ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ ПОЛИМЕРА НА ОСНОВЕ КУБОВЫХ ОТХОДОВ И ФУРФУРОЛЫ

АННОТАЦИЯ

Изучены сорбционные свойства фосфорнокислого катионита на основании кубовых отходов фурфурольного полимера в ряду ионов металлов – медь, никель, кобальт и др. в зависимости от рН среды, ионной формы катионита и концентрации исследуемых катионов. Показано, что приобретенный катионит может быть использован в процессах сорбции исследуемых катионов из различных вод. Получен в оптимальных условиях фосфорнокислый катионит на основе полимера, синтезированного путем поликонденсации смеси кубовых отходов и фурфурола.

ABSTRACT

Sorption properties of phosphoric acid cationite based on cubic waste of furfural polymer in a series of metal ions – copper, nickel, cobalt have been studied. Depending on the pH of the medium, the ionic form of the cationite and the concentration of the studied cations. It is shown that the acquired cationite can be used in the processes of sorption of the studied cations from various waters. Obtained under optimal conditions of phosphoric acid cationite based on a polymer synthesized by polycondensation of a mixture of cubic waste and furfural.

Ключевые слова: сорбция, ионит, избирательная сорбция, комплексообразующие свойства, диссоциация, фосфорсодержащий ионит, ионообменный полимер, механическая прочность, радиационная устойчивость.

Keywords: sorption, ionite, selective sorption, complexing properties, dissociation, phosphorus-containing ionite, ion-exchange polymer, mechanical strength, radiation resistance.

Введение. Условия процесса фосфорилирования полимера подбирали из опытов, накопленных применительно к реакции фосфорилирования низко- и высокомолекулярных соединений.

Применение ионообменных полимеров в различных отраслях промышленности требует создания ионитов, обладающих высокой термической, химической устойчивостью, стойкостью к действию ионизирующих излучений и рядом специфических свойств. Несмотря на значительное число исследований, посвященных ионообменному методу извлечения и разделения металлов, решение этой проблемы продолжает оставаться важной задачей для гидрометаллургической промышленности. Ввиду широкого применения ионообменных полимеров во многих областях народного хозяйства, науки и техники возрастают требования, предъявляемые промышленностью, к ионитам в отношении их термохимостойкости, радиационной устойчивости, механической прочности, избирательности к тем или иным ионам металлов и т.д. [4].

Целью настоящего исследования являются получение, изучение свойств и применение нового поликонденсационного фосфорнокислого катионита, полученного на основе кубовых отходов и фурфурольного полимера. Задачами исследования являются фосфо­рилирование новых кубовых отходов и фурфурольного полимера для получения фосфорнокислого катионита, исследование сорбционной способности полученного катионита по отношению к ионам натрия, калия, кальция, магния, а также ионов тяжелых металлов, исследование комплексообразующей и избирательной способности испытуемых ионитов к ионам меди, никеля, кобальта и других [5, c. 153–159].

Методом дифференциально-термического анализа исследована и изучена термостойкость полученных ионитов на воздухе, в воде, в водных растворах щелочей и кислот. Термическую устойчивость характеризовали по изменению обменной емкости, набухаемости, потере веса катионита. Для исследования термической устойчивости в воде полученных фосфорнокислых катионитов определенная навеска ионита подвергалась термообработке при температуре кипения воды в течение 30 часов.

В поисках удобного метода проведения реакции фосфорилирования синтезированного полимера реакцию проводили в среде треххлористого фосфора в присутствии алюминия хлористого при 60, 70, 80 °С. Для изучения изменения скорости процесса фосфорилирования были сняты зависимости степени превращения от времени и температуры. Были приведены кинетические кривые, при расчете которых были использованы известные зависимости скорости реакции от времени – lg (1–F)=k для пленочной и F= k(t) для гелевой кинетики (F-степень превращения реакции фосфорилирования от времени) [3].

На основании проведенных исследований влияния различных факторов на процесс сульфирования полимера на основе кубовых отходов и фурфурола установлены следующие оптимальные условия сульфирования: 1,5 весовой части кубовых отходов к одной весовой части фурфурола, продолжительность реакции – 6–7 часов, температура сульфирования – 65–70 °С, сульфирующий агент – как химически чистая концентрированная серная кислота, так и техническая серная кислота. Выявлены свойства сульфикатионитов, полученных на основе полимера, синтезированного путем поликонденсации смеси кубовых отходов, фурфурола и кубовых отходов и фурфурола в оптимальных условиях [1].

Наибольший процент фосфора у полученного полимера – Р=16,0%, набухаемость в PCl₃ 180% достигается предварительным выдерживанием полимера в РСl₃, взятом в большом избытке, в течение 1,5–2 часов, введением в смесь двух молей А1С1₃ на каждое звено полимера и нагреванием реакционной смеси при 70–75 °С в течение 8 часов. Гидролиз промежуточного соединения проводили дистиллированной водой. Полимер сохраняет первоначальную форму и вид, но приобретает способность набухать в воде на 40%, в 0,1 N растворе НС1 – на 40%, в 0,1 N растворе NaOH – на 160%, обменная емкость составляет 6,5–6,0 мг-экв/г, что соответствует содержанию фосфора 16% в полимере.

Для превращения полимерной фосфинистой кислоты в фосфиновую фосфорилированный полимер после его гидролиза окисляли, нагревая его в течение 8 часов при 50 °С в 25%-ном растворе HNO₃. Внешний вид полимера не меняется, не изменяется также в нем содержание фосфора, но обменная емкость возрастает до 7,5 мг-экв/г. Увеличивается и набухаемость полимера в воде – 130%, в 0,1N растворе НС1 – 140%, в 0,1 N растворе NaOH – 190%.

Таким образом, для реакции фосфорилирования полимера на основе кубовых отходов и фурфурола приняты оптимальные условия: время реакции фосфорилирования t=7,0–7,5 часа, температура реакции фосфорилирования – 70–75 °С, весовое отношение КО-1 и фурфурола – 1,5:1,0 [2, c. 44–46].

Свойства фосфорнокислого катионита, полученного в оптимальных условиях, приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Свойства полученного фосфорнокислого катионита

Подводя итог, можно сделать вывод, что описаны разработка и исследование технологии синтеза поликонденсационных катионитов, сульфирование, фосфорилирование полимера, изложены результаты и обсуждения исследования закономерностей реакции поликонденсации кубовых отходов и фурфурола, а также исследования реакций фосфорилирования синтезированного полимера с целью получения катионита, изложены исследования структуры и присутствие ионогенных групп в полученных катионитах. Полученные результаты подтверждают применение изученных ионообменных смол в процессах очистки промышленных и сточных вод гидрометаллургических производителей.

Список литературы:

1. Бердиева М.И. Исследование реакции сульфирования полимера на основе кубовых отходов и фурфурола // Universum. – 2016. – № 7 (25) / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/3371.
2. Бердиева М.И., Назирова Р.А., Турсунов Т.Т. Фосфолирование поликонденсационных полимеров // Химия и химическая технология. Научно-технический журнал. – Ташкент, 2014. – С. 44–46.
3. Бердиева М.И., Туробжонов.С.М., Назирова Р.А. Исследование термической устойчивости синтезированных ионитов // Universum: химия и биология: электронно научный журал. – 2016. – № 8 (26).
4. Пулатов Х.Л. Исследование сорбционной способности фосфорнокислого катионита // Auniversum: технические науки. – 2018. – № 3 (48) / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-sorbtsionnoy-sposobnosti-fosfornokislogo-kationita.
5. Фосфорнокислые катиониты поликонденсационного типа / Х.Л. Пулатов, С.М. Турабжанов, Т.Т. Турсунов, Р.А. Назирова // Современные материалы, техника и технологии. – 2016. – № 5. – С. 153–159.