ИК-СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ И ТЕРМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЕРОСОДЕРЖАЩЕГО СОРБЕНТА

АННОТАЦИЯ

В данной статье приведены ИК-спектроскопические и термические характеристики полученного сорбента на основе карбамида, формальдегида и дифенилтиокарбазона, обладающего комплексообразующими свойствами с катионами d-металлов. На основе результатов ИК-спектроскопических и термических исследований предложена структура полученного сорбента.

ABSTRACT

This article presents the IR spectroscopic and thermal characteristics of the obtained sorbent based on urea, formaldehyde and diphenylthiocarbazone, which has complexing properties with d-metal cations. Based on the results of IR spectroscopic and thermal studies, the structure of the obtained sorbent was proposed.

Ключевые слова: сорбент, карбамид, формальдегид, дифенилтиокарбазон, ИК-спектроскопия, термические характеристики, структура.

Keywords: sorbent, urea, formaldehyde, diphenylthiocarbazone, IR spectroscopy, thermal characteristics, structure.

Введение. Хелатообразующие сорбенты широко используются для концентрирования и разделения микроэлементов. Дальнейшее развитие их применения обусловлено высокой селективностью и эффективностью концентрации ионов d-металлов из растворов сложного химического состава. Использование сорбентов, обладающих высокой селективностью по отношению к ионам цветных металлов, является одним из перспективных направлений в практике очистки сточных вод. Синтез новых комплексообразующих сорбентов, разделение с их помощью переходных металлов из растворов сорбционными методами, изучение состава, строения, физико-химических свойств координационных соединений, образующихся в процессе сорбции, является важной задачей аналитической и прикладной химии.

Ранее в литературе описывался синтез комплексообразующего полифункционального полимерного сорбента на основе поликонденсации мочевины, формальдегида, фосфорной кислоты [1, 2]. Был получен анионит на основе тиомочевины, эпихлоргидрина и меламина [3].

Также приводится описание получения сорбента поликонденсацией карбамида, формальдегида и 2-аминопентандиовой кислоты и изучены его сорбционные свойства [4]. Сорбционно-фотометрическим методом были определены ионы кобальта с помощью иммобилизованного реагента 4-амил-2-нитрозо-1-нафтола [5], а также определены оптимальные условия для обнаружения ионов свинца (II) с использованием недавно синтезированного сорбента PPA 1, иммобилизованного с помощью сульфарсазенового реагента; в качестве сорбентов выбраны сорбенты ППА-1 и СМА-1 [6].

Несмотря на большой ассортимент промышленных марок сорбентов, многие из них обладают рядом недостатков, которые ограничивают возможности и сферы их применения. Для улучшения кинетических и сорбционных свойств сорбентов целесообразно осуществлять их синтез из многофункциональных соединений, содержащих электронодонорные функциональные группы. Контроль за эффективностью осуществления синтеза и эксплуатационных характеристик нового сорбционного материала традиционного осуществляют с использование методов ИК-спектроскопии и дифференциального термического анализа, которые дают наиболее полную информацию о физико-химических свойствах получаемого продукта.

Целью исследования является изучение ИК-спектроскопические и термические характеристик полученного сорбента на основе карбамида, формальдегида и дифенилтиокарбазона.

Экспериментальная часть.

Определяли статическую обменную ёмкость сорбента по ионам меди (II) – ГОСТ 20255.1–89. ИК-спектры снимали на ИК-Фурье спектрометре IRTracer-100 SHIMADZU (Япония) (диапазон 400-4000 см^-1, разрешение 4 см^-1), порошковым методом. Термоаналитические исследования проводились на приборе Netzsch Simultaneous Analyzer STA 409 PG (Германия), с термопарой К-типа (Low RG Silver) и алюминиевыми тиглями. Все измерения были проведены в инертной азотной атмосфере со скоростью потока азота 50 мл/мин. Температурный диапазон измерений составлял 25-370^оС, скорость нагрева составляла 5К/мин. Количество образца на одно измерение 5-10 мг. Измерительная система калибровалась стандартным набором веществ KNO₃, In, Bi, Sn, Zn.

Исследования проводили на инструментальной базе Ташкентского научно- исследовательского института химической технологии.

Сорбент был модифицированием карбамидформальдегидной смолы с дифенилтиокарбазоном. Синтез сорбента выполняли в течение 1,5-2 часов при температуре 85-90 ^оС до образования смолообразной массы коричневого цвета [7].

Результаты и их обсуждение. С целью установления структуры полученного сорбента была использована ИК-спектроскопия.  ИК спектры полученного соединения содержат полосы в области 3329 см^-1, соответствующие валентным колебаниям первичные амидо-групп. Появление полос в области 1622 см^-1 свидетельствует о связанной группе С=О, а в области 1556 см^-1 мы наблюдаются –NH-группы. При этом связанные с циклической структурой вторичные аминогруппы дитизона появляются в области 1250 см^-1, что свидетельствует о наличие группы С=S (рис.1).

Рисунок 1. ИК спектр полученного сорбента

Согласно результатов выполненных исследований, реакция синтеза сорбента может быть представлена следующим образом:

По результатам анализа дифференциально сканирующей калориметрии проанализированы различные экзотермические и эндотермические эффекты, наблюдаемые при изменении массы в результате разрушения структуры соединений при нагревании сорбента.

Рисунок 2. ДСК-ТГ-ДТГ график сорбента

Изучение графиков DSK-TG-DTG сорбента (рис.2.) показывает три эндотермических пика в диапазоне температур 191-364 °С. На первом показано плавление сорбента при температуре 140 °С. Разложение началось при 244,86 °C. В интервале температур 224–309 °С уменьшение массы образца составило 68,1%. Этому процессу соответствуют два эндотермических пика. Полная энтальпия распада составляет ∆Q=-513,54 Дж/г. 

Выводы.

Проведенные исследования позволили прийти к следующим выводам:

Ик-спектроскопия выявила в составе синтезированного сорбента на основе карбамида, формальдегида и дифенилтиокарбазона, потенциально ответственных за селективность и эффективность сорбции ионов d-металлов. Термогравиметрический анализ позволил определить температурный диапазон эксплуатации синтезированного сорбента с учетом его термической деструкции, которая уже наблюдается при температуре 191ᵒС.

Список литературы:

1. Касимов Ш.А., Тураев Х.Х., Джалилов А.Т. Исследование процесса комплексообразования ионов некоторых двухвалентных 3d-металлов с хелатообразующим сорбентом // Universum: Химия и биология: электрон. научн. журн. -2018. -№3 (45).
2. Касимов Ш.А., Тураев Х.Х., Джалилов А.Т., Чориева Н.Б., Амонова Н.Д. ИК спектроскопические исследование и квантово-химические характеристики азот и фосфорсодержащего полимерного лиганда // Universum: Химия и биология: электрон. научн. журн. 2019. № 6(60). URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/7400
3. Эшкурбонов Ф.Б., Тураев Х.Х., Эшкурбонова М.Б., Чориева Н.Б., Абдувалиева М.Ж. Синтез комплексообразующего ионита на основе гидролизованного полиакрилонитрила // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. Эшкурбонов Ф.Б. [и др.]. 2018. № 7 (49). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/6115
4. Эрмуратова Н.А., Касимов Ш.А., Тураев Х.Х. Синтез и исследование хелатообразующего сорбента на основе карбамида, формальдегида и 2-аминопентандиовой кислоты // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2021. 4(85). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/11533
5. Инатова, М. С., Сманова, З. А., Нурмухамадов, Ж., Гафуров, А. А. Cорбционно-фотометрическое определение ионов кобальта с помощью иммобилизованного реагента 4-амил-2-нитрозо-1-нафтола //European research. – 2016. – №. 8 (19).
6. Ermatova, O. A., Bobomurodova, M. S., Smanova, Z. A., Gofurova, D. A., Shahidova, D. N. Development of a Sorption-spectroscopic Method for the Determination of Lead Ions by Immobilized Sulfarsarsen //Annals of the Romanian Society for Cell Biology. – 2021. – С. 596-604.
7. Nigora, Chorieva; Nilufar, Ermuratova; Khayit, Turaev; and Sherzod, Kasimov (2021) "Synthesis and research of chelate forming sorbent based on carbamide, formaldehyde, ditizone //Chemistry and Chemical Engineering: Vol. 2020 :No. 4, Article 4. DOI: 10.51348/RWHC6586