Помощь студентам в учебе
Двухфазная жидкая система в отсутствие органического растворителя
|
Введение……………………………………………………………….............. 3
Глава 1. Обзор литературы…………………………………………………… 7
1.1 Системы с антипирином…………………………………………………. 7
1.2 Системы с диантипирилалканами………………………………………. 18
1.3 Система вода – диантипирилгептан (ДАГ) – нафталин-2-сульфокислота .………………………………………………………………
24
1.4 Системы вода – диатипилалканы – бензойная кислота…………... .. … 27
1.5 Расслаивающиеся системы вода – органическое основание – кислота………………………………………………………………………….
29
Глава 2. Практическая часть…………………………………………………. 33
2.1 Приборы и реактивы…………………………………………………….. 33
2.2 Выбор соли способной вызвать расслоение водного раствора…........... 34
2.3 Выбор производных пиразолона для расслоения водного раствора ЛСNa…………………………………………………………..........................
36
2.4 Нахождение оптимальных условий расслаивания………………........... 38
2.5 Лаурилсульфатные соли с Ант, ДАМ, ДАГ и их роль в процессе расслаивания……………………………………………………………….......
41
2.6 Использования расслаивающейся системы с ДАМ и ЛСNa в качестве экстракционной………………………………………………………………..
44
2.7 Возможность количественных гибридных определений с использованием расслаивающейся системы на примере построения градуировочного графика для экстракционно-фотометрического анализа железа(III)…………………………………………………………………….
46
2.8 Техника безопасности…………………………………………………….. 48
2.8.1 Общие положения……………………………………………........ 48
2.8.2 Меры предосторожности при работе со стеклянной посудой…………………………………………………………………...........
50
2.8.3 Меры предосторожности при работе с электробриборами……………………………………………………………..
50
2.8.4 Работа с токсичными веществами……………………………..... 51
3. Выводы и обсуждение результатов……………………………………….. 54
4. Библиографический список………………………………………………... 5
Глава 1. Обзор литературы…………………………………………………… 7
1.1 Системы с антипирином…………………………………………………. 7
1.2 Системы с диантипирилалканами………………………………………. 18
1.3 Система вода – диантипирилгептан (ДАГ) – нафталин-2-сульфокислота .………………………………………………………………
24
1.4 Системы вода – диатипилалканы – бензойная кислота…………... .. … 27
1.5 Расслаивающиеся системы вода – органическое основание – кислота………………………………………………………………………….
29
Глава 2. Практическая часть…………………………………………………. 33
2.1 Приборы и реактивы…………………………………………………….. 33
2.2 Выбор соли способной вызвать расслоение водного раствора…........... 34
2.3 Выбор производных пиразолона для расслоения водного раствора ЛСNa…………………………………………………………..........................
36
2.4 Нахождение оптимальных условий расслаивания………………........... 38
2.5 Лаурилсульфатные соли с Ант, ДАМ, ДАГ и их роль в процессе расслаивания……………………………………………………………….......
41
2.6 Использования расслаивающейся системы с ДАМ и ЛСNa в качестве экстракционной………………………………………………………………..
44
2.7 Возможность количественных гибридных определений с использованием расслаивающейся системы на примере построения градуировочного графика для экстракционно-фотометрического анализа железа(III)…………………………………………………………………….
46
2.8 Техника безопасности…………………………………………………….. 48
2.8.1 Общие положения……………………………………………........ 48
2.8.2 Меры предосторожности при работе со стеклянной посудой…………………………………………………………………...........
50
2.8.3 Меры предосторожности при работе с электробриборами……………………………………………………………..
50
2.8.4 Работа с токсичными веществами……………………………..... 51
3. Выводы и обсуждение результатов……………………………………….. 54
4. Библиографический список………………………………………………... 5
Экстракция относится к группе методов разделения, основанных на различиях в распределении веществ между фазами. В связи с различным агрегатным состояниям фаз, между которыми распределяется вещество, находят применение гетерогенные системы нескольких типов: жидкость – жидкость, жидкость – твердое тело, жидкость(твердое) – газ, вещество в сверхкритическом флюидном состоянии – твердое тело(жидкость). Классификационный признак – агрегатное состояние каждой из фаз – использован в классификации Ю.А. Золотова и Н.М. Кузьмина. С учетом агрегатного состояния фаз до экстракции и агрегатного состояния концентрата после экстракции различают экстракцию из расплавов, использование легкоплавких экстрагентов и гелей, жидкость – жидкостную экстракцию, трехфазную экстракцию, экстрагирование (выщелачивание) из твердого, газовую экстракцию, гомогенную (однофазную) экстракцию, сверхкритическую флюидную экстракцию. Однако большинство классификаций экстракционных процессов и систем отражают особенности распределения веществ лишь в системах жидкость – жидкость, что свидетельствует о значимости двухфазных жидких систем для экстракции. Более того, в отечественной научной литературе частный случай жидкость – жидкостного распределения обозначают общим термином «экстракция». О значимости двухфазных систем свидетельствует и тот факт, что основные особенности и закономерности экстракции установлены при изучении именно таких систем. Чаще всего, одна из фаз двухфазных жидких систем – вода или водный раствор, а другая – несмешивающаяся с водой органическая жидкость.
Сферу практического приложения экстракции уменьшает основной недостаток метода – необходимость использовать органические растворители, зачастую имеющие целый «букет» негативных свойств: взрыво- и пожароопасность, токсичность, летучесть, неприятный запах, низкую биоразлагаемость.
В последние десятилетия стало очевидным вредное воздействие химии на окружающую среду. На вызовы времени экологи ответили созданием концепции «Green Chemistry», в рамках которой закономерно стремление заменить неэкологичные органические растворители новыми средами с дружественными окружающей среде свойствами. Альтернатива традиционным органическим растворителям нашлась в виде ионных жидкостей. Ионными жидкостями (ИЖ) назван класс жидких при комнатной температуре веществ на основе расплавов органических солей. Первая ионная жидкость (нитрат этиламмония) с температурой плавления 12 °С получена П. Вальденом в 1914 году, однако интерес к ИЖ стал расти ускоряющимися темпами лишь с 1990 года. ИЖ не горючи, имеют пренебрежимо малое давление паров, термически устойчивы и не токсичны; многие ИЖ не смешиваются с водой и практически все прекрасно проводят электрический ток. Благодаря этим свойствам ИЖ привлекаю внимание как экологически безопасные растворители.
Однако широкое внедрение экологичных ИЖ в практику экстракции сдерживает экономический фактор – их высокая стоимость. Менее затратным вариантом модернизации процессов жидкость – жидкостной экстракции оказалось использование водных систем, расслаивающихся при отсутствии органического растворителя. Наличие области двухфазного жидкого равновесия в широком концентрационном интервале компонентов позволило использовать расслаивающиеся системы без органического растворителя в качестве экстракционных. Расслоение систем на две жидкие фазы обусловлено: 1) высаливанием органического компонента в собственную фазу; 2) химическим взаимодействием компонентов водного раствора.
Расслаивающиеся системы с высаливателем содержат в качестве органического компонента гидрофильный растворитель (индивидуальное соединение или смесь веществ), трихлоруксусную кислоту, водорастворимый полимер или промышленное поверхностно – активное вещество. Критерию экологичности отвечают расслаивающиеся системы на основе водорастворимых полимеров, чаще всего полиэтиленгликоля; эти системы известны с 1970 – х годов, для экстракции неорганических соединений предложены в 1983 году.
Расслаивание в результате химического взаимодействия между компонентами водного раствора наблюдается в системах, содержащих вещества основного и кислотного характера. Если основания и кислота являются твердыми веществами, то вода оказывается единственным жидким компонентом системы. Наибольшее распространение получили системы с производными пиразолона в качестве органического основания; они известны с 1954 года, используются для экстракции с 1984 года.
Установлено [1], что наибольшие безопасность и эффективность экстракции в водных расслаивающихся системах с химическим взаимодействием компонентов обеспечивают вещества с объемным анионом. Представляло интерес продолжить систематические исследования процессов расслаивания водных растворов производных пиразолона в присутствии таких веществ. Цель дипломной работы – поиск и выявление экологичных, безопасных, доступных и дешевых веществ, способных образовать двухфазную жидкую систему в отсутствие органического растворителя.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) ознакомиться с известной информацией о расслаивающихся системах с химическим взаимодействием и оформить критический обзор литературы;
2) составить перечень веществ с объемным анионом, отобрать из них соединения, отвечающие требованиям экологичности, безопасности, доступности и низкой стоимости с учетом списка реактивов, имеющихся на складе химического факультета;
3) провести скрининг отобранных соединений и выбрать конкретное вещество для исследований;
4) изучить расслоение в системах вода – минеральная кислота – антипирин (диантипирилметан, диантипирилгептан) – лаурилсульфат натрия с целью выбора эффективного производного пиразолона;
5) исследовать влияние различных условий (кислотности, количеств и соотношений компонентов, общего объема системы) на расслоение системы с диантипирилметаном;
6) изучить возможность использования расслаивающейся системы в качестве экстракционной на примере распределения титана(IV) и железа(III);
7) показать возможность количественных гибридных определений на примере построения градуировочного графика для экстракционно-фотометрического анализа железа(III).
Сферу практического приложения экстракции уменьшает основной недостаток метода – необходимость использовать органические растворители, зачастую имеющие целый «букет» негативных свойств: взрыво- и пожароопасность, токсичность, летучесть, неприятный запах, низкую биоразлагаемость.
В последние десятилетия стало очевидным вредное воздействие химии на окружающую среду. На вызовы времени экологи ответили созданием концепции «Green Chemistry», в рамках которой закономерно стремление заменить неэкологичные органические растворители новыми средами с дружественными окружающей среде свойствами. Альтернатива традиционным органическим растворителям нашлась в виде ионных жидкостей. Ионными жидкостями (ИЖ) назван класс жидких при комнатной температуре веществ на основе расплавов органических солей. Первая ионная жидкость (нитрат этиламмония) с температурой плавления 12 °С получена П. Вальденом в 1914 году, однако интерес к ИЖ стал расти ускоряющимися темпами лишь с 1990 года. ИЖ не горючи, имеют пренебрежимо малое давление паров, термически устойчивы и не токсичны; многие ИЖ не смешиваются с водой и практически все прекрасно проводят электрический ток. Благодаря этим свойствам ИЖ привлекаю внимание как экологически безопасные растворители.
Однако широкое внедрение экологичных ИЖ в практику экстракции сдерживает экономический фактор – их высокая стоимость. Менее затратным вариантом модернизации процессов жидкость – жидкостной экстракции оказалось использование водных систем, расслаивающихся при отсутствии органического растворителя. Наличие области двухфазного жидкого равновесия в широком концентрационном интервале компонентов позволило использовать расслаивающиеся системы без органического растворителя в качестве экстракционных. Расслоение систем на две жидкие фазы обусловлено: 1) высаливанием органического компонента в собственную фазу; 2) химическим взаимодействием компонентов водного раствора.
Расслаивающиеся системы с высаливателем содержат в качестве органического компонента гидрофильный растворитель (индивидуальное соединение или смесь веществ), трихлоруксусную кислоту, водорастворимый полимер или промышленное поверхностно – активное вещество. Критерию экологичности отвечают расслаивающиеся системы на основе водорастворимых полимеров, чаще всего полиэтиленгликоля; эти системы известны с 1970 – х годов, для экстракции неорганических соединений предложены в 1983 году.
Расслаивание в результате химического взаимодействия между компонентами водного раствора наблюдается в системах, содержащих вещества основного и кислотного характера. Если основания и кислота являются твердыми веществами, то вода оказывается единственным жидким компонентом системы. Наибольшее распространение получили системы с производными пиразолона в качестве органического основания; они известны с 1954 года, используются для экстракции с 1984 года.
Установлено [1], что наибольшие безопасность и эффективность экстракции в водных расслаивающихся системах с химическим взаимодействием компонентов обеспечивают вещества с объемным анионом. Представляло интерес продолжить систематические исследования процессов расслаивания водных растворов производных пиразолона в присутствии таких веществ. Цель дипломной работы – поиск и выявление экологичных, безопасных, доступных и дешевых веществ, способных образовать двухфазную жидкую систему в отсутствие органического растворителя.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) ознакомиться с известной информацией о расслаивающихся системах с химическим взаимодействием и оформить критический обзор литературы;
2) составить перечень веществ с объемным анионом, отобрать из них соединения, отвечающие требованиям экологичности, безопасности, доступности и низкой стоимости с учетом списка реактивов, имеющихся на складе химического факультета;
3) провести скрининг отобранных соединений и выбрать конкретное вещество для исследований;
4) изучить расслоение в системах вода – минеральная кислота – антипирин (диантипирилметан, диантипирилгептан) – лаурилсульфат натрия с целью выбора эффективного производного пиразолона;
5) исследовать влияние различных условий (кислотности, количеств и соотношений компонентов, общего объема системы) на расслоение системы с диантипирилметаном;
6) изучить возможность использования расслаивающейся системы в качестве экстракционной на примере распределения титана(IV) и железа(III);
7) показать возможность количественных гибридных определений на примере построения градуировочного графика для экстракционно-фотометрического анализа железа(III).
1) На основе качественных реакций ДАМ с содержащими объемный анион солями в кислых растворах сделано заключение о целесообразности использовать ЛСNa для расслаивающихся водных растворов.
2) Эксперименты с Ант, ДАМ и ДАГ показали, что для образования устойчивых систем с двумя жидкими фазами необходимо использовать ДАМ.
3) Изучено влияние различных параметров (соотношение ДАМ:ЛСNa, их общее количество, кислотность и природа минеральной кислоты, общий объем системы) на процесс расслаивания. Установлено, что оптимальные условиями являются низкая кислотность 0,2-0,5 М HCl при молярном отношении ДАМ:ЛСNa = 35(40) : 65(60).
4) В условиях расслаивания образуются окрашенные комплексы с такими элементами как Ti(IV) и Fe(III), микроколичества которых не изменяют агрегатного состояния второй жидкой фазы, но их макроколичества изменяют его с жидкого на твердое.
5) На примере железа(III) показана возможность его количественного извлечения (96%) в нижнюю жидкую фазу и разработки экстракционно-фотометрического определения микроконцентрации (1,49-7,51• 10-5 моль/л) элемента.
2) Эксперименты с Ант, ДАМ и ДАГ показали, что для образования устойчивых систем с двумя жидкими фазами необходимо использовать ДАМ.
3) Изучено влияние различных параметров (соотношение ДАМ:ЛСNa, их общее количество, кислотность и природа минеральной кислоты, общий объем системы) на процесс расслаивания. Установлено, что оптимальные условиями являются низкая кислотность 0,2-0,5 М HCl при молярном отношении ДАМ:ЛСNa = 35(40) : 65(60).
4) В условиях расслаивания образуются окрашенные комплексы с такими элементами как Ti(IV) и Fe(III), микроколичества которых не изменяют агрегатного состояния второй жидкой фазы, но их макроколичества изменяют его с жидкого на твердое.
5) На примере железа(III) показана возможность его количественного извлечения (96%) в нижнюю жидкую фазу и разработки экстракционно-фотометрического определения микроконцентрации (1,49-7,51• 10-5 моль/л) элемента.