CC BY
88
Ионообменные полимеры на основе вторичных материальных ресурсов
Химические науки
Абдуталипова Н. М., Зайнитдинова Б. З., Турсунов Т. Т., Назирова Р. А.
Известно, что ионообменные процессы широко используются при умягчении и обессоливании воды, для очистки промышленных сточных вод от токсичных элементов, сорбции ценных микроэлементов из различных растворов, в гидрометаллургии, аналитической и препаративной химии, медицине и других областях [1].
Зачастую ионообменные полимеры получают на основе дорогого дефицитного сырья, что ограничивает возможности и сферы их применения.
С целью экономии сырья, рациональным является получение синтетических ионообменных полимеров на основе вторичных материальных ресурсов. Например, на основе фурфурола, получаемого из ежегодно возобновляемого растительного сырья (отходов хлопкоочистительного, сельскохозяйственного производства, таких как — хлопковая шелуха, гуза-пая, стержни кукурузных початков, камыша, и т.д.). Фурфурол можно получать также из отходов лесозаготовок (лесосечных отходов), лесопиления и деревообработки, составляющих от 30 до 45% объема перерабатываемой древесины [2]. Выбор фурфурола обусловлен также и другими факторами. Наличие в его структуре гетероциклического фуранового ядра позволяет получать иониты с достаточно высокими показателями химической, термической устойчивости и механической прочности [2]. При синтезе ионитов фурфурол играет роль конденсирующего агента и мостикообразова-теля, количеством которого можно регулировать степень поперечной связанности, что позволяет получать иониты с различными свойствами.
В связи с вышеизложенным, нами получен ряд ионообменных полимеров и изучены их основные физико-химические, сорбционные и комплексообра-зующие свойства [3,4,5].
Методом полимераналогичных превращений получен аминосульфатный амфолит «АНФС». На первом этапе поликонденсацией стирола с фурфуролом и по-лиэтиленполиамином (ПЭПА), получен слабоосновной анионит «АНФ», содержащий вторичные и третичные аминогруппы. Аниониты с достаточно хорошими свойствами получены при мольном соотношении стирола к фурфуролу 1:1 в присутствии 10% ПЭПА от веса исходных веществ и температуре 90 оС [3].
На втором этапе проведено сульфирование предварительно набухшего в серной кислоте анионита «АНФ». Сульфирование анионита проводили концентрированной серной кислотой, массовое соотношение серной кислоты к аниониту 6:1; время сульфирования 6 часов; температура 70оС. Полученный при этом амфолит содержит 11% серы, при обменной ёмкости по 0.1 н. раствору №ОЫ- 5.6-6.0 мг-экв/г[3].
В ходе исследований также выявлено, что полученный амфолит «АНФС» обладает повышенным сродством к ионам переходных металлов, в частности к ионам меди. Это связанно не только с тем, что атомы функциональных групп амфолита имеют непо-деленные электронные пары, т.е. являются донорами электронов, но и с образованием циклических структур в мономерном звене. Сорбция ионов переходных металлов происходит в результате одновременного образования ионной и координационной связей [4].
Таблица 1. Физико-химические и сорбционные свойства амфолитов
Наименование показателей Ед. изм. Амфолит на основе фурфурола и
стирола и ПЭПА п-амнобензойной кислоты натриевой соли п-стиролсуль-фокислоты и ПЭПА салициловой кислоты и ПЭПА
Влажность % 20.0 18.5 18.0 18.0
Насыпной вес г/мл 0.6 0.7 0.6 0.6
Удельный объем набухшего в воде амфолита мл/г 2.8 2.6-2.9 2.8 2.8
СОЕ по 0,1 н. растворам:
нa мг-экв/г 5.2 2.5-2.8 4.0 4.8
NaOH мг-экв/г 5.6-6. 4.5 5.2 3.2
CuSO4 мг-экв/г 3.20 3.32 3.00 2.00
Механическая прочность % 99.0 99.9 99.0 99.0
Наименование показателей Ед. изм. Катионит на основе
акриловой кислоты и фурфурола салициловой кислоты и фурфурола ДВБ и метакриловой кислоты, КБ-4
Насыпной вес г/мл 0.58 0.75 0.55-0.58
Удельный объем набухшего в воде амфолита
И -форма мл/г 3.6-3.8 2.5 2.5-2.3
№ — форма мл/г 5.5-5.0 — 4.0-4.2
СОЕ по 0,1 N растворам:
ЫаОИ мг-экв/г 5.8-6.5 4.6-6.7 4.5-5.0
О^О. мг-экв/г 2.8-3.0 1.62 2.1-1.8
СаС12 мг-экв/г 6.0-6.5 — 6.2-6.6
МдС12 мг-экв/г 3.2-3.0 2.8 2.8-3.0
мг-экв/г 2.8-3.5 1.08 2.6-3.0
Механическая прочность % 98 95 98
Таблица 2. Сравнительные свойства катионитов
Всероссийский журнал научных публикаций, апрель 2011
13
В табл. 1 приведены данные для сравнения полученных амфолитов с подобными марками.
Из данных табл.1 видно, что полученные ам-фолиты по своим свойствам не уступают ионитам полученным на основе фурфурола, салициловой кислоты и ПЭПА в среде диметилформамида, фурфурола и п-амнобензойной кислоты, фурфурола с натриевой солью п-стиролсульфокислоты и ПЭПА[6].
Наряду с амфотерными ионитами поликонденсацией фурфурола и акриловой кислоты синтезированы монофункциональные катиониты, содержащие только карбоксильные группы. Катиониты с оптимальными свойствами получены при мольном соотношении акриловой кислоты к фурфуролу 1:1, температуре 80 оС и количестве катализатора /пС12 0,05 молей на моль фурфурола [5].
Полученный карбоксильный катионит обладает повышенной селективностью к ионам меди, уранила и другим ионам металлов. Учитывая слабокислотный характер ионита ионообменная способность кати-онита в значительной степени зависит от величины рН-среды, а именно степень диссоциации кислотных групп растёт по мере увеличения рН [5]. Поэтому в щелочной среде комплексообразование происходит за счёт перераспределения электронной плотности и образования равноценных атомов кислорода, которые взаимодействуют с ионами переходных металлов вследствие реализации полярной ковалентной связи с образованием симметричных четырехчленных циклов [1]:
Список использованных источников
1. Салдадзе К.М., Копылова — Валова В.Д. Комплексообра-зующие иониты.- М: Химия, 1980.-336с.
2. Фатхуллаев Э., Джалилов А.Т., Минскер К.С., Марьин А.П. Комплексное использование вторичных продуктов переработки хлопчатника при получении полимерных материалов. Ташкент: Фан, 1988. 144с.
3. Абдуталипова Н.М. Поликонденсационные амфотерные ионообменные полимеры// Умидли кимёгарлар-2009: Научно-техн. конф. ТХТИ. — Ташкент, 2009. — С. 9-11
4. Абдуталипова Н.М., Турсунов Т.Т., Назирова Р.А., Муха-медова М.А. // VII Всероссийская конф. молодых учёных СГУ.- Саратов, 2010.- С.235-236.
5. Зайнитдинова Б.З., Турсунов Т.Т., Муталов Ш.А., Назирова Р.А. Исследование свойств карбоксильного катионита поликонденсационного типа. // Сб. трудов республиканской научно-техн. конф. «Технологии переработки местного сырья и продуктов» 2009. — С.22-23.
6. Назирова Р.А. Автореф. докт. дис. ТГТУ, Ташкент, 1995. — 65с.
7. Герасименко А.А., Абрамова М.А., Головин Г.С. Ионообменные смолы в пищевой промышленности. — Киев, 1962. — С.11-27.
Информация об авторах
• Абдуталипова Н.М. // соискатель кафедры промышленной экологии.
• Зайнитдинова Б.З. // старший преподаватель кафедры промышленной экологии.
• Турсунов Т.Т. // кандидат химических наук, доцент, заведующий кафедрой промышленной экологии.
• Назирова Р.А. // доктор технических наук, профессор кафедры аналитической химии ТХТИ, г. Ташкент.
Сопоставление свойств полученного катионита с известными марками приведены в табл.2
Как видно из приведённых в таблице данных, где для сравнения приведены также свойства катионита на основе салициловой кислоты и фурфурола, и катионита на основе дивинилбензола (ДВБ) и метакри-ловой кислоты, полученные катиониты не уступают промышленным маркам ионитов [7].
Таким образом, можно сделать вывод, что производство ионитов на основе фурфурола позволяет получить качественную продукцию и обеспечить повышение комплексности использования сырья.
