Тема: СОВМЕСТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛАТИНЫ И РОДИЯ В СПЛАВАХ МЕТОДОМ ИНВЕРСИОННОЙ ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИИ НА МОДИФИЦИРОВАННЫХ ГРАФИТОВЫХ ЭЛЕКТРОДАХ

Актуальность темы
Развитие современных технологий влечет за собой разработку новых материалов, удовлетворяющих высоким требованиям по эксплуатации. Одним из примеров такого материала являются платинородиевые сплавы. Благодаря своим свойствам сплавы на основе платины и родия применяются в различных отраслях: стекольная промышленность, электротехника, ювелирное дело, медицина, в качестве термопар и катализаторов.
В настоящее время для определения содержания платины и родия в сплаве традиционно проводят растворение сплава для перевода металлов в раствор, а после определяют концентрацию металлов в растворе различными методами.
Метод спектрофотометрии для определения платиновых металлов сочетает в себе высокую производительность, экспрессность и сравнительно невысокую стоимость оборудования. Однако на ряду с достоинствами данным метод имеет и ряд недостатков: относительно низкая точность, влияние примесного фона на результаты анализа, трудоемкая пробоподготовка.
Наиболее перспективным считается атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (АЭС-ИСП). Метод используется для количественного анализа многокомпонентных проб с возможностью одновременного определения в образце до 70 элементов, имеет низкие пределы обнаружения для большинства элементов на уровне ppm, а также обладает высокой точностью и воспроизводимостью. Но и данный метод имеет свои недостатки: высокая стоимость аппаратуры, влияние операционных параметров и сопутствующих элементов, влияние кислотного состава и наличие спектральных помех, необходимость использования аргона, возможность выхода из строя капилляра из-за агрессивного воздействия составляющих пробы на него.
На практике при выборе метода анализа аналитическая лаборатория руководствуется рядом факторов: воспроизводимость, экспрессность и конкурентная себестоимость анализа.
Определение металлов платиновой группы (МПГ) с помощью инверсионной вольтамперометрии (ИВА) является высокоточным, с возможностью определять элементы на уровне ppm, но в то же время простым и воспроизводимым методом анализа, цена которого в десятки раз ниже дорогостоящих приборов.
Однако прямое определение как платины, так и родия с помощью ИВА невозможно. Поэтому применяют техники по модифицированию графитового электрода (ГЭ) более электроотрицательным металлом.
Цель работы
Целью работы является изучение особенностей электрохимического поведения бинарных электролитических осадков свинец-платина и свинец-родий для разработки вольтамперометрической методики совместного определения ионов платины (II, IV) и ионов родия (III) в отработанных технических изделиях на основе платинородиевого сплава.
В соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие задачи:
1. Изучить процессы электроокисления свинца из бинарного
электролитического осадка свинец-платина методом инверсионной
вольтамперометрии.
2. Установить природу анодного пика при потенциале -0,3 В, который наблюдается на вольтамперных кривых при электроокислении осадка свинец- платина.
3. Рассчитать равновесный потенциал системы Pb2+/Pb (Pt) в приближении теории регулярных растворов и оценить фазовый состав осадка свинец-платина, образующийся на поверхности электрода.
4. Выбрать анодный пик, имеющий аналитическое значение и позволяющий определять ионы платины (II, IV) совместно с ионами родия (III).
5. Сравнить возможность «вскрытия» проб с использованием различных окислителей и выбрать эффективную систему для растворения отработанных технических изделий на основе платины и родия.
6. Разработать инверсионную вольтамперометрическую методику
совместного определения ионов платины (II, IV) и ионов родия (III) с использованием ГЭ, модифицированного свинцом.
Научная новизна работы
1. Установлена природа анодного пика на вольтамперной кривой при электроокислении осадка свинец-платина с поверхности ГЭ, отвечающая процессу селективного электроокисления свинца из интерметаллического соединения (ИМС) с платиной.
2. Термодинамически рассчитан равновесный потенциал системы Pb2+/Pb (Pt) в приближении теории регулярных растворов. Показано, что селективное электроокисление свинца из ИМС с платиной PtPb происходит при перенапряжении 0,05 В.
3. Впервые показано, что пик при потенциале -0,3 В можно использовать в качестве аналитического сигнала для совместного определения содержаний Pt (II, IV) и родия (III) методом ИВА.
4. Установлено, что при совместном определение ионов платины (II, IV) и родия (III) по пику селективного электроокисления свинца из ИМС предел обнаружения для платины и родия составляет соответственно - 0,82 мг/дм3 и 0,45 мг/дм3.
5. Получена новая информация о поведении платинородиевых сплавов в смеси азотной и соляной кислот при различных условиях, а также о положительном влиянии процесса механоактивации на вскрытие сплава.
Практическая значимость работы
1. Разработана инверсионная вольтамперометрическая методика совместного определения платины и родия по пикам селективного электроокисления свинца из ИМС с платиной PbPt и родием Pb2Rh и установлены ее основные метрологические характеристики. Правильность проводимых определений платины и родия сравнивалась с данными анализа государственных стандартных образцов состава, сравнением с данными анализа, полученными атомно-эмиссионной спектрометрией с индуктивно-связанной плазмой.
2. Разработана методика пробоподготовки отработанных технических изделий на основе платинородиевого сплава для инверсионного вольтамперометрического определения платины и родия, позволяющая эффективно вскрывать упорные сплавы с различной долей родия и отделять ионы платины (II, IV) и родия (III) от неблагородных металлов. Данная методика может быть рекомендована к использованию в аналитических лабораториях, занимающихся благородными металлами.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Природа анодных пиков, наблюдаемых на вольтамперных кривых при электроокислении осадка свинец-платина.
2. Термодинамическая модель расчета равновесных потенциалов для всех ИМС бинарной системы свинец-платина в приближении теории регулярных растворов.
3. Результаты исследования селективного электроокисления свинца из ИМС с платиной и родием.
4. Методика интенсификации процесса вскрытия отработанных технических изделий на основе платины и родия.
5. Вольтамперометрическая методика совместного определения платины и родия в отработанных технических изделиях на основе платины и родия по пикам селективного электроокисления свинца из ИМС с платиной PbPt и родием Pb2Rh.
Личный вклад автора состоял в проведение экспериментальных исследований, их анализ, обработка и интерпретация полученных результатов по определению платины и родия методом ИВА, а также в разработке и апробировании схемы, состоящей из вскрытия технических изделий на основе платины и родия с последующим отделением сопутствующих компонентов на базе ОАО «Красцветмет».
Достоверность полученных результатов подтверждается
воспроизводимостью результатов исследований, сопоставимостью с литературными данными и результатами анализа элементов в государственных стандартных образцах платинородиевых сплавов и сравнительным анализом методом АЭС-ИСП.
Апробация работы
Результаты работы докладывались на XXI Международной научнопрактической конференции студентов и молодых ученых имени выдающихся химиков Л. П. Кулёва и Н. М. Кижнера (Томск, 2020); Международной научнотехнической конференции «Современные электрохимические технологии и оборудование» (Минск, 2020); Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2020» (Москва, 2020); Всероссийской конференции по электрохимическим методам анализа «ЭМА-2020» (Казань, 2020);
XXII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых имени выдающихся химиков Л. П. Кулёва и Н. М. Кижнера (Томск, 2021); IX Всероссийской конференции с международным участием «Физико-химические процессы в конденсированных средах и на межфазных границах» (Воронеж, 2021);
XXIII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Химия и химическая технология в XXI веке» имени выдающихся химиков Л.П. Кулёва и Н.М. Кижнера (Томск, 2022); XXIII Международной Черняевской конференции по химии, аналитике и технологии платиновых металлов (Новосибирск, 2022); XXIV Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Химия и химическая технология в XXI веке» имени выдающихся химиков Л.П. Кулёва и Н.М. Кижнера (Томск, 2023).
Публикации
Основные результаты диссертации опубликованы в 3 статьях, 2 из которых, индексируемые базой данных Scopus и 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК, а также в 10 докладах трудов международных и всероссийских конференций.
Структура и объем работы
Диссертация изложена на 96 страницах, содержит 34 рисунка, 27 таблиц и состоит из введения, 3 глав, выводов, списка литературы.
***
Автор выражает благодарность научному руководителю, д.х.н., профессору Слепченко Г алине Борисовне за поддержку, ценные советы и помощь при работе над диссертацией.
Автор выражает благодарность научному руководителю д.х.н., профессору Колпаковой Нине Александровне за критический взгляд, помощь в проведении исследований, а также моральную поддержку
Автор выражает благодарность Николаевой Наталии Сергеевне за ценные советы при планировании и обработке результатов.

Купить

1. Изучены процессы электроокисления осадков свинец-платина и свинец- платина-родий осажденных на поверхности ГЭ, модифицированного свинцом.
2. В приближении теории регулярных растворов рассчитан равновесный потенциал Pb2+/Pb (Pt) и высказано предположение по фазовому составу ИМС, из которого происходит селективное электроокисления свинца.
3. Впервые показано, что пик селективного электроокисления свинца из ИМС PbPt и Pb2Rh при потенциале -0,3 В можно использовать в качестве аналитического сигнала для совместного определения ионов платины (II, IV) и ионов родия (III) методом ИВА. Предел обнаружения для платины (II, IV) и родия (III) составляет соответственно - 0,82 мг/дм3 и 0,45 мг/дм3.
4. Изучен процесс царсководочного растворения платинородиевых сплав, а также построены кинетические зависимости растворения, указывающие на необходимость использования методики дозированного ввода азотной кислоты с постоянным поддержанием значения ОВП. Установлено, что механоактивация имеет положительное влияние в процессе растворения и ускоряет этот процесс.
5. Разработана методика пробоподготовки отработанных технических
изделий на основе платинородиевого сплава для определения ионов платины
(II, IV) и родия (III) методом ИВА. Методика предусматривает стадию пробоподготовки, которая включает в себя: стадию механоактивации для сокращения времени растворения образца, царсководочное растворение пробы с дозированным ввод азотной кислоты в систему и отделение неблагородных металлов на катионите КУ2-8.
6. Предложен алгоритм методики вольтамперометрического определения платины и родия в отработанных технических изделиях на основе платинородиевого сплава, а также установлены основные метрологические характеристики методики.

Купить