СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НОВОГО ГРАНУЛИРОВАННОГО СОРБЕНТА НА ОСНОВЕ АКРИЛОНИТРИЛА

SYNTHESIS AND STUDY OF THE PHYSICO-CHEMICAL PROPERTIES OF A NEW GRANULATED SORBENT BASED ON ACRYLONITRILE
Цитировать:
Азизова Х.М., Каттаев Н.Т., Бабаев Т.М. СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НОВОГО ГРАНУЛИРОВАННОГО СОРБЕНТА НА ОСНОВЕ АКРИЛОНИТРИЛА // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2021. 12(90). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/12707 (дата обращения: 07.12.2022).
Прочитать статью:
DOI - 10.32743/UniChem.2021.90.12.12707

 

АННОТАЦИЯ

Химической реакцией сшитого сополимера акрилонитрила с гексагидро-1,3,5-триакрилилтриазином под воздействием гидроксиламина получен новый гранулированный сорбент с анионообменными и комплексообразующими свойствами. Современными методами исследованы физико-химические свойства полученного сорбента и показаны особенности его структурной морфологии.

ABSTRACT

The chemical reaction of a cross-linked copolymer of acrylonitrile with hexahydro-1,3,5-triacrylyltriazine under the influence of hydroxylamine synthesized a new granular sorbent with anion-exchange and complexing properties. The physicochemical properties of the obtained sorbent have been investigated by modern methods and the features of its structural morphology have been shown.

 

Ключевые слова: сшитый сополимер, полимер аналогичное превращение, сорбент, анионит, статическая обменная емкость, структурная морфология

Keywords: cross-linked copolymer, chemical transformation of polymer, sorbent, anion exchanger, static exchange capacity, structural morphology

 

I. Введение. В последнее время возрос интерес к структурному дизайну полимеров с целью получения полимеров с заданными свойствами. В этом контексте не теряют актуальность реакции полимераналогичных превращений сшитых сополимеров с контролируемой структурой, содержащие активные функциональные группы, способные к химическому взаимодействию с низкомолекулярными модифицирующими агентами.  Данные сополимеры играют роль эффективных матриц для создания сорбентов, способных к ионному обмену и реакциям комлексообразования с ионами d-металлов [1-3]. В этой связи в данном исследовании сделан упор на получение гранулированного сорбента на основе акрилонитрила, производимого Республикой Узбекистан в промышленном масштабе.

II. Объекты и методы исследования.

Получение гранулированного сорбента. Синтез нового гранулированного сорбента осуществляли химической реакцией между сшитым сополимером акрилонитрила (АН) с гексагидро-1,3,5‑триакрилилтриазином (ГТТ) (рис.1), синтезированного ранее нами [4]. Химическую реакцию сополимера АН–ГТТ осуществляли в мягких условиях, в которых минимизируется вероятность разрушения молекулы мостикообразователя (ГТТ). Полимераналогичное превращение проводили в слабокислой среде – не полностью нейтрализованным карбонатом натрия водным раствором гидроксиламина при 369-371 К в течение 5 часов.

 

Рисунок 1. Схематическое изображение строения сополимера АН – ГТТ

 

Для того, чтобы осуществить частичное набухание гранул, в реакционную среду добавляли 5 % диметилформамида (ДМФА).

ИК-спектроскопия. ИК-спектры снимались на Фурье ИК-спектрометре Nicolet iS50 (Thermo Scientific, США). Образцы исходных веществ и ионита применялись в виде прессованных таблеток с KBr.

СЭМ-исследования. Структурная морфология сорбента и его элементный состав исследовались с помощью сканирующего электронного микроскопа EVO MA 10 (Carle Zeiss, Германия), оборудованного микроаналитической системой для энерго-дисперсионного рентгеновского (EDX) микроанализа INCA Energy 300 (Oxford Instruments, Великобритания).

Потенциометрическое титрование анионита. Для проведения потенциометрического титрования серию навесок по 0,25 г анионита в ОН-форме помещали в мерные колбы емкостью 50 мл и исследовали с различным количеством 0,1 н раствора кислоты. Для поддержания ионной силы раствора добавляли определенное количество 0,1 н раствора хлористого натрия при сохранении общего объема смеси постоянным. Массовое соотношение ионит: раствор составляло 200. После установления равновесия (3 суток) определяли pH раствора и строили кривую потенциометрического титрования в координатах pH – количество титранта (в мг-экв на 1 г анионита) [5].

III. Полученные результаты и их обсуждение

Для получения гранулированного сорбента с ионообменными и комплексообразующими свойствами проведена химическая модификация сшитого сополимера АН-ГТТ под воздействием гидроксиламина по следующей схеме:

Как видно из представленной схемы, при химической модификации, т.е. аминолизе гидроксиламином функциональные нитрильные группы сшитого сополимера АН–ГТТ образуются амидоксимные группы, затем превращаются в (поли)гидроксамовые кислоты, которые вследствие явления таутомерии имеют еще и гидроксииминовую форму:

Как известно, аниониты с оксимными группами способны к ионному обмену и реакциям комплексообразования с ионами d-металлов. Гранулированный сорбент идентифицировали методом ИК-спектроскопии с преобразованием Фурье (рис. 2).

 

Рисунок 2. Фурье-ИК-спектр гранулированного сорбента АН–ГТТ-ГА

 

В ИК-спектре модифицированного полимера наблюдается исчезновение частоты поглощения в области 2242,57 см-1, отнесенной к валентным колебаниям нитрильной группы (nCN) акрилонитрильных звеньев исходного сополимера, обнаруживаются полосы: поглощения валентных колебаний N – H групп (nN–H) при 3196, 27 см-1; валентных колебаний группы амид II (nN–С=O), входящий в состав фрагмента, обусловленный мостикообразователем. Появляются полосы поглощения, ассоциированные оксимными группами: валентные колебания С=N группы (nС=N) при 1639,29 см-1; валентные колебания при 2926,16 см-1 (nO=H) и деформационные колебания 1451,54 см-1 (dO–Н) О–Н группы.

Полученный новый гранулированный сорбент/анионит (АН-ГТТ-ГА) представляет собой гранулы сферической формы с размером частиц 0,6-1,6 мм (класс А) и высокой (98 %) механической прочностью.

Морфология поверхности и поперечного среза гранулы АН-ГТТ-ГА исследована методом сканирующей электронной микроскопии.

 

 

Рисунок 3. Морфология поверхности и поперечного среза гранулы анионита АН-ГТТ-ГА

 

Как видно из представленных на рис.3 микрофотографий, структура поверхности гранулы синтезированного анионита явно гетерогенная с множеством агрегатов, пронизывающих всю поверхность сорбента. При исследовании структурной морфологии среза гранулы анионита архитектура проявляется более подробно. При 1000-кратном увеличении наблюдается, что гранулы анионита состоят из связанных между собой микроразмерных глобулярных частиц.

 

 

Рисунок 4. Кривая титрования анионита АН-ГТТ-ГА при постоянной ионной силе раствора 0,1 М, представленнае в виде зависимости рН = f(VHCl) (а) и координатах Грегора (б)

 

Статическая обменная емкость нового анионита определена на основании данных потенциометрического титрования при постоянной ионной силе раствора (рис 4), которая по 0,1 Н НCl составляет 2,6 мг-экв/г. Кажущаяся константа рКa анионита составляет 3,16, который можно отнести к анионитам средней основности. Следует отметить, что для получения более надежных данных, потенциометрическое титрование анионита нужно проводить в неводных средах, поэтому найденное значение рКa следует считать приближенным.

IV. Заключение

Таким образом, реакцией аминолиза сшитого сополимера АН–ГТТ получен новый гранулированный сорбент с ионообменными и комплексообразующими свойствами. Методами ИК-спектроскопии, потенциометрического титрования и сканирующей электронной микроскопии установлено состав и структурные особенности нового анионита.

 

Список литературы:

  1. Салдадзе К.М., Копылова – Валова В.Д. Комплексообразующие иониты (комплекситы). – М.: Химия, 1980. – 336 с.
  2. Каттаев Н.Т., Бабаев Т.М., Мусаев У.Н. Модификации сополимеров акрилонитрила с целью получения гранулированных сорбентов // Вестник НУУз. –2005. - № 4. – с. 36-38.
  3. Каттаев Н.Т., Бабаев Т.М., Рамазанов А.Х. Исследование процесса сорбции ионов меди (II) новым комплекситом на основе акрилонитрила // Universum: Химия и биология: электрон. научн. журн. 2016. № 8 (26) . URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/3457.
  4. Азизова Х.М., Каттаев Н.Т., Бабаев Т.М. Синтез и структурная морфология сшитого сополимера акрилонитрила с гексагидро-1,3,5-триакрилилтриазином // Композиционные материалы. – 2021. - №2. – С.72-76.
  5. Бруцкус Т.К., Салдадзе К.М., Чхеидзе И.В., Гуткина Е.М. Исследование основности полифункциональных анионитов типа АН-22. // Журн. прикл. химии. – 1985. – №4. – С.122-127.
Информация об авторах

докторант Национального университета Узбекистана, Узбекистан, г. Ташкент

Doctoral student of the National University of Uzbekistan, Uzbekistan, Tashkent

д-р хим. наук, доцент кафедры «Физическая химия» Национального университета Узбекистана имени Мирзо Улугбека, Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of Chemical sciences, associate professor of the Department of Physical chemistry of the National University of Uzbekistan named after MirzoUlugbek, Uzbekistan, Tashkent

докт. хим. наук, Национальный университет Узбекистана, 100174, Узбекистан, г. Ташкент, ул. Университетская, дом № 4

Doctor of Chemical Sciences, National University of Uzbekistan, 100174, Uzbekistan, Tashkent, Universitetskaya Street, 4

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-55878 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ларионов Максим Викторович.
Top