Состав для экстракции в водных расслаивающихся системах без органического растворителя

Изобретение относится к химии и технологии жидкостной экстракции, а именно к составу экстракции в водных расслаивающихся системах без органического растворителя. Состав представляет собой состав на основе производных антипирина и органической кислоты: вода - минеральная кислота - диантипирилметан (ДАМ) - производное сульфокислоты, причем в качестве производного сульфокислоты содержит лаурилсульфат натрия и его мольное соотношение с ДАМ изменяется от 1:1,5 до 7:13 при суммарном количестве 2,0 ммоль, при оптимальной концентрации ионов водорода в составе в интервале 0,2-0,5 моль/л. Технический результат заключается в получении состава, содержащего малотоксичные, биоразлагаемые компоненты, обеспечивающие улучшение условий труда, безопасность и снижение затрат при экстракции ионов металлов из кислых растворов. 1 ил., 8 табл., 13 пр.

 

Изобретение относится к химии и технологии жидкость-жидкостной экстракции, а именно к экстракции ионов металлов в водных расслаивающихся системах без органического растворителя. Изобретение используется для реализации экстракции в водных расслаивающихся системах с протолитическим взаимодействием компонентов при отсутствии органического растворителя, что устраняет основной недостаток экстракционного метода.

Известен состав (аналог 1): вода - антипирин - монохлоруксусная кислота, обеспечивающий экстракцию ионов металлов в системах, единственным жидким компонентом которых является вода (Петров Б.И., Рогожников С.И. Аналитическое использование экстракции элементов в расслаивающейся системе вода - антипирин - монохлоруксусная кислота // Журнал аналитическая химии. 1985. Т. 40, №2. С. 247-252). Состав содержат антипирин в качестве органического основания и монохлоруксусную кислоту в качестве органической кислоты. Способ получения состава основан на механическом смешивании антипирина и монохлоруксусной кислоты в мольных соотношениях 1:4. Реализация способа заключается в добавлении состава к водному раствору с определенным значением pH. В этих условиях наблюдается расслаивание системы на две жидкие фазы: водную и органическую, что создает условия для экстракции. Экстракция обеспечивает протекание нескольких химических реакций: сначала взаимодействие ионов металлов с антипирином с образованием катионных комплексов с последующей ассоциацией с монохлорацетат-ионами с образованием объемных ионных ассоциатов, нарушающих упорядоченную структуру воды. В связи с этим становится энергетически выгодным переход их в менее структурированную органическую фазу. Недостатком аналога 1 является существование области расслаивания в достаточно узком интервале pH; при добавлении щелочи или минеральной кислоты система становится гомогенной.

Известен состав (аналог 2) вода - антипирин - трихлоруксусная кислота (Петров Б.И., Рогожников С.И. Распределение элементов в расслаивающихся системах вода - антипирин - галогензамещенные уксусной кислоты // Известия вузов. Химия и химическая технология. 1985. Т. 28, №8. С. 40-43). Способ получения состава заключается в сливании равных объемов водных растворов 5⋅10-3 моль антипирина и 2⋅10-2 моль трихлоруксусной кислоты. Область расслоения, т.е. возможность экстракции, сохраняется при добавлении минеральных кислот, например хлороводородной или серной, до концентраций 6-8 моль/л. Недостатком аналога 2 является высокая токсичность трихлоруксусной кислоты.

Известен состав (аналог 3) на основе антипирина и сульфокислот, менее токсичных по сравнению с галогензамещенными уксусными кислотами, в частности нафталин-2-сульфокислоты (Петров Б.И., Денисова С.А., Леснов А.Е., Шестакова Г.Е. Межфазные равновесия и распределение комплексов металлов в системе вода - антипирин - нафталин-2-сульфокислота // Известия вузов. Химия и химическая технология. 1999. Т. 42, №1. С. 21-23). В результате протолитического взаимодействия антипирина с нафталин-2-сульфокислотой образуется органическая фаза, в которую извлекаются ионные ассоциаты катионных комплексов антипирина с анионом-партнером нафталин-2-сульфокислотой - C10H7O3S-. Общим недостатком аналогов является наличие в составе антипирина, являющегося монодентатным лигандом, поэтому его комплексы не отличаются высокой устойчивостью, что сокращает сферу практического приложения составов на основе антипирина.

Наиболее известен состав для экстракции ионов металлов (прототип) на основе конденсированного производного антипирина - диантипирилметана (ДАМ) и нафталин-2-сульфокислоты (Петров Б.И., Денисова С.А., Леснов А.Е., Яковлева Т.П. Применение водной расслаивающейся системы диантипирилметан - нафталин-2-сульфокислота для экстракции ионов некоторых металлов // Журнал аналитической химии. 1998. Т. 53, №3. С. 287-290). Мольное соотношение диантипирилметан - нафталин-2-сульфокислота в прототипе составляет 1:1,5 при их суммарном содержании 5,0 ммоль. Количественное извлечение Sc, Zr и Hf наблюдается при концентрации серной кислоты до 1,5 М, хлороводородной кислоты - до 2,0 М, а при извлечении Ga, Fe (III), U (VI) до 6,0 M. Недостатком прототипа является то, что входящая в состав с ДАМ нафталин-2-сульфокислота, как производное нафталина, достаточно токсична и медленно биоразлагается.

Целью настоящего изобретения является разработка состава, содержащего малотоксичные, биоразлагаемые, доступные компоненты, обеспечивающие улучшение условий труда, безопасность, снижение затрат при экстракции ионов металлов из кислых растворов. Поставленная цель достигается заменой нафталин-2-сульфокислоты лаурилсульфатом натрия. Существенными отличиями от прототипа являются снижение токсичности, стоимости, увеличение доступности кислотного компонента, расширение перечня экстракционных систем без органического растворителя. Действительно, лаурилсульфат натрия является коммерчески доступным, технология его получения хорошо отработана, он широко применяется в промышленности.

Нахождение составов для расслоения водных растворов и их практического применения для экстракции из кислых растворов.

О возможности использования лаурилсульфата натрия (ЛCNa) для расслаивания кислых водных растворов диантипирилметана (ДАМ) свидетельствует изомолярная серия ДАМ - ЛCNa при суммарном количестве компонентов 2,0 ммоль. Для этого готовят 0,2 М раствор ДАМ в 1,0 М HCl, 0,5 М раствор ЛCNa в 1,0 н. H2SO4 и сливают эти растворы в разных объемных соотношениях при общем объеме системы 10,0 мл.

Наблюдающиеся в изомолярной серии ДАМ - ЛCNa фазовые переходы зафиксированы в таблице 1.

Из таблицы 1 следует, что расслаивание происходит при мольных соотношениях ДАМ:ЛCNa от 3:1 до 1:3,45; при других соотношениях система остается гомогенной. Начало расслаивания фиксируется при мольном соотношении ДАМ:ЛCNa = 3:1. При этом объем нижней фазы равен 0,05 мл, он увеличивается до объема 0,5 мл при соотношении / ДАМ:ЛCNa = 7:3. Объем нижней фазы сохраняется в пределах 1,0 мл до мольного соотношения ДАМ:ЛCNa = 3,5:6,5, затем объем нижней фазы резко увеличивается до 1,9; 3,2; 7,6 мл, т.е. наблюдается максимальный градиент изменения объема нижней фазы в пределах изменения мольных соотношений ДАМ:ЛCNa от 3:7 до 1:4, а при соотношении, равном 1:4, система становится гомогенной. Наиболее чувствительна к изменению объема органической фазы точка с отношением ДАМ:ЛCNa = 1:3,45, в которой объем нижней фазы равен 7,6 мл. При добавлении одной капли 0,2 М раствора ДАМ ее объем уменьшается до 5,4 мл (ΔV=2,2 мл), двух капель 0,2 М раствора ДАМ до 5,0 мл (ΔV=2,6 мл). При мольном соотношении ДАМ:ЛCNa = 1:4 верхняя фаза целиком поглощается вязкой нижней фазой и система становится гомогенной. Таким образом, расслаивание сохраняется при значительном варьировании мольного соотношения между ДАМ и ЛСNa. В случае замены ДАМ диантипирилгептаном (ДАГ) выделяющаяся при введении ЛCNa вторая фаза является твердой, а не жидкой, поэтому в качестве конденсированного производного антипирина выбран ДАМ.

Нахождение оптимальных условий расслаивания.

Для практического использования экстракта, объем последнего должен быть порядка 2-3 мл. Для оптимизации процесса расслаивания рассмотрено влияние кислотности, количества и соотношений компонентов, общего объема системы на объем нижней фазы.

1) Влияние суммарного количества ДАМ и ЛСNa.

При соотношении ДАМ:ЛCNa = 1:3 суммарное число молей увеличено в 1,5 и 2 раза до 3,0 и 4,0 ммоль. Показано, что объем нижней фазы незначительно зависит от суммарного числа молей компонентов (таблица 2).

2) Влияние общего объема системы.

В мерную колбу вместимостью 100,0 мл вводились 2,5 мл 0,2 М раствора ДАМ и 3,0 мл 0,5 М раствора ЛCNa (мольное соотношение ДАМ:ЛCNa = 1:3), разбавлялись водой (4,5 мл) до общего объема 10,0 мл. После разделения фаз измерялся объем нижней фазы с помощью бумажной шкалы, наклеенной на горло колбы. Добавлялось по 10,0 мл 1,0 М раствора HCl, содержимое колбы встряхивали и измеряли объем нижней фазы после каждого увеличения объема системы на 10,0 мл (таблица 3).

Из данных таблицы 3 видно, что нижняя фаза устойчива по отношению к водному 1,0 М раствору HCl. При увеличении общего объема системы в 10 раз (от 10 до 100 мл) объем нижней фазы уменьшился в 2,5 раза, поэтому совместное введение ДАМ и ЛCNa способно вызвать расслаивание больших объемов жидких кислых проб.

3) Влияние кислотности.

Необходимым условием расслоения в системе, содержащей ДАМ и ЛCNa, является подкисление раствора минеральной кислотой для образования лаурилсерной кислоты, взаимодействующей с ДАМ.

Для рассмотрения влияния природы кислоты 0,5 М раствор ЛCNa в 1,0 н. H2SO4 заменен раствором ЛCNa такой же концентрации, но в 1,0 М HCl. Результаты представлены в таблице 4.

Сравнение данных таблицы 4 с данными таблицы 1 свидетельствует о том, что при замене 1,0 н. H2SO4 в растворе ЛCNa на 1,0 М HCl наблюдается перемещение координаты точки, отвечающей максимальному объему нижней фазы, с мольного соотношения ДАМ:ЛCNa = 1:3,45 на соотношение 1:3.

Общая кислотность также сказывается на процессе расслаивания, что показано на примерах растворов ДАМ и ЛCNa в 0,5 М HCl вместо 1,0 М HCl, а также 0,5 М водного раствора ЛCNa; ДАМ в воде малорастворим, поэтому в серии опытов с водным раствором ЛCNa использован 0,2 М раствор ДАМ в 0,5 М HCl (таблица 5).

Из таблицы 5 следует, что уменьшение кислотности сдвигает границу расслоения в сторону меньших избытков ЛCNa по отношению к ДАМ.

В случае использования растворов ДАМ и ЛCNa в 1,0 М HCl гомогенизация системы наблюдается при мольном соотношении 1:4. При использовании растворов компонентов в 0,5 М HCl гомогенизация происходит при соотношении 3:7, а если использовать водный раствор ЛCNa, то система становится гомогенной при соотношении 3,5:6,5 (1,86-кратный избыток ЛCNa). В качестве оптимальных для расслоения рекомендуются следующие условия: мольное соотношение ДАМ с ЛCNa в интервале от 1:1,5 до 7:13, при суммарном количестве компонентов 2,0 ммоль, при общей концентрации ионов водорода в интервале 0,2-0,5 моль/л, что обеспечивает эффективную экстракцию ионов металлов.

Пример 1

Использование расслаивающейся системы вода - минеральная кислота - ДАМ - ЛCNa в качестве экстракционной

В систему вода - минеральная кислота - ДАМ - ЛCNa (общий объем системы 10,0 мл) с оптимальными условиями расслаивания (4,0 мл 0,2 М раствора ДАМ в 0,5 М HCl и 2,4 мл 0,5 М водного раствора ЛCNa) вводят 0,5 мл 0,1 М раствора FeCl3. После встряхивания и разделения слоев нижняя фаза приобретает интенсивный красный цвет, а верхняя водная фаза становится бесцветной. Это свидетельствует о том, что ионы железа (III) эффективно извлекаются в образующуюся при расслаивании нижнюю фазу.

Содержание ионов железа (III) в каждой из фаз определяют комплексонометрически и затем рассчитывают степень извлечения железа в процентах. Для этого отбирают пипеткой аликвотную часть (V=5,0 мл) водной фазы, помещают в колбу для титрования; после чего нейтрализуют 2,0 М раствором NaOH до значения рН=3-4 по универсальной индикаторной бумаге, добавляют индикатор - сульфосалициловую кислоту и титруют по каплям 0,02 М раствором ЭДТА. Ввиду незначительного содержания железа в водной фазе после добавления индикатора раствор окрашивается в розоватый цвет, поэтому титрование ведут по каплям титранта до лимонно-желтой окраски.

Для титрования окрашенной в красный цвет нижней фазы ее полностью переносят в колбу для титрования и химически разрушают органические компоненты комплекса посредством мокрого озоления пробы концентрированными серной и азотной кислотами и пероксидом водорода. Упаренный до влажных солей раствор охлаждают, разбавляют водой и нейтрализуют 2,0 М раствором NaOH до значения рН=3-4 по универсальной индикаторной бумаге, добавляют индикатор - сульфосалициловую кислоту; раствор приобретает ярко-красное окрашивание комплекса ионов железа (III) с сульфосалициловой кислотой; его титруют 0,02 М раствором ЭДТА до лимонно-желтой окраски. Степень извлечения ионов железа (III) равна 96%.

Влияние соотношения ДАМ:ЛСNa и кислотности на полноту извлечения ионов железа (III) отражено в таблице 6. По данным табл. 6 видно, что степень извлечения ионов железа (III) слабо зависит от мольного соотношения ДАМ:ЛСNa и его можно варьировать от 1:1,5 до 1:3 при значительно большем влиянии общей кислотности на полноту извлечения. В связи с этим оптимальными условиями извлечения железа являются следующие: мольное отношение ДАМ:ЛСNa = 1:1,5 и общая кислотность 0,2 М по HCl.

Пример 2

Гибридное определение ионов железа (III) с использованием расслаивающейся системы вода - минеральная кислота - ДАМ - ЛCNa

Экстракционно-фотометрический метод основан на сочетании экстракции определяемого вещества с его непосредственным фотометрированием в экстракте.

В экстракционной системе вода - минеральная кислота - ДАМ - ЛСNa нижняя фаза после отстаивания становится прозрачной, поэтому ее можно фотометрировать. Между оптической плотностью экстракта и содержанием в нем ионов железа (III) наблюдается прямо пропорциональная зависимость, что позволяет построить градуировочный график и тем самым показать возможность экстракционно-фотометрического определения ионов железа (III). Для выбора светофильтра 1,0 мл 0,001 М раствора железа (III) вводился в экстракционную систему вода - минеральная кислота - ДАМ - ЛCNa общим объемом 20,0 мл. После перемешивания и отстаивания нижняя фаза помещалась в кювету толщиной 0,5 см и измерялась оптическая плотность с различными светофильтрами относительно кюветы с дистиллированной водой в качестве контрольного опыта (таблица 7).

На основании данных таблицы 7 для дальнейших измерений оптической плотности экстрактов рекомендовано использовать светофильтр с λmax 400 нм. Для построения градуировочного графика измеряют оптические плотности экстрактов, полученных при введении в расслаивающуюся систему (8,0 мл 0,2 М ДАМ в 0,5 М HCl, 4,8 мл 0,5 М ЛCNa в общем объеме 20,0 мл) соответственно 0,3; 0,5; 0,7; 0,9; 1,2; 1,5 мл 0,001 М раствора Fe3+ (таблица 8). Объем образующейся нижней фазы составляет 4,8 мл. По значениям оптических плотностей экстрактов от концентрации ионов железа (III) в них построен градуировочный график (рис. 1). Методом наименьших квадратов рассчитаны коэффициенты уравнения градуировочного графика y=0,09+0,103⋅x и средний молярный коэффициент светопоглощения комплекса 2,6⋅104, что свидетельствует о высокой чувствительности фотометрической реакции. С использованием градуировочного графика определено 39 мкг железа (III) с доверительным интервалом ±1 мкг (n=5, P=0,95).

Использование производимого в промышленных масштабах, дешевого, доступного, биоразлагаемого лаурилсульфата натрия в качестве компонента водных расслаивающихся систем повышает безопасность, экологичность экстракционных процессов, расширяет перечень экстракционных систем без органического растворителя.

Состав для экстракции в водных расслаивающихся системах без органического растворителя для использования в химии в технологии жидкостной экстракции, характеризующийся составом на основе производных антипирина и органической кислоты: вода - минеральная кислота - диантипирилметан (ДАМ) - производное сульфокислоты, отличающийся тем, что состав для экстракции в качестве производного сульфокислоты содержит лаурилсульфат натрия и его мольное соотношение с ДАМ изменяется от 1:1,5 до 7:13 при суммарном количестве 2,0 ммоль, при оптимальной концентрации ионов водорода в составе в интервале 0,2-0,5 моль/л.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к экспресс-методам определения наличия и концентрации топлива в маслах в стационарных и полевых условиях. .

Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано для решения задач обнаружения следовых количеств малолетучих (например, взрывчатых, наркотических) веществ на пальцах рук человека, подлежащего контролю, например, в составе контрольно-пропускных пунктов (КПП), порталов или турникетов.

Изобретение относится к методам исследования автомобильных топлив. .

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к микробиологии, в частности к способам консервирования диагностических препаратов. .

Изобретение относится к технике оценки качества нефтепродуктов и может быть использовано для определения фракционного состава углеводородных топлив. .

Изобретение относится к способам анализа нефтепродуктов, пеков и может быть использовано в нефтеперерабатывающей и коксохимической промышленности. .

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано в практике аналитических, агрохимических, медицинских лабораторий. Осуществляют концентрирование микроэлементов для последующего аналитического определения путем соосаждения с диантипирилметаном, образующим в системе вода - минеральная кислота - тиоцианат аммония коллектор дитиоцианат диантипирилметания.

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано в практике аналитических, агрохимических, медицинских лабораторий. Осуществляют концентрирование микроэлементов для последующего аналитического определения путем соосаждения с диантипирилметаном, образующим в системе вода - минеральная кислота - тиоцианат аммония коллектор дитиоцианат диантипирилметания.

Изобретение относится к области процессов разделения веществ. Предложен рециркуляционный способ экстракционно-хроматографического разделения смеси компонентов в устройстве с многократным контактом первой и второй жидких фаз.

Изобретение может быть использовано в аналитической химии природных вод для инструментального определения микроэлементов. Для осуществления способа группового концентрирования из кислых растворов и разделения ионов Ti, Mo, Sn, Fe к 10 мл водной фазы анализируемого кислого раствора добавляют 1 г легкоплавкого расплава ацетилсалицилата антипириния [AntH3O+]⋅[AcSal-], отделяют концентрат ионов Ti, Mo, Sn, Fe, озоляют азотной кислотой в микроволновой печи и анализируют атомно-эмиссионной спектрометрией.

Изобретение относится к получению фосфатов аммония из фосфорсодержащих растворов и, в частности, к получению фосфатов аммония из подаваемой жидкости, содержащей фосфорную кислоту.

Изобретение относится к аналитической химии, в частности, к способам извлечения солей металлов из водных растворов без органического растворителя с помощью расслаивающейся системы антипирин (АП)-вода-сульфат натрия.

Изобретение относится к области аналитической химии, в частности к способу извлечения тирозина и витамина В6 из водных растворов. Способ включает приготовление водно-солевого раствора смеси тирозина и витамина В6 путем их растворения в насыщенном растворе высаливателя, в качестве которого применяют сульфат аммония с концентрацией 15-20 мас.%, экстракцию и анализ равновесной водной фазы.

Изобретение относится к устройству многоступенчатой экстракции редкоземельных элементов. Блок экстракции "жидкость-жидкость" включает емкость экстракции/разделения, водную фазу в виде пузырьков вводят из верхнего впуска, находящегося в одной боковой стенке, и органическую фазу в виде пузырьков вводят из нижнего впуска, находящегося в упомянутой боковой стенке.

Изобретение относится к смесителю-отстойнику. Способ функционирования смесителя–отстойника включает этапы: смешивания - смешивание в каждом блоке обеспечивают турбулентными завихрениями, создаваемыми обеспеченным источником давления высоким расходом текучей среды, входящей в подающий конец для смешивания, и одновременно высоким расходом текучей среды, проходящей от блока к блоку в направлении подающего конца для перемещения, так что обеспечено перемещение плотной и легкой текучих сред от блока к блоку в направлении от подающего конца для смешивания к подающему концу для перемещения; отстаивания - отстаивание плотной текучей среды в каждом блоке обеспечивают, когда прекращен поток текучей среды в смеситель-отстойник и из него; перемещения - перемещение легкой текучей среды выполняют путем введения в смеситель-отстойник на его подающем конце для перемещения текучей среды с подходящим расходом от низкого до умеренного с обеспечением потока текучей среды в направлении подающего конца для смешивания и с перемещением легкой текучей среды в смесителе-отстойнике только от блока к блоку.

Группа изобретений относится к получению водного конденсата из воздуха и способу концентрирования примесей из воздуха, которые могут быть использованы для высокочувствительного определения примесей в воздухе при проведении экологических исследований.

Изобретение относится к экстракторам системы жидкость-жидкость для применения в биотехнологической, фармацевтической, химической, пищевой промышленности, и, в частности, может быть использовано для ускорения выделения целевых продуктов метаболизма микроорганизмов, например антибиотиков из культуральной жидкости их культивирования в процессе разделения на мембранах. Устройство для интенсификации процесса экстракции в системе жидкость-жидкость включает корпус мембранного экстрактора, внутреннюю сетчатую перегородку с мембраной, циркуляционные насосы, гидродинамические ультразвуковые излучатели, входной патрубок с краном для жидкости с экстрагируемым компонентом, выходной патрубок с краном для жидкости после экстракции из него экстрагируемого компонента и отводом патрубка для подачи жидкости на циркуляцию, входной патрубок с краном для экстрагента, выходной патрубок с краном для экстрагента с экстрактом и отводом патрубка для подачи экстрагента на циркуляцию. Технический результат - ускорение процесса мембранной экстракции. 1 ил.

Изобретение относится к химии и технологии жидкостной экстракции, а именно к составу экстракции в водных расслаивающихся системах без органического растворителя. Состав представляет собой состав на основе производных антипирина и органической кислоты: вода - минеральная кислота - диантипирилметан - производное сульфокислоты, причем в качестве производного сульфокислоты содержит лаурилсульфат натрия и его мольное соотношение с ДАМ изменяется от 1:1,5 до 7:13 при суммарном количестве 2,0 ммоль, при оптимальной концентрации ионов водорода в составе в интервале 0,2-0,5 мольл. Технический результат заключается в получении состава, содержащего малотоксичные, биоразлагаемые компоненты, обеспечивающие улучшение условий труда, безопасность и снижение затрат при экстракции ионов металлов из кислых растворов. 1 ил., 8 табл., 13 пр.

Наверх