Научная статья на тему 'Сорбция платины (IV) и палладия (II) на хелатной смоле Purolite S920'

Сорбция платины (IV) и палладия (II) на хелатной смоле Purolite S920 Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
844
338
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
PLATINUM (IV) / PALLADIUM (II) / ПЛАТИНА (IV) / ПАЛЛАДИЙ (II) / СОРБЦИЯ / ХЕЛАТНАЯ СМОЛА PUROLITE S920 / ТИОМОЧЕВИННЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ГРУППЫ / SORPTION / CHELATING RESIN PUROLITE S920 / THIOUREA FUNCTIONAL GROUP

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Адеева Л. Н., Миронов А. В.

Установлены закономерности сорбции платины (IV) и палладия (II) из сульфатно-хлоридных растворов хелатной смолой Purolite S920. Показано, что емкость смолы по Pt (IV) и Pd (II) не снижается в присутствии хлориди сульфат-ионов, а также ионов титана, свинца, никеля, сурьмы, железа, меди и олова в концентрациях, на порядок превышающих концентрацию платины или палладия. Представлены данные ИК-спектроскопических исследований, свидетельствующие о координации образующихся комплексов платины (IV) и палладия (II) по атомам серы и азота на тиомочевинных функциональных группах смолы Purolite S920

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Адеева Л. Н., Миронов А. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Sorption of platinum (IV) and palladium (II) on chelating resin Purolite S

The regularities of the sorption of platinum (IV) and palladium (II) from sulfate-chloride solutions chelating resin Purolite S920 are established. It is shown that the capacity of the resin to Pt (IV) and Pd (II) is not reduced in the presence of chloride and sulfate ions and ions of titanium, lead, nickel, antimony, iron, copper and tin concentrations in the order of magnitude higher than the concentration of platinum or palladium. The data of IR spectroscopic studies show that coordination of platinum (IV) and palladium (II) complexes take place by a sulfur and nitrogen atom on thiourea functional groups of resin Purolite S920

Текст научной работы на тему «Сорбция платины (IV) и палладия (II) на хелатной смоле Purolite S920»

ХИМИЯ

Вестн. Ом. ун-та. 2013. № 4. С. 128-131.

УДК 541.183

Л.Н. Адеева, А.В. Миронов

СОРБЦИЯ ПЛАТИНЫ (IV) И ПАЛЛАДИЯ (II)

НА ХЕЛАТНОЙ СМОЛЕ РиКОЫТЕ 8920*

Установлены закономерности сорбции платины (IV) и палладия (II) из сульфатно-хлоридных растворов хелатной смолой Purolite S920. Показано, что емкость смолы по Pt (IV) и Pd (II) не снижается в присутствии хлорид- и сульфат-ионов, а также ионов титана, свинца, никеля, сурьмы, железа, меди и олова в концентрациях, на порядок превышающих концентрацию платины или палладия. Представлены данные ИК-спектроскопических исследований, свидетельствующие о координации образующихся комплексов платины (IV) и палладия (II) по атомам серы и азота на тиомочевинных функциональных группах смолы Purolite S920.

Ключевые слова: платина (IV), палладий (II), сорбция, хелатная смола Purolite S920, тиомочевинные функциональные группы.

Наиболее перспективным направлением в области концентрирования и выделения малых количеств платиновых металлов из сложных технологических растворов является применение ионообменных методов. К настоящему времени выполнено большое количество работ по извлечению платины и палладия на ионитах с различными функциональными группами [1; 2]. Актуальным остается поиск высокоселективных материалов для этой цели. Установлено, что высокую селективность проявляют иониты с хелатообразующими функциональными группами, содержащими серу [2]. В качестве такой смолы для сорбции хлоридных комплексов платины (IV) и палладия (II) нами исследовалась хелатная смола Purolite S920, содержащая тиомочевинные функциональные группы.

Целью настоящей работы является установление закономерностей сорбционного извлечения платины (IV) и палладия (II) из хлоридно-сульфатных растворов хелатной ионообменной смолой Purolite S920, а также ИК-спектроскопическое изучение механизма сорбции платины (IV) и палладия (II) на этой смоле.

Экспериментальная часть

Ионообменная смола Purolite S920, синтезированная на основе сополимера стирола и дивинилбензола, представляет собой сферические зерна светло-желтого цвета. Свойства изучаемой смолы представлены в табл. 1.

Таблица 1

Характеристики смолы Ригоіііе 8920

Ионная форма Н+

Насыпной вес, кг/л 0,70-0,73

Рабочий диапазон pH 1-13

Структура ионита макропористая

Функциональные группы тиомочевинные

Сорбционные свойства смолы по отношению к платине (IV) и палладию (II) изучались при температуре 298 К в статических условиях методом ограниченного объема. Для этого точную навеску сорбента помещали в 10,0 мл раствора заданной концентрации, где платина (IV) и палладий (II) находились в виде хлоридных комплексов. После истечения заданной продолжительности контакта фазы отделяли друг от друга декантирова-

* Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг., соглашение № 14.B37.21.1197.

© Л.Н. Адеева, А.В. Миронов, 2013

нием. Содержание платины (IV) в растворе определялось по методике с хлоридом олова (II) [3], палладия (II) - с нитрозо-р-солью [4]. Величину сорбции металла (в ммоль/г) рассчитывали по разности его содержания в растворе до и после сорбции.

ИК-спектры смолы до и после сорбции металлов регистрировали на ИК-Фурье спектрометре Spectrum One FN-IR фирмы Perkin-Elmer (США). Образцы тонко измельчали в агатовой ступке с бромидом калия, прессовали в таблетки диаметром 7 мм и снимали спектры в диапазоне волновых чисел 4000-200 см-1 с разрешением 4 см-1 и числом сканирований 32.

Результаты и их обсуждение

Установлена зависимость величин сорбции платины (IV) и палладия (II) на изучаемой смоле от рН (табл. 2). Опыты проводились при продолжительности контакта фаз 24 часа, концентрация платины (IV) составляла 1,0 мг/мл, палладия (II) - 2,0 мг/мл. Показано, что величины сорбции этих металлов в диапазоне рН 0,5-2,5 практически не зависят от кислотности среды. Дальнейшие сорбционные эксперименты проводились при pH 1.

Таблица 2 Величина сорбции платины (IV) и палладия (II) на смоле Риго№е 8920 при различных pH

рН Величина сорбции, ммоль/г

платины (IV) палладия (II)

0,5 0,95 ± 0,03 2,51 ± 0,02

1,0 0,93 ± 0,01 2,51 ± 0,02

1,5 0,92 ± 0,02 2,52 ± 0,03

2,0 0,92 ± 0,01 2,51 ± 0,02

2,5 0,91 ± 0,01 2,52 ± 0,02

Установлено время насыщения ионообменной смолы. Сорбцию проводили при pH 1, концентрация платины (IV) в исходном растворе составляла 3,0 мг/мг, палладия (II) - 2,0 мг/мл. Показано, что максимальное значение сорбции платины (IV) достигается при продолжительности контакта фаз 10 часов и составляет в статических условиях 2,35 ± 0,03 ммоль/г, а по палладию (II) насыщение достигается за 15 часов и составляет 2,60 ± 0,03 ммоль/г.

В связи с тем что сложные технологические растворы на практике содержат большое количество посторонних ионов и предлагаемые для этого процесса смолы должны быть высоко избирательными, нами на примере сорбции ионов платины (IV) проведено экспериментальное изучение влияния ряда анионов и катионов на эффективность сорбции платиновых металлов на ионообменной смоле Ригоііїе 8920.

На рис. 2 представлены зависимости величины емкости смолы по платине (IV) от содержания сульфатов и хлоридов в растворе. Опыты проводились при pH 1 в статических условиях, концентрации платины (IV) составляла 3,0 мг/мл. Увеличение концентрации хлорид-ионов вплоть до концентрации 40 мг/мл практически не уменьшает сорбцию ионов платины (IV) при совместном присутствии, а при дальнейшем повышении концентрации хлорид-ионов от 40 до 80 мг/мл вызывает некоторое снижение (на 15 %) статической емкости смолы по платине (IV). При увеличении содержания сульфат-ионов до концентрации 50 мг/мл наблюдается уменьшение емкости по платине (IV) также на 15 %.

На рис. 1 представлены изотермы сорбции платины (IV) и палладия (II) из хлорид-ных растворов на смоле Ригоііїе 8920 при pH 1. Вид изотерм отвечает механизму, описываемому уравнением Лэнгмюра. Максимальная величина сорбционной емкости смолы по ионам платины (IV) составляет 2,35 ± 0,03 ммоль/г, по палладию (II) -2,60 ± 0,03 ммоль/г.

С равн., мг/мл

Рис. 1. Изотермы сорбции платины (IV) (♦) и палладия (II) (■) на смоле Purolite S920

Концентрация примеси, мг/мл Рис. 2. Влияние хлоридов (■) и сульфатов (♦) на сорбцию платины (IV) на смоле РигоМе Б920

При изучении влияния катионов на эффективность извлечения платины растворы содержали 1,0 мг/мл Р1 (IV) и 10 мг/мл ионов постороннего металла. Установлено, что при введении в раствор ионов таких металлов, как титан, свинец, никель, сурьма, железо, медь или олово, в концентрации, на порядок превышающей концентрацию

130

Л. Н. Адеева, А. В. Миронов

Pt (IV), величина емкости ионообменной смолы Purolite S920 по платине не снижается.

Полученные результаты свидетельствуют о возможности избирательного извлечения платиновых металлов ионообменной смолой Purolite S920 из растворов сложного состава.

Для изучения механизма сорбции платины (IV) и палладия (II) из хлоридных и сульфатных растворов нами были сняты ИК-спектры смолы в области 400-4000 см-1 до и после сорбции (рис. 3-4). Анализ полученных данных показал, что в спектрах после сорбции платины (IV) и палладия (II) происходят изменения контура полос. Так, в

спектре смолы после сорбции ионов металлов происходит уширение полос в области 1600-1700 см-1, отвечающих деформационным колебаниям -МН2 групп [5].

После сорбции платины (IV) и палладия (II) полоса при 1085 см-1, отвечающая валентным колебаниям N-0^ группы, сглаживается. Данная полоса, являющаяся четко выраженной в спектре исходной смолы, претерпевает изменения, связанные с увеличением кратности связи C=N больше двух. Согласно данным [6], образование мостико-вых соединений с участием N=0-8 группы или N=0 группы приводит к образованию бидентатных соединений с металлом.

Рис. 3. ИК-спектр смолы Purolite S920

Рис. 4. ИК-спектр смолы Purolite S920 после сорбции платины (IV)

В спектрах смолы после сорбции ионов металлов наблюдается уменьшение частот валентных колебаний связи С-8 (703 см-1 и 1427 см-1). По мнению ряда авторов [5; 6], такие изменения связаны с оттягиванием валентных связей серы на металл. Приведенные выше данные свидетельствуют об участии атомов азота и серы тиомочевин-ной группы в образовании хелатных комплексов с платиной (IV) и палладием (II). В спектре смолы после сорбции платины (IV) из хлоридно-сульфатных растворов обнаруживаются полосы, относящиеся к сульфат-ионам (1111,9; 618,2; 656,2; 1051,7 см-1), что свидетельствует о сорбции сульфоком-плексов платины (IV).

ИК-спектры в области 200-400 см-1, зарегистрированные до и после сорбции ионов металлов, позволяют получить дополнительную информацию о механизме сорбции (рис. 5). Полосу, появляющуюся после сорбции ионов металлов, с максимумом 329 см-1 можно отнести к валентным колебаниям связи Р^О и Р1>С1. Характер и положение этой полосы соответствует данным [7].

ст1

Рис. 5. ИК-спектр смолы РигоШе 8920 в области частот 200-400 см-1:

1 - до сорбции палладия (II); 2 - после сорбции палладия (II)

Анализ спектров позволяет предположить механизм сорбции и состав образующихся комплексов, в которых платина (IV) и палладий (II) координируются по атомам серы и азота путем внутрисферного замещения и сохраняют связи с анионами. Так, например, для ионов палладия (II) может быть предложена следующая схема:

R—S

nh2

н

+ H2[PdCI4]

R—S—

NH,

NH

Pd

Cl, + 2HCI,

R—S—

NH,

NH

Pd

+ r-s^;

NH

NH,

R—S—

NH,

Pd

NH

NH

NH,

Выводы

1. Ионообменная смола Purolite S92Q обладает высокой сорбционной способностью по хлоридным комплексам платины (IV) и палладия (II), величина статической емкости составляет 2,35 ммоль/г и 2,6Q ммоль/г соответственно .

2. Платина (IV) и палладий (II) могут быть сорбированы из хлоридных и сульфатных растворов при pH Q,5-2,5.

3. Ионообменная смола Purolite S92Q избирательно извлекает платину (IV) и палладий (II) из растворов, содержащих хлориди сульфат-ионы, а также ионы титана, свинца, никеля, сурьмы, железа, меди и олова. Присутствие указанных посторонних ионов в концентрации, на порядок превышающей концентрацию ионов Pt (IV) и Pd (II), не снижает емкости ионита по отношению к платине и палладию.

4. Методом ИК-спектроскопии показано, что платина (IV) и палладий (II) координируются по атомам серы и азота на тиомо-чевинных функциональных группах смолы Purolite S92Q.

ЛИТЕРАТУРА

[1] Салдадзе К. М., Пашков В. А., Титов В. С. Ионообменные высокомолекулярные соединения. М. і Госхимиздат, 196Q. Эбб с.

[2] Мясоедова Г. В., Саввин С. Б. Хелатообра-зующие сорбенты. М. і Наука, 1984. 17Э с.

[3] Гинзбург С. И. Аналитическая химия платиновых металлов. М. і Наука. 1972. б1б с.

[4] Иониты. Методы определения статической обменной емкости і ГОСТ 2Q266.1-89. Введ. 1991-Q1-Q1. М. і Изд-во стандартов, 1989.

[б] Накамото К. Инфракрасные спектры неорганических и координационных соединений. М. і Мир, 19бб. C. 2Э8-2Э9.

[6] Yamaguchi A., Penland R. B., Mizushima S., Lane T. J., Columba C., Quagliano J. V. infrared Absorption Spectra of inorganic Coordination Complexes. XiV. infrared Studies of Some Metal Thiourea Complexes // J. Of Amer. Chem. Soc. 19б8. V. 8Q. № Э. P. б27-б29.

[7] Буслаев Т. М., Умрейко Д. С., Новицкий Г. Г. Химия и спектроскопия галогенидов платиновых металлов. Минск і Университетское изд-во, 199Q. 279 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.