CC BY
158
Литература
1. Фиалков А.С. Углерод, межслоевые соединения и композиты на его основе. М.: Аспект-Пресс, 1997. 718 с.
2. Пат. №2427531 РФ, МПК С01В 31/04 (2006.01). Способ получения графита высокой чистоты / Годунов И.А., Сорокина Н.Е., Селезнев А.Н. и др.; Ин-т новых углеродных материалов и технологий (ЗАО). -№2010104532/05; заявл. 10.02.10; опубл. 27.08.2011, Бюл. №24.
3. А. с. № 1599303 СССР, МКИ5 C01B 31/04. Способ получения малозольного графита / Харитонов Г.М. Хавин В.Я., Романюха А.М. и др.; Всесоюз. научно-исследоват. ин-т нерудных строительных материалов и гидромеханизации. - №4427843/23-26; заявл. 19.05.88; опубл. 15.10.1990, Бюл. № 38.
4. Пат. 2602124 РФ, МПК С01В 31/04 (2006.01). Способ очистки зольного графита / Эпов Д.Г., Крысенко Г.Ф., Медков М.А. и др.; Ин-т химии ДВО РАН. - №2015135112/05; заявл. 19.08.15; опубл. 10.11.16, Бюл. № 31.
Сведения об авторе Ситник Павел Валентинович,
ассистент базовой кафедры химических и ресурсосберегающих технологий Дальневосточного федерального университета, г. Владивосток. Эл. почта: Sitnik.pavel@mail.ru
УДК 543.05+546.9
А. Ю. Соколов, А. А. Широкая, С. В. Дрогобужская
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА СОРБЦИОННОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ ПЛАТИНОВЫХ МЕТАЛЛОВ ВОЛОКНОМ ФИБАН А-5
Аннотация
В данной работе рассматривается метод сорбционного извлечения платиновых металлов. В качестве сорбента использовано полиакрилонитрильное волокно ФИБАН А-5. Изучены равновесия в системах ФИБАН А-5 - хлоридно-сульфатный раствор, ФИБАН А-5 - хлоридно-нитратный раствор, влияние УФ-излучения на сорбционное извлечение платиновых металлов.
Ключевые слова:
сорбционное извлечение, полиакрилонитрильное волокно, ФИБАН А-5, платиновые металлы.
A. Yu. Sokolov, A. A. Shirokaya, S. V. Drogobuzhskaya
THE STUDY OF THE INFLUENCE OF VARIOUS FACTORS ON SORPTION EXTRACTION OF PLATINUM METALS BY THE FIBER FIBAN A-5
Abstract
In this paper, the method of sorption extraction of platinum is considered. Polyacrylonitrile fiber FIBAN A-5 is used as the sorbent. Equilibriums in FIBAN A-5 - chloride-sulfate solution, FIBAN A-5 - chloride-nitrate solution systems, influence of UV-radiation on sorption extraction of platinum metals were studied.
Keywords:
sorption extraction, polyacrylonitrile fibers, FIBAN A-5, platinum metals.
Введение
Платиновые металлы (ПМ) - рутений, родий, палладий, осмий, иридий, платина - в ряду редких металлов имеют особое значение. Специфика и уникальность их физических и химических свойств делают ПМ незаменимыми практически во всех сферах деятельности человека. Их практически невозможно заменить в электронике, радио- и электротехнике, химической и нефтеперерабатывающей отраслях, приборостроении, атомной и ракетной технике. Поэтому неудивительно, что потребность в ПМ в мире увеличивается ежегодно в среднем на 10 % [1].
В связи с постоянно увеличивающимся спросом на платиновые металлы возникает вопрос об увеличении их промышленного производства. Но, так как ресурсы нашей планеты ограничены, а содержание ПМ не так велико, крайне затруднительно наращивать темпы получения столь ценного продукта из природных источников. Это может означать лишь необходимость изыскания новых возможных источников платиновых металлов, которыми вполне могут стать отходы промышленного производства - хвосты обогащения и переработки руд. Но для получения ПМ из отходов необходимо решить проблему их переработки и последующего извлечения платиновых металлов.
Существует немало способов извлечения ПМ (экстракция, сорбция, электролиз, осаждение и др.), среди которых, наиболее перспективным является сорбционное извлечение. Сорбция, по сравнению с иными методами, обладает высокой эффективностью и селективностью извлечения, простотой выполнения, совместимостью с последующими методами определения. Благодаря вышеперечисленным достоинствам сорбционные методы разделения и концентрирования широко применяются при анализе материалов, содержащих платиновые металлы [2].
Для извлечения ионов металлов из растворов (в том числе, и платиновых металлов) часто используют комплексообразующие сорбенты. Сорбция в таких системах крайне эффективна, если твёрдофазные соединения металлов устойчивы и образуются с высокой скоростью. В процессе сорбции ионов металла сорбенты выступают в качестве лигандов, гетероатомы которого заполняют координационную сферу металла [3].
Для сорбции платиновых металлов привлекают внимание волокнистые иониты в качестве сорбентов. Основными их преимуществами над гранулированными сорбентами, которые определяют перспективы их применения, являются малый диаметр волокна, высокая степень однородности по толщине и возможность изготовления и применения не только в виде мелко нарезанных волокон, но и различных текстильных форм: штапельное волокно, нетканые материалы, нити и др. Благодаря малому диаметру волокна скорость ионного обмена, сорбции и десорбции на один-два порядка выше, нежели у гранулированных сорбентов. Высоким потенциалом для сорбционного извлечения обладают волокна, полученные в процессе химической модификации. Полиакрилонитрильные волокна являются ярким примером данного типа сорбентов [4].
Материал и методика исследований
Исследуемый сорбент синтезирован в Институте физико-органической химии Национальной Академии Наук Беларуси, представляет собой материал с амино- и карбоксильными группами различной силы (К(СН3)2, =КН и -СООН) емкостью 4.2 и 0.5 мг-экв/г соответственно. ФИБАН - штапельное, нетканое иглопробивное полотно с поверхностной плотностью от 0.3 до 10 кг/м2, обладает
стойкостью к агрессивным средам и органическим растворителям [5]. Для уточнения наличия данных функциональных был снят ИК- спектр волокна с помощью спектрофотометра Nicolet 6700 (Thermo scientific, США).
В процессе подготовки волокна к работе его переводили в хлоридную форму и отмывали дистиллированной водой от избытка кислоты до pH 3-3.5. Сорбцию проводили в статических условиях при комнатной и повышенной температуре (~70°С). В процессе сорбции исследуемые системы перемешивали с помощью лабораторного вибросмесителя 358 S (Elpan, Польша) и устройства LS 110 (LOIP, Россия) с платформой, способной нагревать образцы до 100 °С. Процесс десорбции проводили царской водкой в статических условиях при нагревании.
Для изучения влияния серной и азотной кислоты на извлечение ПМ из модельных растворов, использовали хлоридные растворы Ru(IV), Rh(III), Pd(II), Os(IV), Ir(IV), Pt(IV) с исходной концентрацией 100 мкг/л. Навеску исследуемого сорбента массой 0,1 г помещали в коническую колбу вместимостью 100 мл, добавляли 20 мл дистиллированной воды, перемешивали систему в течение 30 мин. Полученный раствор отделяли от волокна для определения pH равновесного раствора. Если значения pH лежали в интервале 3.0-3.5, то волокно использовали в дальнейшей работе, иначе процедуру повторяли.
В ходе работы варьировали концентрации соляной и серной кислот. Для этого в мерные колбы вместимостью 25 мл приливали по 1 мл исходного раствора каждого ПМ, добавляли определённые объёмы серной или азотной кислот и доводили объём до метки 3 М соляной кислотой или водой. Растворы переносили в конические колбы с сорбентом и проводили сорбцию в течение 2 часов при комнатной и повышенной (70°С) температуре. По окончании сорбции полученный раствор переводили в мерные колбы вместимостью 50 мл и доводили до метки 3 М соляной кислотой. Концентрацию ПМ определяли методом масс-спектрометрии на приборе ELAN 9000 DRC-e (Perkin Elmer, США).
Для определения влияния УФ- излучения в мерные колбы вместимостью 25 мл приливали по 1 мл исходного раствора каждого ПМ, доводили объём до метки дистиллированной водой. Полученные растворы переводили в конические колбы вместимостью 50 мл и проводили изменение pH растворов до значений ~1.0 и 3.0. В полученные растворы помещали подготовленное волокно массой 0,1 г и проводили процесс сорбции под действием УФ- излучения и без него. Эксперимент проводили при комнатной температуре в статических условиях. Диапазон излучения - 300-400 нм.
Результаты и их обсуждение
ИК- спектр волокна представлен на рисунке 1. Как видно, функциональные группы, заявленные производителем, совпадают с экспериментально определёнными.
При изучении влияния серной кислоты были исследованы системы при варьировании концентрации H2SO4 0.5; 1.0; 2.0 и 3.0 моль/л и постоянной концентрации соляной кислоты (0.5; 1.0 и 3.0 моль/л) при комнатной температуре и 70 °C. В таблице 1 представлены условия для получения максимальной степени извлечения платиновых металлов волокном ФИБАН А-5 из соляно-сернокислых растворов. Повышение температуры для родия и рутения способствует увеличению степени извлечения, увеличение концентрации серной кислоты способствует извлечению родия и рутения, а извлечение иридия максимально при концентрации соляной кислоты 3.0 моль/л. Варьируя данные условия, можно добиться преимущественного извлечения тех или иных элементов, либо всех ПМ.
Волновое число, см-1
Рисунок 1- ИК- спектр волокнистого сорбента ФИБАН А-5
Из полученных данных можно заключить, что платина, осмий, иридий лучше извлекаются при малых концентрациях исследуемых кислот, а рутений, родий, и иридий - при высоких.
Таблица 1-Условия максимального извлечения ПМ из соляно-сернокислых растворов
ПМ с (ыа), м С (Ы2Б04), м Степень извлечения, %
20 °С 70 °С
Ru 1.0 3.0 62 80
Rh 0.5 3.0 54 70
Pd 1.0 0.5 58 51
Pt 1.0 0.5 59 53
Os 1.0 0.5 82 74
ь- 3.0 0.5 91 86
Несколько иная картина наблюдается при сорбции из соляно-азотнокислых растворов (таблица 2). Повышение температуры способствует извлечению родия и иридия, но снижает степень извлечения палладия. Сорбция всех металлов максимальна при концентрации соляной кислоты 0.5 моль/л и азотной кислоты 0.5 моль/л, степень извлечения палладия и осмия достигает 90 %.
Таблица 2-Условия максимальной степени извлечения ПМ из соляно-азотнокислых
растворов
ПМ С(ЫС1), м С(ЫШз), М Степень извлечения, %
20 °С 70 °С
Ru 0.5 0.5 76 75
Rh 0.5 0.5 78 84
Pd 0.5 0.5 91 83
Pt 0.5 0.5 73 73
Os 0.5 0.5 89 90
1г 0.5 0.5 72 85
Оптимизировать сорбционные процессы возможно не только за счет температурного воздействия, в ряде случаев используют облучение систем СВЧ, ультразвуком, УФ-диапазоном. Методика эксперимента по изучению влияния ультрафиолетового излучения на процесс сорбции ФИБАН А-5 описана выше, полученные данные представлены в таблице 3.
Таблица 3- Влияние УФ- излучения на степень извлечения платиновых металлов
Условия УФ - облучение без УФ - облучения
рН раствора 0.96 3.01 1.06 3.02
ПМ Степень извлечения, %
Ru 78 92 78 94
Rh 77 74 77 75
Pd 87 100 86 100
Os 94 94 95 95
Ir 84 81 87 85
Pt 85 87 89 91
Из полученных результатов видно, что УФ- облучение практически не влияет на степень извлечения платиновых металлов. Стоит отметить, что при более высоком pH раствора (около 3.0) степень извлечения выше у рутения, палладия и платины; при более низком pH (около 1.0) - у родия и иридия; на степень извлечения осмия изменение pH не влияет. Эти различия могут объясняться особенностями в физико-химических свойствах платиновых металлов.
Выводы
В ходе работы было определено влияние концентраций соляной, серной и азотной кислот в системах ФИБАН А-5 - соляно-сернокислый раствор ПМ и ФИБАН А-5 - соляно-азотнокислый раствор ПМ, а также влияние температуры на извлечение платиновых металлов в данных системах. Выявлены наиболее оптимальные условия сорбционного извлечения. Установлено, что ближнее УФ-излучение практически не влияет на сорбционное извлечение ПМ сорбентом ФИБАН А-5 из хлоридных растворов. Волокно пригодно для извлечения платиновых металлов из растворов сложного состава.
Литература
1. Борбат В.Ф., Шиндлер А.А. Химия и химическая технология металлов платиновой группы. Омск: Изд-во Ом. гос. ун-та. 2008. 176 с.
2. Аналитическая химия металлов платиновой группы /Ред. Ю.А. Золотов и др. М.: 2003. 592 с.
3. Золотов Ю.А., Цизин Г.И., Моросанова Е.И., Дмитриенко С.Г. Сорбционное концентрирование микрокомпонентов для целей химического анализа. //Успехи химии. 2005. 74. №1. С. 41-66.
4. Филиппович С.Д., Акулич З.И., Шункевич А.А., Грачек В.И. Новые волокнистые аниониты на основе полиакрилонитрильных волокон //Вести национальной академии наук Беларуси. 2014. № 2. С. 81-85.
5. Дрогобужская С.В., Соловьёв С.А., Широкая А.А., Касиков А.Г. Сорбционное извлечение платиновых металлов полиакрилонитрильными волокнами ФИБАН //Труды КНЦ. 2015. Т.31. № 5. С. 326-329.
Сведения об авторах Соколов Артем Юрьевич,
Мурманский государственный технический университет, студент ^курса sokolovartyom@yandex.ru
Широкая Анна Александровна,
аспирант, младший научный сотрудник, ИХТРЭМС КНЦ РАН, serenity.ksc@mail.ru Дрогобужская Светлана Витальевна,
кандидат химических наук, доцент, старший научный сотрудник ИХРЭМС КНЦ РАН, Drogo_sv@chemy.kolasc. net. ru
УДК: 541.183:546.82-31
П. А. Солодкая, М. Л. Беликов, Т. А. Седнева
ИЗУЧЕНИЕ АДСОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКИ АКТИВНОГО ДИОКСИДА ТИТАНА, ЛЕГИРОВАННОГО КОБАЛЬТОМ
Аннотация
Определены точки нулевого заряда легированного и нелегированного кобальтом диоксида титана. Изучена адсорбционная способность Со- легированного диоксида титана относительно ферроина и метиленового синего.
Ключевые слова:
диоксид титана, кобальт, легирование, адсорбционные свойства.
P. A. Solodkaya, M. L. Belikov, T. A. Sedneva
STUDY OF ADSORPTION PROPERTIES OF PHOTOCATALYTICALLY ACTIVE TITANIUM DIOXIDE DOPED WITH COBALT
Abstract
The points of zero charge of doped and undoped cobalt titanium dioxide are determined. The adsorption capacity of Co-doped titanium dioxide with respect to ferrin and methylene blue was studied.
Keywords:
titanium dioxide, cobalt, alloying, adsorption properties.
Адсорбция является первичным и необходимым процессом при фотокаталитическом разрушении органических веществ диоксидом титана, в том числе, легированного различными катионами иновалентных металлов.
Ранее была изучена сорбционная емкость и фотокаталитическая активность (ФКА) оксидных нанокомпозитов на основе титана и кобальта [1, 2]. Исходя из полученных данных, решено остановиться на более подробном изучении образцов, прокалённых при 600оС и легированных 5 и 30% Со, поскольку при этом появляются четко выраженные кристаллические фазы (рис. 1) с сохранением высокой удельной поверхности, а также данные образцы обладают наиболее выраженной адсорбционной способностью (рис. 2) и, как следствие, фотокаталитической активностью.
