Исследование ИК-спектров экологически безвредных железохромциркониевых комплексов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИССЛЕДОВАНИЕ ИК-СПЕКТРОВ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗВРЕДНЫХ ЖЕЛЕЗОХРОМЦИРКОНИЕВЫХ КОМПЛЕКСОВ

Бимурзаева З.Е., Тулепов Ж.Б.

Таразский государственный университет

имени М.Х. Дулати. г. Тараз

дубление хромовый экология

В последние десятилетие в мире и в нашей стране остро стоит проблема охраны окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов. До начало 70-х годов промышленные стоки и отходы бесконтрольно сбрасывались в водные системы и поступали в почву. Считалось, что природа может эффективно бороться с опасными отходами с помощью процессов самоочищения. Участились случай отрицательного воздействия загрязнения на окружающую среду и здоровья людей. Так, в США для многих неожиданностью оказалась зараженность рыбы ртутью в придонных водах Великих озер; начиная с 1968 г. было выявлено более 250 случаев заболевания людей в результате техногенного загрязнения.

Установлено, что для тяжелых металлов не существует механизмов самоочищения - они лишь перемещаются из одного природного резервуара в другой, взаимодействуя с различными категориями живых организмов и оставляя нежелательные последствия этого взаимодействия. Для окружающей среды выделены как особенно опасные элементы Cd, Cr, As, Ni, Hg, Pb, Zn. В ФРГ соединения хрома по интенсивности воздействия на окружающую среду, с учётом объемов их поступления, поставлены на второе место [1, 2].

В производстве кожи главным процессам, в котором формируется свойства готовой продукции, является дубление. В настоящее время в качестве основного материала для процесса дубления используется дубящие соединения хрома. Это связано с простатой и надёжностью процесса, а также с высокими эксплуатационными свойствами полуфабриката хромового дубления.

Однако в последнее время в технологии хромового дубления обострилась экологическая проблема использования токсичных хромосодержащих отходов, особенно сточных вод [2].

В последнее время экологической проблеме посвящено множество разнообразных научно-исследовательских работ. Существует несколько основных направлений решения экологической проблемы хромового дубления. Очистка сточных вод, повторное использование соединения хрома, оптимизация параметров технологий в целях обеспечения максимальной отработки соединений хрома из дубящих растворов, методы частичной и даже полной замены соединений хрома дубителями другой природы.

Одним из наиболее эффективных путей решения экологической проблемы хромового дубления, обеспечивающих значительное улучшение качество, является частичная замена соединений хрома другими дубящими веществами.

В оздоровлении окружающей системы наибольший эффект может быть достигнут при использовании в дублении кож гетерополиядерных комплексных соединений, где соединения хрома частично или полностью заменены на нетоксичные соединения алюминия, циркония и железа. Содержание хрома гетерополиядерных комплексных соединений значительно меньше, чем в хромовых дубителях, поэтому гетерополиядерные комплексные соединения являются экологически безвредными. Разработка малоотходных технологии получения и применения гетерополиядерных комплексных соединений, позволяет коренному уменьшению отрицательного воздействия кожевенного производства на окружающую среду.

Полученные данные ИК спектрического анализа, послужили физико-химическими основами разработки малоотходных технологий получения и применения экологически безвредных полиядерных комплексных соединений.

Значительного сокращение расхода хрома (III) в процессе дубления можно достичь за счет применения гетерополиядерных дубителей. Это привело к созданию новых комплексных минеральных дубителей на основе различных сочетаний хрома, циркония, железа, совокупность которых предоставляет собой новое научное направление в области химии минеральных дубителей и дубления.

С точки зрения экологической опасности для кожевников интерес представляют соединения хрома, являющиеся основными продуктами деятельности кожевенных предприятий, и те количества, которые попадают в окружающую среду.

Хром проникает в организм человека с вдыхаемым воздухом, причем заболевания наблюдаются при следующем естественном содержании хрома: в горных породах - 100; в угле - 0,25; в морской воде - 0,0001; в растениях - 0,3-0,4; в животных - 0,02-1,0 [3].

Увеличение количества хрома и его соединений в кроветворной и иммунной системе вызывает базофилию, аллергические реакции и сенсибилизацию. При действии шестивалентного хрома и его соединений на кожу возникают язвы, дерматиты, экземы, а при действии трехвалентного хрома наблюдается «дерматит от обуви» [4].

При очень невысоких концентрациях соединений хрома наблюдается легкое раздражение слизистой оболочки носа, чихание, насморк, небольшие кровотечения. При более высоких концентрациях к этим явлениям, протекающим безболезненно, присоединяются омертвение отдельных участков слизистой оболочки носа, что может привести к дальнейшему разрушению хрящевой части носовой перегородки.

Методам изотермической растворимости изучена система «сульфат железа - сульфат хрома - сульфат циркония-вода» и получен гетерополиядерные комплексы ЖХЦК-1, ЖХЦК-2, ЖХЦК-3.

С целью установления особенностей строения синтезированных соединений сняты ИК спектры сульфатов (железа, хрома, циркония) исходных комплексов, и спектры железохромциркониевых комплексов.

Инфракрасные спектры были получены на спектрометре «SPECORD-75 IR» в интервале волновых чисел 400-4000см-1. Препараты для съемки спектров готовились в виде эмульсии порошка в вазелиновом масле.

Рассмотрения ИК спектров поглощения комплексов и исходных веществ показало, что спектры железохромциркониевых комплексов индивидуальны и отличаются от спектров исходных веществ.

В ИК спектре группа SO42- имеет полосы поглощения в области 400-600см-1, и 1000-1200см-1, соответствующие его валентным, деформационным и другим видам колебании [5, 6].

Мостиковое или циклическое состояние сульфат иона должно дать три пика в области 1050-1150 см-1. Внешнесферное взаимодействие не должны заметно изменять спектр свободного SO42- иона [5].

Наложение полос в области 1100 см-1 говорит о наличии связей Ме-ОН, эта область так же относится к области поглощения SO42- групп в комплексе халатных металоциклов, а поскольку в комплексообразовании дубителя участвуют три металлокомплексообразователя возможно образование гидрокомплексов и образование металлоциклов с лигандами, способными образовывать мостиковые связи.

В спектре комплекса в длинноволновой области наблюдаются максимумы при 480см-1 в ЖХЦК-1 и 540 см-1 в ЖХЦК-2, ЖХЦК-3, относящийся, очевидно, к колебаниям Ме-О-Ме. На наличие данной группы в комплексах указывает появление полос в области 400-800 см-1 [7], что усложняет спектральную картину, так как в интервале частот расположены полосы поглощения валентных колебаний V (МеОМе) [8]. Отнесенные полосы поглощения при 455, 520 и 540 см-1, вероятно связаны с тем, что в гидроксокомплексах имеющих в внутренней сфере молекулы воды, имеет место явления протонолитической диссоциации и части гидроксогрупп.

Полосы поглощения на ИК спектре Fe2 (SO4)3·9Н2O (рисунок) к валентным колебаниям SO42- отнесены 800,885 см-1 (н1), 1090, 1115, 1117 см-1 (н3) и деформационным 470, 597 см-1 (н2), 638 см-1 (н4). Как видно на рисунке Fe2 (SO4)3 в области 1100 см полосы SO42- выражены в виде трех пиков (1090, 1115, 1175 см-1) согласно можно отнести к мостиковому или координированному состоянию сульфат иона. К колебаниям у(ОН) относится полоса при длине волн 1645 см-1, а к н(ОН) 3170 см-1.

ИК спектры железохромциркониевых комплексов

Рис. Ось абцисс-частота (см-1), ось ординат-поглощение спектра.

Обозначения кривых: спектры ЖХЦК-1(1); ЖХЦК-2(2); ЖХЦК-3(3)

Также на рисунке представлены ИК спектры железохромциркониевых комплексов: ЖХЦК-1; ЖХЦК-2; ЖХЦК-3. Наиболее интенсивными в ИК спектрах поглощения ЖХЦК являются полосы поглощения в области частот 1200-600 см-1. Известно, что в этой области лежат полосы поглощения деформационных колебании Ме-ОН гидроксокомплексов в зависимости от силы связи с металлами и силы водородной связи с другими ионами. Интерпретация ИК спектров железохромциркониевых комплексов в области интенсивного поглощения сульфатогруппы. Однако можно предположить, что полосы при 1160 см-1 в ЖХЦК-1, 1170 см-1 в ЖХЦК-2 и 1100 см-1 в ЖХЦК-3 к колебаниям связи Ме-ОН. Валентным колебаниям сульфатогруппы приписываются полосы 1010, 1040, 970 см-1 в ИК спектре ЖХЦК-1, 1010, 1030, 1110, 1120, 970 см-1 в ИК спектре ЖХЦК-2 и 1010, 1030, 1160, 1220, 970 см-1 в ИК спектре ЖХЦК-3.

Расщепление полос в ИК спектрах соединений свидетельствует о мостиковом или циклическом состоянии сульфат иона.

Полосы при 600, 665 см-1 (ЖХЦК-1), 600, 670 см-1 (ЖХЦК-2) и 600, 670 см-1 (ЖХЦК-3) обусловлены деформационными колебаниями SO42- групп. Так же спектрах комплексов в длинноволновой области 480-540 см-1 наблюдаются полосы поглощения, очевидно, относящийся к колебанию Ме-О-Ме.

Рассмотрение ИК спектров железохромциркониевых комплексов позволяет сделать следующие выводы об их структуре: атомы железа, хрома и циркония в комплексах связаны посредством мостиковых гидроксильных групп, сульфатогруппы и молекул Н2О.

Литература

1. Schade F., Traubel H. Neuere Entwisklungen auf dem Gebiet der synthe tischen organischen Gerbstoffe//Das Leder.-1982- N9-S.142-154.

2. Preparation and characterization naphthalene sulphonic acid syntan/ Venkataboopathy K., Sundara Rao V.S., Koteswara Rao C// Leather Sclence.-1981.-Vol.28.-N4.-Р.137-145.

3. Воздействие на организм человека опасных и вредных экологических факторов. Метрологические аспекты (Под. ред. Исаева Л.К.)-М.-1997.-Т.1.-510 с.

4. Экология и безопасность. Т.2. Экологическая безопасность. Ч.1.(Под. ред. Рыбальского Н.Г.)-М.: ВНИИПИ.-1993.-300 с.

5. Коттон Ф. Современная химия координационных соединений.- М.: ИЛ, 1963.-360с.

6. ИК спектроскопия в неорганической технологии //Зинюк Р.Ю., Балыков А.Г., Гавриленко И.Б. и др.-Л.:-«Химия», 1983.-160с.

7. О состояний гидроксогрупп в гидроксосульфатных комплексах циркония и гафния//Нехамкин Л.Г., Бочкарев Э.П., Колпачкова Н.М. и др. Докл. АН СССР, 1984.-Т.274.-№3.-С.619-622.

8. Плюсина Н.И. Инфракрасные спектры силикатов.-М.:МГУ,-1967.-С.167

Размещено на Allbest.ru