Международный
научный журнал

Исследование свойств слабоосновного анионита


Investigation of properties of weak basic anionite

Цитировать:
Исследование свойств слабоосновного анионита // Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. Юлдашев А.А. [и др.]. 2018. № 1(43). URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/5414 (дата обращения: 22.09.2019).
 
Прочитать статью:


АННОТАЦИЯ

Поликонденсацией меламина и фурфурола в присутствии дифениламина получен новый слабоосновный анионообменник. Исследованы сорбционные и обменные способности полученного анионита. Путем применения потенциометрического титрования и ИК-спектроскопии определены присутствие и степень диссоциации функциональных групп анионита. На основании проведенных исследований установлена предполагаемая структура полученного анионообменника. Свойства полученного анионита сравнивали с подобными промышленными анионитами поликонденсационного типа.

ABSTRACT

A new weak basic anion exchanger is obtained by polycondensation of melamine and furfural in the presence of diphenylamine. Sorption and exchange capacities of the obtained anionite are investigated. Using the potentiometric titration and IR spectroscopy, the presence and degree of dissociation of the anionite functional groups have been determined. Based on carried out research, the expected structure of the obtained anion exchanger is established. Properties of the obtained anionite have been compared with similar industrial anionites of a polycondensation type.

 

Ключевые слова: сорбция, анионит, обменная емкость, кислота, степень диссоциации, механическая прочность, набухаемость, кривая титрования, активные группы.

Keywords: sorption; anionite; exchange capacity; acid; dissociation degree; mechanical strength; swelling capacity; titration curve; active groups.

 

Введение. Широкие возможности для синтеза анионитов открывает реакция поликонденсации. При получении ионитов этого типа процесс образования пространственной структуры и введение ионогенных групп протекает в одну стадию. В качестве веществ, содержащих ионогенные группы, применяют различные амины (мочевина, гуанидин, меламин, полиэтиленполиамин, этилендиамин и др.) Аминогруппы содержатся в каждом из этих соединений, и процесс изготовления сорбентов сводится к приданию этим соединениям прочности и нерастворимости, т. е. превращению их в высокомолекулярные соединения сетчатой или пространственной структуры. Поликонденсацией меламина и фурфурола в присутствии дифениламина авторами получен слабоосновный анионит. Важное значение имеет исследование физико-химических и механических свойств ионитов, позволяющих определить области применения, преимущества и недостатки синтезированных ионитов. С другой стороны, физико-химические исследования ионитов позволяют определить пути модификации некоторых свойств ионитов. С этой целью авторами было проведено подробное исследование физико-химических и механических свойств полученного анионита, которые сопоставляли со свойствами промышленных анионитов АН-31, АН-2Ф и ФАН, полученного на основе фурфурола и полиэтиленполиамина [3, с. 95-98]. Также был использован промышленный анионит АН-1, содержащий в своей структуре триазиновое кольцо.

Цельюнастоящегоисследования является такой важный показатель, определяющий физико-химические свойства ионов, как обменная емкость, которую определяли из 0,1 N растворов минеральных кислот (HCl, H2SO4, HNO3), обычно содержащихся в производственных растворах. Аниониты использовали в ОН-форме при соотношении анионит: раствор – 1:100 и продолжительность контакта фаз – 3 суток. Свойства полученного анионита и промышленных анионитов представлены в таблице 1.

Анализ результатов таблицы 1 показывает, что обменный потенциал синтезированного анионита больше зависит от природы иона, чем от природы ионита. Повышение валентности аниона, как и следовало ожидать, благоприятствует замещению гидроксильной группы, отсюда сорбция сульфат-ионов во всех случаях выше, чем хлорид- и нитрат-ионов.

По количеству поглощения исследуемые ионы располагаются в следующей последовательности:

SO42->NO3>Cl,

Таблица 1.

Основные свойства анионитов

Показатели

Марка анионита

Единица измерения

АН- 2Ф

АН- 31

АН-1

ФАН

Синтезированный анионит

Насыпной вес

г/мл

0,8

0,65

0,87

0,65

0,52

Уд. объем набухшего в воде анионита

мг/л

2,5-3,0

2,8-2,6

2,2-2,5

2,61

2,8-3,0

Статическая обменная емкость по 0,1N р-ру

Соляная

Серная

Азотная

мг. экв/г

10,6

11,0

8,82

8,44

9,60

9,15

3,96

4,95

4,17

3,84

4,93

4,03

5,6

 5,95

5,08

Механическая прочность

%

-

-

60

99

99,8

 

т. е. при сорбции анионов сильных кислот полу­ченным анионитом, аналогично промышленному, получена закономерность, характерная для слабоосновных анионитов [2, с. 45-48]. По сорбируемости анионов минеральных кислот синтезированный анионит уступает АН-2Ф и АН-31. Очевидно, это можно объяснить присутствием фуранового цикла также в основной цепи полимера, что значительно препятствует подвижности активных групп полученного анионита.

Экспериментальная часть. Для сравнительной характеристики ионитов можно пользоваться кажущимися константами обмена, характери­зующими равномерное распределение ионов между твердой фазой и раствором и избирательность поглощения ионов данным ионитом. Значения констант обмена для анионитов, рассчитанные по уравнению Б.П. Никольского, приведены в таблице 2 [4, с. 450-456]. Из данных таблицы 2 видно, что на всех используемых анионитах имеет место значительная избирательность по отношению к ионам – SO42-. Константа обмена у всех испытуемых анионитов возрастает от хлорид-ионов к сульфат-ионам, что характерно для слабоосновных анионитов. В работе также исследована зависимость обменной емкости полученного анионита от рН-среды и исходной формы ионогенных групп с использованием метода потенциометрического титрования (кривые титрования снимали методом отдельных навесок) [5, с. 49-153]. Продолжительность контакта фаз – 7 суток. Результаты потенциометрических исследований представлены на рисунке 1 и в таблице 3.

Таблица 2.

Значение констант обмена анионитов

Анионит

Константа обмена

Он

К2SO4

он

КNO3

он

КCl

АН-1

5,0

3,26

2,28

ФАН

4,1

2,8

2,4

Синтезированный анионит

10,0

4,58

3,82

 

  

Рисунок 1. Кривые потенциометрического титрования анионитов: 1 – АН-31; 2 – ФАН; 3 – синтезированный анионит; 4 – теоретическая кривая

Рисунок 2. Зависимость обменной способности анионитов: 1 – АН-31; 2 – ФАН; 3 – синтезированный анионит

Из анализа кривых на рисунке 1 следует, что кривые титрования анионитов на всем протяжении испытаний плавно падают, что определяет их принадлежность к группе слабоосновных анионитов. Кажущиеся константы диссоциации ионогенных групп, найденные из кривых титрования по методике [1, с. 70-75], представлены в таблице 3.

Таблица 3.

Результаты потенциометрических исследований анионита

Анионит

Обменная емкость по 0,1 N р-ра НСl, мг экв/г

Обменная емкость найдется кривым титрования, мг экв/г

рКон

Ф АН

3,84

3,92

10,3

АН – 31

8,65

8,78

9,8-10

Синтезированный анионит

5,26

5,20

11,0

 

Величину обменной емкости по кривым потенциометрического титрования рассчитывали для эквивалентной точки титрования, где все активные группы анионита обменялись на хлор-ион из раствора. Из данных таблицы 3 видно, что величина обменной емкости, полученной из кривых титрования, практически не отличается от обменной емкости анионитов. Сопоставляя значения рКон и кривые титрования (рисунок 1), можно заметить, что чем дальше в щелочной области простирается начальная ветвь кривой титрования, тем сильнее их активные группы и тем меньше значения рКОН. Кривая титрования полученного анионита пересекает теоретическую кривую при рН=7,35-7,40, следовательно, поглощение анионов этим анионитом происходит, в некоторой степени, в слабощелочной среде. Для подтверждения этого на рисунке 2 показана зависимость обменной емкости анионитов от рН-среды. По этим кривым также можно установить характер активных групп, присутствующих в анионите. Анализ кривых (рисунок 2) показывает, что при низких значениях рН обменная емкость анионитов в узком интервале возрастает, достигая предельного значения. Наибольшая сорбция (если взять за минимум величину 2,5 мг экв/г) наблюдается в области рН=1,6-2,0 для ФАН, для АН-31 рН=2,2-3,7, для полученного анионита рН=1,6-2,0.

Резюме. Как видно из кривых (рисунок 2), область максимальной сорбции зависит от силы анионита как основания: чем более слабым основанием является анионит, тем более кислым растворам соответствует эта область. Полученные данные еще раз подтверждают, что синтезированный анионит относится к слабоосновным. Наличие функциональных групп подтверждали также снятием ИК-спектров полученного анионита и исходных веществ. В ИК- спектре исходного меламина наблюдаются полосы поглощения в области 650-900 см-1 и 3500-3000 см-1, связанные с валентными колебаниями -NH2 и – N= групп в области 1230 см-1. В спектре полученного анионита также наблюдаются спектры поглощения в области 650-900 см-1 и1150 см-1, связанные с колебаниями NH и -NH2 групп, однако интенсивность этих полос значительно уменьшилась. Полосе поглощения в области 840 см-1 соответствует пара замещенного ароматического ядра дифениламина (ДФА) в спектре полученного анионита. Полосы поглощения в области 880, 1012, 1500, 3100 см-1, связанные с валентными колеба­ниями НС=СН-групп фуранового цикла, свидетель­ствуют о присутствии фурановых циклов в структуре полимера. Отсутствие полос поглощения в области 1670-1695 см-1, соответствующих карбоксильной группе фурфурола, указывает, что фурфурол взаимодействует с меламином и ДФА за счет альдегидной группы.

Таким образом, на основании проведенных исследований предполагаемую структуру синтезиро­ванного анионита можно представить следующим образом:



 

Список литературы:
1. Гриссбах Р. Теория и практика ионного обмена. – М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1963. – С. 70-75.
2. Кунин Р., Майерс Р. Ионообменные смолы. – М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1952. – С. 45-48.
3. Назирова Р.А., Ризаев Н.У., Муслимов Х.И. Метод получения анионита: Авт. свид. СССР № 204580 // Бюл-летень изобретений. – 1967. – № 22. – С. 95-98.
4. Никольский Б.И., Парамонова В.И. Законы обмена ионов между твердой фазой и растворами // Успехи хи-мии. – 1939. – № 10. – С. 1535-1538.
5. Тевлина А.С., Зубанова П.Б., Лейкин Ю.А. Лабораторный практикум по химии и технологии ионообменных материалов. – М.: РХТУ, 1972. – С. 149-153.

 

Информация об авторах:

Юлдашев Алишер Алимджанович Alisher Yuldashev

самостоятельный соискатель, Ташкентский химико-технологический институт, 100011, Республика Узбекистан, г. Ташкент, улица Навои, 36

independent researchers of Tashkent Institute of Chemical Technology, 100011, Republic of Uzbekistan, Tashkent, Navoi Str., 36


Муталов Шухрат Ахмаджонович Shuxrat Mutalov

д-р хим. наук, доцент, ректор, Ташкентский химико-технологический институт, 100011, Республика Узбекистан, г. Ташкент, улица Навои, 36

Doctor of Chemical Sciences, docent (Associate Professor), Rector of Tashkent Institute of Chemical Technology, 100011, Republic of Uzbekistan, Tashkent, Navoi Str., 36


Назирова Рано Агзамовна Nazirova Rano

д-р технических наук, профессор, Ташкентского химико-технологического института 100011, Узбекистан, Ташкент, ул.Навои, дом 36

Doctor of Engineering Sciences, Professor of Tashkent Institute of Chemical Technology, 100011, Uzbekistan, Tashkent, Navoi Str., 36


Турсунов Тулкун Турсунович Тursunov Tulkun

канд.хим.наук, профессор, Ташкентский химико-технологический институт, 100011, Республика Узбекистан, г. Ташкент, улица Навои, дом №32

Candidate of chemical sciences, Professor, Tashkent chemical-technological institute, 100011, Republic of Uzbekistan, Tashkent, Navoi St.,32


Бердиева Малика Ибодуллоевна Berdieva Malika

д-р философии по техническим наукам, старший преподаватель Ташкентского химико-технологического института, 100011, Ташкент,ул. Навои, дом 36

Doctor of philosophy PhD technics, senior teacher of the Tashkent Institute of Chemical Technology, 100011, Tashkent, Navoi St., 36


Читателям

Информация о журнале

Выходит с 2013 года

ISSN: 2311-5459

Св-во о регистрации СМИ: 

ЭЛ №ФС77-55878 от 17.06.2013

ПИ №ФС77-66239 от 01.07.2016

Скачать информационное письмо

Включен в перечень ВАК Республики Узбекистан

Размещается в:

doi:

The agreement with the Russian SCI:

cyberleninka

google scholar

Ulrich's Periodicals Directory

socionet

Base

ROAR

OpenAirediscovery

CiteFactor

 

Поделиться

Лицензия Creative CommonsЯндекс.Метрика© Научные журналы Universum, 2013-2019
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Непортированная.