ИЗУЧЕНИЕ СОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ ПОЛУЧЕННОГО ИЗ ОТХОДОВ ШУРТАНСКОГО ГХК ФОСФОРНОКИСЛОГО КАТИОНИТА ПОЛУКОНДЕНСАЦИОННОГО ТИПА

АННОТАЦИЯ

Исследованы сорбционные и десорбционные характеристики фосфорнокислого катионита, полученного на основе кубовых отходов Шуртанского газо-химического комплекса и фурфурольного полимера в ряду металлов: медь, никель, кобальт, уранил-ион в зависимости от рН-среды, ионной формы катионита, концентрации исследуемых катионов.

Исследования сорбции ионов меди и никеля из сернокислых растворов (Сисх=0,1N раствор) синтезированным катионитом в водородной форме показали, что в интервале рН=3,0-4,5 отсутствует поглощение указанных ионов, что, по-видимому, объясняется влиянием ионной формы ионита на его избирательность. Изучение сорбции ионов уранила достаточно хорошо сорбируются в интервале рН=2,5-11 в Na-форме лучше, чем в Н-форме.

Показано, что ионы меди, никеля, кобальта и уранил-иона фосфорнокислым катионитом сорбируются за счет ионного обмена и частично за счет образования координационных связей с ионогенной группой катионита. Установлено, что исследуемые катионы не одинаково сорбируются катионитом и по способности к сорбции могут быть распределены в следующем порядке: UO2+ ≥Ni2+≥ Cu2+≥ Ca2+≥ Na+. Показано, что полученный катионит может быть использован в процессах сорбции ионов меди, никеля, уранила из различных вод.

ABSTRACT

The sorption and desorption characteristics of phosphate cation exchanger obtained on the basis of bottom waste from the Shurtan gas-chemical complex and furfural polymer in the range of metals: copper, nickel, cobalt, uranyl ion, depending on the pH environment, the ionic form of the cation exchanger, and the concentration of the studied cations were studied.

Studies of the sorption of copper and nickel ions from sulfuric acid solutions (Сinitial = 0.1N solution) by the synthesized cation exchanger in hydrogen form showed that in the pH range = 3.0-4.5 there is no absorption of these ions, which is apparently due to the influence of ionic form of the ion exchanger on its selectivity. Study of sorption of uranyl ions are sorbed quite well in the pH range = 2.5-11 in the Na-form, better than in the H-form.

It has been shown that ions of copper, nickel, cobalt and uranyl ion are sorbed by phosphate cation exchanger due to ion exchange and partially due to the formation of coordination bonds with the ionogenic group of the cation exchanger. It has been established that the cations under study are not equally sorbed by the cation exchanger and, according to their ability to sorption, can be distributed in the following order: UO2+ ≥Ni2+≥ Cu2+≥ Ca2+≥ Na+. It has been shown that the resulting cation exchanger can be used in the processes of sorption of copper, nickel, and uranyl ions from various waters.

Ключевые слова: ионный обмен, сорбция, фосфорнокислый катионит, фурфурол, фосфорилирование, поликонденсация, обменная ёмкость.

Keywords: ion exchange, sorption, phosphoric acid cationite, furfural, phosphorylation, polycondensation, exchange capacity.

Введение. В последнее время в связи с развитием машиностроение гидрометаллургических и химических процессов, извлечения металлов из растворов с малой концентрацией, широкое применение находят процессы с использованием ионообменных полимеров. Сорбционное извлечение ионов меди, никеля, кобальта и уранила из технологических растворов, промывных и сточных вод является на сегодняшний день одной из актуальных проблем в областях промышленности, как химические, машиностроение и цветная металлургия. Выпускаемые промышленностью ионообменные смолы для извлечение вышеуказанных ионов металлов обладают рядом недостатков, высокой термо-химостойкостью и механической прочностью также среди которых низкая селективность, что не позволяет с достаточной эффективностью извлекать из растворов ценные компоненты. Перспективным решением этой проблемы является разработка и внедрение новых, более совершенных сорбционных ионообменных полимеров, отличающийся высокой термо-химостойкостью и механической прочностью также избирательных к тем или иным ионам металлам, практическое использование которых позволит добиться эффективного извлечения целевых компонентов из растворов самого различного солевого состава. Фосфиновокислотные катиониты, как и фосфоновокислотные, представляют практический и теоретический интерес как сорбенты с высокой комплексообразующей способностью и специфичностью сорбции поливалентных металлов [1].

Одним из важных направлений в синтезе ионитов для избирательного поглощения того или иного иона из растворов, является получение комплексообразующих фосфорсодержащих ионитов, проявляющих большую специфику в процессах сорбции [2.].

Из вышеизложенного следует, что исследования сорбции ионов металлов фосфорсодержащими ионитами представляет несомненный интерес [3]. Несмотря на высокие показатели свойств этих ионитов, до настоящего времени в Узбекистан их ввозят из стран из ближнего и дальнего зарубежья.

Целью настоящего исследования является, исследовать сорбционные свойства фосфорнокислого катионита, синтезированного нами путем фосфорилирования полимера на основе реакции поликонденсации кубовых отходов Шуртанского газо-химического комплекса и фурфурола [4].

Фосфорнокислые катиониты также обладают высокой избирательной способностью ко многим поливалентным металлам [5].

Эти иониты образуют комплексы с такими ионами так Th, U⁺⁴, UO₂⁺², Fe⁺³, Cu⁺², Ni⁺² и другие прочность которых намного выше прочности связи этих ионитов с ионами щелочных металлов. Полагают, что высокая прочность связи с вышеперечисленными ионами является следствием присоединения этих ионов к иониту не только ионной, но и координационной связью, что и придает комплексу высокую устойчивость в широком интервале рН среды [5].

На основании сказанного очевидно, что исследования взаимодействия ионов металлов с ионогенными группами фосфорнокислых катионитов представляет несомненный интерес.

Изучение механизма сорбции ионов металлов на фосфорнокислых катионитах описаны в работах [5].

Экспериментальная часть

На синтезированным фосфорнокислом катионите исследовали сорбцию ионов меди, никеля при различном значении pH среды (таблица 1) [6].

Таблица 1.

Сорбция катионов металлов полученными фосфорнокислыми катионитами

Результаты и их обсуждение

Результаты исследования сорбции ионов меди и никеля из сернокислых растворов (С_исх=0,1N раствор) синтезированным катионитом в водородной форме показали, что в интервале рН=3,0-4,5 отсутствует поглощение указанных ионов, что, по-видимому, объясняется влиянием ионной формы ионита на его избирательность [6].

Однако с повышением рН до 8,5-12,0 сорбция ионов меди и никеля резко возрастает, на фосфорнокислом катионите сорбция ионов меди доходит до
2,8-мг-экв/г, а никеля-3,2мг-экв/г. На полученном катионите в Н Na-формах была также исследована сорбция ионов уранила из растворов UO₂(CH₃COO)₂ в статических условиях. Величина сорбции ионов уранила на катионите в Н-форме составила 1,11-1,33мг-экв/г, а в Na-форме-3,11-3,33мг-экв/г. Было изучено влияние рН среди на сорбцию ионов уранила катионитом в Н и Nа-формах (таблица1).

Данные таблицы 1 свидетельствуют о влиянии природы катиона на сорбируемость. Установлено, что исследуемые катионы не одинаково сорбируются катионитом и по способности к сорбции могут быть распределены в следующем порядке:

UO²⁺ ≥Ni²⁺≥ Cu²⁺≥ Ca²⁺≥ Na⁺

Из таблицы 1 видно, что испытуемый катионит в Na-форме достаточно хорошо сорбирует уранил сорбируется наблюдается из щелочных растворов, максимальная величина сорбируемости наблюдается из щелочных растворов. Максимальная величина сорбируемости при рН>10 на катионите в Na-форме доходит до 3,33мг-экв/г.

Изучение влияние ионной формы катионита на поглощение испытуемых катионов показало, что в Na-форме катионит обладает большей сорбируемостью по сравнению с Н-форме (таблица 1). Исследование влияния рН-среды на сорбцию ионов металлов катионитом показало, что при рН=2÷5 наблюдается невысокие значения коэффициента распределения 10-120 которые с повышением рН увеличивается (таблица 1, рис. 1)

Рисунок 1. Влияние рН среды на сорбцию ионов уранила фосфорнокислым катионитом из 0.1 N раствора ацетата уранила
1-катионит в Н-форме; 2-катионит в Na-форме

Из рис.1 видно, что ионы уранила достаточно хорошо сорбируются в интервале рН=2,5-11 в Na-форме лучше, чем в Н-форме.

Исследуемый фосфорнокислый катионит обладает достаточно высокой сорбционной и десорбционной способностью к ионам испытуемых металлов. Десорбцию ионов меди и никеля проводили 1 N раствором серной кислоты.

При этом катионит, сорбировавший ион меди при промывке раствором серной кислоты выделяет 82% от общего количества сорбированной меди и 96% никеля. При десорбции уранил-иона с катионитом 0.01 N раствором азотной кислоты выделили около 28% сорбированного уранила. Обработка катионита, сорбировавшего уранил 1 N раствором соды приводит к выделению 95% уранил-иона от сорбированного количества [7].

Данные по исследованию десорбции сорбированных ионов металлов катионитом в Na-форме приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Десорбция ионов металлов из фосфорнокислого катионита

Выводы

Изучена сорбционных свойств фосфорнокислого катионита на основе кубовых отходов Шуртанского газо-химического комплекса и фурфурольного полимера, отличающийся высокими сорбционными свойствами. Исследованы сорбционные свойства полученного фосфорнокислого катионита в ряду ионов металлов – медь, никель, кобальт и уранила в зависимости от рН среды, ионной формы катионита, что изучение сорбции ионов уранила в зависимости от концентрации UO2(CH3COO)2 в интервале 0,01-0,1N растворе показало, увеличение величины сорбции уранил-иона. Катионит сорбировавший ион меди из 0,1N раствора CuSО₄ при промывки раствором серной кислоты выделяет 82% от общего количества сорбированной меди и 96% никеля.

При десорбции уранила с катионита путем обработки катионита, сорбировавшего уранил 2N раствором соды приводит к выделению 95% уранила от сорбированного количества. Полученный катионит может быть использован в процессах сорбции исследуемых катионов из различных вод.

Список литературы:

1. Радионов Б.К., Лейкин Ю.А., Смирнов А.Л., Свирский И.М. // Журн. физ. химии. 2020. Т. 94. № 4.С. 595.
2. Самсонов Г.В., Тростянская Е.Б., Елькин Г.Е. Ионный обмен. Сорбция органических веществ. - Л.: Наука., 1969. - С. 148-160.
3. Сб. статей «Ионный обмен и иониты». // Под ред. проф. Самсонова Г.В. -Л.: Наука., 1960.- .335с.
4. Синявский В.Г. Селективные иониты. К.: Техника, 1967. - С. 85-88.
5. Салдадзе К.М., Копылова-Валова В.Д. Комплексообразующие иониты.-М.:Химия, 1980.С.336.
6. Бердиева М.И.,Назирова Р.А., Юлдашев А.А.,Шарипова У., Азимов Д. Study of sorption of some metal ions by the obtained phosphoric acid cation exchanger of polycondensation type // Kimyo va kimyo texnologiyasi.-2022.-№1.-С.36-41.
7. Пулатов Х.Л., Турабжанов С.М. Сорбционные свойства ионообменных смол поликонденсационного типа // Universum.- 2016.- №12(33) / [Электронный ресурс].- Режим доступа: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/4092