Электропроводность микроэмульсий этилгексил)фосфата натрия Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

W 6 В 9 I II в химии и химической технологаи. Том XXIII. 2009. №9(102)

УДК 541.182.64:669.33

С. Ю. Левчишин, Н. М. Мурашова, Е. В. Юртов

Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Российская Федерация

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ МИКРОЭМУЛЬСИЙ ДИ-(2-

ЭТИЛГЕКСИЛ)ФОСФАТА НАТРИЯ

Conductivity of sodium bis-(2-eihylhexyl)phosphaie microemulsion was examined in wide range of composition and temperature. Some suppositions about structure of microemulsion and it's dependence from composition was made.

Изучена электропроводность микроэмульсий ди-(2-этилгексил)фосфата натрия в широком диапозоне состава и температуры, сделаны предположения о структуре микроэмульсии и ей зависимости от содержания компонентов.

Исследователи всё чаще прибегают к намоструктурированным реагентам для решения задач химической технологии, в том числе селективного извлечения цветных и редкоземельных металлов. Такие структуры, как микроэмульсии, являются весьма перспективными для этой цели. На кафедре наноматериалов и нанотехнологии РХТУ им. Д.И.Менделеева был предложен метод микроэмульсионного выщелачивания - извлечения металлов из частиц твердой фазы с помощью экстрагент-содержащих микроэмульсий.

Микроэмульсии - многокомпонентные термодинамически устойчивые системы, состоящие из двух ограниченно смешивающихся друг с другом жидкостей, мицеллообразующего поверхностно-актишюного вещества (ПАВ) и часто второго ПАВ, называемого со-ПАВ. Характерный размер капель микроэмульсии составляет от единиц до нескольких десятков манометров. Методом микроэмульсионного выщелачивания, посредством прямого контакта микроэмульсии и твёрдой фазы, можно селективно извлекать цветные, редкие и редкоземельные металлы из первичного и вторичного сырья. После выщелачивания твёрдая фаза отделяется и целевые компоненты из микроэмульсии реэкстрагируются [1].

Показано, что степени извлечения и скорость выщелачивания зависят не только от температуры, дисперсности частиц твёрдой фазы, но и от структуры микроэмульсии [2]. В системах вода - масло - ПАВ возможно образование прямых и обратных мицелл, микроэмульсий различных типов -прямых (капли органический фазы распределены в водной), обратных (капли водной фазы распределены в органической) и бинепрерывных (водная и органическая фазы образуют не отдельные капли, а непрерывную пространственную структуру, похожую на губку). В связи с этим наше исследование посвящено анализу структуры агрегатов в системе ди-(2-этилгекеил)фосфат натрия (Д2ЭГФ№) - ди-(2-этилгексил)фосфорная кислота (Д2ЭГФК) - керосин - вода на основе данных об электропроводности систем.

Была исследована электропроводность образцов в системе Д2ЭГФЫа - Д2ЭГФК - керосин - вода с концентрацией Д2ЭГФИа в органической фазе ] ,6 моль/л, содержащих различное количество воды - начиная от значений

6 В в I И В химии и химической технологии. Том XXIII. 2009. № 9 (102)

\У=Сн2о/Сд2эгфмя=4,0 и заканчивая пределом существования микроэмульсии. Образцы содержали «свободную» (т.е. не нейтрализованную гидрокси-дом натрия) Д2ЭГФК от 0,0 до 0,3 моль/л в органической фазе. Результаты представлены на рис.1.

Характер изменения электропроводности при добавлении воды указывает на изменение структуры системы. От до \У~8 электропроводность резко возрастает. Низкие значения соответствуют существованию обратных мицелл. При \У==8 наблюдается изменение структурной организации системы - переход от обратных мицелл к микроэмульсии. Далее значения электропроводности изменяются плавно, .без изломов. Это свидетельствует о том, что при дальнейшем повышении концентрации воды вплоть до точки расслаивания микроэмульсии тип микроэмульсии не изменяется. При высоких значениях и высоких значениях электропроводности в системе может существовать либо бинепрерывная, либо прямая микроэмульсия. Однако прямая микроэмульсия не может существовать в области довольно низких (около 10) значений V/, и переход от обратных мицелл ершу к прямой микроэмульсии представляется маловероятным. Мы полагаем, что в системе наблюдается переход от обратных мицелл к бинепрерывной микроэмульсии.

1д(зе), ЩБт/т] 0,5

0,0 -

-0,5 -

-1,0 ^

■1,5

-2,0

-2,5 -

-3,0 -

Рис. I Зависимость электропроводности от содержания воды при различном содержании Д2ЭГФК в системе Д2ЭГФ\а - Д2ЭГФК - керосин - вода. СдгМф«,»=1,6 М (в органической фазе), Т=20°С. СдаГфк- в органической фазе : I - 0,0 моль/л; 2 - 0,1 моль/л; 3 - 0,2 моль/л; 4-0,3 моль/л.

$ О Я 6 X и в химии и химической технологом. Том XXIII. 2009. № 9 (102)

Предположение о существования бинепрерывной микроэмульсии в широком диапазоне значений \У было подтверждено методом окрашивания: микроэмульсия одинаково быстро окрашивалась и водорастворимым красителем Родамином С и маслорастворимым Суданом III. Чтобы проверить, изменяется ли тип микроэмульсии при введении "свободной" Д2ЭГФК, была исследована электропроводности образцов в системе Д2ЭГФЫа -Д2ЭГФК - керосин - вода, содержащих различное количество Д2ЭГФК. Результаты измерения электропроводности представлены на рис.2.

ж. Эт/т 1,2

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40

С лиг««, моль/л орг.фазы

Рис. 2 Зависимость электропроводности от содержания Д2ЭГФК.

С д:эгфг«»=1,<> М (исходная, в органической фазе), \\'=25,0, Т=20°С.

Как видно из рисунка 2, электропроводность изученной системы плавно снижается при возрастании концентрации Д2ЭГФК, никаких резких изгибов и изломов не наблюдается. Это свидетельствует о неизменном характере структурной организации системы - сохранении бинепрерывной микроэмульсии во всем исследованном диапазоне составов. Практически линейное падение электропроводности при введении Д2ЭГФК до концентрации её в органической фазе 0,3 моль/л объясняется плавным изменением свойств микроэмульсии при добавлении относительно неполярного соединения ди-(2-этилгексил)фосфорной кислоты.

Некоторое отклонение от линейности при содержании Д2ЭГФК в органической фазе 0,35 моль/л и выше можно объяснить близостью границы области существования микроэмульсии, т.к. помутнение системы наблюдалось при содержании Д2ЭГФК в органической фазе 0,38 моль/л. Таким образом, можно полагать, что в интервале концентраций Д2ЭГФК в органической фазе от 0 до 0,35 моль/л изученная система представляет собой бине-прерывную микроэмульсию.

О В в 1 № В химии и химической технологии. Той XXIII. 200А. №9(102)

В связи с тем, что процесс микроэмульсионного выщелачивания проводится при повышенной температуре, было необходимо исследовать структуру системы в этих условиях. Была изучена электропроводность микроэмульсии в интервале температур от 15 до 90°С. Результаты представлены на рисунке 3.

1д(£Е),дат/т]

0,4 0,2

0,0

-0,2 -0,4 ■ -0,6 -0,8 -1,0

-

'............Т Т«с

10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0

Рис. 3 Зависимость электропроводности от температуры.

С д!эпьм«=1>6 М, Сдзэгфк = 0,3 (в органической фазе), УУ=25,0.

Как видно из рисунка 3, от 15 до 70 °С логарифм электропроводности возрастает линейно, что позволяет нам утверждать, что на этом участке сохраняется бинепрерывная микроэмульсия. Сложный ход кривой на участке от 70 до 80 °С указывает на переход от бинепрерывной микроэмульсии к структуре другого типа. Далее на участке от 80 до 90 °С вновь наблюдается линейная зависимость. Возможно, при высоких концентрациях воды и повышенной температуре в изученной системе существует прямая микроэмульсия. Полученные данные позволят лучше понять свойства экстрагент-содержаших микроэмульсий, и тем самым будут способствовать разрабоке физико-химических основ нового эффективного и ресурсосберегающего процесса микроэмульсионного выщелачивания металлов.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке РФФИ (грант 07-03-01095).

Библиографические ссылки

1. Юртов Е.В., Мурашова Н.М. Способ извлечения металлов из твёрдого сырья. / [Патент № 2349652. РФ]. 20.09.2009.

2. Юртов Е.В., Мурашова Н.М., Симонов А.И. Микроэмульсионное выщелачивание меди. // Химическая технология, 2004. № 8. С.35-39.