ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования 2
Положения, выносимые на защиту 5
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 6
Заключение 22
Список литературы 23
Актуальность темы. Сорбция малых количеств неорганических и органических веществ на подходящих поглотителях широко используется в различных технологических процессах, связанных с очисткой газов промышленных предприятий от вредных примесей, разделением газов и жидкостей, утилизацией и очисткой сточных вод и т.д., а также при экологическом контроле состояния объектов окружающей среды.
Для группового выделения микроколичеств ионов переходных металлов широко используют сорбенты, модифицированные группами иминодиуксусной кислоты. Они характеризуются достаточно широкой областью рН сорбции, высокой емкостью и высокой скоростью достижения равновесия. Однако с их помощью весьма затруднительно выделить индивидуальные ионы переходных металлов, в частности, ионы меди (II). Большей дифференцирующей способностью к близким по свойствам ионам металлов и высокой избирательностью к ионам меди (II) обладают И-замещенные Р-аминопропионовые кислоты, но как модифицирующие реагенты для получения сорбентов они практически не применяются.
Особый интерес среди комплексообразующих ионообменников представляют сорбенты на основе соединений кремния, обладающие химической стойкостью, механической прочностью, термостабильностью и высокой скоростью массообмена. Химически модифицированные полисилоксаны являются новой разновидностью кремнийсодержащих сорбентов. От традиционных химически модифицированных силикагелей они отличаются более высокой обменной емкостью. Кроме того, метод синтеза модифицированных полисилоксанов - «золь-гель» метод - позволяет модифицировать матрицу сорбента с целью изменения ее общей структуры, повышения термостойкости и химической устойчивости. Модификаторами для полисилоксанов могут быть оксиды алюминия, циркония или титана.
Сорбенты такого типа впервые синтезированы в Институте органического синтеза Уральского отделения РАН [1, 2]. Однако условия извлечения ионов переходных металлов, статика и кинетика их сорбции на карбоксиэтилированных полисилоксанах не изучалась. Для оптимизации сорбционного процесса, а также для выявления эксплуатационных возможностей сорбентов нового типа определение термодинамических и кинетических параметров процесса является необходимым этапом.
Представленная работа сосредоточена на комплексном изучении сорбционных свойств новых кремнийорганических сорбентов, модифицированных оксидами алюминия, циркония или титана, с привитыми группами И-замещенных Р-аминопропионовых кислот.
Работа проводилась в рамках грантов: Программы Министерства образования и науки РФ «Университеты России» (УР.05.01.038 2004 г, УР.05.01.438 2005 г.), Уральского НОЦ «Перспективные материалы» (СЕВР ЕЕС-005, ЕК-005-Х1, 2004 г.),
при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант №06-03-32863-а).
Цель работы: изучение закономерностей сорбционного выделения и концентрирования ионов переходных металлов (меди (II), никеля (II) и кобальта (II)) гибридными сорбентами на основе смешанных оксидов кремния, алюминия, циркония или титана с функциональными группами Ы-замещенных Р-аминопропионовых кислот.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Установление оптимальных условий извлечения ионов меди (II), никеля (II) и кобальта (II) карбоксиэтиламинопропилполисилоксанами.
У Теоретическое обоснование влияния природы и формы нахождения иона металла в растворе на сорбционное извлечение модифицированными полисилоксанами.
У Установление характера поверхности сорбентов, ее сродства к ионам переходных металлов; определение устойчивости комплексов, образующихся между ионами металлов и функциональными группами полисилоксанов.
У Установление механизма и оценка кинетических параметров сорбционного процесса.
У Исследование избирательности карбоксиэтилированных полисилоксанов к ионам меди (II).
Научная новизна
• Впервые исследовано влияние природы буферного раствора, кислотности и времени контакта фаз на сорбционную способность нового класса сорбентов на основе соединений кремния, модифицированных оксидами алюминия, циркония или титана и содержащих группы Ы-замещенных Р-аминопроппионовых кислот, по отношению к ионам переходных металлов (меди (II), никеля (II) и кобальта (II)). Установлены оптимальные условия концентрирования вышеуказанных ионов карбоксиэтилированными полисилоксанами из аммиачно-ацетатных буферных растворов...
1. Впервые систематически исследована сорбция меди (II), никеля (II) и кобальта (II) сорбентами на основе соединений кремния, модифицированных оксидами алюминия, циркония или титана, с функциональными группами Ы-замещенных Р-аминопропионовых кислот в зависимости от природы раствора, кислотности, концентрации иона комплексообразователя, времени контакта фаз.
2. Проанализировано влияние состояния ионов металлов в аммиачно-ацетатных буферных растворах на их извлечение карбоксиэтилированными полисилоксанами. С ростом мольной доли аммиачных комплексов ионов меди (II), никеля (II) или кобальта (II) в растворе наблюдается увеличение степени извлечения ионов переходных металлов исследуемыми полисилоксанами.
3. Впервые получены изотермы сорбции ионов меди (II), никеля (II) и кобальта (II) на карбоксиэтилированных полисилоксанах. Поверхность сорбентов является химически неоднородной, т.е. имеются сорбционные группы различной химической природы, отличающиеся по химической активности. Сорбционный процесс взаимодействия ионов переходных металлов с функциональными группами полисилоксанов протекает по механизму Ленгмюра, т.е. на поверхности образуется мономолекулярный слой. Карбоксиэтилированные полисилоксаны, за исключением полиалюмосилоксана, проявляют большее сродство к ионам меди (II), дикарбоксиэтилированный полиалюмосилоксан - к ионам никеля (II) и кобальта (II). Ряды сродства ионов переходных металлов к поверхности карбоксиэтилированных полисилоксанов выглядят следующим образом: Си(П)>Ы1(П)>Со(П) (полисилоксан), Си(П)<Ы1(П)<Со(П) (полиалюмосилоксан), Си(П)>Со(П)=:Ы1(П) (полицирконосилоксан и полититаносилоксан), Си(П)>Со(П)>Ы1(П) (фениламинополисилоксан).
4. На основании изучения кинетики процесса сорбции ионов меди (II), никеля (II) и кобальта (II) карбоксиэтиламинопропилполисилоксанами установлено, что лимитирующей стадией является как внешняя, так и внутренняя диффузия. Кроме того, определенный вклад в общую скорость процесса вносит и стадия взаимодействия сорбируемых ионов с функциональными группами
модифицированных полисилоксанов.
5. Карбоксиэтилированные аминопропилполисилоксаны при контакте с растворами, содержащими эквимолярные количества нескольких металлов, проявляют значительную избирательность при извлечении ионов меди (II), т.е. энергия координационной связи ионов меди (II) c ионогенными группами полисилоксанов больше, чем для ионов никеля (II) и кобальта (II). В соответствии с изменением избирательности сорбции катионы можно расположить в следующий ряд: Co2+~Ni2+
