Сорбционно-фотометрическое определение ионов палладия (II) с полимерным сорбентом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Бакинский Государственный Университет

Азербайджанский государственный нефтяной и промышленный университет

СОРБЦИОННО-ФОТОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИОНОВ ПАЛЛАДИЯ(ІІ) С ПОЛИМЕРНЫМ СОРБЕНТОМ

Абилова У.М. кандидат химических наук, научный сотрудник

НИЛ «Экологическая химия и охрана окружающей среды»,

Гашимова Э. Н. аспирант, факультет химической инженерии

Чырагов Ф.М. доктор химических наук, профессор

SUMMARY

Abilova U.M., Ph.D., researcher of scientific laboratory "Ecological chemistry and environmental protection ", Baku State University

Hashimova E.N., The post-graduate student, faculty of chemical engineering Azerbaijan State Oil and Industrial University

Chiragov F.M. doctor of chemistry, professor of analytical chemistry, Baku State University

SORPTION-PHOTOMETRIC DETERMINATION OF PALLADIUM(II) IONS WITH POLYMERIC SORBENT

Copolymer of styrene with maleic anhydride, modified in the presence of m-aminophenol and formaldehyde, was synthesized. The resulting polymer sorbent was identified by ir spectroscopy. The total static sorption capacity of the sorbent for the k + ion was studied. Potentiometric titration studied the acid-base properties of the resulting sorbent. The sorption and desorption of palladium (II) on the obtained sorbent were studied and the optimal conditions for concentration were determined.

Key words: sorption, palladium, concentration, chelate sorbents, m-aminophenol.

АННОТАЦИЯ

сорбент стирол сополимер формальдегид

Синтезирован сополимер стирола с малеиновым ангидридом, модифицированный в присутствии маминофенола и формальдегида. Полученный новый полимерный сорбент идентифицирован методом ИК- спектроскопии. Изучена полная статическая сорбционная емкость сорбента по иону К⁺. Потенциометрическое титрованием изученно кислотно-основных свойств полученного сорбента. Исследованы сорбция и десорбция палладия(П) на полученном сорбенте и определены оптимальные условия концентрирования.

Ключевые слова: сорбция, палладия, концентрирования, хелатные сорбенты, м-аминофенол.

ВВЕДЕНИЕ

При определении малых количеств благородных металлов в различных объектах часто возникает необходимость предварительного концентрирования. Перспективны сорбционные методы концентрирования с использованием хелатных сорбентов. Определение микроколичеств палладия в объектах окружающей среды возможно только после его предварительного концентрирования [14].

Селективность хелатных сорбентов, обусловленная наличием в их составе комплексообразующих групп, в значительной степени зависит от условий эксперимента: рН, солевого фона, присутствия маскирующих реагентов. Из литературы известно, что хелатный сорбент - сополимер малеинового ангидрид со стиролом, модифицированный в присутствии полифункциональных аминов и формальдегида, эффективно сорбирует в кислых и щелочных средах ионы Cu,Fe, Cd, U, Pb и некоторые другие [5-6].

Основная цель представленной работы - исследование сорбции и десорбции палладия(П) полученным сорбентом на основе малеинового ангидрида содержащего фрагменты м-аминофенола и определение оптимальных условий концентрирования.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исходный 0.1М раствор палладия(П) готовили растворением точной навески PdCl2 х.ч. в воде [7]. Рабочие растворы с необходимой концентрацией палладия(П) готовили разбавлением исходного раствора дистиллированной водой. Для поддержания постоянной ионной силы растворов использовали KCl. Для потенциометрического титрования раствор гидроксида калия готовили растворением KOH х.ч. в бидистилированной воде, концентрацию раствора устанавливали титрованием стандартным раствором HCl. Для создания необходимых значений pH использовали фиксаналы HCl (pH 1-2) и аммиачно-ацетатные буферные растворы (pH 3-11).

Аппаратура. Величину pH растворов контролировали иономером рН8-25 со стеклянным электродом. Оптическую плотность растворов измеряли на фотоэлектроколориметре КФК-3 в кювете с толщиной поглощающего слоя 1 см. ИК-спектр сорбента изучали на приборе Varian 3600 FI-IR.

Методика синтеза сорбента. Радикальную сополимеризацию малеинового ангидрида х.ч. со стиролом х.ч. проводили по методике [6]. К полученному сополимеру добавляли рассчитанные количества формалина и м-аминофенола.

Реакция продолжается 30-60 мин. при 45 ⁰С. Для удаления остатка продукта реакции сорбент несколько раз промывали дистиллированной водой. Далее сорбент высушивали до постоянной массы, в вакуумно-сушильном шкафе при 50 ⁰С. Перед применением гранулы сорбента растирали в агатовой ступке и просеивали через сито с размером пор 0.14 мм.

Методика концентрирования и определения палладия. Сорбционную способность сорбента исследовали в статических условиях. К 20 мл раствора палладия с концентрацией 200 мг/л и определенным значением рН прибавляли 0.1 г сорбента, встряхивали в течение определенного времени. Смесь отфильтровывали и определяли остаточную концентрацию ионов палладия(П) в растворе фотометрическим методом. Для этого использовали реагент ТСХАБ (2,2',3,4-тетраокси- 3'-сульфо-5'-хлоразобензол (H4L).) и измеряли оптическую плотность при 490 нм. Количество оставшегося металла в растворе находили на основе кривой зависимости оптической плотности от концентрации и рассчитывали количество сорбированных ионов.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В работе синтезировали сополимер стирола с малеиновым ангидридом, модифицированный в присутствии м-аминофенола и формальдегида, и получили новый полимерный сорбент. Полученный сорбент идентифицировали методом ИК- спектроскопии (рис.1) [8, 9].

Рис. 1 ИК-спектр сорбента

В ИК-спектре сорбента имеются следующие полосы поглощения: 3778-3219 и 3200-3000см^-1, соответствующие валентныме колебаниям гидроксильных групп в карбоксильных группах и валентныме колебаниям NH-групп соответственно; 1750- 1667см^-1 - валентным колебаниям -С=О групп в карбоксильных группах; 1570-1550см^-1 - валентным колебаниям C-N-групп и деформационным колебаниям NH-групп; 1610-1510см^-1 - валентным колебаниям С-С-групп в бензольном кольце; 710- 680см^-1 - деформационным колебаниям С-С-групп в бензольном кольце. Таким образом, ИК-спектр сорбента подтверждает предполагаемую струк-туры.

Термическая устойчивость сорбента. Термическая устойчивость сорбента была изучена термогравиметрическим методом. Из термограммы сорбента (рис.2) становится ясным, что имеющий место при 160°С эндотермический эффект связан с отделением воды и прочих примесей, наблюдаемый слабый эндотермический эффект в интервале температур 160-365°С - связан с деструкцией макромолекул и окислением (или горением), образующихся в ходе деструкции фрагментов, и приводящих к уменьшению массы (потеря массы - 42,67%), а сильный экзотермический эффект в интервале температур 400-610°С вызвано полным сгоранием исследуемого полимера.

Рис. 2 Термограмма сорбента

Каждый ионит способен поглощать опреде- ной емкостью. Изучена полная статическая сорбци- ленное количество ионов, т. е. обладает определен- онная емкость сорбента по иону

К⁺(ПССЕк⁺=11ммоль/г). Константы кислотно-основной ионизации - одни из основных характеристик полимерных сорбентов. Для изучения кислотно-основных свойств полученного сорбента использовали потенциометрическое титрование [10]. На основе полученных результатов построили дифференциальную кривую титрования в координатах (АрН/АГ)₇ДГкон). Кривая потенциометрического титрования м-аминофенола представлена на рис.3.

Рис. 3 Дифференциальная кривая титрования сорбента

Как видно, полученный сорбент содержит две разные ионогенные группы. Следовательно, ионизация сорбента происходит в две стадии:

H_;R<:-HR ¦ Н⁺, HR < >R² ¦ Н⁺.

Для того, чтобы определить константы ионизации сорбента, использовали данные дифференциальной кривой титрования. На основании этой кривой, характеризующейся двумя точками перегиба, рассчитали степени нейтрализации (а) отдельных кислотных групп и величины lga/(1 - а) как функции рН.

Из полученных данных с использованием модифицированного уравнения Гандерсона-Гассель- баха pK_a=pH-nlga/(1-a) рассчитали константы дис социации (pK1 = 3.76иpK2=6.30) групп XII; и карбоксильных групп соответственно [11].

Влияние pH на сорбцию. Изучено влияние рН на предварительное концентрирование ионов пал- ладия(ІІ) в статических условиях на хелатообразующем сорбенте в диапазоне рН 1-8 (рис. 4). до 5-6 степень набухаемости полимерного сорбента увеличивается. В водных растворах при рН>4 палладия может присутствовать в форме Pd(OH)2 [11]. Для сорбционного выделения палладия рационально использовать слабокислую область, так как при рН>7 ионы цветных металлов гидролизируются с образованием малорастворимых форм. Дальнейшие исследования проводили при рН4.

Рис. 4 Влияние pH на степень извлечения (R, %) ионов палладия(ІІ) (концентрация палладия 200 мг/л, объем раствора 20 мл, mсорб.=100 мг)

Зависимость сорбции от времени. Как видно, что достижение сорбционного равновесия занимает 1 ч, после чего увеличение степени сорбции палла- дия(ІІ) происходит с гораздо меньшей скоростью. Время контакта, выбранное для дальнейшей работы, составило 30 мин (табл.1).

Таблица 1

зависимость сорбционной емкости от времени ((mсорб.=50мг,Kж.ф.=20мл,рНопт.=6, ц=1М)

Влияние ионной силы на сорбцию. Увеличение ионной силы до 0.8М мало влияет на сорбцию. Дальнейшее увеличение ионной силы приводит к значительному уменьшению сорбции. Это связано с тем, что с увеличением ионного окружения функциональных групп уменьшается возможность комплексообразования палладия(ІІ).

Влияние концентрации палладия(ІІ). Изотерма сорбции палладия представлена на рис. 5., из которого видно, что комплекс имеет достаточно высокое сродство к сорбенту. Величина удельной адсорбции с увеличением концентрации палла- дия(ІІ) в растворе увеличивается и при концентрации 8*10^-3М становится максимальной (pH 6, с _pd2₊ =8*10^-3М, Гоб=20мл, mсорб=0.1г, статическая емкость 500 мг/г)

Рис. 5 Влияние концентрации палладия на сорбционной емкость (Се, мг/г) в статических условиях (pH 6, с2+ =8*10-3М, Vоб.=20мл, mmp6.=0.1e, статическая емкость 500мг/г)

Влияние элюента. Для выбора подходящего элюента испытали различные кислоты -HClO₄, H2SO4, HCl, HNO3. Наибольшее влияние на степень десорбции свинца оказывает HCl. Испытали концентрацию, HClO4 в диапазоне 0.2-1.5М. В дальнейших экспериментах в качестве элюента использовали 5 мл 1 М HClO4.

Матричные влияния. Изучено мешающее влияние посторонних ионов - макро- и микрокомпонентов матрицы -Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Fe³⁺, Al³⁺, Cu²⁺, Mn²⁺, Cl^-, SO4^2- при концентрировании микроколичеств Pd(II). Для этого добавляли по отдельности их различные количества к 50 мл раствора, содержащего 15мкг Pd(II). Затем выполняли концентрирование и анализ. Из табл. 3 видно, что основные макро- и микрокомпоненты заметно не влияют на извлечение иона палладия (II) разработанным методом.

Вывод

Полученные данные показали, что синтезированный сорбент может быть использован для концентрирования палладия. После регенерации адсорбент не теряет свои сорбционные свойства и может быть вновь использован.

Список литературы

1. Лосев В.Н, Бараш А.Н., Волкова Г.В., Бахвалова И.П., Жарова Л.А. Сорбция палладия(ІІ) из хлоридных растворов волокнистыми сорбентами // Химия и химическая технология. 1999. Т 42. № 2. С. 41

2. Алиева Р.А., У.М. Абилова, С.З. Гамидов, Чырагов Ф.М. Сорбционно-фотометрическое определения палладия в полиметаллической руде // Journal baku Engineering University “chemistry vo biology” 2013, №2, on p.132-138

3. Алиева Р.А., Абилова У.М., Гамидов С.З., Чырагов Ф.М. Определение палладия в полиметаллической руде с полимерными сорбентами // Международная научно-техническая конференция устойчивое развитие и охрана окружающей среды. Труды Тибилиси-2010, с.305-307

4. Алиева Р.А., Абилова У.М., Чырагов Ф.М. Спектрофотометрическое определение палладия в висмуто-полиметаллической руде // Аналитика и контроль 2011. Т. 15. № 4, с. 457-462

5. Алиева Р.А., Велиев В.Н., Гамидов С.З., Чырагов Ф.М. Концентрирование молибдена(УІ) с новом хелатообразующий сорбентом и фотометрический определение с бис-(2,3,4-трищидроксифенилазо) бензидином // Журн. хим. проблем. 2006. № 3. С.496

6. Aliyeva R.A., Huseynova N.S., Abilova U.M., Iskandarov G.B., Chiragov F.M. Determination of lead(II) in liver corpse of a slaughtered cattle with preconcentration on a chelating sorbent // Am. J. Anal.Chem. 2016. V. 7. № 8.P. 617.

7. Коростылев П.П. Приготовление растворов для химико-аналитических работ. М.: Наука, 1964. 261 с.

8. Наканиси К. Инфракрасные спектры и строение органических соединений. М.: Мир, 1965. 214 с.

9. Беллами Л. Инфракрасные спектры сложных молекул. М.:Иностр. лит., 1963. 590с.

10. Басаргин Н.Н., Исаев Э.И. Корреляции и прогнозирование аналитических свойств органических реагентов и хелатных сорбентов. М.: Наука, 1986. 199 с.

11. Назаренко В.А., Антонович В.П., Невская Е.М. Гидролиз ионов металлов в разбавленных растворах. М.:Атомиздат, 1979.192с.

Размещено на Allbest.ru