Исследование процесса комплексообразования ионов некоторых двухвалентных 3d-металлов синтезированном хелатообразующим сорбентом

Введение. В мире уделяется все большее внимание синтетической координационной химии, проблемам дизайна и синтезу органических лигандов, обладающих определенной стереохими­ческой архитектурой. Полимерные сорбенты являются очень важными в качестве хелатообра­зующих лигандов. Синтез полимерных лигандов, а именно хелатообразующих сорбентов, разделение с их помощью переходных металлов из растворов комплексообразующими сорбционными методами, изучение состава, строения, физико-химических свойств координационных соединений, обра­зующихся в процессе сорбции, является одной из основных задач химической промышленности.

Ряд ученых СНГ выполняли исследования по синтезу комплексообразующих сорбентов и изучению сорбции металлов с их помощью. Ученые из Уральского федерального университета под руководством Л.К. Неудачиной изучали синтез и физико-химические свойства хелатных сорбентов с функциональными группами N-арил-3-аминопро­пионовых кислот [3, с. 800-806]; ученые из Института экологической безопасности (г. Курск) под руководством Н.Н. Басаргина работали над кислотно-основными и комплексообразующими свойствами хелатных полимерных сорбентов [1, с. 305].

Использование сорбентов в процессе извлечения металлов путем комплексообразования из растворов позволяет селективно извлекать металлы в виде комплексных соединений. Поэтому необходимо провести систематическое исследование возмож­ности образования координационных соединений металлов с сорбентами и определить устойчивость полученных веществ в растворах.

Экспериментальная часть. ИК-спектры снимали на спектрометре Specord 75 IR в области 400-4000 см^-1. Образец сорбента использовали в виде прессованных таблеток с KBr. Потенциометрическое титрование сорбента и его координационные соединения с ионов двухвалентных металлов проводили на рН-метре ОР-211/1.

Соответственно, получен комплексообразующий сорбент на основе карбамида, формальдегида, гидразина гидрата. Сорбент на основе карбамида, формальдегида и гидразина гидрата (КФГГ) синтезирован в мольных соотношениях 1:2,5:1 исходных веществ при температуре 80 ^оС. По результатам элементного анализа найдено: C – 33,12%, H – 4,73%, N – 5,07%, O – 13,81%; вычислено: C – 32,78%, H – 4,92%, N – 42,98%, O – 14,03%. (C₇H₁₄N₇O₂)_n, n=850-870. В ИК-спектре в ν (NH) 3415 см^-1, d (NH)+ν (CN) 1550 см^-1, d_as (CH₂) 1437 см^-1, d_s (CH₂) 1385 см^-1, ν (C=O) 1639 см^-1, ν (C-O) 1134, 1035 см^-1 областях есть поглощение.

Результаты и их обсуждение. Активная функциональная гидразогруппа в сорбенте КФГГ имеет слабое основное свойство в отличие от аминогрупп; в слабой щелочной и нейтральной среде проявляет восстановительные свойства по отношению к металлам. В результате изучения кислотно-основных свойств сорбента стало известно, что при значении рН=3,4-3,7 среда раствора гидразогруппы протонизируется. В комплексных соединениях сорбента в области спектра при 1639 и 1550 см^-1 наблюдается понижение частот колебания на 25-32 и 22-48 см^-1. Это является свидетельством координации центрального атома через атомы кислорода карбонильных групп и через атомы азота гидразоновых групп (табл. 1).

Таблица 1.

Сдвиги в ИК-спектрах координационных соединений ионами Cu (II), Zn (II), Cd (II) с сорбента КФГГ

В результате проведенных химических исследований и ИК-спектрального анализа строение координационного соединения сорбента, образующегося с ионами металлов, можно представлять следующим образом:

М - Cu, Zn, Cd; Х - Cl^-, NO₃^-

Для определения константы устойчивости координационных соединений синтезированного хелатообразующего сорбента с некоторыми d-металлами использованы потенциометрические титрования [2, с. 46-48].

Таблица 2.

Результаты определения концентрационной константы устойчивости синтезированных координационных соединений

В таблице 2 приведены полученные эксперимен­тальные данные для вычисления константы устойчивости координационных соединений с изученными металлами, хелатным полимерным сорбентом.

Выводы. На основании данных ИК-спектро­скопии установлено: ионы Cu (II), Zn (II), Cd (II) образуют шестичленные хелатные кольца при координации карбонильных и гидразогрупп сорбента КФГГ при значении рН=3,4-3,7 среды раствора.

На основании данных потенциометрического титрования определено, что координационное соединение образованного сорбента КФГГ с ионами Zn (II) при значении рН=6,2-6,5 среды раствора имеет относительную устойчивость по сравнению с координационными соединениями сорбента КФГГ с ионами Cu (II), Cd (II).