Закономерности расслаивания и распределение ионов металлов в системах вода – оксиэтилированный нонилфенол – высаливатель : диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук : 02.00.04
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………..…………………………5
ГЛАВА 1 ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ И ЭКСТРАКЦИЯ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ
В СИСТЕМАХ ВОДА – ВОДОРАСТВОРИМЫЙ ПОЛИМЕР (ОКСИЭТИЛИ-
РОВАННОЕ ПАВ) – НЕОРГАНИЧЕСКАЯ СОЛЬ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)….12
1.1 Высаливание водорастворимых полимеров и оксиэтилированных ПАВ
неорганическими солями в изотермических условиях…………………………13
1.2 Высаливание водорастворимых полимеров и оксиэтилированных ПАВ
неорганическими солями в политермических условиях………………………19
1.3 Экстракция ионов металлов в системахвода – водорастворимый полимер
(оксиэтилированное ПАВ) – высаливатель……………………………………23
1.3.1 Экстракция ионов металлов в присутствии анионов-
комплексообразователей……………………………………………………..23
1.3.2 Экстракция в присутствии органических реагентов…………………28
1.4 Системный подход к разработке экстракционных систем на основе по-
верхностно-активных веществ и водорастворимых полимеров………………32
ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ………………………….37
2.1 Характеристика используемых веществ и растворов…………………….37
2.2 Оборудование……………………………………………………………….39
2.3 Методы исследований фазовых равновесий………………………………39
2.3.1 Оценка высаливающей способности неорганических солей при ком-
натной температуре……………………………………………….……………40
2.3.2 Изотермический метод сечений……………………………………….40
2.3.3 Визуально-политермический метод…………………………………..41
2.3.4 Топологическая трансформация фазовых диаграмм систем
вода– оксиэтилированное ПАВ – неорганическая соль с изменениемтемпе-
ратуры……………………………………………………..………..………….42
2.4 Осуществление экстракции………………………………………………….43
2.4.1 Исследование влияния неорганических кислот и оснований на фазо-
вое состояние системы……………………………………………………..…43
2.4.2 Исследование распределения ионов металлов………………………..44
2.4.3 Спектрофотометрические исследования………………………………45
ГЛАВА 3 ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВЫСАЛИВАНИЯ НЕИОННЫХОКСИЭТИ-
ЛИРОВАННЫХ ПАВ НЕОРГАНИЧЕСКИМИ СОЛЯМИ………………………46
3.1 Методология оценки высаливающей способности неорганических солей в
отношении оксиэтилированных ПАВ…………………………………………..46
3.2 Высаливающая способность неорганических солей в отношении неион-
ных оксиэтилированных ПАВ в политермических условиях…………………49
3.2.1 Качественная оценка высаливающей способности………………….49
3.2.2 Количественная оценка высаливающей способности……………….55
3.3 Высаливающая способность неорганических солей в отношении неион-
ных оксиэтилированных ПАВ в изотермических условиях………………….62
3.4 Влияние строения неионногооксиэтилированного ПАВ на способность к
высаливанию……………………………………………………………………..68
3.5 Обсуждение результатов……………………………………………………71
ГЛАВА 4 ФАЗОВЫЕ ДИАГРАММЫ СИСТЕМ ВОДА – ОКСИЭТИЛИРО-
ВАННОЕ ПАВ – НЕОРГАНИЧЕСКАЯ СОЛЬ, ОБЛАДАЮЩАЯ ТОЛЬКО
ВЫСАЛИВАЮЩИМ ДЕЙСТВИЕМ…………………………………………..…73
4.1 Топологическая трансформация фазовых диаграмм систем вода – окси-
этилированное ПАВ – неорганическая соль, обладающая только высаливаю-
щим действием с изменением температуры…………………..………..…..….73
4.2 Фазовые равновесия в системе вода – неонол АФ 9-12 – NaCl……..…..76
4.3 Фазовые равновесия в системе вода – неонол АФ 9-25 – NaCl…………81
4.4 Фазовые равновесия в системе вода – неонол АФ 9-12 – MgCl2…………84
4.5 Фазовые равновесия в системе вода – неонол АФ 9-25 – MgCl2…………89
4.6 Фазовые равновесия в системах вода – неонол – (NH4)2SO4……………..90
4.7 Фазовые равновесия всистемах вода – неонол – Na2SO4………………….94
4.8 Обсуждение результатов………………………………………………..…..96
ГЛАВА 5 ЭКСТРАКЦИЯ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ В СИСТЕМАХВОДА – ОК-
СИЭТИЛИРОВАННЫЙ НОНИЛФЕНОЛ – ВЫСАЛИВАТЕЛЬ………………..98
5.1 Оптимизациятемпературно-концентрационных параметров экстрак-
ции…………………………………………………………………………………98
5.2 Экстракция ионов металлов в системах вода – оксиэтилированный но-
нилфенол – высаливатель в присутствии анионов-комплексо-
образователей……………………………………………………………………101
5.2.1 Экстракция галогенидных и тиоцианатных ацидокомплексов метал-
лов в системе вода – неонол АФ-9-12 – (NH4)2SO4 при 25°С…………….101
5.2.2 Экстракция хлоридных ацидокомплексов металлов в системах
вода – неонол АФ-9-12 – высаливатель……………………………………105
5.2.3 Закономерности извлечения железа (III) в системах на основе окси-
этилированных нонилфенолов………………………………………………107
5.3 Экстракция ионов металлов в системах вода – оксиэтилированный но-
нилфенол – высаливатель в присутствии органических комплексообразую-
щих реагентов…………………………………………………..………………109
5.3.1 Распределение органических комплексообразующих реагентов в си-
стеме вода – неонол АФ-9-12 – NaCl при 60°С…………………………..110
5.3.2 Концентрирование и определение катионов металлов в системе вода
– неонол АФ-9-12 – NaCl при 60°С в присутствии сульфарсазена………111
5.4 Обсуждение результатов………………………………………………….122
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ………………………………………124
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ………………127
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………………128
Приложение А. Экспериментальные данные по фазовым равновесиям в систе-
мах вода – оксиэтилированный нонилфенол – неорганическая соль…….……157
Актуальность работы
Жидкостная экстракция является широко используемым методом разде-
ления и концентрирования в аналитической химии вследствие экспрессности,
высокой эффективности, возможности сочетания с различными физико-
химическими и химическими методами определения аналитов различной при-
роды [1]. Однако, традиционная экстракция, реализуемая в системах вода – не-
смешивающийся с водой органический растворитель, имеет ряд недостатков,
связанных как с пожаро-, взрывоопасностью и высокой токсичностью боль-
шинства используемых органических растворителей, так и невозможностью
концентрирования гидрофильных и диссоциирующих соединений.Основное
решение возникающих проблем – замена органических растворителей «зеле-
ными растворителями» (greensolvents), которые, помимо минимального отрица-
тельного влияния на окружающую среду и здоровье человека, позволяют зна-
чительно расширить возможности метода жидкостной экстракции[1]. В каче-
стве экстрагентов используются водорастворимые полимерыи поверхностно-
активные вещества [2], ионные жидкости [3], глубоко эвтектические раствори-
тели [4] и сверхкритические флюиды [5].
Широкое распространение в экстракции получилиповерхностно-
активные вещества. Экстракты, образующиеся в системах с ПАВ, содержат
значительную концентрацию воды, что позволяет применять подобные систе-
мы для концентрирования биологически активных веществ и лекарственных
средств [6], а возможность осуществления экстракции при температурах близ-
ких комнатной с использованием низкой концентрации высаливателя позволяе-
тизвлекать продукты биосинтеза без вреда для продуцирующих микроорганиз-
мов [7]. Кроме того, наличие функциональных групп в ионных ПАВ позволяет
повысить эффективность и селективность экстракции ионов металлов за счет
комплексообразования, а также существенно снизить стоимость экстракции,
вследствие отсутствия необходимости использования дорогостоящих экстрак-
ционных реагентов. Экстракция в системах на основе ПАВ активно использу-
ется как метод пробоподготовки в анализе различных объектов [8, 9], а также
для концентрирования и определения наночастиц [10] и продуктов биосинтеза
[7]. В связи с этим, исследования, посвященные разработке новых экстракци-
онных систем на основе ПАВи методов экстракции различных по природе ве-
ществ, в том числе ионов металлов, являются актуальными.
Степень разработанности темы
Задача выбора высаливателя и оптимальных температурно-
концентрационных параметров процесса является наиболее сложной при разра-
ботке экстракционных систем и может решаться с применением физико-
химического анализа. В работах А.Е. Леснова, О.С. Кудряшовой, А.М. Елохова
и соавторов предложен системный подход к разработке экстракционных систем
на основе технических ПАВ, исследованы фазовые равновесия и экстракцион-
ная способность более 30 систем вода – ПАВ – неорганическая соль в изотер-
мических и политермических условиях [11–15]. Особенностью проводимых ис-
следований является использование топологического подхода к изучению фа-
зовых равновесий разработанного Н.С. Курнаковым, визуально-
политермического метода, изотермического метода сечений Р.В. Мерцлина и
метода топологической трансформации фазовых диаграмм предложенного В.М.
Валяшкои развитого в работах Саратовской школы физико-химического анали-
за.
Настоящая работа расширяет предложенный ранее системный подход и
посвящена определению возможности использования технических неионных
ПАВ оксиэтилированных нонилфенолов (торговая марка неонол) для концен-
трирования ионов металлов и является обобщением результатов исследований,
выполненных автором в лаборатории органических комплексообразующих реа-
гентов «Института технической химии Уральского отделения Российской ака-
демии наук» филиала федерального государственного бюджетного учреждения
науки Пермского федерального исследовательского центра Уральского отделе-
Помогаем с подготовкой сопроводительных документов
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!