Sposób otrzymywania kompozytów tlenkowych CuO SiO 2 z odpadowych roztworów pogalwanicznych siarczanu (VI) miedzi (II) i krzemianu sodu

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) Int.Cl. C25D 21/16 ( ) C25D 21/18 ( ) C09D 1/02 ( ) C09C 1/28 ( ) C09C 1/66 ( ) (54) Sposób otrzymywania kompozytów tlenkowych CuO SiO 2 z odpadowych roztworów pogalwanicznych siarczanu (VI) miedzi (II) i krzemianu sodu (73) Uprawniony z patentu: POLITECHNIKA POZNAŃSKA, Poznań, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 17/11 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 03/13 (72) Twórca(y) wynalazku: TEOFIL JESIONOWSKI, Poznań, PL ANNA MODRZEJEWSKA-SIKORSKA, Kórnik, PL FILIP CIESIELCZYK, Poznań, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Barbara Urbańska-Łuczak

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania kompozytów tlenkowych CuO SiO 2 z odpadowych roztworów pogalwanicznych siarczanu (VI) miedzi (II) i krzemianu sodu w kierunku ich bezpośredniej utylizacji, mający zastosowanie jako pigment i napełniacz polimerów. Do otrzymywania pigmentu nieorganicznego - kompozytu tlenkowego CuO SiO 2 zastosowano roztwór krzemianu sodu oraz odpadowy pogalwaniczny roztwór siarczanu (VI) miedzi (II). Pigmenty to rozdrobnione, barwiące substancje nieorganiczne, rzadziej organiczne, nierozpuszczalne w wodzie, żywicach, olejach oraz rozpuszczalnikach organicznych. Obok spoiwa pigmenty stanowią podstawowy składnik materiałów powłokowych - farb i emalii. Pigmenty nieorganiczne, do jakich zalicza się kompozyt tlenkowy CuO SiO 2, są odporne na działanie związków chemicznych oraz na ekstremalne wartości ph środowiska. Mają też większą zdolność krycia niż pigmenty organiczne. Charakteryzują się wysoką odpornością na światło i są pigmentami dobrze kryjącymi [Krysztafkiewicz A., Michalska I., Jesionowski T., Bogacki M.: Highly dispersed synthetic zinc silicates as future pigments for ecological silicate paints, Physicochemical Problems of Mineral Processing, 33 (1999) 83-92, Werner J., Podstawy technologii malarstwa i grafiki, 1985, PWN, Warszawa], Dotychczasowe doniesienia literaturowe na temat syntetycznych kompozytów tlenkowych CuO SiO 2 nie są powszechnie spotykane. Poruszane są natomiast licznie zagadnienia dotyczące kompozytów tlenkowych MeO SiO 2 (krzemianów metali) np. glinu, cynku, chromu, niklu, żelaza i magnezu, które wykorzystywane są m. in. w charakterze pigmentów w ekologicznych farbach krzemianowych. W szczególności, krzemiany chromu i niklu zostały otrzymane w oparciu o odpadowe, pogalwaniczne roztwory soli chromu i niklu. Uwzględnione więc zostały dwa istotne aspekty użytkowe. Z jednej strony wykorzystano i zagospodarowano odpadowe sole chromu i niklu pochodzące z galwanizerni, z drugiej - uzyskano półprodukt Cr 2 O 3 SiO 2, bądź NiO SiO 2 do dalszego zastosowania [A. Krysztafkiewicz, B. Klapiszewska, T. Jesionowski: Precipitated green pigments: Products of chromate postgalvanic waste utilization, Environmental Science & Technolology, 42 (2008) , Highly dispersed green silicate and oxide pigments precipitated from model systems of postgalvanic waste, Environmental Science & Technolology, 37 (2003) , B. Klapiszewska, A. Krysztafkiewicz, T. Jesionowski, Nickel (II) silicates and oxides - highly dispersed green pigments, Pigment & Resin Technology, 34 (2005) ]. Istotą wynalazku jest sposób otrzymywania kompozytów tlenkowych CuO SiO 2 z odpadowych roztworów pogalwanicznych siarczanu (VI) miedzi (II) i krzemianu sodu, który polega na tym, że roztwór krzemianu sodu o stężeniu 2-10% dodaje się do pogalwanicznego roztworu siarczanu (VI) miedzi (II) o stężeniu 2-10%, przy stosunku reagentów 1:1, przy czym proces strącania prowadzi się w temperaturze C, korzystnie 56 C przy intensywnym mieszaniu z prędkością co najmniej 2000 obr/min i dozowaniu roztworu krzemianu sodu z prędkością nie większą niż 4 cm 3 /min. Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku uzyskano następujące efekty techniczno- -użytkowe: strącone pigmenty - kompozyty tlenkowe - charakteryzują się małą gęstością nasypową, w wyniku czego zminimalizowana zostaje ich sedymentacja w ośrodkach dyspersyjnych, otrzymane kompozyty charakteryzują się również małym rozmiarem cząstek, stąd też możliwość uzyskania wysokiego stopnia pokrycia, zaproponowano sposób utylizacji uciążliwych roztworów pogalwanicznych siarczanu (VI) miedzi (II). Wynalazek ilustrują poniższe przykłady. P r z y k ł a d I Strącanie nieorganicznego pigmentu - kompozytu tlenkowego CuO SiO 2 - prowadzono w reaktorze zaopatrzonym w mieszadło szybkoobrotowe (2000 obr/min). Do 5% roztworu siarczanu (VI) miedzi (II), w objętości 200 cm 3, znajdującego się w reaktorze dozowano ze stałą szybkością 2,3 cm 3 /min, stosując pompę periostatyczną, 5% roztwór krzemianu sodu, w objętości 200 cm 3. Proces strącania prowadzono w temperaturze 20 C lub 60 C. Otrzymane osady poddano filtracji pod zmniejszonym ciśnieniem, a następnie przemywano wodą w celu odmycia soli. Uzyskany w ten sposób pigment suszono stacjonarnie w temperaturze 105 C, przez 48 godzin. Na fig. 1 przedstawiono zdjęcia mikroskopowo-elektronowe otrzymanego w powyższy sposób pigmentu a) w temperaturze 20 C, b) w temperaturze 60 C, na fig. 2 przedstawiono rozkłady wielkości cząstek uwzględniające jego udział objętościowy a) w temperaturze 20 C, b) w temperaturze 60 C.

3 PL B1 3 P r z y k ł a d II Zastosowano 5% roztwór krzemianu sodu i 7% roztwór siarczanu (VI) miedzi (II). Proces strącania przeprowadzono jak w przykładzie I. Na fig. 3 przedstawiono zdjęcia mikroskopowo-elektronowe otrzymanego w powyższy sposób pigmentu a) w temperaturze 20 C, b) w temperaturze 60 C, na fig. 4 przedstawiono rozkłady wielkości cząstek uwzględniające jego udział objętościowy a) w temperaturze 20 C, b) w temperaturze 60 C. P r z y k ł a d III Zastosowano 10% roztwór krzemianu sodu i 5% roztwór siarczanu (VI) miedzi (II). Proces strącania przeprowadzono jak w przykładzie I, w temperaturze 20 C. Na fig. 5 przedstawiono zdjęcie mikroskopowo-elektronowe otrzymanego pigmentu, na fig. 6 przedstawiono rozkład wielkości cząstek uwzględniający jego udział objętościowy. P r z y k ł a d IV Zastosowano 10% roztwór krzemianu sodu i 10% roztwór siarczanu (VI) miedzi (II). Proces strącania przeprowadzono jak w przykładzie I, w temperaturze 20 C. Na fig. 7 przedstawiono zdjęcie mikroskopowo-elektronowe otrzymanego pigmentu, na fig. 8 przedstawiono rozkład wielkości cząstek uwzględniający jego udział objętościowy. T a b e l a 1 Stężenie Temperatura [ C] CuO SiO 2 Na 2 O K 2 O CaO H 2 O -a * -b * Na 2 O SiO 2 CuSO ,79 0,05 0, ,48 0,07 0, ,42 0,05 0, ,53 0,02 0, ,27 0,09 0, ,04 0,08 0, Zastrzeżenie patentowe Sposób otrzymywania kompozytów tlenkowych CuO SiO 2 z odpadowych roztworów pogalwanicznych siarczanu (VI) miedzi (II) i krzemianu sodu, znamienny tym, że roztwór krzemianu sodu o stężeniu 2-10% dodaje się do pogalwanicznego roztworu siarczanu (VI) miedzi (II) o stężeniu 2-10%, przy stosunku reagentów 1:1, przy czym proces strącania prowadzi się w temperaturze C, korzystnie 56 C przy intensywnym mieszaniu z prędkością co najmniej 2000 obr/min i dozowaniu roztworu krzemianu sodu z prędkością nie większą niż 4 cm 3 /min.

4 4 PL B1 Rysunki

5 PL B1 5

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)