PL246033B1 - Sposób wytwarzania adsorbentu haloizytowo-węglowego na bazie prekursora węglowego z makulatury kartonowej do adsorpcji chloroksylenolu z fazy wodnej - Google Patents

Abstract

Sposób wytwarzania adsorbentu haloizytowo-węglowego na bazie prekursora węglowego z makulatury kartonowej do adsorpcji chloroksylenolu z fazy wodnej polegający na aktywacji kwasem siarkowym(VI) o stężeniu 20% wagowych odżelazionej zwietrzeliny haloizytowej (zawartość związków żelaza poniżej 0,4% wagowych) polega na zmieszaniu 2 części wagowych zmielonej  makulatury kartonowej z 20 częściami wagowymi wody destylowanej przez 10 min, dodawaniu 20 części wagowych wody destylowanej i homogenizacji całości, a po odsączeniu nadmiaru wody do tak przygotowanej wilgotnej makulatury kartonowej dodaje się wodorotlenku sodu aby uzyskać pH 8,0 - 8.5 i kolejno  dodaje się 1,5 części wagowej węglanu amonu i do tej mieszany dodaje się 2 części wagowe aktywowanej w kwasie siarkowym(VI) odżelazionej zwietrzeliny haloizytowej, całość suszy się w temperaturze 50°C przez 4 godziny a następnie tę mieszaninę karbonizuje się atmosferze azotu od temperatury 50°C do 180°C z narostem 0,5°C/min, a następnie od 180°C do 800°C z narostem 2°C/min i w temperaturze 800°C przez 1 godzinę.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania adsorbentu haloizytowo-węglowego na bazie prekursora węglowego z makulatury kartonowej do adsorpcji chloroksylenolu z fazy wodnej.

Chloroksylenol należy do grupy pochodnych fenolu o właściwościach przeciwdrobnoustrojowych. Jest on często stosowany jako środek dezynfekujący oraz konserwant. Swoje szerokie zastosowanie jako aktywny składnik wielu preparatów farmaceutycznych zawdzięcza właściwościom antymikrobiologicznym i antyseptycznym (F. M. EI-Badawy, H. S. El-Desoky. Quantification of Chloroxylenol a Potent Antymicrobial Agent in Various Formulations and Water Samples: Environmental Friendly Electrochemical Sensor Based on Microwave Synthesis of Graphene. Journal of The Electrochemical Society, 165, (2018), B694-B707). Chloroksylenol znalazł również zastosowanie w przemyśle kosmetycznym jako składnik mydeł, kremów i roztworów do użytku zewnętrznego (J. Tan et al., Human exposure andhealth risk assessment of an increasingly used antibacterial alternative in personal care products: Chloroxylenol. Science of the Total Environment, 786, (2021), 147524-147534).

Ze względu na szerokie zastosowanie chloroksylenolu w preparatach farmaceutycznych i kosmetycznych oraz częste stosowanie preparatów zawierających w swoim składzie ten związek, może on być wprowadzany do środowiska wodnego zarówno bezpośrednio, jak i poprzez miejskie systemy kanalizacyjne (A. J. Mohammed, A. A. H. Kadhum, M M. Ba-Abbad, A. A. AI-Amiery. Optimization of Solar Photocatalytic Degradation of Chloroxylenol Using TO2 Er3+/TiO2, and Ni²⁺/TiO2 via the Taguchi Orthogonal Array Technique. Catalysts, 6, (2016), 163-178). Powszechne zastosowanie chloroksylenolu w gospodarstwach domowych, szpitalach i przemyśle sprawia, że jest on transportowany ze ściekami do oczyszczalni ścieków, gdzie występuje w stężeniach sięgających nawet 65 μg/dm³ (D. Choi, S. Oh, Removal of Chloroxylenol Disinfectant by an Activated Sludge Microbial Community, Microbes and Environments, 34, (2019), 129-135).

Obecność chloroksylenolu w środowisku wodnym może mieć potencjalnie negatywny wpływ na organizmy wodne. Toksyczny wpływ tego związku zależy warunków środowiska oraz od gatunku na jakie oddziałuje. Chloroksylenol może również działać drażniąco na skórę i oczy, a wielokrotne narażenie drogą doustną i skórną może powodować działanie mutagenne, zmieniając tym samym skład komórkowy krwi (E. Capkin. T. Ozcelep, S. Kayis. I. Altinok. Antimicrobial agents, triclosan, chloroxylenol, methylisothiazolinone and borax, used in cleaning had genotoxic and histopathologic effects on rainbow trout, Chemosphere, 182, (2017), 720-729).

Negatywny wpływ chloroksylenolu na środowisko i ludzi sprawia, że wciąż poszukuje się skutecznych metod usuwania tego zanieczyszczenia ze środowiska. Do najczęściej stosowanych metod eliminacji chloroksylenolu należą: biodegradacja, koagulacja, zaawansowane metody utleniania oraz adsorpcja (A. J. Mohammed, A. A. H. Kadhum, M. M. Ba-Abbad, A. A. Al-Amiery, Optimization of Solar Photocatalytic Degradation of Chloroxylenol Using TiO2, Er³⁺/TiO2, and Ni²⁺/TiO2 via the Taguchi Orthogonal Array Technique, Catalysts. 6, (2016), 163-178).

Niski koszt, wysoka wydajność oraz łatwość przeprowadzania procesu sprawiają, że adsorpcja jest pożądaną metodą eliminacji chloroksylenolu z wody. Najczęściej wykorzystywanym w tym celu adsorbentem jest węgiel aktywny, który charakteryzuje się dużą powierzchnią właściwą i dużą pojemnością adsorpcyjną, dzięki czemu jest on skutecznym adsorbentem zanieczyszczeń organicznych. Adsorbenty węglowe odznaczają się jednak trudnością w regeneracji oraz potencjalną toksycznością. Większość adsorbentów węglowych nie wykazuje również selektywności względem zanieczyszczeń (Y. Zhou i in., Adsorptive removal of bisphenol A, chloroxylenol, and carbamazepine from water using a novel β-cyclodextrin polimer. Ecotoxicology and Environmental Safety, 170, (2019), 278-285).

Znane jest ze zgłoszenia patentowego P. 436502 rozwiązanie wytwarzania adsorbentu haloizytowo-węglowego na bazie prekursora węglowego z celulozy rozpuszczonej w odczynniku Cross-Bewana do adsorpcji triklosanu z fazy ciekłej. Polega ono na dodawaniu do 5 części wagowych rozpuszczonej w przygotowanym odczynniku Cross-Bewana celulozy mikrokrystalicznej 5 części wagowych odżelazionej zwietrzeliny haloizytowej trawionej 25% (wag.) kwasem siarkowym(VI) przez 4 godziny w temperaturze 80°C i mieszaniu całości przez 24 godziny z szybkością 120 obrotów na minutę, przesączeniu i suszeniu w temperaturze 100°C przez 20 godzin, a następnie przemywaniu wodą destylowaną do osiągnięcia pH 7 mieszaniny odżelazionej zwietrzeliny haloizytowej oraz celulozy mikrokrystalicznej i suszeniu w temperaturze 100°C przez 12 godzin, mieleniu w młynie kulowym i karbonizowaniu w atmosferze azotu w temperaturze od 180°C do 500°C z narostem 2°C/min i utrzymaniu w temperaturze 500°C przez 1 godzinę.

Znane jest także ze zgłoszenia patentowego P. 437875 rozwiązanie wytwarzania adsorbentu haloizytowo-węglowego na bazie prekursora węglowego z celulozy rozpuszczonej w odczynniku Schweizera do adsorpcji ftalanu dibutylu z fazy ciekłej. Polega ono na dodawaniu do 20 części wagowych celulozy mikrokrystalicznej, rozpuszczonej w odczynniku Schweizera z reakcji siarczanu(Vl) miedzi(II) i wodorotlenku sodu, osadu wodorotlenku miedzi(II) w 200 cm³ 25% (wag.) roztworu wody amoniakalnej i 20 części wagowych odżelazionej zwietrzeliny haloizytowej, poprzez mieszanie całości z szybkością 120 obrotów/minutę przez 24 godziny, następnie przesączaniu i suszeniu w przez 20 godzin temperaturze 100°C, mieleniu i karbonizacji w atmosferze azotu od 25°C do 180°C z przyrostem temperatury 0,5°C/min, w stałej temperaturze 180°C przez 1 godzinę 30 minut, a następnie od 180°C do 500°C z przyrostem temperatury 2°C/min i w stałej temperaturze 500°C przez 1 godzinę i wygrzewaniu w atmosferze azotu od 25°C do 600°C z przyrostem temperatury 0,5°C/min i w stałej temperaturze 600°C przez 2 godziny ochłodzonych po karbonizacji 22 części wagowych karbonizatu zmieszanych z 24 częściami wagowymi wody i po 24 godzinach, przesączaniu i po suszeniu w przez 10 godzin temperaturze 100°C.

W obu tych zgłoszeniach nie zastrzegano metody uwęglania zwietrzeliny haloizytowej z zastosowaniem makulatury kartonowej i przydatności jej stosowania do usuwania chloroksylenolu z wody.

Celem wynalazku jest opracowanie metody otrzymywania adsorbentu haloizytowo-węglowego przy użyciu zwietrzeliny haloizytowej i prekursora węgla - makulatury kartonowej do usuwania chloroksylenolu z wody.

Sposób wytwarzania adsorbentu haloizytowo-węglowego na bazie prekursora węglowego z makulatury kartonowej do adsorpcji chloroksylenolu z fazy wodnej polegający na aktywacji kwasem siarkowym(Vl) o stężeniu 20% wagowych odżelazionej zwietrzeliny haloizytowej (zawartość związków żelaza poniżej 0,4% wagowych) charakteryzuje się tym, że 2 części wagowe zmielonej makulatury kartonowej miesza się z 20 częściami wagowymi wody destylowanej przez 10 min, a następnie dodaje się 20 części wagowych wody destylowanej i całość homogenizuje się, a po odsączeniu nadmiaru wody do tak przygotowanej wilgotnej makulatury kartonowej dodaje się wodorotlenku sodu aby uzyskać pH 8,0-8,5 i kolejno dodaje się 1,5 części wagowej węglanu amonu i do tej mieszany dodaje się 2 części wagowe aktywowanej w kwasie siarkowym(Vl) odżelazionej zwietrzeliny haloizytowej, całość suszy się w temperaturze 50°C przez 4 godziny a następnie tę mieszaninę karbonizuje się w atmosferze azotu od temperatury 50°C do 180°C z narostem 0,5°C/min, a następnie od 180°C do 800°C z narostem 2°C/min i w temperaturze 800°C przez 1 godzinę.

Zaletą wynalazku jest stosowanie uwęglonego adsorbentu wykonanego ze zwietrzeliny haloizytowej do adsorpcji chloroksylenolu z fazy wodnej, jako prekursor węgla zastosowano odpad makulaturę kartonową.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania.

Do 5 części wagowych odżelazionej zwietrzeliny haloizytowej (zawartość związków żelaza poniżej 0,4% wagowych) o granulacji od 0,30 do 0,80 mm dodaje się 2 części wagowe technicznego kwasu siarkowego(VI) o stężeniu 20% wagowych i miesza się ogrzewając przez 40 min w temperaturze 313 K w reaktorze szklanym z mieszadłem. Po oddzieleniu ługu poreakcyjnego otrzymuje się ziarnisty produkt, który przemywa się wodą destylowaną do pH 6,5.

Równocześnie 2 części wagowe zmielonej makulatury kartonowej miesza się z 20 częściami wagowymi wody destylowanej w młynku udarowym przez 10 min, a następnie dodaje się 20 części wagowych wody destylowanej i poddaje się homogenizacji w homogenizatorze aż do otrzymania jednorodnej zawiesiny. Kolejno odsącza się nadmiar wody do tak przygotowanej wilgotnej makulatury dodaje się wodorotlenku sodu aby uzyskać pH 8,0-8,5. Następnie do wilgotnej makulatury z wodorotlenkiem sodu dodaje się 1,5 części wagowej węglanu amonu. Węglan amonu w trakcie rozkładu na amoniak i ditlenek węgla zwiększa porowatość otrzymywanego uwęglonego adsorbentu.

Do tak przygotowanej mieszaniny dodaje się 2 części wagowe aktywowanej w kwasie siarkowym(Vl) odżelazionej zwietrzeliny haloizytowej, całość miesza się i suszy się w temperaturze 50°C przez 4 godziny. Wysuszoną mieszaninę karbonizowano w atmosferze azotu od temperatury 50°C do 180°C z narostem 0,5°C/min, a następnie od 180°C do 800°C z narostem 2°C/min i w temperaturze 800°C przez 1 godzinę.

Otrzymany adsorbent haloizytowo-węglowy charakteryzował się powierzchnią właściwą (Sbet) 114,50 m²/g, całkowitą objętością porów (Vi) 0,2028 cm³/g, objętością mezoporów (Vme) 0,1723 cm³/g, objętością mikroporów (Vmi) 0,0305 cm³/g i udziałem mezoporowatości 85%.

Do 50 cm³ wodnego roztworu chloroksylenolu o stężeniu ok. 20 mg/dm³ umieszczonego w kolbie dodano 0,2 g uwęglonego adsorbentu z makulatury kartonowej i ze zwietrzeliny haloizytowej otrzymanego według powyższej preparatyki. Roztwór chloroksylenolu z adsorbentem mieszano przez 24 godz., celem osiągnięcia równowagi adsorpcyjnej. W roztworze po adsorpcji chloroksylenolu zmniejszyło się o 97,7% w porównaniu ze stężeniem początkowym.

Claims (2)

1. Sposób wytwarzania adsorbentu haloizytowo-węglowego na bazie prekursora węglowego z makulatury kartonowej do adsorpcji chloroksylenolu z fazy wodnej polegający na aktywacji kwasem siarkowym(VI) o stężeniu 20% wagowych odżelazionej zwietrzeliny haloizytowej (zawartość związków żelaza poniżej 0,4% wagowych) znamienny tym, że 2 części wagowe zmielonej makulatury kartonowej miesza się z 20 częściami wagowymi wody destylowanej przez 10 min, a następnie dodaje się 20 części wagowych wody destylowanej i całość homogenizuje się, a po odsączeniu nadmiaru wody do tak przygotowanej wilgotnej makulatury kartonowej dodaje się wodorotlenku sodu aby uzyskać pH 8,0-8,5 i kolejno dodaje się 1,5 części wagowej węglanu amonu i do tej mieszany dodaje się 2 części wagowe aktywowanej w kwasie siarkowym(Vl) odżelazionej zwietrzeliny haloizytowej, całość suszy się w temperaturze 50°C przez 4 godziny, a następnie tę mieszaninę karbonizuje się w atmosferze azotu od temperatury 50°C do 180°C z narostem 0,5°C/min, a następnie od 180°C do 800°C z narostem

2°C/min i w temperaturze 800°C przez 1 godzinę.