ИК-СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ И ТЕРМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПЛЕКСНОГО СОЕДИНЕНИЯ КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩЕГО ИОНИТА С d-МЕТАЛЛАМИ

АННОТАЦИЯ

В данной работе представлена ИК-спектроскопия комплекса ионообменного ионита с катионами d-металлов на основе мочевины, формальдегида и динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты. По результатам ИК-спектроскопических и термических исследований предложены структура и реакции полученного ионита.

ABSTRACT

This paper presents the IR spectroscopy of a complex of an ion-exchange ion exchanger with d-metal cations based on urea, formaldehyde, and disodium salt of ethylenediaminetetraacetic acid. Based on the results of IR spectroscopic and thermal studies, the structure and reactions of the obtained ion exchanger are proposed.

Ключевые слова: сорбент, мочевина, формальдегид, динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, ИК спектроскопия, термические характеристики, структура.

Keywords: sorbent, urea, formaldehyde, disodium salt of ethylenediaminetetraacetic acid, IR spectroscopy, thermal characteristics, structure.

Введение. В настоящее время разработан широкий спектр ионообменных комплексообразующих полимеров и полимерных матриц. Известно, что промышленными методами получения таких сорбентов являются поликонденсация, полимеризация и сополимеризация мономеров, содержащих различные функциональные группы. [1]. Гаджиева С.Р. и другие [2] синтезировали новый полимерный лиганд путем модификации сополимера малеинового ангидрида со стиролом с рубеановой кислотой. [3] описали синтез ионообменных смол в присутствии поликонденсации о- и п-гидроксибензойных кислот в присутствии резорцина и катехолсвязывающего агента формальдегида. [4] в статье получены ионообменные полимеры на основе поликонденсации п-нитрофенола, триэтилентетрамина и формальдегида в присутствии 2 М NaOH.

Методом классической полярографии изучена сорбция ионов Pb²⁺ из растворов Pb(NO₃)₂ новой хелатирующей катионной смолой, синтезированной на основе глицидилметакрилата, метилметакрилата с нефтяным битумом и гидроксиэтилендифосфоновой кислотой [5]. В статье [6] проведен термогравиметрический анализ модифицированного сорбента, исследованы условия сорбции ионов тяжёлых металлов на модифицированном сорбенте. Изучена кинетика сорбции меди, цинка и кадмия полимерным комплексообразующем сорбентом, [7] изучены возможности получения новых хелатирующих (комплексообразующих) ионообменников на основе сополимеров глицидилметакрилата (GMA), метилметакрилата (MMA), трипропиленгликольдиакрилата (TPGDA) и комплексона оксиэтилендифосфоновой кислоты (OEDP) [8] группой авторов в исследовании, полимерная смола p-CMF-II была синтезирована конденсацией пара-крезола (p-C) и меламина (M) с формальдегидом (F) в присутствии 2 M HCl в качестве катализатора с молярным соотношением реагирующих мономеров 2: 1: 3. Смолу охарактеризовали элементным спектром, ИК- и ЯМР-спектром. Хелатно-ионно-обменные свойства этого полимера были изучены для семи ионов металлов: ионы Fe (III), Cu (II), Ni (II), Co (II), Zn (II), Cd (II) и Pb (II). В статье [9] новое хелатирующее волокно полиэтилентерефталат и тиосемикарбазид (ПЭТ-ТСК) было приготовлено с ПЭТ для быстрого удаления Hg²⁺, Cu²⁺ и Co²⁺ из воды.

Целью данной работы было изучение ИК-спектроскопических и термических свойств сорбента на основе мочевины, формальдегида и динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА).

Экспериментальная часть.

Статическая обменная емкость сорбента по меди определена по ГОСТ 20255.1-89. ИК-спектроскопические исследования проводили с использованием инфракрасного порошкового метода инфракрасного излучения IR Fourier IRTracer-100 SHIMADZU (Япония) (диапазон 400-4000 см^-1, размеры 4 см^-1). Термоаналитические исследования проводили одновременно на анализаторе Netzsch STA 409 PG (Германия), термопаре типа К (Low RG Silver) и алюминиевых тиглях. Все измерения проводились в инертной атмосфере азота при скорости потока азота 50 мл / мин. Температурный диапазон измерений 25-370 ° С, скорость нагрева 5 град / мин. Объем пробы для одного измерения 5-10 мг. Система измерения проводилась с набором стандартных веществ KNO₃, In, Bi, Sn, Zn.

ИК спектроскопические и термоаналитические исследования проводили в анализаторах в Ташкентском научно исследовательском институте химической технологии.

Результаты и их обсуждение.

Комплексообразующий ионит, карбамидоформальдегидная смола была получена модификацией динатриевой солью этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА). Синтез ионита проводили при 90–95 ° C в течение 1–1,5 ч до образования смолообразного вещества белого цвета .

Согласно полученным результатам, реакция комплексообразующего ионообменного синтеза может быть представлена следующим образом:

ИК-спектральным методом определена структура координационного соединения ионов меди (II) с ионитом синтезированным на основе мочевины, формальдегида и этилендиаминтетрауксусной кислоты динатриевой соли.

ИК-спектр сорбции синтезированного ионита ионами Cu²⁺ выглядит следующим образом: 3327 см^-1 соответствует колебаниям группы CONHR, колебания, происходящие в области 2358-2300 см^-1, указывают на присутствие R2C = NH. ⁺ группа, HOC = CH-COOR при 1633,7 см^-1, группы показали присутствие простой эфир-группы -С-O-С-O-С- на частоте колебаний 1134см^-1 , группы CH при 771 см^-1 и группы C-OH на 648 см. ^-1. (Рис 1).

Рисунок 1. ИК-спектр координационного соединения, образованного ионом МФЭДТА с ионом меди (II).

Согласно результатам анализа дифференциальной сканирующей калориметрии, изменение массы с нарушением структуры соединения при нагревании сорбента анализируется путем наблюдения различных экзотермических и эндотермических эффектов.

Рисунок 2. График ДСК-ТГ-ДТГ иона МФЭДТА.

При рассмотрении диаграмм сорбента DSK-TG-DTG наблюдается единственный эндотермический пик в интервале температур 240,5–324 ° С. Первый указывает на то, что сорбент плавится при 205 ° С. Разложение началось при 283,88 ° C. В интервале температур 207–365 ° C уменьшение массы образца составило 68,1%. Этому процессу соответствуют два эндотермических пика. Полная энтальпия распада составляет ∆Q = -694,71 Дж/г. (рис. 2).

Выводы.

Определен ИК-спектр координационного соединения синтезированного ионита с катионами d-металлов. Предложены термический анализ, структура и реакция хелатного сорбента.

Список литературы:

1. Тураев Х.Х., Эрмуратова Н.А., Чориева Н.Б., Касимов Ш.А, Йулчиева М.Г. Аминокислотлар билан модификацияланган карбамид формальдегид смолалар асосида комплекс ҳосил қилувчи сорбент синтези // Аналитик кимё фанининг долзарб муаммолари– Термиз.-2020 №. 5. – С. 264.
2. Гаджиева С. Р. и др. Сорбционное определение кобальта (II) на хелатообразующим сорбенте на основе полибутадиена //Экология и промышленность России. – 2014. – №. 7. – С. 36-37.
3. Shah B. A., Shah A. V., Tailor R. V. Characterization of hydroxybenzoic acid chelating resins: Equilibrium, kinetics, and isotherm profiles for Cd (II) and Pb (II) uptake //Journal of the Serbian Chemical Society. – 2011. – Т. 76. – №. 6. – С. 903-922.
4. Kalbende P. P., Zade A. B. Sorption Studies of Terpolymers Based on p-Nitrophenol, Triethylenetetramine, and Formaldehyde //Separation Science and Technology. – 2015. – Т. 50. – №. 7. – С. 965-974.
5. Chalov, T.K., Khakimbolatova, K.K., Kalmuratova, M., Tolemisova, D.K., Sadykov, K. A. Sorption ability of chelating cation exchangers based on glycidyl methacrylate in relation to Pb2+ ions //Chemical Journal of Kazakhstan. – 2019. -№1. – С.70-75.
6. Атаева Н. И., Татаева С. Д. Концентрирование и определение меди, цинка и кадмия хелатообразующим модифицированным сорбентом //Вестник Дагестанского государственного университета. Серия 1: Естественные науки. – 2012. – №. 1. – С.240-244.
7. Е. Е. Ергожин¹, Н. А. Бектенов², К. М. Калмуратова¹ ,*, К. А. Садыков¹ , Г. Е. Абдралиева ¹ , Ж. Н. Кайнарбаева¹. Синтез и исследование хелатообразующих ионитов на основе сополимеров эпоксиакрилатов //Chemical Journal of Kazakhstan. – 2021. . – №. 73 – С.24-31. //doi.org/10.51580/2021-1/2710-1185.02
8. Singru R. N. et al. Eco-friendly application of p-cresol–melamine–formaldehyde polymer resin as an ion-exchanger and its electrical and thermal study //Desalination. – 2010. – Т. 263. – №. 1-3. – С. 200-210.
9. Monier M., Abdel-Latif D. A. Modification and characterization of PET fibers for fast removal of Hg (II), Cu (II) and Co (II) metal ions from aqueous solutions //Journal of hazardous materials. – 2013. – Т. 250. – С. 122-130.