ТЕРМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ИММОБИЛИЗОВАННОГО СОРБЕНТА НА ОСНОВЕ ОЛИГОМЕРА, ПОЛУЧЕННОГО ИЗ ЭХГ И МОЧЕВИНЫ

АННОТАЦИЯ

В данной работе рассмотрен термический анализ иммобилизованного сорбента на основе олигомера, полученного из эпихлоргидрина и мочевины. При термогравиметрическом анализе (ТГА) синтезированного сорбента было отмечено, что происходит три интервала интенсивной потери массы. Установлено, что 1-й интервал потери массы составляет 16,37-132,92°С, 2-й интервал потери массы 132,92-364,43°С, 3-й интервал потери массы 364,43-900°С.

ABSTRACT

In this paper, we consider the thermal analysis of an immobilized sorbent based on an oligomer obtained from epichlorohydrin and urea. In the thermogravimetric analysis (TGA) of the synthesized sorbent, it was noted that an intense weight loss occurs in the temperature range. It was found that the 1st weight loss interval is 16.37-132.92 °C, the 2nd weight loss interval is 132.92-364.43 °C, the 3rd weight loss interval is 364.43-900 °C.

Ключевые слова: Иммобилизация, мочевина, эпихлоргидрин, сорбент, термогравиметрия, силикагель, время насыщения, водный раствор.

Keywords: Immobilization, urea, epichlorohydrin, sorbent, thermogravimetric, silica gel, saturation time, aqueous solution.

Введение

Повышение производительности металлургических предприятий является одним из важных вопросов дальнейшего развития экономического потенциала Узбекистана. Это предполагает максимальное и целевое использование существующих технологических мощностей, а также новых, безотходных, экологически чистых процессов, дающих возможность комплексно извлекать ценные компоненты из руд в виде товарной продукции. В связи с этим достигнут ряд положительных результатов в плане разработки методов синтеза термически и химически устойчивых ионитов, определения их структуры, свойств и практического применения.

При поступлении тяжелых металлов и радионуклидов в окружающую среду сорбционные методы их очистки являются одним из важнейших комплексных мероприятий, направленных на ликвидацию техногенных загрязнений [1]. В зависимости от степени загрязнения и цели использования грунта могут быть реализованы разные способы сорбционной очистки. Например, при слабом загрязнении почвы, используемой для сельского хозяйства, сорбенты следует применять в глубине плодородного слоя и не отделять их от очищаемой почвы. Для этого широко используют минеральные сорбенты: глины, цеолиты, апатиты и др. [2].

В работе для извлечения ионов никеля (II) использовались иониты, содержащие фосфор. Для сорбции ионов никеля (II) использовали Ионит с полимерно-бутадиеновым каучуком, применяемый в промышленности. Ионит получали окислительным хлорфосфорилированием СКД PCl3 в присутствии кислорода с последующим гидролизом полученного продукта. Изучены кинетические закономерности сорбции ионов кобальта и никеля на фосфорсодержащем катионите. На основании полученных результатов установлено, что лимитирующей стадией процесса является внутренняя и внешняя диффузия. В то же время в общую скорость процесса вносит вклад и стадия взаимодействия сорбированных ионов с функциональными группами катионита. САС катионитных ионов никеля (II) очень мала и составляет 0,5 ммоль/г. Столь малая емкость, вероятно, связана с отсутствием в этом катионите комплексообразующих групп [3].

Загрязнение тяжелыми металлами представляет угрозу для окружающей среды и здоровья человека, поэтому эффективное удаление этих токсичных загрязнителей из различных сложных субстратов имеет большое значение. До сих пор адсорбция остается одним из наиболее эффективных методов. Металлоорганические каркасы (МОК) представляют собой пористые кристаллические материалы, состоящие из ионов металлов или кластеров металлов и органических лигандов посредством координационных связей. Благодаря большой площади поверхности, пористости и хорошей химической/термической стабильности материалы привлекли большое внимание в аналитической химии окружающей среды. Этот обзор в основном посвящен недавним исследованиям по применению MOR UiO и их композитов в качестве новых MOR, которые эффективно использовались в качестве новых адсорбирующих материалов для адсорбции и удаления различных ионов тяжелых металлов из различных образцов окружающей среды. Кроме того, подробно представлены разработки UiO–MOR и его композитов, включая методы синтеза и применения этих материалов для удаления ионов тяжелых металлов. Кроме того, обсуждались адсорбционные свойства и механизм UiO-MOR как твердых сорбентов для ионов тяжелых металлов, включая уравнение изотермы адсорбции, термодинамику и кинетику адсорбции. С этой целью также изучались направления разработки композитов на основе МОС для удаления ионов тяжелых металлов. Данный обзор служит новой идеей для изучения механизма адсорбции ионов тяжелых металлов на сорбентах и создания высокоэффективной среды для эффективного удаления загрязняющих веществ из сточных вод [4].

Поликонденсацией олигомеров ЭКСГ с аминами в присутствии аллилбромида синтезированы полифункциональные полиэлектролиты, определены оптимальные условия. Их состав и структура хорошо изучены [5]. На основе госсиполовой смолы, эпихлоргидрина и полиэтиленполиамина синтезированы ионизирующие смолы. С их помощью физико-химическими методами изучены свойства эффективной сорбции ионов цветных, благородных и тяжелых металлов из технологических растворов [6].

Экспериментальная часть

В ходе наших исследований для синтеза сорбента сначала брали высушенный силикагель, полученный на основе метасиликата натрия, в стакан и модифицировали растворенным в воде эпихлоргидрином и олигомером, синтезированным на основе мочевины. Затем сушили в сушильном шкафу до тех пор, пока масса не изменялась. Полученный сорбент представлял собой порошок светло-желтого (светло-коричневого) цвета различной крупности. Проведен термический анализ сорбента, полученного на основе силикагеля, иммобилизованного олигомером, синтезированным на основе мочевины и эпихлоргидрина. Для термогравиметрического анализа сорбента на основе эпихлоргидрина отобрали 5,368 мг и исследовали процесс в интервале температур от комнатной до 900 °С. Термогравиметрический анализ (ТГА) и дифференциальный термический анализ (ДТА) синтезированного сорбента представлены на рисунке 1 ниже.

Рисунок 1. Дериватограммы термогравиметрического (ТГА) и дифференциального термического анализа (ДТА) сорбента

Проведенные термогравиметрический (ТГА) и дифференциально-термический анализ (ДТА) сорбента, представленного на рис. 1, показывают, что термогравиметрическая (ТГА) кривая синтезированного сорбента в основном приходится на три интервала температур интенсивной потери массы. 1-й интервал потери массы соответствует температуре 16,37–132,92 °С, 2-й интервал потери массы соответствует температуре 132,92–364,43 °С, 3-й интервал потери массы соответствует температуре 364,43–900 °С. Анализ показывает, что в первом интервале наблюдается потеря массы 0,309 мг, т.е. 5,756 %, а во втором интервале потери массы  происходит интенсивный процесс распада. В этом интервале основная величина потери массы составляет 0,825 мг, т.е. 15,369 %.  Потеря массы в третьем интервале  составляет 0,520 мг, то есть 9,687 %.

Видно, что первая потеря массы связана с потерей избыточной влаги и воды, сорбированной сорбентом. На второй основной стадии разложения начинают выделяться аммиак и углекислый газ за счет разложения аминогрупп и других групп сорбента. Это связано с полным разложением органического вещества в иммобилизованном сорбенте. На третьем этапе разложения происходит потеря массы в результате распада гидроксильных групп, связанных с кремнием в сорбенте. Дифференциальный термический анализ синтезированного сорбента представлен на рис 1. При дифференциально-термическом анализе синтезированного сорбента поглощение энергии происходит при температурах 187,16 °С и 527,79 °С. Энерговыделение происходит при температурах 495,49 °С и 614,4 °С.

Анализ результатов термического разложения вещества при различных температурах приведен в таблице 1

Таблица 1.

Анализ результатов кривых ТГА и ДТА сорбента на основе мочевины с эпихлоргидрином

Вывод

Изучены условия процесса производства сорбента на основе эпихлоргидрина, согласно которым можно наблюдать разложение сорбента в интервале температур 132,92–364,43 °С. Это позволяет синтезированному сорбенту на высоком уровне сорбировать ионы металлов из растворов в интервале температур 130-140 °С. Учитывая, что температура в водных растворах не превышает 100 °С, синтезированный сорбент обладает высокими сорбционными свойствами даже в горячих растворах.

Список литературы:

1. Ергожин Е.Е. Достижения в области фундаментальных и прикладных исследований по химии ионного обмена и мембранных технологий за 20 лет независимости Республики Казахстан // Докл. НАН РК. 2011. №6. С.32—41.
2. Трошкина И.Д., Веселова О.А., Вацура Ф.Я., Захарьян С.В., Серикбай А.У. Сорбция рения из сернокислых растворов импрегнатами, содержащими триалкиламин. Известия вузов. Цветная металлургия. 2017;(5):42-49. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2017-5-42-49
3. Эшкурбонов Ф.Б., Джалилов А.Т. Исследование сорбционных свойств полученного ионита на основе гидролизованного полиакрилонитрила // Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн.
4. Jing Ru, Xuemei Wang, Fangbing Wang, Xinglan Cui, Xinzhen Du, Xiaoquan Lu,//UiO series of metal-organic frameworks composites as advanced sorbents for the removal of heavy metal ions: Synthesis, applications and adsorption mechanism,//Ecotoxicology and Environmental Safety,Volu
5. Эргожин Е. Е., Чалов Т. К., Рожкова А. Г., Искакова Р. А. Полифункциональные иониты на основе олигомера эпихлоргидрина // Ж. Прикл. Химии. – М.: - 2005, №10. Т.78 – С.1629-1633.
6. Таджиходжаев З.А. Разработка ионообменных и композиционных материалов многофункционального назначения на основе вторичных продуктов производств и технологии их получения // Диссертация доктор. тех. наук. – Т.: - 2002. – С. 185-203.