Исследована сорбция ионов тяжелых металлов (Cu2+, Ni2+ и Сo2+) новыми анионитами на основе олигомера эпихлоргидрина и 4-винилпиридина. Данными электронной микроскопии подтверждена их макропористая структура. Установлена корреляция между размерами пор анионитов и их сорбционной способностью. Показано, что они обладают селективными свойствами по отношению к ионам Cu2+ , Ni2+, не поглощая катионы Сo2+.

Пиридинсодержащие ионообменники, обладающие уникальными комплексообразующими свойствами, находят широкое применение при решении разнообразных технологических задач для извлечения ионов урана, вольфрама, молибдена, рения, ртути, цветных и благородных металлов [1, 2]. Авторами этих работ для их синтеза предложено вместо труднодоступных аминовинилпиридиновых и винилпиридинкарбоксильных мономеров использовать в реакциях поликонденсации гомополимеры различных винилпиридинов и эпихлоргидрин (ЭХГ) или этиленхлоргидрин.

Многие промышленные марки анионообменников (ЭДЭ-10п, АВ-16 и др.) получают путем конденсации ЭХГ с аминами [3]. Различная реакционная способность хлорметильной и эпоксидной групп ЭХГ не позволяет получать сшитые иониты с регулярной плотностью поперечных связи. Это приводит к снижению их механической прочности, термической, химической и радиационной стойкости. Более перспективно использование олигомера ЭХГ, что позволит получать ионообменники с повышенными физико-химическими показателями [5].

Нами для получения макропористых анионитов разработан двухстадийный метод синтеза новых пиридинсодержащих ионообменников на основе олигомера ЭХГ и 4-винилпиридина (ВП). Первая стадия заключается в получении олигомера эпихлоргидрина под действием Н+- катализатора по схеме [6]:

 

 

На второй стадии олигомер ЭХГ взаимодействует с 4-винилпиридином в присутствии пероксида бензоила (ПБ) с образованием анионита сетчатой структуры:

 

Нужна помощь в написании статьи?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Заказать статью

 

В зависимости от количества используемого инициатора ПБ меняется степень сшивания полимеров и, следовательно, их физико-химические свойства. При использовании 0,1 % и 0,5 % ПБ нами получены образцы анионитов ОЭХГ-ВП-I и ОЭХГ-ВП-II, статическая обменная емкость (СОЕ) по 0,1 н раствору HCI которых составляет соответственно 6,75 и 4,91 мг-экв/г.

К приоритетным задачам в области защиты окружающей среды относится поиск эффективных и экологически безопасных технологий очистки промышленных сточных вод с помощью сорбентов [7]. Одними из наиболее токсичных загрязняющих веществ являются тяжелые металлы, попадающие в водоемы в виде отходов различных производств [8]. Представляет научный и практический интерес исследование сорбционной активности новых анионитов по отношению к ионам тяжелых металлов, поскольку создание эффективных сорбентов позволит не только решить проблемы экологии, но и уменьшить значительные потери ценных металлов.

Цель работы — изучение сорбции ионов тяжелых металлов Cu2+ , Ni2+ и Со2+ анионитами ОЭХГ-ВП-I и ОЭХГ-ВП-II из сульфатных растворов.

Экспериментальная часть

Сорбцию ионов Cu2+, Ni2+ и Сo2+ анионитами ОЭХГ-ВП-I и ОЭХГ-ВП-II в ОН-форме (размер зерна 0,5—1 мм) изучали в статических условиях при периодическом перемешивании и соотношении сорбент : раствор, равном 1 : 400, комнатной температуре 20±2 °C, варьируя концентрацию в сернокислых растворах меди от 0,206 до 2,277 г/л, никеля — от 0,165 до 2,099 г/л и кобальта — от 0,221 до 2,063 г/л. Продолжительность контакта сорбента с растворами составляла 7 сут. Для приготовления модельных растворов использовали соли CuSO4∙5H2O, NiSO4∙7H2O и СоSO4∙7H2O квалификации «х. ч».

Сорбционную емкость (СЕ) рассчитывали по разности исходной и равновесной концентрации растворов, которую определяли методом классической полярографии на фоне 0,5 М NH4Cl по волнам восстановления Cu2+ (Е1/2 = −0,16 В), Ni2+ (Е1/2 = −1,07 В) и Сo2+ (Е1/2 = −1,36 В) Полярограммы снимали на универсальном полярографе ПУ-1 в термостатированной ячейке при температуре 25±0,5 °C, используя ртутный капающий электрод. Кислород из анализируемых растворов удаляли путем продувания аргона в течение 5 минут. В качестве электрода сравнения служил насыщенный каломельный электрод.

Cтруктуру поверхности анионитов исследовали методом электронной микроскопии на сканирующем микроскопе JSM 6510LA фирмы JEOL (Япония) при разрешающей способности микроскопа 30 Ǻ∙см-1.

Результаты и их обсуждение

Нужна помощь в написании статьи?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Заказать статью

Были исследованы сорбционные свойства анионитов ОЭХГ-ВП-I и ОЭХГ-ВП-II по отношению к ионам Cu2+, Ni2+ и Сo2+ в зависимости от концентрации растворов. Как видно из рис. 1 и 2, где представлены изотермы сорбции ионов Cu2+, Ni2+, повышение концентрации металлов в сульфатных растворах приводит к увеличению СЕ анионитов.

 

Рисунок 1. Изотермы сорбции ионов Ni2+ (1) и Cu2+(2) анионитом ОЭХГ-ВП-I, время кoнтакта 7 суток

 

Ионы Ni2+ в данных условиях поглощаются анионитами лучше, чем катионы Cu2+. Наибольшие значения СЕ анионитов ОЭХГ-ВП-I и ОЭХГ-ВП-II по ионам Cu2+ наблюдаются при их извлечении из раствора CuSO4, содержащего 2,3 г/л, и составляют соответственно 243,6 и 148,4 мг/г, а по ионам Ni2+ из раствора NiSO4 (CNi= 2,1г/л) — 346,4 и 276,0 мг/г.

 

Рисунок 2. Изотермы сорбции ионов Ni2+ (1) и Cu2+(2) анионитом ОЭХГ-ВП-II, время контакта 7 суток

 

Нужна помощь в написании статьи?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Заказать статью

Емкость промышленных сильно- и слабоосновных анионитов АВ-17, АН-31, АМ-7 и АН-221 по ионам Cu2+ в процессе их сорбции из раствора, содержащего 0,1 г/л ионов меди (рН 5.5), равняется соответственно 0,15; 0,20; 0,24 и 0,24 мг-экв/г (4,8; 6,4; 7,6 и 7,6 мг/г), а по ионам Ni2+ при изучении их сорбции из раствора, содержащего 100 мг/л никеля (рН 5,5), их СЕ составляет соответственно 0,021; 0,162; 0,219 и 0,278 мг-экв/г (0,6; 4,8; 6,4 и 8,2 мг/г) [9]. При извлечении ионов Cu2+ из раствора CuSO4 , в котором концентрация меди составляет 0,206 г/л, СЕ анионитов ОЭХГ-ВП-I и ОЭХГ-ВП-II достигает соответственно 50,8 и 43,6 мг/г. Их обменная емкость по ионам Ni2+ при поглощении из раствора NiSO4 , содержащего 0,165 г/л никеля, равняется 58,8 и 42,4 мг/г. Из сопоставления экспериментальных и литературных данных следует, что синтезированные нами аниониты имеют значительно более высокие сорбционные свойства, чем промышленные аниониты.

Установлено, что ионы Со2+ этими сорбентами не извлекаются в широком интервале концентрации. Следовательно, аниониты ОЭХГ-ВП-I и ОЭХГ-ВП-II обладают селективными свойствами, что позволит их использовать для разделения, например, ионов Ni2+ и Со2+ при переработке никель-кобальтовых руд.

Известно [10], что топологическая структура, задаваемая химическим строением исходных мономеров и условиями синтеза, играет важную роль в формировании свойств сетчатого полимера. Сродство анионитов к ионам металлов-комплексообразователей зависит от их пористости и электронодонорной способности функциональных групп [11]. На рис.3   изображена морфология поверхности анионитов ОЭХГ-ВП-I и ОЭХГ-ВП-II. Данные электронного микроскопического анализа показали сильное различие в структуре их поверхности. У анионита ОЭХГ-ВП-I она представлена в виде ровных прямых складок, ионит ОЭХГ-ВП-II имеет коралловидную поверхность.

Оба анионита обладают развитой системой макропор. Как видно из рис. 3 б,в, их размеры для ОЭХГ-ВП-I находятся в пределах 0,698—1,764 мк, а отдельные поры достигают 2,585 мк. Для анионита ОЭХГ-ВП-II размеры большинства пор лежат в пределах 0,586—1,076 мк, имеются и более крупные поры — 0,697х1,953 мк. (рис. 3 д,ж). Следовательно, повышенная сорбционная способность анионита ОЭХГ-ВП-I, очевидно, обусловлена микроструктурой его поверхности, точнее, большей пористостью.

Таким образом, показано, что новые макропористые аниониты обладают селективными свойствами и их можно использовать для отделения катионов Cu2+ и Ni2+ от ионов Сo2+. Более перспективным анионитом для очистки сточных вод в гидрометаллургии от ионов меди и никеля является ОЭХГ-ВП-I, обладающий более высокой сорбционной способностью.

 

Рисунок 3. Микроструктура поверхности анионитов ОЭХГ-ВП-I (а,б,в) и ОЭХГ-ВП-II (г,д,ж)

 

Нужна помощь в написании статьи?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Цена статьи

Список литературы:

1.Иманбеков К.И., Ергожин Е.Е. Квантово-химические аспекты механизма реакции эпихлоргидрина с пиридином // Хим. журн. Казахстана. — 2007. № 2. — C. 73—78.

2.Иманбеков К.И., Ергожин Е.Е. Винилпиридиновые иониты на основе эпихлоргидрина, этиленхлоргидрина и поливинилпиридинов для извлечения ионов платиновых металлов // Хим. журн. Казахстана. — 2007. — № 2. — C. 94—97.

3.Ергожин Е.Е., Тастанов К.Х., Менлигазиев Е.Ж. Аиониты на основе олигомеров эпихлоргидрина // Известия АН КазССР. Сер. хим. — 1983. — № 3. — С. 69—78.

4.Чалов Т.Е., Ергожин Е.Е., Рожкова А.Г., Искакова Р.А. Полифункциональные аниониты на основе эпихлоргидрина, аллилбромида и некоторых ди- и полиаминов // Известия НАН РК. Сер. хим. — 2004. — № 3. — С. 18—22.

5.Ушков В.А., Лалаян В.М., Малашкин С.Е., Кулев Д.Х., Скраливецкая М.С., Андрианова Н.В., Халтуринский Н.А. Горючесть и дымообразующая способность материалов на основе эпоксидного олигомера ЭД-20 // Пластмассы. — 1989. — № 2. — С. 87—90.

6.Менлигазиев Е.Ж., Ергожин Е.Е., Тастанов К.Х., Серикбаева С.М., Батталова Ш.Б., Ликерова А.А. Синтез полиэпихлоргидрина и его сополимера со стиролом в присутствии алюмосиликатов // Известия АН КазССР. Сер. хим. — 1976. — № 3. — С. 42—47.

7.Завьялов В.С. Сорбционная емкость материалов по отношению к нефтепродуктам// Экология и промышленность России. — 2006. — № 8. — С. 7—9.

8.Лиштван И.И., Дударчик В.М., Коврик С.И., Смычник Т.П. Очистка сточных вод от металло-экотоксикантов торфяными препаратами // Химия и технология воды. — 2007. — Т. 29. — № 1. — С. 67—74.

9.Челнакова П.Н., Колодяжный В.А. Селективное извлечение катионов цветных металлов из сточных вод слабоосновными анионитами // Журн. прикл. химии. — 2004. — Т. 77. Вып. 1. — С. 78—82.

10.Иржак В.И., Розенберг Б.А., Ениколопян Н.С. Сетчатые полимеры (синтез, структура, свойства). М.: Наука, 1979. — 248 с.

11.Салдадзе К.М., Копылова-Валова В.Д. Комплексобразующие иониты (комплекситы). М: Химия, 1980. — 336 с.

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Поставьте оценку первым.

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

597

Закажите такую же работу

Не отобразилась форма расчета стоимости? Переходи по ссылке