научная статья по теме ВОЗМОЖНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ ДЛЯ ЭКСТРАКЦИИ БОРНОЙ КИСЛОТЫ Химия

Текст научной статьи на тему «ВОЗМОЖНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ ДЛЯ ЭКСТРАКЦИИ БОРНОЙ КИСЛОТЫ»

ЖУРНАЛ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 2015, том 60, № 5, с. 698-700

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

УДК 544.016:542.61:546.27

ВОЗМОЖНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ ДЛЯ ЭКСТРАКЦИИ БОРНОЙ КИСЛОТЫ

© 2015 г. А. М. Елохов*, О. С. Кудряшова**, А. Е. Леснов*

*Институт технической химии УрО РАН, Пермь **Естественнонаучный институт Пермского государственного национального исследовательского университета

E-mail: elhalex@yandex.ru Поступила в редакцию 28.10.2014 г.

Изучена растворимость в системах Н3В03—ПАВ—вода при различных температурах. Показана зависимость топологии диаграмм растворимости от строения ПАВ. Установлено, что экстракция борной кислоты мало зависит от природы ПАВ.

DOI: 10.7868/S0044457X15050050

Борная кислота экстрагируется различными кислородсодержащими органическими растворителями: спиртами, кетонами, простыми и сложными эфирами [1—3]. Одним из направлений перехода к методам "green chemistry" в экстракции является замена органических растворителей негорючими, биоразлагаемыми, промыш-ленно выпускаемыми поверхностно-активными веществами (ПАВ). В этом случае образование новой жидкой фазы происходит при нагревании выше точки помутнения (мицеллярная экстракция) [4] или за счет высаливания ПАВ различными солями (гель-экстракция). В последнем случае ПАВ может являться не только фазообразователем, но и в ряде случаев комплексообразователем [5, 6].

Способностью расслаиваться на две жидкие фазы под действием неорганических высаливате-лей обладают водные растворы всех классов ПАВ: анионные — оксифос Б [7], алкилсульфонаты и ал-килсульфаты [8, 9]; катионные — катамин АБ [10], алкилпиридиний хлориды [11]; неионогенные — синтамиды [12], синтанолы [13]. Данные системы оказались эффективными при проведении экстракции металлов.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

В работе использованы три типа поверхностно-активных веществ.

1. Катионный — катамин АБ, [CnH2n + 1N+(CH3)2CH2C6H5]Cl- (n = 10-18) - ал-килбензилдиметиламмоний хлорид водный раствор (ТУ 9392-003-48482528-99); основного вещества 48%, третичных аминов 0.6%, солей третичных аминов 1.6%.

2. Анионный - оксифос Б, [CnH2n + 10(C2H40)mbP00K (n = 8-10, m = 6) -калий 5мс(алкилполиоксиэтилен)фосфат (ТУ

2484-344-05763441-2001); основного вещества 98.0%, влаги 1.0%;

3. Неионогенные — синтамид-5 и синтамид-5к, СпИ2п + 1С0МИ(С2И40)тН (п = 10-16 для синтами-да-5, п = 7-17 для синтамида-5к, т = 5-6) — поли-этиленгликолевые эфиры моноэтаноламидов синтетических жирных кислот (ТУ 2483-064-05809772003); основного вещества 90%, воды 7.0%; синтанолы ДС-10 и АЛМ-10; СпИ2п _ 10(С2И40)тИ (п = 10—18 для синтанола ДС-10, п = 10—12 для синта-нола ДС-10, т = 8—10) — моноалкиловые эфиры полиэтиленгликоля (ТУ 2483-003-71150986-2012).

Границы фазовых областей устанавливали методом изотермического титрования при 25 и 75°С. Изученные системы являются условно трехкомпонентными, так как ПАВ представляют собой смесь гомологов, которые в определенных условиях могут вести себя как индивидуальное вещество. На диаграммах растворимости вершина ПАВ соответствует этим условно чистым компонентам.

При проведении экстракции в качестве выса-ливателя использовали хлорид магния, который является одним из компонентов природных рассолов, являющихся источниками бора, в частности морской воды и рассолов бишофита (природного М§С12 • 6И20). Экстракцию проводили в градуированных пробирках с притертой пробкой, в которые помещали определенные количества хлорида магния, ПАВ, борной кислоты и доводили объем системы до 15 мл. Пробирки интенсивно встряхивали и термостатировали при температуре 25°С (синтамид-5, катамин АБ), 35°С (оксифос Б) и 75°С (синтанол ДС-10) до просветления фаз. Распределение борной кислоты изучали алкалиметри-ческим титрованием в присутствии маннита с визуальной (индикатор фенолфталеин) и потенциомет-рической индикацией конечной точки титрования.

ВОЗМОЖНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ

699

н2о

°/,100

100

0

ПАВ Рис.

100

н3во3

1. Диаграммы растворимости систем: 1 — Н3В03—ПАВ—вода при 25°С; 2 — Н3В03-синтанол АЛМ-10 (синтанол ДС-10, оксифос Б)-вода при 75°С; 3 — НзВОз-катамин АБ-вода при 75°С.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В большинстве случаев диаграммы растворимости имеют простой вид. На рис. 1 представлены изотермы растворимости 25 и 75°С четырех систем. Ветвь кристаллизации борной кислоты делит треугольник на две области — кристаллизации борной кислоты и ненасыщенных растворов. Растворимость борной кислоты в растворах ката-мина АБ, оксифоса Б и синтанолов при 25°С не зависит от строения и концентрации ПАВ в растворе, так как изотермы изученных систем совпадают. При 75°С с увеличением концентрации ПАВ наблюдается высаливающий эффект в отношении борной кислоты. При этом высаливающее действие синтанолов АЛМ-10 и ДС-10 и оксифоса Б выражено сильнее, чем у катамина АБ, что подтверждается видом изотерм растворимости (рис. 1). При обеих изученных температурах в твердой фазе присутствует борная кислота, образования новых соединений не установлено.

Диаграммы растворимости систем с синтамида-ми имеют более сложную топологию (рис. 2). Наряду с областями ненасыщенных растворов (Е) и кристаллизации борной кислоты (Е + Н3В03) появляются области двухфазного жидкого ^ + Ц) и монотектического равновесий ^ + Ц + Н3В03).

Область расслаивания расположена вблизи вершины воды и имеет небольшую площадь, что свидетельствует о незначительном высаливающем действии борной кислоты. С ростом концентрации ПАВ наблюдается сужение области расслаивания.

(а)

Н2О

100

0 20 Синтамид-5

(б)

Н2О

0 100

100

Н3В03

100 0 20 Синтамид-5к

Н3В03

Рис. 2. Диаграммы растворимости систем Н3В03— синтамид-5—вода (а) и НзВ0з-синтамид-5к—вода (б) при 25°С.

Для характеристики высаливающей способности борной кислоты вычислены коэффициенты распределения синтамида в области монотектическо-го равновесия. Для системы с синтамидом-5 он равен 23.4, с синтамидом-5к — 20.4, что свидетельствует о том, что синтамид-5 высаливается борной кислотой легче, чем синтамид-5к.

В отличие от других ПАВ синтамиды при содержании более 50% оказывают незначительный

0

0

7GG

ЕЛОХОВ и др.

RH3BOy %

8G

6G

4G

2G

4

г/ /о 2

- О* j*^ ... о О^ о V^/ з

о

7 0/ 0 V ■•■-■ 1 У ■-: О J* 1 1 1

G.2

G.4

G.6

G.8 V

Рис. 3. Зависимость степени извлечения Н3ВО3 от относительного объема фазы ПАВ (Ротн) в системах М^С12-синтамид-5—вода при 25°С (1); М^С^-ката-мин АБ-вода при 25°С (2); MgCl2—оксифос—вода при 35°С (3); MgC12-синтанол ДС-10-вода при 75°С (4).

всаливающий эффект на борную кислоту. Растворимость борной кислоты в поверхностно-активных веществах составляет около 10% и не зависит от фракционного состава ПАВ.

Полученные данные по растворимости в системах Н3ВО3-ПАВ-вода позволяют установить возможность применения ПАВ для экстракционного извлечения борной кислоты из водных растворов. Отсутствие химического взаимодействия свидетельствует о том, что ПАВ не являются специфическими экстрагентами для борной кислоты. Данный вывод подтверждается результатами экстракции борной кислоты в расслаивающихся системах MgC12—ПАВ—вода [14]. Экстракция характеризуется линейной зависимостью между относительным объемом фазы ПАВ (отношением объема фазы, обогащенной ПАВ, к общему объему системы) и степенью извлечения борной кислоты. Только в системе с оксифосом Б при относительном объеме фазы ПАВ более 0.6 наблюдается резкий рост степени извлечения (рис. 3). Границы Уотн и ЛНзВОз определяются не только топологией диаграмм растворимости систем, но и скоростью установления равновесия. Если время установления равновесия превышало 1 сут, что наблюдалось при высоких концентрациях ПАВ, то экстракция в этих случаях не изучалась.

Известно, что переход борной кислоты в экстракт сопровождается значительной соэкстрак-цией воды [1, 2], поэтому увеличение содержания воды в фазе ПАВ с ростом ее объема способствует увеличению извлечения борной кислоты.

Таким образом, проведенные исследования показали, что ПАВ пригодны для извлечения борной кислоты из растворов хлорида магния, но не пригодны для ее концентрирования. Повышение степени извлечения можно достичь введением дополнительных веществ, образующих легко-эстрагируемые соединения с борной кислотой, а также использованием многоступенчатой экстракции.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 14-03-96006-р-Урал-а.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Танашева М.Р., Беремжанов БЛ., Цыганкова И.И. и др. || Журн. неорган. химии. 1987. Т. 32. № 5. С. 992.

2. Котов Г.Е., Беремжанов Б.A., Танашева М.Р. || Журн. неорган. химии. 1987. Т. 32. № 9. С. 2319.

3. Виноградов Е.Е., Aзарова Л.A. || Журн. неорган. химии. 1975. Т. 20. № 6. С. 1719.

4. Ojeda C.V., Rojas F.S. || Microchim. Acta. 2012. V. 177. № 1-2. P. 1.

5. Леснов A.E., Денисова C.A. || Вестн. Перм. ун-та. Сер. Химия. 2014. Вып. 1(13). С. 79.

6. Леснов A.E., Денисова C.A., Кудряшова О.С. и др. || Журн. прикл. химии. 2010. Т. 83. № 8. С. 1379.

7. Kudryashova O.S., Mokhnatkina N.N., Lesnov A.E., Denisova S.A. || Russ. J. Inorg. Chem. 2010. V. 55. № 10. P. 1617.

8. Murakami Y., Kajii A., Sasaki Y. et al. || Solv. Extr. Res. Devel. Jpn. 2010. V. 17. P. 237.

9. Леснов A.E., Кудряшова О.С., Денисова C.A. || Вестн. Перм. ун-та. Сер. Химия. 2011. Вып. 1(1). С. 71.

10. Kudryashova O.S., Bortnik K.A., Chukhlantseva E.Yu. et al. || Russ. J. Inorg. Chem. 2013. V. 58. № 2. P. 250.

11. Murakami Y., Dobashi Y., Sasaki Y. et al. || Solv. Extr. Res. Devel. Jpn. 2008. V 15. P. 121.

12. Головкина A.B., Кудряшова О.С., Леснов A.E. и др. || Журн. физ. химии. 2013. Т. 87. № 9. С. 1518.

13. Kudryashova O.S., Denisova S.A., Popova M.A., Lesnov A.E. || Russ. J. Inorg. Chem. 2013. V. 58. № 2. P. 24б.

14. Елохов A.M., Кудряшова О.С. || Современные проблемы науки и образования. 2G12. № 5. URL: http:||www.science-education.ru|1G5-7278 (дата обращения: 15.07.2014).

G

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком