Большой интерес в этом плане представляют аминокислотные амфотерные иониты — амфолиты, содержащие одновременно кислотные и основные группы. Наличие азота у аминокислотных групп обуславливает образование дополнительных координационных связей — хелатов, сорбируемых ионов металлов. В результате хелатообразования селективность амфолитов значительно увеличивается по сравнению с катионитами или анионитами. Одной из особенностей амфолитов является изменение функциональных свойств с изменением рН раствора: в щелочной среде они способны к обмену катионов, в нейтральных и слабокислых растворах образуют комплексные соединения, в кислых растворах обладают анионообменными свойствами.

Внимание!

Если вам нужна помощь с работой, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 экспертов готовы помочь вам прямо сейчас.

Своеобразие свойств амфотерных ионитов позволяет применять их более эффективно,  чем обычные иониты, для выделения и концентрирования следовых количеств металлов, очистки растворов, разделения и улавливания ценных металлов [3].

Целью данной работы было изучение физико-химических и кислотно-основных свойств новых отечественных образцов анионитов Synthes EV 013 и SXR 002, чтобы в дальнейшем исследовать их сорбционные свойства при извлечении ионов благородных и цветных металлов.

Ионообменными материалами — ионитами — называются вещества, способные к обратимому стехиометрическому обмену катионов или анионов, содержащиеся в растворе.

Наибольшее практическое значение имеют иониты на основе синтетических смол, которые по сравнению с другими ионитами отличаются большой химической и механической прочностью и разнообразием свойств.

Синтетические ионообменные смолы состоят из углеводородного каркаса, являющегося матрицей, и закрепленных в ней фиксированных ионов, несущих заряд и определяющих обменные свойства смолы (катионита или анионита).

Закажите работу от 200 рублей

Если вам нужна помощь с работой, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 экспертов готовы помочь вам прямо сейчас.

Каркас ионита обладает положительным или отрицательным зарядом, который компенсируется зарядом противоионов, так что в целом ионит нейтрален. Способность ионита к обмену обусловливается тем, что противоионы обладают определенной подвижностью в пределах каркаса.

Как известно, углеводородная матрица смолы гидрофобна, то есть не растворяется и не набухает в воде. Введение при синтезе ионогенных групп обеспечивает изменение гидрофобных свойств матрицы на гидрофильные вследствие присоединения к ней фиксированных ионов.

Поскольку матрица ионита пространственно «сшита», поперечные связи между углеводородными цепями препятствуют их разъединению. Благодаря этому при погружении в воду органические иониты не растворяются, а лишь набухают, поглощая некоторое количество воды.

Строение матрицы определяет химическую и термическую стойкость ионообменных смол.

В зависимости от величины константы диссоциации катионита в Н-форме различают сильнокислотные и слабокислотные образцы. То же относится и к анионитам: смолы с четвертичной аммонийной группой называются высокоосновными, они практически полностью диссоциированы при всех условиях. Аниониты с первичной, вторичной и третичной аминогруппами называются низкоосновными.

Надежной количественной характеристикой ионизации слабокислотных катионитов и слабоосновных анионитов является константа ионизации К, определяемая различными методами. Как и при изучении водорастворимых кислот и оснований, наиболее распространенным методом определения констант ионизации является потенциометрическое титрование. Этот метод основан на том, что Н-катиониты и ОН-аниониты титруют щелочью и кислотой соответственно подобно растворимым кислотам и основаниям. При наличии активных групп различных типов с достаточно большим различием констант ионизации на кривых титрования ионитов, так же как и растворимых электролитов, обнаруживается несколько скачков. Однако имеются и существенные отличия, обусловленные тем, что противоионы ионитов, реагирующие с титрантом, находятся в твердой фазе.

Во-первых, начальное значение рН при титровании катионитов выше и притом тем выше, чем слабее кислота. Соответственно, начальное значение рН при титровании анионитов тем ниже, чем слабее титруемое основание.

Во-вторых, кривые потенциометрического титрования ионитов в воде идут гораздо более полого, а скачки рН вблизи точки экви­валентности обозначаются менее четко, чем при титровании растворимых кислот или оснований. Добавки нейтральной соли, на­пример NaCl или KCl, выправляют этот дефект, снижая к тому же потери титранта за счет доннановского распределения.

Скидка 100 рублей на первый заказ!

Акция для новых клиентов! Разместите заказ или сделайте расчет стоимости и получите 100 рублей. Деньги будут зачислены на счет в личном кабинете.

В-третьих, при титровании ионитов в среде разбавленных индифферентных электролитов может наблюдаться суспензионный эффект, заключающийся в различии рН суспензии смолы и находящегося в равновесии с ней раствора. В случае суспензий и паст ионитов он может достигать 1—3 единиц рН, быстро уменьшаясь с ростом концентрации индифферентного электролита.

В-четвертых, в отличие от растворимых кислот или оснований, свойства ионита существенно изменяются в результате повышения суммарного заряда фиксированных ионов и изменения набухаемости при добавлении каждой порции титранта. В результате отрыв следующих противоионов затрудняется и кислотно-основные свойства ионитов по мере увеличения степени нейтрализации ослабевают. По этой причине константа ионизации слабоосновных анионитов и слабокислотных катионитов не является постоянной вели­чиной и зависит от степени нейтрализации.

Следует отметить, что время установления равновесия обмена в реальных условиях потенциометрического титрования меняется в широком интервале в зависимости от константы ионизации активных групп и строения матрицы. Для сильнокислотных катионитов или сильноосновных анионитов оно не больше 1—2 ч, для слабокислотных катионитов или слабоосновных анионитов достигает (особенно вблизи точки эквивалентности) нескольких недель. По­этому для ускорения работы берут большое число навесок ионита, соответствующее числу планируемых экспериментальных точек на кривой потенциометрического титрования.

Для количественных расчетов при титровании многие авторы применяют уравнение Гендерсона-Гассельбаха:

. (1)

в котором α будет соответствовать степени нейтрализации ионита (т. е. доле нейтрализованных активных групп) на разных стадиях титрования, а рН — концентрации ионов водорода в фазе ионита [4].

Выбор объектов исследования

С развитием теории и практики ионного обмена все большее внимание уделяется комплексообразующим смолам, способным к избирательному поглощению одного или нескольких видов ионов.

В настоящее время накопилась достаточно много информации о синтезе комплексообразующих ионитов, влиянии состава раствора, химической и физической природы ионитов на процесс сорбции, о свойствах образующихся соединений. Теоретическим и практическим исследованиям по этой теме посвящено большое число работ, однако изложенные в них результаты требуют обобщения и дальнейшего развития. Поэтому в данной работе нами были изучены физико-химические и кислотно-основные свойства ионитов.  Для исследования были взяты аниониты Synthes EV 013 и SXR 002, синтезированные НПО «Синтез» г. Санкт-Петербург.

Нужна работа? Есть решение!

Более 70 000 экспертов: преподавателей и доцентов вузов готовы помочь вам в написании работы прямо сейчас.

Ионит перед работой следует подвергать предварительной обработке, то есть кондиционированию, с целью удаления органических и минеральных примесей.

Воздушно-сухой сорбент подвергают набуханию в насыщенном растворе хлорида натрия в течение суток. Затем раствор сливают, сорбент промывают дистиллированной водой до тех пор, пока вода на выходе не будет давать отрицательную реакцию на хлорид-ионы. Реактивом на хлорид-ионы является раствор нитрата серебра.

Далее сорбент заливают 2М раствором соляной кислоты, после чего промывают дистиллированной водой до слабокислой реакции (рН 3-4).

Следующая стадия кондиционирования — обработка ионита 2М раствором гидроксида натрия, после чего их промывают дистиллированной водой до слабощелочной реакции (рН 8—9). Затем промывают ионит спиртом (1:1).

После кондиционирования сорбент переводят сначала в OH‾-форму, потом в Cl‾-форму.

Переведение в ОН-. Предварительно  оттитрованным раствором 2М NaОH 0,2N HCl (приготовленной из фиксанала) насыщаем анионит. Промываем его раствором до тех пор, пока концентрация вливаемого и выходящего гидроксида натрия не станут равны. Пробу в присутствии 2 капель 5N фенолфталеина оттитровываем 0,2N HCl. После этого промываем ионит спиртом и высушиваем на фильтровальной бумаге.

Переведение в Cl-. Промываем анионит водой, далее выполняем насыщение согласно предыдущей методике. Пробы кислоты оттитровываем в присутствии фенолфталеина 0,2N NaOH. После насыщения анионит промывается спиртом и сушится на фильтровальной бумаге.

Закажите работу от 200 рублей

Если вам нужна помощь с работой, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 экспертов готовы помочь вам прямо сейчас.

В колбы на 50—100 мл вносят по 0,5 г воздушно-сухого ионита в OH- или Cl- формах. Навески заливают соответствующими растворами 0,25М NaOH (для ионитов в Cl- форме) и 0,25М NaCl (для ионитов в OH- форме). Количества растворов приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Количества растворов для потенциометрического титрования ионитов в ОН- — форме  и анионита в Cl — форме

Колбы перемешивают, закрывают крышками и оставляют стоять до установления равновесия (не менее 24 часов).

Затем готовят те же растворы, но без ионитов, и измеряют их pH.

Через 24 часа, измеряют pH растворов с ионитами. По полученным данным строят кривые титрования.

Обсуждение результатов

Физико-химические свойства анионитов представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Физико-химические свойства образцов ионитов

Как следует из этой таблицы, образцы сорбентов обладают хорошими физико-химическими характеристиками, т. е. достаточной набухаемостью, способной обеспечить хорошую сорбционную способность ионитов.

Проникновение воды в фазу сорбента вызывает диссоциацию полярных групп, вследствие чего противоионы получают возможность обмениваться на ионы контактирующего раствора, что характеризуется гигроскопичностью сорбентов.

Закажите работу от 200 рублей

Если вам нужна помощь с работой, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 экспертов готовы помочь вам прямо сейчас.

Таким образом, полученные физико-химические характеристики исследуемых образцов позволяют ожидать в дальнейшем их высокую сорбционную способность  при извлечении ионов цветных и благородных металлов.

Результаты потенциометрического титрования представлены на рисунках -2 -5.

Рисунок 2. Кривая потенциометрического титрования анионитов EV 013 в OH-форме

Рисунок 3. Кривая потенциометрического титрования анионитов EV 013 в Cl-форме

Рисунок 4. Кривая потенциометрического титрования анионитов SXR 002 в OH-форме

Рисунок 5. Кривая потенциометрического титрования анионитов SXR 002 в Cl-форме

Далее нами были рассчитаны по уравнению Гендерсона-Гассельбаха (1) кажущиеся константы кислотно-основного равновесия, представленные в таблицы 3.

Таблица 3.

Значения кажущихся констант кислотно-основного равновесия, рассчитанные по данным потенциометрического титрования

Закажите работу от 200 рублей

Если вам нужна помощь с работой, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 экспертов готовы помочь вам прямо сейчас.