ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИОНОВ МЕДИ С НОВЫМ КОМПЛЕКСООБРАЗУЮЩИМ АНИОНИТОМ

STUDY OF INTERACTION OF COPPER IONS WITH A NEW COMPLEX-FORMING ANIONITE
Цитировать:
Азизова Х.М., Каттаев Н.Т., Бабаев Т.М. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИОНОВ МЕДИ С НОВЫМ КОМПЛЕКСООБРАЗУЮЩИМ АНИОНИТОМ // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2021. 12(90). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/12708 (дата обращения: 07.12.2022).
Прочитать статью:
DOI - 10.32743/UniChem.2021.90.12.12708

 

АННОТАЦИЯ

Исследован процесс взаимодействия ионов меди (II) с новым гранулированным анионитом, полученным аминолизом сшитого сополимера акрилонитрила с гексагидро-1,3,5-триакрилилтриазином под воздействием гидроксиламина. Современными методами исследования показаны структурные особенности металлополимерного комплекса, образовавшегося в процессе взаимодействия ионов меди (II) с новым гранулированным анионитом.

ABSTRACT

The process of interaction of copper (II) ions with a new granular anionite obtained by aminolysis of a cross-linked acrylonitrile copolymer with hexahydro-1,3,5-triacrylyltriazine under the influence of hydroxylamine has been studied. Using modern research methods have been shown the structural features of the metal-polymer complex formed during the interaction of copper (II) ions with a new granular anion exchanger.

 

Ключевые слова: сшитый сополимер, химическая модификация, анионит, статическая обменная емкость, структурная морфология

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

 

I. Введение

Известно, что ионообменные смолы или иониты, содержащие активные функциональные группы, способны не только к ионному обмену, но и образовывать комплексные соединения с ионами d-металлов [1-3]. В связи с чем, исследование процессов комплексообразования ионообменников с ионами металлов не теряют свою актуальность в контексте создания полимеров с контролируемый структурной архитектурой и заданными свойствами [4-6].

Целью данного исследования является изучение процесса взаимодействия нового гранулированного анионита, полученного нами ранее путем химической модификации сшитого сополимера акрилонитрила (АН) с гексагидро-1,3,5-триакрилилтриазином (ГТТ) [7], с ионами меди (II).

II. Объекты и методы исследования.

Процесс взаимодействия анионита с ионами меди (II) проводили в статических с применением модельного раствора – водного раствора сульфата меди различной концентрации. Изменение концентрации ионов меди в ходе процесса комплексообразования контролировали спектрофотометрическим методом [8].

СЭМ-исследования. Структурная морфология сорбента и его элементный состав исследовались с помощью сканирующего электронного микроскопа EVOMA 10 (Carle Zeiss, Германия), оборудованного ЭДС-спектрометром – микроаналитической системой для энерго-дисперсионного рентгеновского (ЭДС) микроанализа INCA Energy 300 (Oxford Instruments, Великобритания). Перед измерением образцы специальным образом подготовили путем нанесения тонкого слоя серебра напылением под высоким вакуумом, поскольку в непроводящих образцах исследование материалов в электронных микроскопах затруднена из-за накопления поверхностного заряда [9-10].

III. Полученные результаты и их обсуждение.

Использованный в рамках исследования гранулированный анионит (под условным обозначением АН–ГТТ–ГА), полученный полимераналогичным превращением сшитого сополимера АН-ГТТ под воздействием гидроксиламина, содержит оксимные (полигидроксамовые кислоты) функциональные группы, способные как к ионному обмену с анионами, так и к комплексообразованию с катионами металлов [11]. В реакциях комплексообразования в большинстве случаев участвует ионы d-металлов, содержащие свободные атомные орбитали, предоставляющие возможность выступать в качестве акцептора электронов.

Процесс сорбционно-ионообменного взаимодействия нового анионита с ионами меди (II) изучали на модельных растворах сульфата меди. Схематически процесс комплексообразования ионов с меди (II) с анионитом АН–ГТТ–ГА можно представить следующим образом:

Как показывают результаты, новый анионит обладает высокими сорбционными свойствами по отношению к ионам меди (II), что подтверждается многократным увеличением значения статистической обменной емкости (СОЕ) (в мг-экв/г) по ионам меди по сравнению с СОЕ анионита по 0,1 Н НCl, который составляет 2,6 мг-экв/г (таблица). Высокие значения СОЕ анионита АН-ГТТ-ГА по ионам меди (II) можно объяснить образованием специфической пористой структуры, позволяющей матрице селективно поглощать ионы данного металла в больших количествах за счет донорно-акцепторных связей и ван-дер - ваальсовых сил.

Таблица 1.

Значения СОЕ анионита АН-ГТТ-ГА по отношению к ионам меди (II) при различных температурах

C0Cu(II) (моль/л)

200С

250С

300С

0,30

6,00

9,40

11,50

0,20

5,00

6,59

7,18

0,15

4,00

4,56

4,94

0,10

3,40

3,90

4,12

0,05

2,96

3,40

3,44

0,03

1,92

2,72

2,72

 

При изучении структурных особенностей анионита после образования металл-полимерного комплекса с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), оснащенного рентгеновским микроанализатором, обнаружено появление на ЭДС спектре пика, относящегося к атомам серы. Наличие атома серы в ЭДС спектре свидетельствует о том, что в реакции комплексообразования участвуют также и сульфат ионы.

 

TemplateImage

Рисунок 1. Энерго-дисперсионный спектр (ЭДС) анионита после сорбции ионов меди (II)

 

Как показывают данные исследования структурной морфологии среза гранулы анионита после образования металл-полимерного комплекса, ионы меди (II) распределены по всему объему анионита практически равномерно, что свидетельствует о высокой пористости матрицы.

 

Рисунок 2. Микрофотография среза гранулы и распределение ионов меди (II) по профилю «центр – поверхность»

 

С помощью ЭДС-спектрометра проводили элементное профилирование, т.е. построение распределений элементов вдоль заданной линии на поверхности образца [12]. Из микрофотографий срезов гранулы, представленных на рис.2, видно, что ионы меди (II) практически повторяют профиль радиальной поверхности среза гранулы.

Структурные особенности нового анионита также исследованы после образования металл-полимерного комплекса снятием карт распределения элементов на выбранном эллипсоидальном участке, находящегося в центральной части гранулы. Построение карт распределения элементов помогает понять структурные взаимоотношения фаз различного состава, что является ключом к решению различных задач морфологии.

Из полученных ЭДС-данных можно также извлекать информацию о том, как распределены те или иные элементы по проанализированному участку, графическое отображение этой информации называется элементной картой [12]. Как можно убедиться из элементной карты (рис.3), элементы распределены равномерно по всей выбранной области. Эти данные также свидетельствует о протекании реакции комплексообразования по всему объему гранулы анионита, а также об участии в комплексообразовании не только ионов меди (II), но и сульфат-ионов.

 

Рисунок 3. Элементные карты на срезе гранулы анионита, полученные с помощью ЭДС после сорбции ионов меди (II)

 

IV. Заключение

Таким образом, исследован процесс взаимодействия нового анионита с ионами меди (II)в водном растворе сульфата меди и показаны структурные особенности гранулы анионита после образования металлополимерного комплекса. Установлено, что сорбционная способность нового анионита по отношению к ионам меди (II) в несколько раз превышает его СОЕ по 0,1 Н НCl, что свидетельствует об образовании специфической пористой структуры анионита.

 

Список литературы:

  1. Салдадзе К.М., Копылова – Валова В.Д. Комплексообразующие иониты(комплекситы). – М.: Химия, 1980. – 336 с.
  2. Grzegorz Wójcik, Violeta Neagu, Ion Bunia. Sorption studies of chromium (VI) onto new ion exchanger with tertiary amine, quaternary ammonium and ketone groups // Journal of Hazardous Materials 190 (2011) 544-552.
  3. Adriana Barsanescu, Rodica Buhaceanu, Viorica Dulman, I. Bunia; Violeta Neagu. Adsorption of Zn (II) by crosslinked acrylic copolymers with amine functional groups // Journal of Applied Polymer Science; 93 (2004) 803 – 808.
  4. Каттаев Н.Т., Бабаев Т.М., Мусаев У.Н. Модификации сополимеровакрилонитрила с целью получения гранулированных сорбентов // Вестник НУУз. –2005. - № 4. – с. 36-38.
  5. 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.
  6. Galina Veretennikova et. al. Synthesis of anion exchange materials based on acrylonitrile // Journal of Engineering and Applied Sciences, 2017, 12 (18): 4736-4739.
  7. 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.
  8. Жураев И.И., Сманова З.А., Гафурова Д.А., Шахидова Д.Н. Сорбционная фотометрия при определении ионов меди // Узбекский химический журнал, 2018, №6, - С. 75-80.
  9. Weilie Zhou. Scanning Microscopy for Nanotechnology (Techniques and Applications). / Weilie Zhou (Ed.) Zhong Lin Wang (Ed.) Springer. 2006. 522 p.
  10. Немова С.В. Подготовка образцов для просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии: новые установки от Leica Microsystems для нанесения покрытий // Наука та інновації. 2014. Т. 10. № 2. С. 55—60.
  11. Gomes; Costa; Brito; França; Marques, Mônica R. C. Development of a new ion-imprinted polymer (IIP) with Cd2+ ions based on divinylbenzene copolymers containing ami‐ doxime groups Polymer Bulletin; 77 (2020) 1969 – 1981.
  12. ООО «ТЕСКАН» Сканирующая Элнктронная Микроскопия – URL: https://tescan.ru/primenenie/akademiya-teskan/korotko-o-sem/ (дата обращения 25.11.21)
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