Концентрирование кадмия (II) хелатообразующим полимерным сорбентом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

«Азерсу» ОАО Центральная лаборатория

Бакинский Государственный Университет

Концентрирование кадмия (II) хелатообразующим полимерным сорбентом

Э.Г. Алиев

Ф.Н. Бахманова

С.З. Гамидов

Ф.М. Чырагов

Аннотация

Модификацией сополимера малеинового ангидрида со стиролом, был синтезирован хелатообразующий сорбент содержащий фрагменты 1-амино-2-гидрокси-4-сульфокислоты нафталина. Идентификация сорбента проводилась методом ИК-спектроскопии. Были исследованы сорбционные условия кадмия с этим сорбентом, впервые. Сорбция изучалась в статических и динамических режимах. Результаты исследования показали, что максимальная сорбция сорбента наблюдается при pH 5. В ходе предварительных кинетических экспериментов было установлено, что максимальная степень сорбции кадмия достигается за 3 часа и далее практически не изменяется. Влияние ионной силы раствора изучено фотометрическим методом. Кадмий(П) сорбировали из растворов, с ионной силой 0.1-1.4. Результаты исследования показали, что значительное уменьшение сорбции кадмия происходит, в растворах с ионной силой более 0.8 М. Так же было исследовано влияние концентрации металла на сорбцию. Результаты исследования показали, что с увеличением концентрации кадмия в растворе увеличивается количество сорбированного металла, а при концентрации равной 6•10^-3 моль/л становится максимально (pH=5, Cqj2+ = 6•10^-3 моль/л, V.=20 мл, т_сорб. = 0.05 г., сорбционная емкость (СЕ) = 398±10,23 мг/г). Было исследовано влияние различных кислот (HC1O₄, H₂SO₄, HNO₃, HC1) на десорбцию кадмия из сорбента: кадмий(ІІ) количественно десорбируется 2 М HC1. Степень извлечения ионов кадмия (II) при оптимальных условиях превышает 95%. Исследование проводили также в динамических условиях. Была изучена зависимость сорбции от скорости подачи растворов пробы и элюента, матричное влияние. Установлено, что оптимальная скорость потока равна 1,0 мл/мин. При скорости потока выше 1,5 мл/мин степень извлечения снижается. Сорбированные ионы количественно извлекаются из сорбента при скорости потока элюента 1 мл/мин. Проведенное исследование показало возможность использования матрицы сополимера малеинового ангидрида со стиролом, модифицированного амином, для сорбционно-фотометрического определения кадмия. Его можно повторно использовать после регенерации. Разработанная методика может быть применена для выделения кадмия(ІІ) из природных и промышленных объектов.

Ключевые слова: методика определения, кадмий (II), хелатный сорбент, сорбция

Abstract

Preconcentration of cadmium (II) with chelatoforming polymeric sorbent

E.H. Aliyev, F.N. Bahmanova, S.Z. Hamidov, F.M. Chiragov

«Azersu» OJSC Central Laboratory\

Baku State University

By modifying the maleic anhydride copolymer with styrene chelating sorbents containing fragments of 1-amino-2-hydroxy-4-sulfonic acid naphthalene were synthesized. The identification of sorbent was carried out by IR spectroscopy. The sorption conditions of cadmium with these sorbent were investigated for the first time. Sorption was studied under static and dynamic conditions. The results of the study showed that the maximum sorption of sorbent is observed at pH 5. During preliminary kinetic experiments, it was found that the maximum degree of cadmium sorption is achieved in 3 hours and then practically does not change. The influence of the ionic strength of the solution was studied by the photometric method. Cadmium (II) was sorbed from solutions, with an ionic strength of 0.1-1.4. The results of the study showed that a significant decrease in cadmium sorption occurs in solutions with an ionic strength of more than 0.8 M. The effect of the concentration of the metal on the sorption was also studied. The results of the study showed that with an increase in the concentration of cadmium in the solution, the amount of sorbed metal increases, and at a concentration of 6 • 10-2 mol/l it becomes maximum (pH = 5, Ccd2+ = 6 • 10 -3 mol/l, V lf = 20 ml, msorb. = 0.05 g, SC = 398±10,23 mg/g). The effect of various acids (HClO4, H2SO4, HNO3, HCl) on the desorption of cadmium from the sorbent was investigated: cadmium (II) was quantitatively desorbed with 2 M HCl. The degree of extraction of cadmium ions (II) under optimal conditions exceeds 95%. The study was also conducted under dynamic conditions. The dependence of sorption on the feed rate of sample and eluent solutions, the matrix effect was studied. It is established that the optimal flow rate is 1.0 ml / min. At a flow rate higher than 1.5 ml / min, the degree of extraction decreases. Sorbed ions are quantitatively extracted from the sorbent at a flow rate of eluent of 1 ml / min. The study showed the possibility of using the matrix of a copolymer of maleic anhydride with styrene, modified with amine, for the sorption-photometric determination of cadmium. It can be reused after regeneration. The developed methodology has been applied to isolate cadmium (II) from the water of the natural and industrial objects.

Keywords: determination method, cadmium (II), chelate sorbent, sorption.

Основная часть

В настоящее время большой интерес представляет анализ тяжелых металлов, к которым относится кадмий (II). Анализ природных объектов с целью определения в них кадмия (II) проводят с использованием различных химических и физико-химических методов [1-4]. Основные методики определения ионов не всегда удовлетворяют современные требования по пределу обнаружения и требуют их отделения от сопутствующих элементов. Одним из наиболее перспективных и экологически выгодных методов является сорбционное концентрирование с применением полимерных хелатообразующих сорбентов.

У многих ранее известных сорбентов есть определенные недостатки: низкая сорбционная емкость [5-18], неудовлетворительная степень сорбции [7], температура происхождения концентрирования [14-18]. Синтез сорбентов, обладающих более высокими сорбционными свойствами по отношению к кадмию (II), всегда остается актуальной проблемой.

В настоящей работе обсуждаются результаты исследования по извлечению и концентрированию микроколичеств кадмия (II) полимерным хелатообразующим сорбентом на основе сополимера малеинового ангидрида со стиролом, содержащим фрагменты 1-амино-2-гидрокси-4 - сульфокислоты нафталина.

Методика эксперимента

Реагенты и растворы. Исходный (1•10-2 М) раствор кадмия (II) готовили растворением точной навески Cd(NO₃)₂•4H₂O (х.ч) в дистиллированной воде [19]. Рабочие растворы кадмия (II) готовили разбавлением исходного раствора дистиллированной водой.

В работе применен полимерный хелатообразующий сорбент с фрагментами 1-амино-2 - гидрокси-4-сульфокислоты нафталина. Сорбент синтезирован по методике [20, 21]. Полученный сорбент высушен при 50-60 ^оС.

Для создания необходимой кислотности использовали фиксанальный раствор НС1 (pH 0-2) и аммиачно-ацетатные буферные растворы (pH 3-11). Для создания постоянной ионной силы использовали КС1 (ч.д.а).

Аппаратура. pH растворов измеряли с помощью иономера PHS-25 со стеклянным электродом. Концентрацию поглощенного кадмия определяли на приборе ICP-OES Thermo ICAP 7400 Duo. Концентрация кадмия(П) рассчитана с использованием градуировочного графика, полученные результаты обработаны математически - статистическими методами [22]. Исследование сорбции проводилось в статических и динамических условиях.

В динамических условиях все растворы пропускали через стеклянную миниколонку (внутренний диаметр 0.5 см, длина 5 см), наполненную полимерным хелатообразующим сорбентом (100 мг).

Обсуждение результатов

Влияние рН на сорбцию. Изучено влияние рН на концентрирование кадмия (II) с хелатообразующим сорбентом в диапазоне рН 1-10. Результаты исследования показали, что количественное извлечение достигается при рН 5. При рН жидкой фазы меньше 4 низкая степень извлечения может быть связана с протонизацией функциональных групп сорбента и малой степенью набухаемости полимера. При увеличении рН жидкой фазы на - бухаемость таких полимерных сорбентов увеличивается, и в результате создаются благоприятные условия для взаимодействия ионов металла с координационно-активными группами в составе макромолекулы. В водных растворах с рН > 8 ионы кадмия (II) наряду с катионной формой могут присутствовать в виде гидроксокомплексов [23]. При более высоких значениях рН ускоряется гидролиз, и вследствие этого степень сорбции кадмия (II) постепенно уменьшается. Полученные результаты при различных значениях рН приведены в таблице 1.

Все дальнейшие исследования проводили при рН 5.

Для определения оптимальных условий сорбции кадмия (II) с полученным сорбентом построена изотерма сорбции (рис. 1)

Изотерма сорбции кадмия (II) с полученным сорбентом: т_сорб=30 мг, V=20 мл, pH= 5

сорбент хелатообразующий нафталин кадмий

При pH=5 сорбционная емкость максимальна. С увеличением концентрации ионов кадмия (II) в растворе увеличивается количество сорбированного металла, а при концентрации равной 6•10^-3 моль/л становится максимальным (pH=5, Ccd2+ = 6•10^-3 моль/л, V_q6=20 мл, т_сорб = 0.05 г., СЕ = 398±10,23 мг/г).°. ^СОр.

Влияние ионной силы. Изучено влияние ионной силы на сорбцию. Увеличение ионной силы до 0.8 моль/л почти не влияет на сорбцию. Последующее увеличение приводит к значительному уменьшению сорбции. Это связано с тем, что с увеличением ионного окружения функциональных групп уменьшается возможность комплексообразования кадмия (II). Также была исследована зависимость сорбции от времени. В статических условиях полная сорбция кадмия (II) происходит после 3-х часов.

Таблица 1. СЕ и степень сорбции ионов кадмия (II) из растворов при различных значениях рН