CC BY
29
Сведения об авторах
Игин Владимир Васильевич
начальник отдела серной кислоты, кандидат технических наук, Научно-исследовательский институт по удобрениям и инсектофунгицидам им. профессора Я. В. Самойлова, г. Череповец, Россия, [email protected] Зеленова-Гюльалиева Марина Александровна
аспирант, Череповецкий государственный университет, г. Череповец; научный сотрудник отдела серной кислоты, Научно-исследовательский институт по удобрениям и инсектофунгицидам им. профессора Я. В. Самойлова, г. Череповец, Россия, [email protected] Аксенчик Константин Васильевич
доцент кафедры химических технологий, кандидат технических наук, Череповецкий государственный университет, г. Череповец, Россия, [email protected]
Igin Vladimir Vasilievich
Head of Sulfuric Acid Department, PhD (Engineering), Y. Samoilov Research Institute of Fertilizers and Insectofungicides, Cherepovets, Russia, [email protected] Zelenova-Gyulalieva Marina Alexandrovna
Postgraduate, Cherepovets State University, Cherepovets, Russia, Researcher at Sulfuric Acid Department, Y. Samoilov Research Institute of Fertilizers and Insectofungicides, Cherepovets, Russia, [email protected] Aksenchik Konstantin Vasilievich
Associate Professor, Department of Chemical Technologies, PhD (Engineering), Cherepovets State University, Cherepovets, Russia, [email protected]
DOI: 10.37614/2307-5252.2020.3.4.015 УДК 542.61
ЭКСТРАКЦИЯ Fe (III) И Zn (II) ИОННЫМИ ЖИДКОСТЯМИ В СИСТЕМЕ НА ОСНОВЕ ПОЛИПРОПИЛЕНГЛИКОЛЯ 425 И ХЛОРИДА НАТРИЯ
И. В. Зиновьева, М. И. Федорова, Ю. А. Заходяева, А. А. Вошкин
Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН, Москва, Россия Аннотация
Представлены результаты экспериментальных исследований экстракции Fe (III) и Zn (II) ионными жидкостями на основе хлорида и роданида триоктилметиламмония в двухфазной водной системе на основе полипропиленгликоля 425 и хлорида натрия. Из полученных результатов сделан вывод, что данные экстрагенты эффективны для извлечения металлов из водных растворов, а двухфазные водные системы представляют собой «зеленую» альтернативу традиционным экстракционным системам. Ключевые слова:
жидкостная экстракция, двухфазные водные системы, ионные жидкости, соли металлов, коэффициент распределения.
EXTRACTION OF Fe (III) AND Zn (II) BY IONIC LIQUIDS IN A SYSTEM BASED ON POLYPROPYLENE GLYCOL 425 AND SODIUM CHLORIDE
I. V. Zinov'eva, M. I. Fedorova, Yu. A. Zakhodyaeva, A.A. Voshkin
Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
Abstract
This work presents the experimental study results of Fe (III) and Zn (II) extraction by ionic liquids based on trioctylmethylammonium chloride and rhodanide in an aqueous two-phase system based on polypropylene glycol 425 and sodium chloride. Based on the results obtained, it was concluded that these extractants are effective for the extraction of metals from aqueous solutions, and aqueous two-phase systems represent a "green" alternative to traditional extraction systems. Keywords:
liquid-liquid extraction, aqueous two-phase system, ionic liquids, metal salts, distribution coefficient.
Технический прогресс, интенсивные маркетинговые и рекламные стратегии, увеличение потребительского спроса привели к стремительному обороту электронного и электротехнического оборудования. В результате в мире ежегодно образуется большое количество отходов, которые представляют собой важную проблему из-за присущих им внутренней токсичности и потенциального воздействия на окружающую среду и требуют грамотной утилизации. Более того, отходы электроники также представляют собой важный вторичный источник элементов, имеющих большое значение. Основными составляющими многих продуктов электронных устройств, в частности в сфере информационных технологий, и коммуникационного оборудования являются ценные металлы, которые играют важную роль в нашей повседневной жизни ^е, №, Al, Zn, Со, редкоземельные элементы, драгметаллы и др.) [1-3].
В настоящее время в промышленности преобладает гидрометаллургический метод извлечения металлов из растворов сложного состава. Проведение процесса при низких температурах и возможность регенерации реагентов — основные преимущества гидрометаллургии. Сегодня экстракционные процессы занимают значительное место в решении задач современной химии и технологии при разработке экологически безопасных методов выделения и разделения металлов [4]. Двухфазные водные системы на основе безопасных водорастворимых полимеров, представляющих отличную альтернативу токсичным органическим растворителям, показали себя как хороший вариант экстракционных систем для извлечения ценных металлов из растворов выщелачивания отходов электроники (аккумуляторы, батарейки) [5-7]. Для увеличения эффективности экстракции металлов в двухфазные водные системы вводят дополнительные органические или неорагнические экстрагенты (иодид-ионы, ПАР, дитизон, арсеназо III, 8-оксихинолин, ионные жидкости и др.) [8-10]. Из-за высокой экстракционной способности по отношению к Fe (III) и Zn (II) особый интерес представляют ионные жидкости на основе роданида и хлорида четвертичных аммониевых оснований (ЧАО).
Так, нашей научной группой проводится исследование по введению хлорида и роданида триоктилметиламмония в «зеленую» двухфазную водную систему полиэтиленгликоль 425 (ППГ 425) — хлорид натрия — вода. В настоящей работе представлены результаты экспериментальных исследований экстракционного извлечения Fe (III) и Zn (II) из хлоридных растворов в системе ППГ 425 (30 мас. %) — №0 (8 мас. %) — H2O. Были установлены зависимости коэффициентов распределения Fe (III) и Zn (II) в исследуемой экстракционной системе от содержания хлорида и роданида триоктилметиламмония (рис. 1, 2).
Рис. 1. Влияние концентрации хлорида триоктилметиламмония на извлечение ионов Fe (III) и 2п (II) в системе с полипропиленгликолем 425 и хлоридом натрия
D 240
200
120
160
40
80
0
л Fe (III)
oZn Ш)
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 [R4NSCN]„0, ф, моль/л
Рис. 2. Влияние концентрации роданида триоктилметиламмония на извлечение ионов Бе (III) и 2и (II) в системе с полипропиленгликолем 425 и хлоридом натрия
Как видно, введение в экстракционную систему хлорида триоктилметиламмония приводит к увеличению значений коэффициентов распределения ионов Бе3+ и 2и2+. Образуя хлоридные анионные комплексы, металлы извлекаются в верхнюю фазу по анионнообменному механизму. При достижении содержания ионной жидкости в системе 0,35 моль/л происходит количественное извлечение металлов в полимерную фазу (Е > 98 %).
В случае экстракции исследуемых металлов роданидом триоктилметиламмония в двухфазной водной системе значения коэффициентов распределения в два раза выше, чем в системе с хлоридом ЧАО. При этом концентрация ионной жидкости составляет ~ 0,25 моль/л.
Таким образом, изучена экстракция ионов переходных металлов из хлоридных растворов с использованием полипропиленгликоля 425, выступающего в качестве замены органическим растворителям. Предложенная система может быть использована для эффективного извлечения ионов металлов из водных растворов.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-29-24170, а также при финансовой поддержке РФФИ и Правительства Москвы в рамках научного проекта № 19-33-70011.
1. Zhang L., Xu Z. A review of current progress of recycling technologies for metals from waste electrical and electronic equipment // J. Clean. Prod. 2016. Vol. 127. P. 19.
2. Karmakar R., Sen K. Aqueous biphasic extraction of metal ions: An alternative technology for metal regeneration // J. Molec. Liq. 2019. Vol. 273. P. 231.
3. Recovery of metals from waste electrical and electronic equipment (WEEE) using unconventional solvents based on ionic liquids / N. Schaeffer et al. // Crit. Rev. Environ. Sci. Technol. 2018. Vol. 48. P. 859-922.
4. Aqueous two-phase systems: Towards novel and more disruptive applications / A. P. Joäo et al. // Fluid Phase Equilib. 2020. Vol. 505. Article 112341.
5. Extraction separation of the components of leach liquors of batteries / Y. A. Zakhodyaeva et al. // Theor. Found. Chem. Eng. 2017. Vol. 57. P. 883.
6. Complex extraction of metals in an aqueous two-phase system based on poly(ethylene oxide) 1500 and sodium nitrate / Yu. A. Zakhodyaeva et al. // Molecules. 2019. Vol. 24, No. 2. Article 24224078.
7. A comparative study on extraction of Fe (III) from chloride leach liquor using TBP, Cyanex 921 and Cyanex 923 / R. K. Mishra et al. // Hydrometallurgy. 2011. Vol. 104. P. 298.
Литература
8. Green selective recovery of lanthanum from Ni-MH battery leachate using aqueous two-phase systems / W. C. M. De Oliveira et al. // Chem. Eng. J. 2017. Vol. 322. P. 346.
9. Bulgariu L., Bulgariu D. Extraction of metal ions in aqueous polyethylene glycol-inorganic salt two-phase systems in the presence of inorganic extractants: Correlation between extraction behaviour and stability constants of extracted species // J. Chromatogr. A. 2008. Vol. 1196-1197. P. 117.
10. Extraction of Fe (III), Zn (II), and Mn (II) using a system with a green solvent for trioctylmethylammonium thiocyanate / M. I. Fedorova et al. // Teor. Found. Chem. Eng. 2020. Vol. 54, No. 2. P. 313-318.
Сведения об авторах Зиновьева Инна Владимировна
младший научный сотрудник, Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН, г. Москва, Россия, [email protected] Федорова Мария Игоревна
младший научный сотрудник, Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН, г. Москва, Россия, [email protected] Заходяева Юлия Алексеевна
старший научный сотрудник, кандидат химических наук, Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН, г. Москва, Россия, [email protected] Вошкин Андрей Алексеевич
заместитель директора по научной работе, доктор технических наук, Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН, г. Москва, Россия, [email protected]
Zinov'eva Inna Vladimirovna
Junior Researcher, Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia, [email protected] Fedorova Maria Igorevna
Junior Researcher, Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia, [email protected] Zakhodyaeva Yulia Alekseevna
Senior Researcher, PhD (Chemistry), Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia, [email protected] Voshkin Andrey Alekseevich
Deputy Director for Research, Dr. Sc. (Engineering), Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia, [email protected]
DOI: 10.37614/2307-5252.2020.3.4.016 УДК 691
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СЕРПЕНТИНСОДЕРЖАЩЕЙ ДОБАВКИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Н. К. Манакова1, Т. К. Иванова1,2, О. В. Суворова1, И. П. Кременецкая1
1 Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ «Кольский научный центр РАН», Апатиты, Россия
2Лаборатория природоподобных технологий и техносферной безопасности Арктики ФИЦ «Кольский научный центр РАН», Апатиты, Россия
Аннотация
Изучена возможность утилизации отработанного магнезиально-силикатного реагента в качестве активной добавки к пеносиликатам на основе кремнеземсодержащей матрицы. Получены вспененные материалы с упорядоченной структурой и улучшенными физико-техническими характеристиками, которые можно рекомендовать к использованию в качестве теплоизоляционных материалов для повышения энергосбережения в неблагоприятных климатических условиях. Ключевые слова:
магнезиально-силикатный реагент, серпентин, техногенные отходы, теплоизоляционные материалы, пеносиликаты, пеностекло.
