Фазовые и экстракционные равновесия в системах на основе сульфонола, додецилсульфата натрия или алкилбензолсульфокислоты : диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук : 02.00.04

ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………………………………………… 6
ГЛАВА 1. ПРИМЕНЕНИЕ АНИОННЫХ ПАВ В ЭКСТРАКЦИИ (ОБЗОР
ЛИТЕРАТУРЫ) …………………………………………………………………………………………… 14
1.1. РАССЛАИВАЮЩИЕСЯ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ ПАВ …………………… 14
1.2. СИСТЕМЫ С ВЫСАЛИВАНИЕМ ПАВ……………………………………………… 16
1.2.1. СИСТЕМЫ ВОДА – ОКСИФОС Б – НЕОРГАНИЧЕСКИЙ
ВЫСАЛИВАТЕЛЬ …………………………………………………………………………………. 16
1.2.2. СИСТЕМЫ ВОДА – АЛКИЛСУЛЬФОНАТ ИЛИ АЛКИЛСУЛЬФАТ –
НЕОРГАНИЧЕСКИЙ ВЫСАЛИВАТЕЛЬ ………………………………………………. 23
1.3. ЭКСТРАКЦИЯ ИОННЫМИ АССОЦИАТАМИ АПАВ ………………………. 27
1.3.1. СМЕСЬ АПАВ И КПАВ ……………………………………………………………….. 28
1.3.2. СМЕСЬ АПАВ И ИОННАЯ ЖИДКОСТЬ ……………………………………… 34
1.4. ЭКСТРАКЦИЯ СМЕСЯМИ АПАВ И НПАВ ………………………………………. 34
1.5. ЭКСТРАКЦИЯ ОБРАТНЫМИ МИЦЕЛЛАМИ ПАВ ………………………….. 35
1.6. КИСЛОТНО-ИНДУЦИРОВАННАЯ ЭКСТРАКЦИЯ ………………………….. 36
ГЛАВА 2. ПРИБОРЫ, РЕАКТИВЫ, МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ …………. 38
2.1. РЕАКТИВЫ, РАСТВОРЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ …………………………. 38
2.2. ПРИБОРЫ ………………………………………………………………………………………….. 41
2.3. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ …………………………………………………………….. 42
2.3.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСТВОРИМОСТИ МЕТОДОМ
РЕФРАКТОМЕТРИИ …………………………………………………………………………….. 42
2.3.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ ВЯЗКОСТИ РАСТВОРОВ
АЛКИЛБЕНЗОЛСУЛЬФОКИСЛОТЫ ……………………………………………………. 42
2.3.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТАНТЫ ИОНИЗАЦИИ
АЛКИЛБЕНЗОЛСУЛЬФОКИСЛОТЫ МЕТОДОМ
ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКОГО ТИТРОВАНИЯ …………………………………….. 43
2.3.4. ПОСТРОЕНИЕ ФАЗОВЫХ ДИАГРАММ СИСТЕМ ……………………… 43
2.3.5. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ
КОМПЛЕКСООБРАЗУЮЩИХ РЕАГЕНТОВ НА ФАЗОВОЕ СОСТОЯНИЕ
СИСТЕМ ……………………………………………………………………………………………….. 46
2.3.6. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЕ НЕОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ НА
ФАЗОВОЕ СОСТОЯНИЕ СИСТЕМ ………………………………………………………. 46
2.3.7. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ …………………………………………… 46
2.3.8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВОВ КОМПЛЕКСОВ МЕТАЛЛОВ ………… 47
2.3.9. ИССЛЕДОВАНИЕ СОВМЕСТНОЙ ЭКСТРАКЦИИ ИОНОВ
МЕТАЛЛОВ ………………………………………………………………………………………….. 48
ГЛАВА 3. ЖИДКОФАЗНЫЕ И ЭКСТРАКЦИОННЫЕ РАВНОВЕСИЯ В
СИСТЕМАХ, РАССЛАИВАЮЩИХСЯ В РЕЗУЛЬТАТЕ ВЫСАЛИВАНИЯ .. 50
3.1. ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМАХ ВОДА – АПАВ –
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ КИСЛОТА ……………………………………………………………… 50
3.1.1. РАССЛАИВАЮЩИЕСЯ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ СУЛЬФОНОЛА
………………………………………………………………………………………………………………. 50
3.1.1.1. СИСТЕМА ВОДА – СУЛЬФОНОЛ – СЕРНАЯ КИСЛОТА ……… 51
3.1.1.2. СИСТЕМА ВОДА – СУЛЬФОНОЛ – ХЛОРОВОДОРОДНАЯ
КИСЛОТА ………………………………………………………………………………………….. 53
3.1.1.3. ФАЗОВЫЕ ДИАГРАММЫ РАЗРЕЗОВ СИСТЕМЫ ВОДА –
СУЛЬФОНОЛ – ХЛОРОВОДОРОДНАЯ КИСЛОТА –
ДИАНТИПИРИЛМЕТАН ……………………………………………………………………. 55
3.1.2. РАССЛАИВАЮЩИЕСЯ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ
ДОДЕЦИЛСУЛЬФАТА НАТРИЯ ………………………………………………………….. 59
3.1.2.1. СИСТЕМА ВОДА – ДОДЕЦИЛСУЛЬФАТ НАТРИЯ – СЕРНАЯ
КИСЛОТА ………………………………………………………………………………………….. 60
3.1.2.2. СИСТЕМА ВОДА – ДОДЕЦИЛСУЛЬФАТ НАТРИЯ –
ХЛОРОВОДОРОДНАЯ КИСЛОТА …………………………………………………….. 62
3.1.2.3. СИСТЕМА ВОДА – ДОДЕЦИЛСУЛЬФАТ НАТРИЯ – СЕРНАЯ
КИСЛОТА – ХЛОРИД АММОНИЯ ……………………………………………………. 64
3.1.3. РАССЛАИВАЮЩИЕСЯ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ
АЛКИЛБЕНЗОЛСУЛЬФОКИСЛОТЫ ……………………………………………………. 66
3.1.3.1. СИСТЕМА ВОДА – АЛКИЛБЕНЗОЛСУЛЬФОКИСЛОТА –
СЕРНАЯ КИСЛОТА …………………………………………………………………………… 67
3.1.3.2. СИСТЕМА ВОДА – АЛКИЛБЕНЗОЛСУЛЬФОКИСЛОТА –
ХЛОРОВОДОРОДНАЯ КИСЛОТА …………………………………………………….. 69
3.2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ В СИСТЕМАХ НА ОСНОВЕ
АПАВ И НЕОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ …………………………………………………. 71
3.2.1. РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ В СИСТЕМАХ ВОДА –
АПАВ – НЕОРГАНИЧЕСКАЯ КИСЛОТА …………………………………………….. 71
3.2.2. ЭКСТРАКЦИЯ КОМПЛЕКСОВ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ С
АНТИПИРИНОМ ………………………………………………………………………………….. 72
3.2.3. ЭКСТРАКЦИЯ КОМПЛЕКСОВ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ С
ДИАНТИПИРИЛАЛКАНАМИ ………………………………………………………………. 75
3.2.3.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА КОМПЛЕКСА СКАНДИЯ С
ДИАНТИПИРИЛМЕТАНОМ ……………………………………………………………… 88
3.2.3.2. ЭКСТРАКЦИЯ КОМПЛЕКСОВ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ С
ДИАНТИПИРИЛАЛКАНАМИ В СИСТЕМАХ ВОДА – ПАВ – СЕРНАЯ
КИСЛОТА – ХЛОРИД АММОНИЯ ……………………………………………………. 90
3.2.4. ЭКСТРАКЦИЯ КОМПЛЕКСОВ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ С 1,10-
ФЕНАНТРОЛИНОМ ……………………………………………………………………………… 93
3.2.4.1. ЭКСТРАКЦИЯ СМЕСИ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ С 1,10-
ФЕНАНТРОЛИНОМ…………………………………………………………………………… 98
3.2.4.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА КОМПЛЕКСА НИКЕЛЯ С 1,10-
ФЕНАНТРОЛИНОМ…………………………………………………………………………… 99
3.2.4.3. ЭКСТРАКЦИОННО-ФОТОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ
НИКЕЛЯ С 1,10-ФЕНАНТРОЛИНОМ ………………………………………………. 101
3.2.5. ЭКСТРАКЦИЯ КОМПЛЕКСОВ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ С 1,2,3-
БЕНЗОТРИАЗОЛОМ……………………………………………………………………………. 105
3.2.5.1. ЭКСТРАКЦИОННО-ФОТОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ
МЕДИ(II) С 1,2,3-БЕНЗОТРИАЗОЛОМ …………………………………………….. 110
3.2.5.2. ЭКСТРАКЦИЯ ПАЛЛАДИЯ 1,2,3-БЕНЗОТРИАЗОЛОМ В
ПРИСУТСТВИИ ИОНОВ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ ………………………….. 113
3.3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ………………………………………………………. 115
ГЛАВА 4. ЖИДКОФАЗНЫЕ И ЭКСТРАКЦИОННЫЕ РАВНОВЕСИЯ В
СИСТЕМАХ, РАССЛАИВАЮЩИХСЯ В РЕЗУЛЬТАТЕ ХИМИЧЕСКОГО
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ………………………………………………………………………………… 117
4.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТАНТЫ
ДИССОЦИАЦИИАЛКИЛБЕНЗОЛСУЛЬФОКИСЛОТЫ …………………………. 117
4.2. ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМАХ С ХИМИЧЕСКИМ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ НА ОСНОВЕ АЛКИЛБЕНЗОЛСУЛЬФОКИСЛОТЫ
……………………………………………………………………………………………………………….. 119
4.2.1. СИСТЕМА ВОДА – АЛКИЛБЕНЗОЛСУЛЬФОКИСЛОТА –
АНТИПИРИН ………………………………………………………………………………………. 119
4.2.2. СИСТЕМА ВОДА – АЛКИЛБЕНЗОЛСУЛЬФОКИСЛОТА – 1,2,3-
БЕНЗОТРИАЗОЛ …………………………………………………………………………………. 121
4.3. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ В СИСТЕМАХ С
ХИМИЧЕСКИМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ ……………………………………………….. 123
4.3.1. ЭКСТРАКЦИЯ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ В СИСТЕМЕ ВОДА –
АЛКИЛБЕНЗОЛСУЛЬФОКИСЛОТА – АНТИПИРИН…………………………. 123
4.3.2. ЭКСТРАКЦИЯ ИОНОВ МЕДИ(II) В СИСТЕМЕ ВОДА –
АЛКИЛБЕНЗОЛСУЛЬФОКИСЛОТА – 1,2,3-БЕНЗОТРИАЗОЛ …………… 127
4.4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ………………………………………………………. 128
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………………. 129
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ …………………. 131
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………………………………… 132

Итоги выполненного исследования
1. Построены фазовые диаграммы многокомпонентных систем вода – сульфо-
нол – HCl (H2SO4), вода – SDS – HCl (H2SO4), вода – АБСК – HCl (H2SO4).
Области расслаивания существуют в широких интервалах концентраций
компонентов. Введение высаливателя – хлорида аммония в систему вода –
SDS – H2SO4, расширяет концентрационные границы существования области
расслаивания.
2. Установлены концентрационные границы области жидкого двухфазного рав-
новесия в системах с химическим взаимодействием вода – АБСК – Ант и во-
да – АБСК – БТА. Расслаивание сохраняется в присутствии неорганических
кислот и высаливателей.
3. В вышеперечисленных системах установлены оптимальные концентрацион-
ные параметры проведения экстракции. Введение дополнительных комплек-
сообразующих реагентов: антипирина, диантипирилметана и его гомологов,
1,10-фенантролина, 1,2,3-бензотриазола, стабилизирует соотношение фаз в
системах и позволяет проводить экстракцию из менее кислых растворов.
4. В изученных системах найдены условия количественного извлечения ионов
Tl(III), Ga(III), Fe(III), Sn(II) по анионообменному механизму, Sc(III), Zr(IV)
по координационному механизму диантипирилметаном или его гомологами;
Ni(II), Cu(II), Co(II) 1,10-фенантролином; Pd(II), Cu(II), Ni(II) 1,2,3-
бензотриазолом.
5. В системе вода – АБСК – Ант в отсутствии неорганических кислот количест-
венно извлекаются ионы Sc(III) и Fe(III) по координационному механизму, в
присутствии хлорид-ионов – ионы Tl(III), тиоцианат-ионов – ионы Fe(III),
Cu(II), Co(II), Zn(II) по анионообменному механизму.
6. Предложены методики экстракционно-фотометрического определения Ni(II)
с Phen в системе вода – SDS – 2,0 моль/л H2SO4 и Cu(II) с БТА в системе вода
– АБСК – 0,1 моль/л HCl . Установлена возможность селективного отделения
ионов Pd(II) от ионов Ni(II), Cu(II), Co(II) и Fe(III) с БТА в системе вода –
АБСК – 1,5 моль/л HCl.
Перспективы дальнейшей разработки темы
На основании результатов, полученных в процессе работы, можно пред-
ложить возможные пути дальнейших исследований.
Разработка и практическое применение новых методик экстракционного
разделения ионов металлов в изученных расслаивающихся системах на основе
АПАВ с различным инструментальным окончанием (спектрофотометрическим,
атомно-абсорбционным и т.д.).
Изучение жидкофазных и экстракционных равновесий в системах на ос-
нове смесей анионогенных ПАВ (сульфонола, додецилсульфата или алкилбен-
золсульфокислоты) и катионогенных ПАВ (катамин АБ, цетилпиридиний хло-
рид) или органических оснований (производные диантипирилметана с арома-
тическими радикалами, производные 1,2,3-бензотриазола).
Расширение перечня извлекаемых ионов металлов за счет применения
других известных органических реагентов-комплексообразователей. Изучение
распределения органических красителей и их комплексов с металлами в рас-
слаивающихся системах на основе АПАВ. Исследование влияния АПАВ на
спектрофотометрические характеристики экстрагируемых комплексов.
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
ПАВ Поверхностно-активное вещество
КПАВ Катионное ПАВ
НПАВ Неионное ПАВ
АПАВ Анионное ПАВ
SDS Додецилсульфат натрия
АБСК Алкилбензолсульфокислота
Ант Антипирин
ДАА Диантипирилалкан
ДАМ Диантипирилметан
ДАБ Диантипирилбутан
ДАГ Диантипирилгептан
Phen 1,10-фенантролин
БТА 1,2,3-бензотриазол
в.ф. Водная фаза
ф. ПАВ Фаза ПАВ
С Концентрация, моль/л
RМ Степень извлечения, %
A Оптическая плотность
λ Длина волны, нм
L Гомогенное жидкое состояние
L+S Равновесие жидкой и твердой фаз (кристаллизация соли)
L1+L2 Равновесие двух жидких фаз (расслаивание)
L1+L2+S Равновесие двух жидких и одной твердой фазы (монотектика)
nD Показатель преломления жидкой фазы
ККМ Критическая концентрация мицеллообразования
D Коэффициент распределения
M Металл
SM1/M2 Коэффициент разделения