Сорбционное концентрирование ионов меди

The sorptive concentration of cuprum ions
Цитировать:
Жураев И.И., Сманова З.А. Сорбционное концентрирование ионов меди // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2018. № 8 (50). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/6219 (дата обращения: 04.12.2022).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

Синтезирован новый реагент 1-(2-пиридилазо)-2оксинафталин-6-сульфокислый натрий, который использован в качестве аналитического реагента на ионы меди (II). Строение синтезированного реагента и полученного комплекса изучено методами ПМР- и ИК- спектроскопии. Показана возможность его использования для иммобилизации на волокнистых носителях и применения в качестве специфического аналитического реагента для определения ионов металлов, в частности для определения ионов меди. Предложена методика десорбции меди (II) с носителя. Найдены оптимальные условия иммобилизации и комплексообразования. Найдены физико-химические свойства, результаты обработаны методом математической статистики и приведены данные по применению в анализе.

ABSTRACT

New reagent 1- (2-pyridylazo) -2-hydroxynaphthalene-6-sulfonic acid sodium whit was used as analytical reagent on copper (II) ins. His structure was studied by the methods of PMR and IR spectroscopy. It is shown that it can be used for immobilization on fibrous carriers and as a specific analytical reagent for the determination of metal ions in particular for the determination of copper ions. A method for the determination of copper (II) in wastewater is proposed. The simple and express method of photometric determination copper (II) by using of 1- (2-pyridylazo)-2-hydroxynaphthalene-6-sulfonic acid sodium was proposed. Optimal conditions of copper (II) determination were determined. Physico-chemicals parameters, obtained statistical results are presented. The alaborated method was used, to for analysis of copper (II) in industrial sam.

 

Ключевые слова: аналитический реагент, 1-(2-пиридилазо)-2оксинафталин-6-сульфокислый натрий, иммобилизация, сорбционная спектроскопия, ионы меди (II).

Keywords: analytical reagent, sodium salt of 1-(2-pyridylazo)-2-hydroxynaphthalene-6-sulfonic acid, immobilization, sorption spectroscopy, copper (II) ions.

 

В аналитической химии хелатообразующие сорбенты находят применение, главным образом, для избирательного концентрирования ионов металлов. Концентрирование элементов является необходимой стадией перед их определением при анализе различных природных и промышленных объектов, пород, руд, морской и других типов вод [1; 2].

Широкое распространение получило сорбционное концентрирование, особенно в практике неорганического анализа, где применяют различного типа комплексообразующие сорбенты [3; 4].

К настоящему времени получено и успешно используется для синтетических целей большое число реагентов на полимерных носителях, причем как ионных, так и ковалентных типов [5-7]. Такие реагенты, как правило, бывают сравнительно дорогими и поэтому важно, что полимеры такой природы могли быть легко синтезируемы и использованы повторно. Тем не менее, нет сомнений в том, что реагенты на полимерных носителях в будущем будут значительно лучше изучены, поскольку они становятся более важными и необходимыми, для легкого выделения и их повторного использования.

На кафедре аналитической химии НУУз в последние годы ведутся исследования в области синтеза и использования волокнистых сорбентов с иммобилизованными на них различными органическими реагентами, для разделения и концентрирования :ионов различных металлов [8-10].

В работе синтезирован реагент 1-(2-пиридилазо)-2оксинафталин-6-сульфокислый натрий (ПАР-соль), сочетанием диазотированного 2-аминопиридина с 2-оксинафталин-3,6-дисульфокислотой в ДМФА. Реагент очищали перекристаллизацией. Выход реагента составил 57,4 % от теоретически ожидаемого. Индивидуальность вещества была доказана методом тонкослойной хроматографии на пластинке Silufol (бутанол-хлоро-водородная кислота-вода (1:0,5:1) Rf = 0,64.

Структура синтезированного реагента была доказана данными ИК- и ПМР-спектроскопии. Изучение ИК-спектров реагента 1-(2-пиридилазо)-2оксинафталин-6-сульфокислого натрия показало, что в области υС=O = 3023,64 – 2886,82 см-1; υс=c = 1585,46-1644,83 cм-1; δN=O = 1464,84-1621,56 см-1; υС-N = 1070,65 cм-1 – появляются валентные колебания, характерные для СО, ароматической С=С, N=O, интенсивная полоса C-N групп соответственно. Также наблюдаются колебания, характерные для ароматических оксимов в области υ= 1644,83 см-1; при 875, 765 см-1 - колебания С-Н связей 1,2,4-замещённых ароматических ядер и полосы υСН = 3003,64-3062 см-1, характерные для аренов [13, 14].

В ПМР спектре 1-(2-пиридилазо)-2оксинафталин-6-сульфокислого натрия наблюдали 7 сигналов протонов 8,25 м.д. (1), 7,65 м.д. (2), 7,3 м.д. (3), 1,5  м.д. (4), 5,35 м.д. (5), 2,75 м.д. (6), 2,0 м. д. (7).

В данной работе проведено изучение сорбции меди (II) 1-(2-пиридилазо)-2оксинафталин-6-сульфокислым натрием, иммобилизованным на волокнистый сорбент, на основе полиакрилонитрила, имеющего в своем составе анионообменные группы. Иммобилизацию реагента на полимерный носитель проводили по методике [15].

Для возможности сорбции ионов меди на данной навеске полимера (0,1 г) из различных объемов раствора, содержащих 100 мкг/см3 меди (II), проводили изучение сорбции от объема следующим образом. В стакан вводили 10 см3 стандартного раствора меди (II) ( 100 мкг/см3 ), с исходным значением рН=5,20 и различные объемы воды. Сорбцию проводили при перемешивании на магнитной мешалке. После сорбции раствор отделяли от волокна и выпаривали, охлаждали и переносили в колбу на 100 см3. Из колбы брали аликвоту (5 см3) в делительную воронку, вводили 3 см3 ацетатного буфера с рН = 4,1 и диэтилдитиокарбамата свинца в хлороформе (6 см3), экстрaгировали. Измеряли оптическую плотность органической фазы на КФК-3, l = 1 см, λ = 440 нм. По данной методике можно проводить концентрирование ионов меди (П) из различных объемов воды. Но некоторые расхождения в результатах зависят от неоднородности распределения функциональных групп в объеме полимера.

Изучены оптимальные условия проведения сорбции в статических и динамических условиях. При исследовании влияния рН на сорбцию меди (II) установлено, что иммобилизованный сорбент количественно извлекает медь (II) в широкой области рН от 3,0-7,7 до 96-97%. Для определения максимального значения СОЕ по меди проведены эксперименты при постепенном увеличении содержания меди в растворе путем повышения его объёма.. Значение СОЕ увеличивается с увеличением объема стандартного раствора меди (II) и насыщается, начиная с количества 50 мл стандартного раствора данных ионов. Максимальное значение СОЕ по меди составляет 43,10.

Одним из наиболее важных моментов при изучении сорбционных процессов является правильный выбор элюентов. В качестве элюентов для исследования десорбции меди были испытаны растворы азотной кислоты, гидроксиды натрия и аммиака раз­личной концентрации. Время десорбции 24 часа. Для проведения опытов использовали 0,05 М; 0,1 М; 0,5 М; 1 М; 5 М; 10 М растворы НNO3, NН4ОН, NaОН. Объём приливаемых эллюентов был постоянен - 5 см3. Концентрацию меди (II) в элюате определяли с помощью Рb (ДДТК) в СНСI­3 во всем обьеме раствора, который предварительно переносили в колбу на 100 см3 и доводили до метки водой.

Установлено,что наиболее эффективно десорбция протекает при элюировании 0,5 М раствором НNO3. Объём 5 см3 элюента обеспечил полноту десорбции меди.

Для прогнозирования применимости сорбента в той или иной области изучают его физико-химические свойства, из которых основными являются кислотно-основные свойства, сорбционная емкость, селективность сорбционного процесса, кинетические свойства сорбента, его набухаемость и возмож­ность многократного применения.

Нами была изучена возможность многократного использования сорбента в динамических условиях.

В хроматографическую колонку диаметром 1,5 см помещали 0,5 г волокна. Высота столба волокна в колонке 3,5 см. Затем пропускали 20 см3 стандартного раствора меди (II) с концентрацией 100 мкг/см3. Параллельно запол­няли 5 колонок. Концентрацию меди (II) до и после сорбции контролировали по водной фазе, используя реакцию меди (II) с диэтиддитиокарбаматом свинца в хлороформе экстракционно - фотометрическим методом. Содержание меди (II) в фазе сорбент находили по разности между исходной и равновесной концентрации меди (II) в водной фазе (таблица).

Полученные результаты показывают, что для десорбции ионов меди (II) с волокна пригодны как 0,5 М НNO3, так и 0,1 M H2SO­­4; 0,1 М НСI. Десорбция идет на 90-100 %. В статических условиях изучена десорбция меди с взятых для десорбции растворов NH4OH, HNO3, NaOH самым эффективным десорбентом оказалась 0,5 М растворов HNO3. Десорбция проходила на 100%. Максимальная сорбция по меди (II) достигает в статических условиях 43,10 мг/г или 0,67 ммоль/г.

При проверке возможности многократного использования, в динамических условиях, установлено, что 0,5 М HNO3 0,1 М H2SO4, 0,1 M HCI являются хорошими десорбентами ионов меди(П) с волокна, десорбция проходит на 90-100%. Следовательно, для регенерации сорбента, т. е. для возвращения отработанному волокну исходных качеств, требуется дополнительная обработка. Благодаря концентрированию предел обнаружения предлагаемого метода для последующего определения меди можно уменьшить на 2 - 3 порядка.

В оптимальных условиях сорбции величина объёма анализируемого раствора до I дм3 и более не влияет на степень извлечения меди. Коэффициент концентрирования с увеличением объёма линейно увеличивается и равен 200 для 1 дм3 исходного раствора.

Эффективнее проводить концентрирование в динамическом режиме. Это позволяет концентрировать ионы меди из больших объемов. Методика концентрирования отличается простотой, |экспресностью и возможностью выполнения в полевых условиях. Степень извлечения ионов меди (II) 100%.

Таким образом, анализ данных показывает возможность избирательного извлечения меди, высокие коэффициенты распределения при сорбции, хорошие кинетические характеристики сорбентов дают возможность применять комллексообразующие сорбенты для концентрирования элементов из растворов сложного состава, для извлечения из больших объемов.

Таблица 1.

Регенерация волокна

 

Список литературы:
1. 1.Андреева И.Ю., Германова И.Ф., Поливанова Н.П., Данилова Е.Я. Групповое концентрирование ионов тяжелых металлов с помощью волокон - ионитов на основе полиакрилонитрила //ЛГУ.I990, № 3 с, 57-61.
2. Малофеева Г.И., Петрухин О.Г. Половинкина Г.М. и др. Гетероцепные азотсодержащие полимеры в каче-стве сорбентов// Журнал аналитической химии. 1987, 42, № 7, с. 1204.
3. Саввин С.Б. Модифицированные и иммобилизованные органические реагенты. // Журн.аналит.химии. 1996, Т.51, № 1, С. 49-56.
4. Май До Тхюи, Михаленко И.И. Адсорбция красителей на углеродных материалах с нанесенными ионами серебра, меди и золота // Успехи в химии и химической технологии. Том XXVII. 2013. №6, С.54-57.
5. Запорожец О.А. Иммобилизация реагентов на поверхности носителей. О.А. Запорожец, О.М. Гавер, В.В. Сухан // Успехи химии. - 1997. Т 66, № 7, С. 702-712.
6. Костенко Е.Е. Сорбційно-спектрофотометричне визначення Fe(III) с хромазуролом S // Укр. Хим. Журн. – 2009. – Т. 75, №4. – с. 107-112.
7. Амелин В.Г., Ганькова О.Б. Фенолкарбоновые кислоты трифенилметанового ряда, иммобилизованные на тканях из искусственных и натуральных волокон, для тест-определения алюминия, бериллия и катионных ПАВ // Журн. аналит. хим. – 2007. – Т. 62, №3. –С. 318-323.
8. Сманова З.А. Иммобилизация, как способ улучшения аналитических характеристик органических реаген-тов //Узб. хим. журн. 2009. №4. С.72-76.
9. Сманова З.А. Иммобилизованные реагенты для определения тяжелых и токсичных металлов //Доклады АН РУз. 2011. № 5, С. 58-60.
10. Yangibayev Azim, Yakhshieva Khurniso, Raximov Samariddin Chemism of complex formation of pyridine and anabasine dyes// Austrian Journal of Technical and Natural Sciences Scientific journal № 1–2 2017 (January–Febr), Р. 132-134
11. Парпиев Н.А., Сманова З.А. Тест-методы определения металлов иммобилизованными азореагентами // Доклады АН РУз. 2009. № 5, С. 58-60.
12. Сманова З.А., Гафурова Д.А., Савчков А.В. 1-(2-пиридил-азо)-2-оксинафталин-3,6-дисульфокислый натрий иммобилизованный реагент для определения железа// ЖОХ. Санкт-Петербург, 2011. - № 4.-С. 648-651.
13. Беллами Л. Новые данные по ИК-спектрам сложных молекул. М.: Мир 1971. - 318 с.
14. Казицина Л.А., Куплетская Н.Б. Применение УФ-, ИК-, ЯМР-спектроскопии в органической химии. М.: Высш. шк., 1971. - С. 214-234.
15. Сманова З.А., Янгибаев А.Э., Жураев И.И. Сорбционно-спектрофотометрические методы определения меди и свинца с иммобилизованным реагентом // Вестник НУУз, 2016, № 3/2, c. 295-298.

 

Информация об авторах

преподаватель, соискатель химического факультета НУУз им. Мирзо Улугбека, Академический лицей № 2 при Бухарском Медицинском институте, 100174, Республика Узбекистан, г. Ташкент, Вузгородок НУУз

Lecturer, degree-seeking student, Chemistry Department, National University of Uzbekistan named after Mirzo Ulugbek, Lecturer, Academic Lyceum №2 at Bukhara Medical Institute, 100174, Uzbekistan, Tashkent, Vuzgorodok NUUz

д-р хим. наук, профессор, заведующий кафедрой аналитической химии Национального университета Узбекистана имена М. Улугбека, Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of chemical sciences, professor, Head of the Department of Analytical Chemistry Uzbekistan National University named after Mirza Ulugbek, Uzbekistan, Tashkent

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