Исследование влияния хлоридов некоторых металлов и аммония на температуру помутнения водных растворов ПАВ ОП-10 Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 544.012

С. В. Гусев (асп.), О. С. Кудряшова (д.х.н., проф.)

Исследование влияния хлоридов некоторых металлов и аммония на температуру помутнения водных растворов ПАВ ОП-10

Пермский государственный национальный исследовательский университет, кафедра аналитической химии 614990, г. Пермь, ул. Генкеля,4; тел./факс (342) 2371480, e-mail: goosess@mail.ru

S. V. Gusev, O. S. Kudryashova

Investigation of several metals and ammonium chlorides influence on cloud temperatures of OP-10 SAS aqueous solutions

Perm State National Research University 4, Genkel Str, 614990, Perm, Russia; ph./fax. (342) 2371480, e-mail: goosess@mail.ru

Визуально-политермическим методом изучено изменение температуры фазового разделения (температуры помутнения) смесей в трехкомпо-нентных системах неионогенное поверхностно-активное вещество (НПАВ) ОП-10—неоргани-ческая соль—вода для дальнейшего использования полученных данных в мицеллярной и микробиологической ферментативной экстракциях. Показано, что введение хлоридов металлов значительно снижает температуру помутнения растворов исследуемого ПАВ. Наибольшее влияние на снижение температуры помутнения оказывают хлориды натрия и калия, наименьшее — хлориды магния и алюминия.

Ключевые слова: ПАВ ОП-10; точка помутнения; хлориды металлов.

Change of phase division temperature (cloud point temperature) of mixes in three-component systems nonionic surface-active substance (nSAS) OP-lO—inorganic salt—water for further use of the obtained data in micellar and microbial fermentative extraction were investigated with help of visual-polythermal method. It was shown that introduction of metal chlorides considerably reduces cloud point temperature of the nSAS water solutions. Sodium and potassium chlorides had the greatest influence on cloud point temperature depression and magnesium and aluminum chlorides the lowest.

Key words: surface-active substance (SAS) OP-10; cloud point; metal chlorides.

Необходимость определения следовых количеств большого числа веществ в различных по своей природе объектах требует развития новых вариантов экстракционного концентрирования. Экстракция в точке помутнения (cloud point extraction, micellar extraction) основана на разделении водных растворов неио-ногенных ПАВ (НПАВ) на две изотропные фазы при нагревании до температуры помутнения (Тп): мицеллярную — сформированную крупными гидратированными мицеллами, и водно-мицеллярный раствор ПАВ с концентрацией, близкой к критической концентрации мицеллообразования (ККМ). Отличием ми-целлярной экстракции от классических вариантов c использованием органических растворителей является способность фазы ПАВ обеспечивать эффективную сольватацию как гидрофобных, так и гидрофильных фрагментов

Дата поступления 17.09.12

молекулы и высокозарядных ионов, что позволяет использовать ее для извлечения, концентрирования и разделения ионов и наночастиц металлов, органических токсикантов и биологически активных соединений. Мицеллярная экстракция, таким образом, успешно согласуется с принципами «зеленой химии».

В качестве ПАВ в процессах экстракции в точке помутнения чаще всего используются зарубежные марки ПАВ Triton X-114,Triton X-100, PONPE 7.5 1,2,3. Важным показателем практической возможности использования ПАВ в процессах концентрирования и извлечения является величина температуры помутнения. Цель настоящей работы — расширение ассортимента отечественных марок ПАВ, которые могут быть использованы в мицеллярной экстракции, а также оптимизация условий проведения экстракции путем снижения температуры помутнения при введении в водный раствор ПАВ неорганической соли.

Материалы и методы

Визуально-политермическим методом изучена зависимость температуры помутнения от состава смесей в трехкомпонентных системах ОП-10—неорганическая соль—вода. В качестве высаливателя в системах с ПАВ чаще всего используется хлоридный ряд катионов щелочных металлов 4'5. Представляло интерес рассмотрение влияния хлоридов других металлов на температуру помутнения водных растворов ПАВ. В работе использованы хлориды натрия, калия, кальция, магния, алюминия, аммония квалификации «х.ч.» и «ч.д.а.», дистиллированная вода, а также промышленно выпускаемые отечественные марки ПАВ 6.

Эксперимент проводился в запаянных ампулах, которые нагревались в термостате со скоростью 1 0С/5 мин и периодически встряхивались. Точность измерения температуры ±0.5 0С. В качестве теплоносителя использован глицерин. Навески общей массой 8 г набирались на аналитических весах с точностью ±0.0002 г. При достижении Тп наблюдали характерную опалесценцию растворов и расслоение фаз. Объем формирующейся мицеллярной фазы и температура помутнения растворов ОП-10 зависят от концентрации НПАВ в исходном растворе.

рами помутнения, высокой вязкостью формируемой фазы ПАВ.

Построены графики зависимости температуры помутнения от концентрации воды в смесях, располагающихся вдоль сечений, проведенных из вершины воды в точки с соотношением ПАВ: соль 100:0, 95:5, 80:20, 60:40, 40:60, 20:80 соответственно. В треугольниках состава систем построены изолинии температуры помутнения (рис. 1).

H,O

о

о 10 20 30 40

сшо ^ьа

H2O

о

0 10 20 30 40 мзсс.%

СП-10

NHC

H,O

0

0 10 20 30 40

сш0 Mga2

0 10 20 30 40 С-10

A1CL

Результаты и их обсуждение

В табл. 1 приведены температуры помутнения водных растворов некоторых изученных ПАВ. Для ПАВ катамин АБ, синтанол ДС-10 и АЛМ-10, «Прогресс», ПЭГ-115, ТЭСА, сульфонол, «Волгонат» температура помутнения водных растворов отсутствует или лежит выше 100 оС.

Более подробно исследованы системы с ПАВ ОП-10, что обусловлено его способностью к более быстрому, по сравнению с другими ПАВ, формированию фаз при нагревании растворов, относительно невысокими температу-

Рис. 1. Изолинии температур помутнения в системах: ОП-10-NaCl-вода (а), ОП-10-NH4Cl-вода (б), ОП-10-MgCl2-вода (в), ОП-10-АЮ13-вода (г)

Установлено, что все использованные хлориды понижают температуру помутнения водных растворов ПАВ (depression of cloud point). По степени понижения температуры помутнения их можно расположить в ряд:

KCl H=NaCl > NH4Cl > CaCl2=AlCl3=MgCl2

40

40

б

а

40

40

в

г

Таблица 1

Температура помутнения водных растворов ПАВ

Марка ПАВ Концент рация ПАВ, % мас.

10.00 7.00 5.00 2.00 1.00 0.50 0.25

Оксифос Б >100 85-86 83-84 82-83 90-92 >100 >100

Синтанол АЦСЭ-12 89-90 84-85 82-84 82-84 72-74 93-94 93-94

Синтамид-5 72-74 72-74 77-79 67-68 52-53 60-62 >100

ОП-10 84-86 83-85 72-73 76-78 82-83 87-88 84-85

ПП-40 84-85 83-84 83-84 81-82 78-79 77-78 77-78

в отсутствии СОЛ] 95%ПАВ/ 5% сол 80%ПАВ/ 20%со. 60%ПАВ/ 40% сс 40%ПАВ/ 60% сс 20% ПАВ/ 80% с 98%ПАВ/2% сол

% мас. воды

80 85

— в отсутствии соли 95% ПАВ/5%соли

т 60%ПАВ/40%соли 40%ПАВ/60%соли

—

— 20%ПАВ/80% соли 97.7%ПАВ/2.3% соли

% мас. воды

а б

Рис. 2. Температура помутнения в системах: ОП-10-NaCl-eoda (а), ОП-10-МдС12-вода (б)

Максимальный эффект достигается в присутствии хлоридов натрия и калия (А 32 и 31о соответственно), минимальный — хлорида магния (А 19о). Хлориды однозарядных катионов в большей степени снижают температуру помутнения растворов ПАВ, чем двухзарядных, что может быть объяснено различием их гид-ратирующей способности (положение в лиот-ропном ряду), а также радиусом гидратиро-ванного иона 4'5.

Обнаружено, что для некоторых систем ОП-10—неорганическая соль—вода имеется индивидуальное соотношение ПАВ: неорганическая соль, при котором Тп практически не зависит от концентрации воды (рис. 2, табл. 2).

Таблица 2

Расчетные значения соотношения ПАВ:соль

Система Соотношение ПАВ:соль, % мас. Тп oc

ОП-10-№С1-вода 98.0:2.0 84-85

ОП-10-КС1-вода 93.2:6.8 83-84

ОП-10-ЫН4С1-вода 93.4:6.6 84-85

ОП-10-СаС12-вода 92.9:7.1 84-85

ОП-Ю-МдСЬ-вода 97.7:2.3 85-86

Вероятно, при данной температуре системы находятся в состоянии, при котором введение в раствор небольшого количества соли ведет к относительному снижению температуры помутнения (катионы разрушают связь мицелла—вода), но не влияет на взаимодействие мицелла—мицелла.

Таким образом, введение хлоридов в водные растворы ПАВ ОП-10 позволяет снизить температуру помутнения смеси до уровня, при котором возможно извлечение летучих органических веществ, комплексных соединений, неустойчивых при высокой температуре.

Литература

1. Ojeda C. B., Rojas F. S. // Microchimica Acta.— 2012.- 117, 1-2.- P.1.

2. Ojeda C. B., Rojas F. S. // Anal. Bioanal. Chem.- 2009.- 394, 3.- P.759.

3. Абрамзон А. А., Боброва Л. Е., Зайченко Л. П. Поверхностные явления и поверхностно-активные вещества: шравочник.- Л.: Химия, 1984.-392с.

4. Плетнев М. Ю. Поверхностно-активные вещества и композиции: шравочник.- М.: ООО «Фирма Клавель», 2002.- 768с.

5. Mukherjee P., Padhan S. K., Dash S., Patel S., Mishra B. K. // Adv. Colloid Interface Sci.-2011.- 162, 1-2.- P.59.

6. Абрамзон А. А., Бочаров В. В., Гаевой Г. М. Поверхностно-активные вещества: шравочник.-Л.: Химия, 1979.- 376 с.

1(0

90

95

80

85

90

95