Исследование сорбции некоторых металлов на синтезированных комплексообразующих ионитах

Введение. Непрерывное расширение областей применения ионного обмена требует от синтетиков получения та­ких ионитов, которые обладали бы селективными (из­бирательными) свойствами по отношению к извле­каемым соединениям. Такие иониты, кроме тради­ционных функциональных групп, должны содержать атомные группировки, которые способны к комплексо- образованию с поглощаемыми веществами.

Комплексообразующими свойствами обладают та­кие полимеры, функциональные группы которых мо­гут образовывать донорно-акцепторные (координа­ционные) связи с ионами, атомами или молекулами, находящимися с ними в контакте[1].

Серосодержащие полимеры с тиольными и тионными группами также относятся к ряду селективных ионитов. Они применяются для отделения катионов четвертой и пятой аналитических групп от элементов первой и второй групп. Эти иониты могут быть ис­пользованы для извлечения металлов, образующих трудно растворимые в воде сульфиды [2].

Даванков и Лауфер [3] путем поликонден­сации тиомочевины с формальдегидом и другими со­единениями синтезировали комплексо-образующие сор­бенты с высокой селективностью к благородным ме­таллам. Они были использованы для извлечения зо­лота, платины и серебра из производственных раство­ров предприятий часовой промышленности, Монетного двора, кинокопировальных фабрик.

В последние годы интенсивно исследуются синтез и свойства комплексов высокомолекулярных соединений с различными ионами металлов. Работы в этом направлении приобретают большое значение, поскольку высокомолекулярные соединения, будучи полилигандами, являются эффективными комплексообразователями и характеризуются свойствами, которые отсутствуют у комплексов низкомолекулярных лигандов. В связи с этим нами рассматриваются и обсуждаются результаты исследования ряда новых комплексообразующих ионитов на основе эпихлоргидрина, тиомочевины и меламина (2,4,6 – триамино – 1,3,5 - триазин), и их использование в процессе сорбции различных металлов – меди, кобальта, серебра из растворов.

Синтезированный нами ионит, обладает комплексообразующими свойствами и обеспечивает высокое комплексообразование по ряду элементов (Сu⁺⁺, Co⁺⁺, Ag⁺ и др.). Синтезированный ионит может быть использован в гидрометаллургии (селективностью к благородным металлам), для очистки сточных вод и в других областях ионообменных технологий.

Объекты и методы исследования. Объектом нашего исследования синтез комплексообразующий анионита на основе тиомочевина (Т), эпихлоргидрина (ЭХГ) и полиэтиленполиамина (ПЭПА) полученные поликонденсационного типа. Структура и свойства синтезированных полимерных комплексов исследованы ИК – спектроскопическим методом.

Результаты и их обсуждение. Метод ИК – спектроскопии позволил получить информацию о строении комплексных соединений, а также оценить силу связывания между лигандами и различными металлами. Характеристические полосы поглощения эпоксидных групп в области 1144 см^-1 отсутствуют. В них проявляются частоты аминогрупп в области 1616-1668-1717, 3363 см^-1. В указанных спектрах частоты   С – С связи – 975-1054, СН и СН₂ групп, относящиеся к валентным колебаниям в области 2683-2851 и 1455 см^-1, и полосы поглощения C = S (1403 см^-1) сохраняются.

Рисунок 1. ИК-спектр комплексообразующего ионита на основе эпихлоргидрина, тиомочевины и меламина

Сильные изменения при комплексообразовании испытывают такие частоты в области 1330 – 778 см^-1, которые приписываются внеплоскостным колебаниям гетероциклического кольца.

В комплексах полимера эпихлоргидрина и тиомочевины в водной среде при добавлении к смеси мономеров меламина с солями меди полоса при 1500 см-1 сдвигается на 20, 15, и 10 см^-1 соответственно в область высоких частот. Поскольку при координации азота и серы частота валентных колебаний С = N, С = S,  как правило, повышается, то эти сдвиги обусловлены образованием координационной связи С= S →M⁺² – N = C.

Таким образом, способность ионов металлов к комплексообразованию определяется величиной сдвига характеристических полос полимерного лиганда. Изменение частот колебаний NH – группы (3400 см^-1), в присутствии ионов металлов, указывает на образование координационной связи S →M – N, вследствие присутствия p и d – электронных орбиталей, а также π – электронов азота  и серы полимера.

Рисунок 2. ИК-спектр комплексообразующего анионита на основе эпихлоргидрина, тиомочевины и меламина, закомплексованного ионами меди(II)

Синтезированные иониты подвергались физико – химическим и механическим испытаниям. В настоящей работе описаны такие основные свойства ионитов, как обменная емкость, сорбционность по отношению к различным металлам (Сu⁺⁺, Co⁺⁺, Ag⁺), термическая и химическая устойчивость, набухаемость. Для оценки эффективности синтезированного нами ионита, на основе эпихлоргидрина,  тиомочевины и меламина, его сорбционные свойства сравнивали с аналогичными свойствами других ионитов данного класса.

Таблица 1.

Основные физико – химические характеристики ионитов

Т-тиомочевина, ЭХГ-эпихлоргидрин, М-меламин, Ф-формалин

Несомненный интерес представляло исследование кинетики сорбции меди, кобальта, серебра синтезированным комплексообразующим ионитом на основе эпихлоргидрина, тиомочевины и меламина (2,4,6 – триамино – 1,3,5 - триазин), и их использование в процессе сорбции из растворов этих металлов. Синтезированный ионит хорошо сорбирует ионы переходных и благородных металлов и может найти применение при сорбции металлов из растворов. Исследованные ионы, по степени сорбции, ионитом можно расположить в следующий ряд: Ag > Cu > Co.

Насыщенный медью ионит после отмывки водой десорбировали меди с помощью сернокислые растворы тиомочевины.

Заключение. Таким образом, ионит на основе эпихлоргидрина, тиомочевины и меламина является высокоэффективным сорбентом, практически полностью регенеруемым и восстанавливающим свою сорбционную способность. Испытания на износоустойчивость предлагаемого сорбента проводят в шаровой мельнице со стальными шарами прокручиванием 100 мл сорбента в течение 10 мин. Износоустойчивость (% разрушенных частиц) составляет 5,8 %. Высокие эксплуатационные качества (механическая прочность 95%, практически полная регенерируемость 8-25% - ными растворами кислот) дают возможность применять ионита для промышленной сорбции меди и серебра из растворов.