Исследование процессов взаимодействия композиционных материалов полианилина с ионами цветных металлов в сточных водах

АННОТАЦИЯ

Исследован процесс взаимодействия гелинтерполимерных материалов с водными растворами, содержащими ионы благородных и тяжелых металлов. Выясняется, что композиционные материалы полианилина со сшитыми поликислотами в растворах образуют полимер – металл – полимерные комплексы.

ABSTRACT

The interaction process of gelinterpolymer materials with aqueous solutions containing ions of precious and heavy metals is investigated. It turns out that composite materials of polyaniline with cross-linked polyacids form polymer - metal - polymer complexes in solutions. 

Композиционные материалы  полианилина  весьма перспективны и могут занять важное место в технологии очистки промышленных вод и отходящих газов  производств, поскольку у них обнаруживает ряд свойств, которые не могут быть обеспечены другими органическими и неорганическими твердыми веществами [1]. Сорбцией называется процесс поглощения одного вещества другим, например, поглощение одной жидкостью другой или газов жидкостями. Но в большинстве случаев под этим термином понимают процесс поглощения молекул газов твердыми телами. В отличие от классических минеральных сорбентов, композиционные сорбенты в процессе сорбции, как правило, набухают, т.е. испытывают существенные возмущения, выражающиеся в изменении их объема и структуры. Эти возмущения тем больше, чем больше термодинамическое средство собрата к интерполимерному композитному сорбенту полианилина. Свободный объем, имеющийся в набухшем полимере, или в геле, как в любой жидкости, несет флуктуационный характер, поэтому его нельзя отождествлять с пористостью.

Нами было исследован процесс взаимодействия  гелинтерполимерных материалов  с водными растворами содержащих ионы  благородных и тяжелых металлов. Выясняется, что композиционные материалы полианилина  со сшитыми поликислотами  в растворах образуют полимер – металл – полимерные соединение. В результате происходит  интенсивная сорбция  ионов цветных  и  тяжелых радиоактивных   металлов вглубь гелинтерполимерного материала.

Рис.1. Зависимость изменения объемов гелинтерполиматериала от времени взаимодействия с раствором -  Cu (NO₃)₂:

1 – гель полимерной кислоты, 2 – гелинтерполиматериал

Рис.2. Зависимость уменьшения концентрации свободных ионов Cu⁺² меди во внешнем растворе в процессе взаимодействия с гелем полимерной кислоты и интерполимерным гидрогелем:

1– гель полимерной  кислоты, 2 – интерполимерный гидрогель 

При погружении интерполимерного гидрогеля в водный раствор азотнокислого меди  Сu (NO₃)₂ протекает эффективная сорбция ионов  Cu⁺² с образованием тройного интерполимерметаллического комплекса. В результате происходит сорбция металл ионов меди, наблюдается более значительное увеличение объема интерполимерного материала по сравнению ее с исходным объемом (рис.1). Эффективное сшивание интерполимерного материала можно объяснить взаимодействием с ионами меди как карбоксильных, так и аминогруппами интерполимерного материала. Из полученных данных  следует, что процесс взаимодействия гелинтерполимерного материала  с ионами меди внешнего раствора длится  в течение шести часов. В результате взаимодействия наблюдается изменение объема и цвета образуемого гелинтерполимер метального комплекса. Начальный  объем интерполимерного материала  в течение 30 минут взаимодействия  составляет 1,5 см^-3.  При завершении процесса через 6 часов объем гелинтерполимер метального материала составляет 9,3 см^-3 соответственно. Это можно объяснить образованием тройного полимер – метал – полимер комплекса. Интересно отметить, что гелинтерполиобразования способны уменьшать объем при наложении на них электрического поля. Процесс электроконтракции сопровождается выходом растворителя и сорбированного иона металла  на поверхность геля. После завершения электроконтракции гелинтерполимерный материал занимает свой исходный объем.

Можно сделать вывод, что гель композиционные материалы на основе полианилина эффективно сорбируют ионы тяжелых  радиоактивных, цветных металлов из состава загрязненных промышленных вод, после чего методом  электроконтракции можно достичь полного утилизации промышленных вод.