ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ СОРБЦИИ ИОНОВ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ НА СУЛЬФОЭТИЛИРОВАННЫХ ПОЛИАМИНОСТИРОЛАХ И ПОЛИАЛЛИЛАМИНАХ
|
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
Актуальность темы исследования. Установление физико-химических закономерностей сорбции ионов металлов является обязательным этапом исследования свойств новых комплексообразующих сорбентов. Получаемые при этом зависимости позволяют не только обосновать основные пути практического использования конкретного сорбента, но и сформировать фундаментальную основу для направленного синтеза материалов с заданными свойствами. В этом отношении особое значение приобретает изучение влияния свойств самого сорбционного материала на селективность концентрирования, а именно природы полимерной матрицы и количества функциональных групп в ее составе.
Аминополимеры представляют собой перспективный класс сорбционных материалов для концентрирования широкого круга ионов металлов, в том числе благородных. При этом извлечение последних может протекать как за счет электростатического взаимодействия протонированных аминогрупп и анионных комплексов ионов металлов, так и за счет комплексообразования, что является дополнительным инструментом варьирования селективности процесса. В качестве других преимуществ аминополимеров можно выделить высокое содержание функциональных групп в их составе, а также легкость модифицирования дополнительными комплексообразующими группами. К таким материалам относятся сорбенты на основе полистирола и полиаллиламина. Полистирол линейного строения используется для синтеза многих селективных сорбентов, в том числе выпускаемых промышленностью. Введение в состав полистирола аминогрупп позволяет значительно увеличить реакционную способность полимера, а также использовать для его модифицирования больший набор органических реакций. Получаемый таким образом аминополимер - полиаминостирол - обладает сорбционными свойствами по отношению к ионам металлов из-за наличия в своем составе комплексообразующих групп. Полиаллиламин также является эффективной матрицей для синтеза комплексообразующих сорбентов. Применение материалов на основе полиаллиламина ограничивается низкой коммерческой доступностью данного полимера, однако относительно низкая молекулярная масса его звена создает предпосылки для формирования высокоемких материалов на его основе.
Ранее [1, 2] в результате исследований, проведенных на кафедре аналитической химии и химии окружающей среды Института естественных наук и математики УрФУ, показано, что сульфоэтилирование аминополимеров - хитозана и полиэтиленимина - позволяет существенным образом изменить селективные свойства исходных матриц. В Институте органического синтеза УрО РАН под руководством к.х.н. А. В. Пестова впервые синтезированы сульфоэтилированные полиаминостиролы (СЭПАС) со степенями замещения атома водорода аминогруппы 0.5, 0.7 и 1.0 и сульфоэтилированные полиаллиламины (СЭПАА) со степенями замещения атома водорода аминогруппы 0.5 и 1.0, свойства которых ранее не исследовались. Данная работа посвящена комплексному исследованию физико-химических свойств данных сорбентов в зависимости от степени их сульфоэтилирования.
Работа выполнялась при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-33-90081 (Аспиранты) и при финансовой поддержке постановления № 211 Правительства Российской Федерации, контракт № 02.A03.21.0006.
Степень разработанности темы исследования. Ранее исследованы свойства сорбентов на основе хитозана и полиэтиленимина с различными степенями сульфоэтилирования. Показано, что, несмотря на тот факт, что исследуемые сорбенты характеризуются общими закономерностями возрастания селективности сорбции отдельных ионов металлов с ростом степени модифицирования, существенное влияние на их извлечение оказывает и природа аминополимерной матрицы. Настоящая работа продолжает исследование физико-химических свойств сульфоэтилированных аминополимеров и направлена на изучение селективности сорбции ионов благородных металлов материалами на основе полиаминостирола и полиаллиламина.
Цели и задачи. Цель исследования - выявление физико-химических закономерностей сорбции ионов благородных металлов на сульфоэтилированных полиаминостиролах и полиаллиаминах из различных систем.
В рамках поставленной цели решались следующие задачи:
1. Определение статической и динамической обменной емкости (СОЕоН- и ДОЕоН-) сульфоэтилированных полиаминостиролов и полиаллиламинов по гидроксид¬ионам, коэффициентов их влагоемкости.
2. Изучение кислотно-основных свойств и определение констант ионизации функциональных аминогрупп в составе исследуемых сорбентов.
3. Установление закономерностей влияния степени сульфоэтилирования аминополимеров на их сорбционные свойства по отношению к ионам серебра (I), золота (III), палладия (II) и платины (IV) в статическом режиме.
4. Определение кинетических параметров сорбции ионов золота (III), палладия (II), платины (IV) и серебра (I) сульфоэтилированными аминополимерами из растворов сложного состава, выявление вклада диффузионной и химической составляющей в общий механизм сорбции.
5. Получение изотерм сорбции металлов сульфоэтилированными полиаминостиролами и их анализ по известным теоретическим моделям.
6. Установление закономерностей динамического концентрирования ионов серебра (I) сорбентами на основе сульфоэтилированных полиаминостиролов и полиаллиламинов.
7. Исследование регенерационных свойств сульфоэтилированных полиаминостиролов и полиаллиламинов.
8. Сравнительная характеристика физико-химических свойств четырех матриц сульфоэтилированных полимеров (хитозана, полиэтиленимина, полиаминостирола и полиаллиламина) с целью выбора наиболее перспективного варианта сорбента для практического использования при разделении и концентрировании ионов благородных металлов из сложных по составу объектов.
Научная новизна:
1. Впервые определены константы кислотной ионизации аминогрупп в составе сульфоэтилированных полиаминостирола и полиаллиламина, выявлено влияние полимерной матрицы на кислотно-основные свойства сорбентов.
2. Впервые установлена закономерность возрастания селективности сорбции серебра (I), палладия (II) и золота (III) с ростом степени сульфоэтилирования полиаминостирола и полиаллиламина. На основании расчета коэффициентов селективности определены оптимальные для извлечения того или иного иона значения кислотности среды.
3. В результате исследования кинетики извлечения ионов металлов СЭПАА и СЭПАС определено время, соответствующее установлению равновесия сорбции золота (III), палладия (II) и серебра (I) из многокомпонентных систем. Показано, что сорбция ионов благородных металлов сульфоэтилированными аминополимерами в большинстве случаев лимитируется стадией химического взаимодействия ионов металлов с функциональными группами сорбентов.
4. Впервые построены изотермы сорбции ионов переходных и щелочноземельных металлов СЭПАС. С использованием известных моделей (Фрейндлиха, Редлиха- Петерсона, Ленгмюра и т.д.) определены значения емкости сорбентов с разными степенями модифицирования по ионам металлов, а также параметры сродства.
5. Впервые определены оптимальные условия (кислотность среды, скорость пропускания раствора, масса сорбента) селективной сорбции серебра (I) сульфоэтилированными аминополимерами в динамических условиях.
6. Впервые определены условия количественной десорбции ионов золота (III), палладия (II) и серебра (I) с поверхности СЭПАА и СЭПАС.
Теоретическая и практическая значимость работы. Определенные в работе значения количественных характеристик сорбции (емкости, коэффициентов селективности, констант скорости сорбции и т.д.) ионов серебра (I), меди (II), никеля (II), кобальта (II), цинка (II), кадмия (II), магния (II), палладия (II), платины (IV), золота (III) СЭПАС и СЭПАА носят справочный характер и могут использоваться в том числе в учебном процессе при чтении лекций по дисциплинам, связанным с сорбционными процессами. Установленные закономерности влияния степени сульфоэтилирования и природы полимерной матрицы сорбентов могут использоваться для прогнозирования и интерпретации свойств других сорбционных материалов на основе аминополимеров.
Установленные условия селективного концентрирования ионов благородных металлов СЭПАС и СЭПАА могут лечь в основу разработки методик их сорбционно-спектроскопического определения в составе различных объектов, а также технологических процессов разделения и концентрирования.
Положения, выносимые на защиту:
1. Данные о кислотно-основных свойствах сорбентов на основе
сульфоэтилированного полиаминостирола и полиаллиламина с различными степенями модифицирования.
2. Физико-химические закономерности влияния различных факторов на селективность извлечения ионов серебра (I), палладия (II), золота (III) и платины (IV) СЭПАС и СЭПАА из растворов сложного состава в статических и динамических условиях в зависимости от степени модифицирования аминополимеров.
3. Возможный механизм сорбции ионов благородных металлов СЭПАА и СЭПАС.
4. Количественные характеристики процесса сорбции ионов металлов сульфоэтилированными аминополимерами: константы скорости сорбции, сорбционные емкости, параметры сродства.
5. Рекомендации по применению сульфоэтилированных сорбентов на основе полиаминостирола и полиаллиламина в процессах разделения и концентрирования ионов благородных металлов.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность представленных в диссертационной работе результатов подтверждается применением современных методов исследования и использованием поверенного современного оборудования, такого как иономеры, атомные спектрометры и государственных стандартных образцов. Рассчитанные значения констант кислотной ионизации, сорбционных параметров характеризуются высокой воспроизводимостью и согласуются с данными, представленными в литературных источниках. Основные результаты настоящей работы были представлены и обсуждены на Третьем съезде аналитиков России (Москва, 2017 г.), XVII Всероссийской молодежной научной конференции с элементами научной школы «Функциональные материалы: синтез, свойства, получение» (Санкт-Петербург, 2018 г.), V Всероссийском симпозиуме «Разделение и концентрирование в аналитической химии и радиохимии» (Краснодар, 2018 г.), XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Санкт-Петербург, 2019 г.), XXII Международной Черняевской конференции по химии, аналитике и технологии платиновых металлов (Москва, 2019 г.), IV Всероссийской конференции «Аналитическая хроматография и капиллярный электрофорез» с международным участием (Краснодар, 2020 г.), VIII Международной молодежной научной конференции «Физика. Технологии. Инновации. ФТИ-2021» (Екатеринбург, 2021 г.).
Личный вклад автора заключался в планировании и проведении экспериментальных исследований, обработке и интерпретации полученных результатов, написании и подготовке публикаций вместе с соавторами.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 13 работ, в том числе 6 статей в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ, входящих в международные базы Scopus и Web of Science, 7 - в виде тезисов докладов всероссийских и международных конференций.
Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов и списка литературы, содержащего 211 библиографических ссылок. Текст работы изложен на 130 страницах, включает в себя 31 рисунок и 43 таблицы.
Аминополимеры представляют собой перспективный класс сорбционных материалов для концентрирования широкого круга ионов металлов, в том числе благородных. При этом извлечение последних может протекать как за счет электростатического взаимодействия протонированных аминогрупп и анионных комплексов ионов металлов, так и за счет комплексообразования, что является дополнительным инструментом варьирования селективности процесса. В качестве других преимуществ аминополимеров можно выделить высокое содержание функциональных групп в их составе, а также легкость модифицирования дополнительными комплексообразующими группами. К таким материалам относятся сорбенты на основе полистирола и полиаллиламина. Полистирол линейного строения используется для синтеза многих селективных сорбентов, в том числе выпускаемых промышленностью. Введение в состав полистирола аминогрупп позволяет значительно увеличить реакционную способность полимера, а также использовать для его модифицирования больший набор органических реакций. Получаемый таким образом аминополимер - полиаминостирол - обладает сорбционными свойствами по отношению к ионам металлов из-за наличия в своем составе комплексообразующих групп. Полиаллиламин также является эффективной матрицей для синтеза комплексообразующих сорбентов. Применение материалов на основе полиаллиламина ограничивается низкой коммерческой доступностью данного полимера, однако относительно низкая молекулярная масса его звена создает предпосылки для формирования высокоемких материалов на его основе.
Ранее [1, 2] в результате исследований, проведенных на кафедре аналитической химии и химии окружающей среды Института естественных наук и математики УрФУ, показано, что сульфоэтилирование аминополимеров - хитозана и полиэтиленимина - позволяет существенным образом изменить селективные свойства исходных матриц. В Институте органического синтеза УрО РАН под руководством к.х.н. А. В. Пестова впервые синтезированы сульфоэтилированные полиаминостиролы (СЭПАС) со степенями замещения атома водорода аминогруппы 0.5, 0.7 и 1.0 и сульфоэтилированные полиаллиламины (СЭПАА) со степенями замещения атома водорода аминогруппы 0.5 и 1.0, свойства которых ранее не исследовались. Данная работа посвящена комплексному исследованию физико-химических свойств данных сорбентов в зависимости от степени их сульфоэтилирования.
Работа выполнялась при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-33-90081 (Аспиранты) и при финансовой поддержке постановления № 211 Правительства Российской Федерации, контракт № 02.A03.21.0006.
Степень разработанности темы исследования. Ранее исследованы свойства сорбентов на основе хитозана и полиэтиленимина с различными степенями сульфоэтилирования. Показано, что, несмотря на тот факт, что исследуемые сорбенты характеризуются общими закономерностями возрастания селективности сорбции отдельных ионов металлов с ростом степени модифицирования, существенное влияние на их извлечение оказывает и природа аминополимерной матрицы. Настоящая работа продолжает исследование физико-химических свойств сульфоэтилированных аминополимеров и направлена на изучение селективности сорбции ионов благородных металлов материалами на основе полиаминостирола и полиаллиламина.
Цели и задачи. Цель исследования - выявление физико-химических закономерностей сорбции ионов благородных металлов на сульфоэтилированных полиаминостиролах и полиаллиаминах из различных систем.
В рамках поставленной цели решались следующие задачи:
1. Определение статической и динамической обменной емкости (СОЕоН- и ДОЕоН-) сульфоэтилированных полиаминостиролов и полиаллиламинов по гидроксид¬ионам, коэффициентов их влагоемкости.
2. Изучение кислотно-основных свойств и определение констант ионизации функциональных аминогрупп в составе исследуемых сорбентов.
3. Установление закономерностей влияния степени сульфоэтилирования аминополимеров на их сорбционные свойства по отношению к ионам серебра (I), золота (III), палладия (II) и платины (IV) в статическом режиме.
4. Определение кинетических параметров сорбции ионов золота (III), палладия (II), платины (IV) и серебра (I) сульфоэтилированными аминополимерами из растворов сложного состава, выявление вклада диффузионной и химической составляющей в общий механизм сорбции.
5. Получение изотерм сорбции металлов сульфоэтилированными полиаминостиролами и их анализ по известным теоретическим моделям.
6. Установление закономерностей динамического концентрирования ионов серебра (I) сорбентами на основе сульфоэтилированных полиаминостиролов и полиаллиламинов.
7. Исследование регенерационных свойств сульфоэтилированных полиаминостиролов и полиаллиламинов.
8. Сравнительная характеристика физико-химических свойств четырех матриц сульфоэтилированных полимеров (хитозана, полиэтиленимина, полиаминостирола и полиаллиламина) с целью выбора наиболее перспективного варианта сорбента для практического использования при разделении и концентрировании ионов благородных металлов из сложных по составу объектов.
Научная новизна:
1. Впервые определены константы кислотной ионизации аминогрупп в составе сульфоэтилированных полиаминостирола и полиаллиламина, выявлено влияние полимерной матрицы на кислотно-основные свойства сорбентов.
2. Впервые установлена закономерность возрастания селективности сорбции серебра (I), палладия (II) и золота (III) с ростом степени сульфоэтилирования полиаминостирола и полиаллиламина. На основании расчета коэффициентов селективности определены оптимальные для извлечения того или иного иона значения кислотности среды.
3. В результате исследования кинетики извлечения ионов металлов СЭПАА и СЭПАС определено время, соответствующее установлению равновесия сорбции золота (III), палладия (II) и серебра (I) из многокомпонентных систем. Показано, что сорбция ионов благородных металлов сульфоэтилированными аминополимерами в большинстве случаев лимитируется стадией химического взаимодействия ионов металлов с функциональными группами сорбентов.
4. Впервые построены изотермы сорбции ионов переходных и щелочноземельных металлов СЭПАС. С использованием известных моделей (Фрейндлиха, Редлиха- Петерсона, Ленгмюра и т.д.) определены значения емкости сорбентов с разными степенями модифицирования по ионам металлов, а также параметры сродства.
5. Впервые определены оптимальные условия (кислотность среды, скорость пропускания раствора, масса сорбента) селективной сорбции серебра (I) сульфоэтилированными аминополимерами в динамических условиях.
6. Впервые определены условия количественной десорбции ионов золота (III), палладия (II) и серебра (I) с поверхности СЭПАА и СЭПАС.
Теоретическая и практическая значимость работы. Определенные в работе значения количественных характеристик сорбции (емкости, коэффициентов селективности, констант скорости сорбции и т.д.) ионов серебра (I), меди (II), никеля (II), кобальта (II), цинка (II), кадмия (II), магния (II), палладия (II), платины (IV), золота (III) СЭПАС и СЭПАА носят справочный характер и могут использоваться в том числе в учебном процессе при чтении лекций по дисциплинам, связанным с сорбционными процессами. Установленные закономерности влияния степени сульфоэтилирования и природы полимерной матрицы сорбентов могут использоваться для прогнозирования и интерпретации свойств других сорбционных материалов на основе аминополимеров.
Установленные условия селективного концентрирования ионов благородных металлов СЭПАС и СЭПАА могут лечь в основу разработки методик их сорбционно-спектроскопического определения в составе различных объектов, а также технологических процессов разделения и концентрирования.
Положения, выносимые на защиту:
1. Данные о кислотно-основных свойствах сорбентов на основе
сульфоэтилированного полиаминостирола и полиаллиламина с различными степенями модифицирования.
2. Физико-химические закономерности влияния различных факторов на селективность извлечения ионов серебра (I), палладия (II), золота (III) и платины (IV) СЭПАС и СЭПАА из растворов сложного состава в статических и динамических условиях в зависимости от степени модифицирования аминополимеров.
3. Возможный механизм сорбции ионов благородных металлов СЭПАА и СЭПАС.
4. Количественные характеристики процесса сорбции ионов металлов сульфоэтилированными аминополимерами: константы скорости сорбции, сорбционные емкости, параметры сродства.
5. Рекомендации по применению сульфоэтилированных сорбентов на основе полиаминостирола и полиаллиламина в процессах разделения и концентрирования ионов благородных металлов.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность представленных в диссертационной работе результатов подтверждается применением современных методов исследования и использованием поверенного современного оборудования, такого как иономеры, атомные спектрометры и государственных стандартных образцов. Рассчитанные значения констант кислотной ионизации, сорбционных параметров характеризуются высокой воспроизводимостью и согласуются с данными, представленными в литературных источниках. Основные результаты настоящей работы были представлены и обсуждены на Третьем съезде аналитиков России (Москва, 2017 г.), XVII Всероссийской молодежной научной конференции с элементами научной школы «Функциональные материалы: синтез, свойства, получение» (Санкт-Петербург, 2018 г.), V Всероссийском симпозиуме «Разделение и концентрирование в аналитической химии и радиохимии» (Краснодар, 2018 г.), XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Санкт-Петербург, 2019 г.), XXII Международной Черняевской конференции по химии, аналитике и технологии платиновых металлов (Москва, 2019 г.), IV Всероссийской конференции «Аналитическая хроматография и капиллярный электрофорез» с международным участием (Краснодар, 2020 г.), VIII Международной молодежной научной конференции «Физика. Технологии. Инновации. ФТИ-2021» (Екатеринбург, 2021 г.).
Личный вклад автора заключался в планировании и проведении экспериментальных исследований, обработке и интерпретации полученных результатов, написании и подготовке публикаций вместе с соавторами.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 13 работ, в том числе 6 статей в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ, входящих в международные базы Scopus и Web of Science, 7 - в виде тезисов докладов всероссийских и международных конференций.
Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов и списка литературы, содержащего 211 библиографических ссылок. Текст работы изложен на 130 страницах, включает в себя 31 рисунок и 43 таблицы.
1. Определены значения статической и динамической обменных емкостей сульфоэтилированных аминополимеров по гидроксид-ионам и их степени набухания. Показано, что с увеличением степени модифицирования СЭПАС значения СОЕОн- и ДОЕОн-изменяются незначительно, но при этом увеличивается коэффициент влагоемкости сорбента. Для СЭПАА СОЕон- и ДОЕон- уменьшаются с увеличением его степени модифицирования.
2. Выявлена закономерность уменьшения основности аминогрупп исследуемых сорбентов с увеличением степени модифицирования аминополимеров. Величина рКа изменяется от 6.43 до 5.66 и от 5.91 до 5.17 с увеличением степени модифицирования СЭПАС и СЭПАА от 0.5 до 1.0, соответственно.
3. Показано, что с увеличением степени модифицирования СЭПАС и СЭПАА увеличивается селективность сорбции ионов серебра (I) по отношению к меди (II) в статических условиях из многокомпонентных аммиачно-ацетатных буферных растворов. При исследовании сорбции палладия (II), платины (IV) и золота (III) в статических условиях СЭПАС установлено, что степень модифицирования полиаминостирола в значительной мере влияет только на извлечение хлоридных комплексов ионов платины (IV) из индивидуальных растворов. Определены оптимальные значения рН для сорбции ионов благородных металлов СЭПАС. При исследовании сорбции платины (IV), палладия (II) и золота (III) из бинарных и многокомпонентных растворов СЭПАС и СЭПАА установлено, что селективность сорбции палладия (II) и золота (III) по отношению к платине (IV) возрастает с ростом степени модифицирования сорбентов.
4. Установлено, что сорбенты в наибольшей степени извлекают ионы меди (II) и
серебра (I), при этом 30 минут контакта фаз достаточно для установления равновесия в системе «сорбент - раствор солей металлов». Для достижения равновесия сорбции палладия (II) и золота (III) сульфоэтилированными аминополимерами из многокомпонентных растворов требуется для СЭПАС 180 минут, для СЭПАА 0.5 - 240 минут, для СЭПАА 1.0 - 120 минут. Показано, что скорость процесса сорбции
исследуемых ионов металлов СЭПАС и СЭПАА лимитируется стадией химического взаимодействия исследуемых ионов металлов с функциональными группами сорбента.
5. В результате построения изотерм сорбции ионов серебра (I), кадмия (II), меди (II), никеля (II), кобальта (II), магния (II) и цинка (II) СЭПАС 0.5 и СЭПАС 1.0 при их индивидуальном присутствии в растворе установлено, что исследуемые сорбенты обладают наибольшей емкостью и характеризуется наибольшим сродством по отношению к серебру (I), никелю (II), меди (II). Выбраны модели, которые наилучшим образом описывают изотермы сорбции исследуемых ионов металлов. Наилучшее соответствие между экспериментальными и теоретическими данными в случае СЭПАС 0.5 и СЭПАС 1.0 получено для модели Ленгмюра-Фрейндлиха для всех ионов металлов.
6. Установлено, что в динамических условиях наибольшей степени извлечения и селективности сорбции серебра (I) отвечает аммиачно-ацетатный буферный раствор с рН 6.0 для СЭПАС, с рН 5.0 для СЭПАА. Выявлена закономерность увеличения динамической емкости и селективности сорбции ионов серебра (I) СЭПАС с увеличением степени его модифицирования в динамических условиях в присутствии ряда сопутствующих ионов металлов. Показано, что в случае полиаллиламина большей селективностью сорбции серебра (I) в динамических условиях характеризуется СЭПАА 0.5 по сравнению с СЭПАА 1.0. Путем математической обработки динамических выходных кривых сорбции ионов серебра (I) и меди (II) СЭПАС и серебра (I) СЭПАА определены значения параметров сорбции, в том числе значения констант скорости и динамической емкости по исследуемым ионам металлов.
7. Установлено, что количественная десорбция ионов серебра (I), палладия (II) и платины (IV) с поверхности СЭПАС и СЭПАА достигается при использовании в качестве регенеранта 1.0 моль/дм3 раствора азотной кислоты в динамических условиях, 3.5 моль/дм3 раствора хлороводородной кислоты и 1 %-ого раствора тиомочевины в 2¬3.5 моль/дм3 соляной кислоте в статических условиях, соответственно. Показано, что десорбция золота с поверхности СЭПАА осложняется окислительно-восстановительными процессами, протекающими в фазе сорбентов при его сорбции. Оптимальным способом регенерации в данном случае является использование двух циклов десорбции 1 % раствором тиомочевины в 3 моль/дм3 соляной кислоте.
8. На основании сравнения свойств СЭПАС и СЭПАА со свойствами других сульфоэтилированных аминополимеров выявлены наиболее перспективные производные для извлечения тех или иных ионов благородных металлов. Так, СЭПАС 1.0 и СЭПАА 1.0 могут быть рекомендованы для селективного концентрирования серебра (I) из многокомпонентных растворов в динамических и статических условиях соответственно. В то же время СЭПАС по сравнению с другими сульфоэтилированными аминополимерами позволяет количественно извлекать палладий (II) и золото (III) из солянокислых растворов в широком диапазоне рН. СЭПАА 1.0 также может быть рекомендован для селективного концентрирования палладия (II) в присутствии платины (IV) и ряда сопутствующих ионов металлов.
Перспективы дальнейшей разработки темы исследования. Исследованные в данной работе сорбенты - сульфоэтилированные полиаминостиролы и полиаллиламины, продемонстрировали высокую селективность при извлечении металлов платиновой группы и серебра из водных растворов. Отсюда следует, что они могут быть использованы для разработки сорбционно-спектроскопических методик их определения на фоне сопутствующих ионов переходных и щелочноземельных металлов. Будут разрабатываться методики определения металлов платиновой группы и серебра в следовых количествах, отличающиеся высокой точностью определения. Такие разработки могут быть использованы при анализе руд цветных металлов, сплавов или отходов предприятий по переработке драгоценных металлов.
2. Выявлена закономерность уменьшения основности аминогрупп исследуемых сорбентов с увеличением степени модифицирования аминополимеров. Величина рКа изменяется от 6.43 до 5.66 и от 5.91 до 5.17 с увеличением степени модифицирования СЭПАС и СЭПАА от 0.5 до 1.0, соответственно.
3. Показано, что с увеличением степени модифицирования СЭПАС и СЭПАА увеличивается селективность сорбции ионов серебра (I) по отношению к меди (II) в статических условиях из многокомпонентных аммиачно-ацетатных буферных растворов. При исследовании сорбции палладия (II), платины (IV) и золота (III) в статических условиях СЭПАС установлено, что степень модифицирования полиаминостирола в значительной мере влияет только на извлечение хлоридных комплексов ионов платины (IV) из индивидуальных растворов. Определены оптимальные значения рН для сорбции ионов благородных металлов СЭПАС. При исследовании сорбции платины (IV), палладия (II) и золота (III) из бинарных и многокомпонентных растворов СЭПАС и СЭПАА установлено, что селективность сорбции палладия (II) и золота (III) по отношению к платине (IV) возрастает с ростом степени модифицирования сорбентов.
4. Установлено, что сорбенты в наибольшей степени извлекают ионы меди (II) и
серебра (I), при этом 30 минут контакта фаз достаточно для установления равновесия в системе «сорбент - раствор солей металлов». Для достижения равновесия сорбции палладия (II) и золота (III) сульфоэтилированными аминополимерами из многокомпонентных растворов требуется для СЭПАС 180 минут, для СЭПАА 0.5 - 240 минут, для СЭПАА 1.0 - 120 минут. Показано, что скорость процесса сорбции
исследуемых ионов металлов СЭПАС и СЭПАА лимитируется стадией химического взаимодействия исследуемых ионов металлов с функциональными группами сорбента.
5. В результате построения изотерм сорбции ионов серебра (I), кадмия (II), меди (II), никеля (II), кобальта (II), магния (II) и цинка (II) СЭПАС 0.5 и СЭПАС 1.0 при их индивидуальном присутствии в растворе установлено, что исследуемые сорбенты обладают наибольшей емкостью и характеризуется наибольшим сродством по отношению к серебру (I), никелю (II), меди (II). Выбраны модели, которые наилучшим образом описывают изотермы сорбции исследуемых ионов металлов. Наилучшее соответствие между экспериментальными и теоретическими данными в случае СЭПАС 0.5 и СЭПАС 1.0 получено для модели Ленгмюра-Фрейндлиха для всех ионов металлов.
6. Установлено, что в динамических условиях наибольшей степени извлечения и селективности сорбции серебра (I) отвечает аммиачно-ацетатный буферный раствор с рН 6.0 для СЭПАС, с рН 5.0 для СЭПАА. Выявлена закономерность увеличения динамической емкости и селективности сорбции ионов серебра (I) СЭПАС с увеличением степени его модифицирования в динамических условиях в присутствии ряда сопутствующих ионов металлов. Показано, что в случае полиаллиламина большей селективностью сорбции серебра (I) в динамических условиях характеризуется СЭПАА 0.5 по сравнению с СЭПАА 1.0. Путем математической обработки динамических выходных кривых сорбции ионов серебра (I) и меди (II) СЭПАС и серебра (I) СЭПАА определены значения параметров сорбции, в том числе значения констант скорости и динамической емкости по исследуемым ионам металлов.
7. Установлено, что количественная десорбция ионов серебра (I), палладия (II) и платины (IV) с поверхности СЭПАС и СЭПАА достигается при использовании в качестве регенеранта 1.0 моль/дм3 раствора азотной кислоты в динамических условиях, 3.5 моль/дм3 раствора хлороводородной кислоты и 1 %-ого раствора тиомочевины в 2¬3.5 моль/дм3 соляной кислоте в статических условиях, соответственно. Показано, что десорбция золота с поверхности СЭПАА осложняется окислительно-восстановительными процессами, протекающими в фазе сорбентов при его сорбции. Оптимальным способом регенерации в данном случае является использование двух циклов десорбции 1 % раствором тиомочевины в 3 моль/дм3 соляной кислоте.
8. На основании сравнения свойств СЭПАС и СЭПАА со свойствами других сульфоэтилированных аминополимеров выявлены наиболее перспективные производные для извлечения тех или иных ионов благородных металлов. Так, СЭПАС 1.0 и СЭПАА 1.0 могут быть рекомендованы для селективного концентрирования серебра (I) из многокомпонентных растворов в динамических и статических условиях соответственно. В то же время СЭПАС по сравнению с другими сульфоэтилированными аминополимерами позволяет количественно извлекать палладий (II) и золото (III) из солянокислых растворов в широком диапазоне рН. СЭПАА 1.0 также может быть рекомендован для селективного концентрирования палладия (II) в присутствии платины (IV) и ряда сопутствующих ионов металлов.
Перспективы дальнейшей разработки темы исследования. Исследованные в данной работе сорбенты - сульфоэтилированные полиаминостиролы и полиаллиламины, продемонстрировали высокую селективность при извлечении металлов платиновой группы и серебра из водных растворов. Отсюда следует, что они могут быть использованы для разработки сорбционно-спектроскопических методик их определения на фоне сопутствующих ионов переходных и щелочноземельных металлов. Будут разрабатываться методики определения металлов платиновой группы и серебра в следовых количествах, отличающиеся высокой точностью определения. Такие разработки могут быть использованы при анализе руд цветных металлов, сплавов или отходов предприятий по переработке драгоценных металлов.
Подобные работы
- ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ СОРБЦИИ ИОНОВ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ НА СУЛЬФОЭТИЛИРОВАННЫХ ПОЛИАМИНОСТИРОЛАХ И ПОЛИАЛЛИЛАМИНАХ
Диссертации (РГБ), химия. Язык работы: Русский. Цена: 4215 р. Год сдачи: 2022 - РАЗДЕЛЕНИЕ И КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ НА СУЛЬФОЭТИЛИРОВАННЫХ АМИНОПОЛИМЕРАХ
Диссертации (РГБ), химия. Язык работы: Русский. Цена: 4290 р. Год сдачи: 2021
Заказать работу
Заявка на оценку стоимости
Это краткая форма заказа. После ее заполнения вы перейдете на полную форму заказа работы
Каталог работ (152561)
- Бакалаврская работа (38868)
- Диссертация (978)
- Магистерская диссертация (22489)
- Дипломные работы, ВКР (62279)
- Главы к дипломным работам (2139)
- Курсовые работы (10693)
- Контрольные работы (6269)
- Отчеты по практике (1357)
- Рефераты (1488)
- Задачи, тесты, ПТК (631)
- Ответы на вопросы (155)
- Статьи, Эссе, Сочинения (942)
- Бизнес-планы (51)
- Презентации (106)
- РГР (84)
- Авторефераты (РГБ) (1692)
- Диссертации (РГБ) (1882)
- Прочее (458)
Новости
06.01.2018
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
Помощь в выполнении учебных и научных работ на заказ ОФОРМИТЬ ЗАКАЗ
дальше»» Все новости
Статьи
- Где лучше заказывать диссертации и дипломные?
- Выполнение научных статей
- Подготовка диссертаций
- Подводные камни при написании магистерской работы
- Помощь в выполнении дипломных работ
»» Все статьи
Заказать работу
Заявка на оценку стоимости
Это краткая форма заказа. После ее заполнения вы перейдете на полную форму заказа работы
