzin, następnie zalewa się 30-80 ml środkiem sieciującym zależnym od zastosowanej matrycy polimerowej, zakończonym procesie sieciowania, środek sieciujący wylewa się znad membrany, którą pięciokrotnie przemywa się wodą destylowaną.
Korzystnie w sposobie otrzymywania według wynalazku jako wypełnienie 1 stosuje się magnetyki molekularne w postaci kompleksów heteronuklearnych żelaza, manganu, kobaltu, chromu, miedzi, dysprozu czy niklu.
Korzystnie w sposobie otrzymywania według wynalazku jako wypełnienie 2 stosuje się mieszaninę magnetyku molekularnego żelaza, manganu, kobaltu, chromu, miedzi, dysprozu czy niklu z tlenkiem żelaza(ll,lll) (magnetytem, FesCU) o zawartości tego drogiego w mieszaninie w ilości od 1 do 99%wag.
Korzystnie w sposobie otrzymywania według wynalazku jako środek sieciujący stosuje się kwas siarkowy(VI), chlorek wapnia, aldehyd glutarowy, bezwodnik maleinowy, kwas ortofosforowy, kwas cytrynowy, epichlorohydryna, kwas chlorosulfonowy, glicydol lub genipina.
Zastosowanie materiału membranowego magnetyczno-organicznego według wynalazku do separacji mieszanin azeotropowych w procesie odwadniania, związków organicznych, do odwadniania roztworów alkoholi, szczególnie etanolu metodą perwaporacji.
Zaletą rozwiązania według wynalazku jest duży wpływ na ochronę środowiska wynikający ze zredukowania kosztów związanych z produkcją biopaliw, co umożliwia zwiększenie popytu na ekologiczne źródło energii jak również zmniejszenie kosztów związanych z produkcją środków dezynfekujących czy materiału embolizującego.
Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w poniższych przykładach wykonania.
PL 240 645 B1
P r z y k ł a d 1
Przygotowano roztwór zawierający 1,5%wag alginianu sodu, a następnie dodano rozdrobniony magnetyk molekularny o wzorze {[Mn(III)6(μ3-O)2(etanol)6(monoanion estru etylowego kwasu naftaleno1,8-dikarboksylowego)2(μ3-oksym aldehydu 2-hydroksy-1-naftalenowego)6]dimetanol} w ilości odpowiadającej 10%wag suchej masy polimeru. Tak otrzymaną mieszaninę mieszano na mieszadle magnetycznym przez 30 minut, a następnie umieszczono w łaźni ultradźwiękowej na 40-60 minut w celu równomiernego rozprowadzenia wypełnienia. Po tym czasie 50 ml roztworu wylano na wcześniej pokryte woskiem pszczelim szalki Petriego o średnicy 16.5 cm i włożono na wypoziomowaną półkę do suszarki na co najmniej 24 godziny, utrzymując temperaturę 50°C. Otrzymaną membranę sieciowano przez 2 godziny 50 ml 2.5% roztworem chlorku wapnia. Po wysuszeniu uzyskano materiał membranowy o grubości 20-40 μm.
P r z y k ł a d 2
Przygotowano roztwór zawierający 1.5%wag alginianu sodu, a następnie dodano rozdrobnione związki: magnetyk molekularny o wzorze [Fe4(acac)6(Br-mp)2] oraz tlenek żelaza Fe3O4 w ilości odpowiadającej 5%wag suchej masy polimeru, w granicach od 10 do 90% magnetytu w stosunku do magnetyku molekularnego. Otrzymaną mieszaninę mieszano na mieszadle magnetycznym w celu równomiernego zdyspergowania wypełnienia, po czym wsławiono do łaźni ultradźwiękowej na 40-60 minut. Uzyskany jednolity roztwór wylano na wcześniej pokryte woskiem pszczelim szalki Petriego, które umieszczono w suszarce na wypoziomowanej półce na co najmniej 24 godziny, utrzymując temperaturę 40°C. Wysuszoną membranę sieciowano przez 2 godziny 50 ml 2.5% roztworu chlorku wapnia otrzymując materiał membranowy o grubości 20-40 μm.
P r z y k ł a d 3
Przygotowano roztwór zawierający 3%wag chitozanu, a następnie dodano rozdrobnione związki: magnetyk molekularny o wzorze {[Mn(III)6(μ3-O)2(etanol)6(monoanion estru etylowego kwasu naftaleno1,8-dikarboksylowego)2(μ3-oksym aldehydu 2-hydroksy-1-naftalenowego)6]dimetanol} oraz tlenek żelaza Fe3O4 w ilości odpowiadającej 5%wag suchej masy polimeru, w granicach od 10 do 90% magnetytu w stosunku do magnetyku molekularnego. Otrzymaną mieszaninę mieszano na mieszadle magnetycznym w celu równomiernego zdyspergowania wypełnienia, po czym wstawiono do łaźni ultradźwiękowej na 40-60 minut. Uzyskany jednolity roztwór wylano na szalki Petriego, które umieszczono w suszarce na wypoziomowanej półce na co najmniej 24 godziny, utrzymując temperaturę 50°C. Po wysuszeniu membranę zalano na jedną godzinę 50 ml mieszaniny sieciującej, którą stanowił 0.8 M roztwór kwasu siarkowego(VI). Po zakończeniu sieciowania odlano nadmiar kwasu i pięciokrotnie przepłukano membranę 50 ml porcjami wody destylowanej. Na koniec membranę zalano 50 ml 2%wag roztworu wodorotlenku sodu na 5 min. i ponownie przepłukano wodą destylowaną. Otrzymano elastyczną i wytrzymałą mechanicznie membranę o grubości 70 μm.
P r z y k ł a d 4
Przygotowano roztwór zawierający 1%wag poli(alkoholu winylowego), a następnie dodano rozdrobniony magnetyk molekularny o wzorze [Fe4(acac)6(Br-mp)2] w ilości odpowiadającej 5%wag suchej masy polimeru. Otrzymaną mieszaninę mieszano na mieszadle magnetycznym w celu równomiernego zdyspergowania wypełnienia, po czym wstawiono do łaźni ultradźwiękowej na 40-60 minut. Uzyskany jednolity roztwór wylano na szalki Petriego, które umieszczono w suszarce na wypoziomowanej półce na co najmniej 32 godziny, utrzymując temperaturę 40°C. Po wysuszeniu membranę zalano na 15 minut 50 ml 2,5%wag roztworu aldehydu glutarowego. Otrzymano elastyczną i wytrzymałą mechanicznie membranę o grubości 40 μm.
Literatura
[1] T. Mahdi, A. Ahmad, MM. Nasef, A, Ripin (2015) State-of-the-Art Technologies for Se- paration of Azeotropic Mixtures. Separation & Purification Reviews 44, 308-330.
[2] W.E. Goldstein, The Science of Ethanol, CRC Press, 1st Edition, Boca Raton, 2017.
[3] G. Dudek, M. Krasowska, R. Turczyn, A. Strzelewicz, D. Djurado, S. Pouget, Clustering analysis for pervaporation performance assessment of alginate hybrid membranes in dehy-dration of ethanol. Chemical Engineering Research and Design, 144 (2019) 483-493.
[4] S-LWee, Ch-TTye, S. Bhalia, Membrane separation proces-Pervaporation through ze- olite membrane. Separation and Purification Technology 63(3) (2008) 500-516.
Claims (8)
- PL 240 645 B1[5] T. Rocca, E. Carretier, D. Dhaler, E, Louradour, T. Truong, P. Moulin, Purification of Pharmaceutical Solvents by Pervaporation through Hybrid Silica Membranes. Membranes. 9(7) (2019) 1-17.[6] Q.W. Yeang, S.H.S. Zein, A.B. Sulong, S.H. Tan, Comparison of the pervaporation performance of various types of carbon nanotube-based nanocomposites in the dehydration of acetone. Separation and Purification Technology 107 (2013) 252-263.[7] R. Castro-Munoz, J. Buera-Gonzalez, Ó. Iglesia, F. Galiano, V. Fila M. Malankowska,C. Rubio, A. Figoli, C. Tellez, J. Coronas, Towards the dehydration of ethanol using pervaporation cross-linked poly(vinyl alcohol)/graphene oxide membranes. Journal of Membrane Science 582 (2019) 423-434.[8] G. Dudek, R. Turczyn, New type of alginate/chitosan microparticle membranes for highly efficient pervaporative dehydration of ethanol, RSC Advances, 8 (2018) 3956739578.[9] G. Dudek, R. Turczyn, K. Konieczny, Robust poly(vinyl alcohol) membranes containing chitosan/chitosan derivatives microparticles for pervaporative dehydration of ethanol. Separation and Purification Technology 234 (2020) 116094.[10] E. Haye, C.S. Chang, G. Dudek, T. Hauet, J. Ghanbaja, Y. Busby, N. Job, L. Houssiau,J. Pireaux, Tuning the Magnetism of Plasma-Synthesized Iron Nitride Nanoparticles: Application in Pervaporative Membranes, ACS Appl. Nano Mater., 2 (2019) 24842493.[11] G. Dudek, R. Turczyn, M. Gnus, K. Konieczny, Pervaporative dehydration of ethanol/water mixture through hybrid alginate membranes with ferroferic oxide nanoparticles. Separation and Purification Technology, 193 (2018) 398-407.[12] M. Yamashita, K. Katoh,. Single Molecule Magnets. Molecular Magnetic Materials (2016) 79-101.[13] K. Tsukada, Y. Matsunaga, R. Isshiki, Y. Nakamura, K. Sakai, T. Kiwa, Magnetic characteristics measurements of ethanol-water mixtures using a hybrid-type, high-temperature superconducting quantum-interference device magnetometer. AIP Advances 7 (2017) 056707.[14] G. Dudek, M. Gnus, R. Turczyn, A. Strzelewicz, M. Krasowska, Pervaporation with chitosan membranes containing iron oxide nanoparticles. Separation and Purification Technology, 133 (2014) 8-15.Zastrzeżenia patentowe1. Materiał membranowy magnetyczno-organiczny do odwadniania związków organicznych, znamienny tym, że zawiera 1-20%wag magnetyku molekularnego lub 1-20%wag mieszaninę magnetyku molekularnego z tlenkiem żelaza(II,III) magnetytem, FesO4 zawierającą 1-99%wag FesO4 w stosunku do magnetyku molekularnego; zdyspergowane w matrycy polimerowej, otrzymanej z wodnego roztworu silnie hydrofilowego, wodorozpuszczalnego polimeru o stężeniu 0,5-5%wag z grupy naturalnych polisacharydów lub polimerów syntetycznych zawierających grupy hydrofilowe: hydroksylowe, kwasowe, amidowe.
- 2. Materiał polimerowy według zastrz. 1, znamienny tym, że jako magnetyk molekularny stosuje się kompleksy heteronuklearne żelaza, manganu, kobaltu, chromu, miedzi, dysprozu czy niklu.
- 3. Materiał polimerowy według zastrz. 1, znamienny tym, że jako wodorozpuszczaIny polimer stosuje się alginian sodu, poli(alkohol, winylowy), chitozan, lub wodorozpuszczalne pochodne celulozy.
- 4. Sposób otrzymywania materiału membranowego magnetyczno-organicznego do odwadniania alkoholi, znamienny tym, że do 20-100 ml wody destylowanej dodaje się 0.125-5 g wodorozpuszczalnego polimeru tak, aby otrzymać jego 0.5-5%wag roztwór, następnie po rozpuszczeniu polimeru dodaje się wypełnienie 1 w postaci magnetyku molekularnego w ilości 1-20%wag w stosunku do suchej masy polimeru lub wypełnienie 2, które stanowi mieszanina substancji magnetycznych w ilości 1-20%wag zawierająca od 1 do 99%wag tlenku żelaza(II,III) magnetytu, Fe3O4 w stosunku do magnetyku molekularnego, tak otrzymany roztwór mieszaPL 240 645 B1 się na mieszadle magnetycznym przez 10-60 minut z prędkością 600-800 obr./min., a następnie w łaźni ultradźwiękowej przez 40-60 minut, po czym suszy w temperaturze 30-50°C w czasie 24-48 godzin, następnie zalewa się 30-80 ml środkiem sieciującym zależnym od zastosowanej matrycy polimerowej, zakończonym procesie sieciowania, środek sieciujący wylewa się znad membrany, którą pięciokrotnie przemywa się wodą destylowaną.
- 5. Sposób otrzymywania według zastrz. 4, znamienny tym, że jako wypełnienie 1 stosuje się magnetyki molekularne w postaci kompleksów heteronuklearnych żelaza, manganu, kobaltu, chromu, miedzi, dysprozu czy niklu.
- 6. Sposób otrzymywania według zastrz. 4, znamienny tym, że jako wypełnienie 2 stosuje się mieszaninę magnetyku molekularnego żelaza, manganu, kobaltu, chromu, miedzi, dysprozu czy niklu z tlenkiem żelaza(II,III) (magnetytem, Fe3O4) o zawartości tego drugiego w mieszaninie w ilości od 1 do 99%wag.
- 7. Sposób otrzymywania według zastrz. 4, znamienny tym, że jako środek sieciujący stosuje się kwas siarkowy(VI), chlorek wapnia, aldehyd glutarowy, bezwodnik maleinowy, kwas ortofosforowy, kwas cytrynowy, epichlorohydryna, kwas chlorosulfonowy, glicydol lub genipina.
- 8. Zastosowanie materiału membranowego magnetyczno-organicznego według zastrz. 1 i 4 do separacji mieszanin azeotropowych w procesie odwadniania związków organicznych, do odwadniania roztworów alkoholi, szczególnie etanolu metodą perwaporacji.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL434018A PL240645B1 (pl) | 2020-05-20 | 2020-05-20 | Materiał membranowy magnetyczno-organiczny do odwadniania etanolu, sposób otrzymywania i zastosowanie |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL434018A PL240645B1 (pl) | 2020-05-20 | 2020-05-20 | Materiał membranowy magnetyczno-organiczny do odwadniania etanolu, sposób otrzymywania i zastosowanie |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL434018A1 PL434018A1 (pl) | 2021-11-22 |
| PL240645B1 true PL240645B1 (pl) | 2022-05-16 |
Family
ID=78719747
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL434018A PL240645B1 (pl) | 2020-05-20 | 2020-05-20 | Materiał membranowy magnetyczno-organiczny do odwadniania etanolu, sposób otrzymywania i zastosowanie |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL240645B1 (pl) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL445227A1 (pl) * | 2023-06-14 | 2024-12-16 | Politechnika Śląska | Hybrydowa membrana polimerowa do odwadniania związków organicznych, sposób jej otrzymywania i zastosowanie |
-
2020
- 2020-05-20 PL PL434018A patent/PL240645B1/pl unknown
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL445227A1 (pl) * | 2023-06-14 | 2024-12-16 | Politechnika Śląska | Hybrydowa membrana polimerowa do odwadniania związków organicznych, sposób jej otrzymywania i zastosowanie |
| PL247627B1 (pl) * | 2023-06-14 | 2025-08-11 | Politechnika Slaska Im Wincent | Hybrydowa membrana polimerowa do odwadniania związków organicznych, sposób jej otrzymywania i zastosowanie |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL434018A1 (pl) | 2021-11-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chen et al. | Green multifunctional PVA composite hydrogel-membrane for the efficient purification of emulsified oil wastewater containing Pb2+ ions | |
| Hemmati et al. | Synthesis and characterization of a novel magnetic molecularly imprinted polymer with incorporated graphene oxide for drug delivery | |
| Guan et al. | Hemicelluloses-based magnetic aerogel as an efficient adsorbent for Congo red | |
| Guo et al. | Superhydrophilic phosphate and amide functionalized magnetic adsorbent: a new combination of anti-biofouling and uranium extraction from seawater | |
| Zhang et al. | Selective adsorption and separation of organic dyes in aqueous solutions by hydrolyzed PIM-1 microfibers | |
| Alcântara et al. | Zein–fibrous clays biohybrid materials | |
| CN113070050A (zh) | 一种能可视化识别并除去汞离子的壳聚糖基水凝胶吸附剂及其制备方法与应用 | |
| CN113307990A (zh) | 一种复合材料及其制备方法和用途 | |
| Ma et al. | A hydrazone-carboxyl ligand-linked cellulose nanocrystal aerogel with high elasticity and fast oil/water separation | |
| Atoufi et al. | Green ambient-dried aerogels with a facile pH-tunable surface charge for adsorption of cationic and anionic contaminants with high selectivity | |
| CN109627765B (zh) | 一种可生物降解型复合水凝胶及其制备方法和应用 | |
| Niu et al. | Removal of methylene blue and lead (ii) via PVA/SA double-cross-linked network gel beads loaded with Fe 3 O 4@ KHA nanoparticles | |
| Zhao et al. | Aldehyde-containing nanofibers electrospun from biomass vanillin-derived polymer and their application as adsorbent | |
| Mallakpour et al. | Covalent surface modification of α-MnO 2 nanorods with l-valine amino acid by solvothermal strategy, preparation of PVA/α-MnO 2-l-valine nanocomposite films and study of their morphology, thermal, mechanical, Pb (ii) and Cd (ii) adsorption properties | |
| PL240645B1 (pl) | Materiał membranowy magnetyczno-organiczny do odwadniania etanolu, sposób otrzymywania i zastosowanie | |
| JP5455545B2 (ja) | ホウ素吸着材、ホウ素吸着材前駆体、及びホウ素吸着材の製造方法 | |
| Abdallah et al. | Amino-functionalized mesoporous nano-silica/polyvinylidene fluoride composite as efficient ultrafiltration membrane | |
| Raeisi et al. | Designed biocompatible nano-inhibitor based on poly (β-cyclodextrin-ester) for reduction of the DEHP migration from plasticized PVC | |
| Zhu et al. | An effective, green and mild deproteinization method for polysaccharides of Ruditapes philippinarum by attapulgite-based silk fibroin composite aerogel | |
| US5864025A (en) | Method of making magnetic, crosslinked chitosan support materials and products thereof | |
| Xu et al. | Synthesis and properties of the metallo-supramolecular polymer hydrogel poly [methyl vinyl ether-alt-mono-sodium maleate]· AgNO 3: Ag+/Cu 2+ ion exchange and effective antibacterial activity | |
| Jia et al. | Chitin/egg shell membrane@ Fe 3 O 4 nanocomposite hydrogel for efficient removal of Pb 2+ from aqueous solution | |
| JPH0651114B2 (ja) | キトサン―磁性体複合粒子とその製造方法 | |
| CN119175084B (zh) | 一种zif-8/硅酸铝纳米纤维复合膜及其制备方法 | |
| Kalantari et al. | Evaluation of heavy metals removal by cross-linked (polyvinyl alcohol/chitosan/magnetic) nano fibrous membrane prepared by electro spinning technique |