ИСТИНА

На основе промышленных сверхсшитых полистирольных сорбентов, мезопористого полидивинилбензольного сополимера и стирол-дивинилбензольных анионитов получено несколько групп композитных сорбентов с включениями нанодисперсных оксидов железа. На основе сверхсшитых полистиролов разработаны магнитные сорбенты, пригодные для удаления методом магнитной сепарации токсичных органических и неорганических соединений из жидких сред. Исследована кинетика сорбции токсичных органических соединений различных классов композитными сорбентами. Установлено, что при введении оксигидратов железа в пористые полимеры, для определенных сорбентов значительно увеличивается сорбционная емкость по отношению к фосфат-анионам. Такие композитные сорбенты могут использоваться для очистки воды с повышенным содержанием фосфатных ионов. Нанокомпозитные сорбенты были исследованы методами просвечивающей электронной микроскопии, рентгенофазового анализа и малоуглового рассеяния рентгеновских лучей. Получены новые аналоги сверхсшитых полистиролов - микрогетерогенные макропористые сополимеры дивинилбензола, алкилакрилатов и каучуков линейного строения. Макропористые сополимеры в набухшем в воде состоянии отличаются повышенной механической прочностью на сжатие. Установлено, что сорбенты на основе сверхсшитых полистиролов, а также композитные сорбенты с магнетитом обладают высокой гемосовместимостью и могут быть использованы для повышения эффективности комплексного лечения системных инфекционных заболеваний. В результате исследований сорбции соединений мышьяка из разбавленных водных растворов пористыми полимерами различного типа установлено, что при высоких скоростях потока высокоэффективными сорбентами являются волокнистые иониты (ФИБАН-As), а при невысоких скоростях фильтрации гранульные композитные сорбенты на основе сверхсшитого полистирола. Такие сорбенты могут использоваться для очистки волы от токсичных соединений мышьяка. Композиционный сорбент на основе сверхсшитого полистирола с оксигидратами железа показал наилучшие сорбционные свойства по отношению ко всем ионам тяжелых металлов (при пропускании 400 колоночных объемов обеспечивается 100% извлечение Cd2+, Co2+, Cu2+, Ni2+, Pb2+ и Zn2+ на фоне стократного избытка Ca2+), проявляя при этом повышенную селективность к ионам Cu2+ и Pb2+.

On the basis of industrial super-crosslinked polystyrene sorbents, mesoporous polydivinylbenzene copolymer and styrene-divinylbenzene anion exchangers, several groups of composite sorbents with inclusions of nanodispersed iron oxides were obtained. On the basis of super-cross-linked polystyrenes, magnetic sorbents have been developed that are suitable for removing toxic organic and inorganic compounds from liquid media by magnetic separation. The kinetics of sorption of toxic organic compounds of various classes by composite sorbents is studied. It has been established that with the introduction of iron oxyhydrates into porous polymers, sorption capacity for certain sorbents increases significantly with respect to phosphate anions. Such composite sorbents can be used to purify water with a high content of phosphate ions. Nanocomposite sorbents were studied by transmission electron microscopy, X-ray phase analysis, and small-angle x-ray scattering. New analogues of super-cross-linked polystyrenes - microheterogeneous macroporous copolymers of divinylbenzene, alkyl acrylates and rubbers of linear structure have been obtained. Macroporous copolymers in the state swollen in water are characterized by increased mechanical compressive strength. It has been established that sorbents based on super-cross-linked polystyrenes, as well as composite sorbents with magnetite, possess high hemocompatibility and can be used to increase the efficiency of complex treatment of systemic infectious diseases. As a result of studies of the sorption of arsenic compounds from dilute aqueous solutions with porous polymers of various types, it was found that fibrous ion exchangers (FIBAN-As) are high-efficiency sorbents, and granular composite sorbents based on super-cross-linked polystyrene at low filtration rates. Such sorbents can be used to purify oxen from toxic arsenic compounds. Composite sorbent based on super-cross-linked polystyrene with iron oxyhydrates showed the best sorption properties with respect to all ions of heavy metals (with the passage of 400 column volumes, 100% recovery of Cd2 +, Co2 +, Cu2 +, Ni2 +, Pb2 + and Zn2 + is provided against the background of a hundredfold excess of Ca2 +), This is an increased selectivity to Cu2 + and Pb2 + ions.

В результате выполнения совместного проекта планируется: получить серию новых композиционных сорбентов с различным содержанием железа в фазе полимера на основе пористых и сверхсшитых полистирольных материалов (неионогенных и ионитов на их основе), определить их основные физико-химические свойства и структурные параметры включений (методы рентгенофазового анализа, малоуглового рассеяния и просвечивающей микроскопии), изучить сорбционные свойства композитов, в том числе магнитных, по отношению к органическим соединениям (кинетика поглощения из газовой фазы токсичных органических модельных соединений и объемного деформирования при поглощении жидкостей) и неорганическим соединениям (кинетика сорбции ионов мышьяка и тяжелых металлов исследуется белорусской стороной). Результаты исследований будут опубликованы в научной периодической литературе. Возможные области использования результатов совместного исследования: - использование разработанных композитных сорбентов в системах очистки воздуха рабочих помещений лакокрасочных и других производств использующих большие объемы растворителей, а также в системах очистки воды питьевого назначения (как промышленных, так и бытовых) - использование магнитных композитных сорбентов в биотехнологии и охране окружающей среды

Для создания полимерных систем с наночастицами (кластерами) неорганических соединений в качестве полимерной матрицы в первую очередь будут использоваться нанопористые сверхсшитые полистирольные полимеры (выпускаемые в промышленном масштабе), разработанные ранее в лаборатории стереохимии сорбционных процессов ИНЭОС РАН (Даванков В.А., Цюрупа М.П.). Структура этих сорбентов представляет собой полимерную сетку, обладающую огромной внутренней поверхностью (до 1500 м2/г) и способную набухать в любых органических и неорганических растворителях, а также, что наиболее важно, имеющую стабильный набор нанопор (1.5-50 нм, в зависимости от сорта сорбента). Сорбенты обладают уникально высокой сорбционной емкостью по отношению к органическим веществам, находящимся в водных или воздушных средах. Они нашли широкое применение для концентрирования микропримесей, а также в крупномасштабных сорбционных процессах в пищевой, химической, медицинской промышленности [Hypersol-MacronetTM Sorbent Resins, Purolite Technical Bulletin, The Purolite Company, UK, 1995, 11p]. На основе промышленного сверхсшитого сорбента («Purolite», UK) в лаборатории стереохимии сорбционных процессов ИНЭОС РАН (Пастухов А.В.) впервые были разработаны специальные магнитные сорбенты - композиты с включениями наноразмерных частиц оксида железа (до 6 нм). Подробные исследования структуры и свойств сверхсшитых полистиролов проводились в соответствии с программой международного гранта CRDF (U.S. Civilian Research And Development Foundation For The Independent States Of The Fsu) (RC1-179 "Hypercrosslinked Polystyrene - a Fundamentally New Polymeric Material: Correlations between Structure & Relaxation Properties of Rigid Networks") (Пастухов А.В., Цюрупа М.П.).Впервые установлена уникальная сорбируемость ионов тяжелых металлов на нейтральных сверхсшитых полистиролах (Цюрупа М.П., Пастухов А.В.) (грант РФФИ 97-03-32111-а)

1.Получены новые композитные сорбенты на основе промышленных сверхсшитых полистирольных сорбентов, дивинилбензольных сорбентов и стирол-дивинилбензольных и анионитов с иммобилизованными в поры магнитными оксидами железа и оксигидратами железа (содержание оксидов от 14 до 54 масс. %). 2.Полимерные композиты с магнитными оксидами железа имеют хорошие сорбционные свойства и могут быть использованы в качестве эффективных магнитных сорбентов для удаления токсичных органических растворителей из жидких сред и загрязненного воздуха промышленных предприятий. Магнитные композиты на основе сверхсшитых полистиролов, несмотря на повышенное содержание неорганической фазы (от 13 до 32 масс. % оксидов железа), хорошо поглощают высокотоксичный диоксан 0.6 - 0.9 мл/г и другие органические растворители, например: этанол, толуол 0.9 - 1.1, ацетон, дихлорэтан 0.9 - 1.0, гептан, этилацетат 0.8 - 1.0, трифторэтанол 1.2, уксусную кислоту 1.0 мл/г. 3.Установлено, что наиболее перспективными магнитными сорбентами являются композиты на основе промышленных сорбентов MN200 и MN202 фирмы Purolite. 4.Введение оксигидратов железа позволяет значительно увеличивать сорбционную емкость композитных сорбентов по отношению к фосфат-анионам. Максимальный эффект обнаружен для композита на основе макропористых анионитов A500PS и А100 (Purolite) сорбирующих из водных растворов до 36 мг/г фосфат-анионов в статических условиях. Такие композитные сорбенты могут использоваться для очистки воды с повышенным содержанием фосфатных ионов. 5.Методом малоуглового рассеяния установлено, что в композитах на основе сверхсшитых полистиролов микропористого типа присутствуют наночастицы оксидов железа радиусом 2.1±0.6 нм, в сверхсшитых полистиролах бипористого типа (с микро и макропорами) 6.7±3.8 нм (композиты содержат 10-17 масс. % оксидов железа). В мезопористом полимере XAD-4 сформировались частицы магнетита с равномерным распределением по радиусам от ~1 до 10 нм без определенных размерных фракций. 6.Методом рентгенофазового анализа установлено, что в полимерной матрице импрегнированы нанодисперсные частицы оксидов железа, которые состоят преимущественно из магнетита Fe3O4. Нанокристаллиты магнетита имеют эффективный радиус 5 и 8.5 нм для композитов на основе мезопористого полидивинилбензола XAD-4 и бипористого сверхсшитого полистирольного сорбента MN200 соответственно (композиты содержат 10-17 масс. % оксидов железа). 7.Методом просвечивающей электронной микроскопии установлено, что в полимерной матрице магнитных композитов на основе сверхсшитого полистирола сформированы нанокристаллиты магнетита радиусом от 3.4 до 9 нм, в матрице макропористого сорбента XAD-4 нанокристаллиты магнетита радиусом от 1.8 до 13 нм. Композитыв на основе сверхсшитого полистирола с оксигидратами железа содержат кластерные формы оксидов радиусом около 0.6 нм, 8.Получены новые аналоги сверхсшитых полистиролов - микрогетерогенные макропористые сополимеры дивинилбензола, алкилакрилатов и каучуков линейного строения – полибутадиенового, полиизобутиленового, полиизопренового, бутадиен-стирольного и бутадиен-акрилонитрильного. 8.Микрогетерогенные макропористые сополимеры с каучуками способны эффективно поглощать низкомолекулярные органические соединения различных классов. В частности, токсичные растворители - бензол до 1.6, диоксан - 1.3, метанол - 1.5, ацетонитрил - 1.5 мл/г. 9.Макропористые сополимеры дивинилбензола с полиизопреновым и бутадиен-акрилонитрильным каучуками в набухшем в воде состоянии отличаются повышенной механической прочностью на сжатие (до 0.45 кг/гранулу). 10.Сорбенты на основе сверхсшитых полистиролов, а также композитные сорбенты с магнетитом обладают высокой гемосовместимостью и способны связывать не только избыточные количества эндогенных медиаторов, провоцирующих развитие системной воспалительной реакции, но и экзогенные триггерные факторы воспаления (микроорганизмы). 11.Композитные сорбенты с магнетитом могут быть использованы для повышения эффективности комплексного лечения системных инфекционных заболеваний, в частности, сепсиса и септического шока различного происхождения. 12.Разработан метод импрегнации сверхсшитых полистирольных сорбентов, анионитов и катионитов на основе стирол-дивинилбензольных сополимеров аморфными оксигидратами железа. 13.Проведены исследования набухания и состояния функциональных групп полимеров с ионообменными свойствами после их импрегнации оксигидратами железа и установлено, что оксигидрат железа находится в фазе полимера в виде нанодисперсных частиц, не связанных ионообменно с функциональными группами и не оказывает влияния на их состояние (группы не блокируются неорганической фазой). 14.Установлено, что ионы железа вымываются в слабо кислых средах из композитов с оксигидратами железа, причем наиболее явно из композита на основе катионита КУ-2. 15.В результате исследований сорбции соединений мышьяка из разбавленных водных растворов пористыми полимерами различного типа установлено, что при высоких скоростях потока высокоэффективными сорбентами являются волокнистые иониты (ФИБАН-As). Такие сорбенты могут использоваться в высокопроизводительных малогабаритных устройствах для очистки волы от токсичных соединений мышьяка. Для работы крупногабаритной техники, при невысоких скоростях фильтрации более эффективным является использование гранульных композитных сорбентов на основе сверхсшитого полистирола MN-100. Композитный сорбент MN-100 с оксигидратами железа при скорости потока 9 объемов колонки в час очищает до 676 объемов до проскока раствора H3AsO4 с концентрацией 100 мкг/л по мышьяку. При скорости потока 150 объемов в час материал ФИБАН-As очищает 1350 объемов того же раствора до проскока. 16.Композиционный сорбент на основе MN-100 с оксигидратами железа также показал наилучшие сорбционные свойства по отношению ко всем ионам тяжелых металлов (при пропускании 400 колоночных объемов обеспечивается 100% извлечение Cd2+, Co2+, Cu2+, Ni2+, Pb2+ и Zn2+ на фоне стократного избытка Ca2+), проявляя при этом повышенную селективность к ионам Cu2+ и Pb2+.