CC BY
8
Химические науки / Chemical Science Оригинальная статья / Original Article УДК 544.723.54
DOI: 10.31161/1995-0675-2019-13-3-101-105
Концентрирование ионов кадмия модифицированным сорбентом на основе анионита АН-31 и п-карбоксибензолазороданина
©2019 Увайсова С. М. 1 Бабуев М. А. 2
1 Дагестанский федеральный исследовательский центр РАН Махачкала, Россия; e-mail: smuvaisova@mail.ru 2 Дагестанский государственный университет Махачкала, Россия; e-mail: babuev77@mail.ru
РЕЗЮМЕ. Цель. Изучение важнейших параметров сорбции ионов кадмия модифицированным сорбентом на основе слабоосновного анионита АН-31 и производного роданина п-карбоксибензолазороданина (АН-31-п-КБАР). Методы. Сорбционным методом изучены условия сорбции ионов кадмия на модифицированном сорбенте. Определение содержания ионов кадмия в анализируемых растворах проводили вольтамперометрическим методом. Результаты. Исследованы условия сорбции ионов кадмия модифицированным сорбентом. Выводы. Определены оптимальные условия концентрирования ионов кадмия (рНопт, время и СЕС). Изучена избирательность сорбции ионов кадмия из вод сложного состава.
Ключевые слова: сорбция, хелатообразующий сорбент, модифицированный сорбент, анионит, кадмий, концентрирование.
Формат цитирования: Увайсова С. М., Бабуев М. А. Концентрирование ионов кадмия модифицированным сорбентом на основе анионита АН-31 и п-карбоксибензолазороданина // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2019. Т. 13. № 3. С. 101-105. DOI: 10.31161/1995-0675-2019-13-3-101-105_
Concentration of Cadmium Ions by a Modified Sorbent
Based on Anionite AN-31 and p-Carboxybenzene Azorodanine
©2019 Saida M. Uvaysova 1, Magomed A. Babuev 2
1 Dagestan Federal Research Center, Russian Academy of Sciences Makhachkala, Russia; e-mail: smuvaisova@mail.ru
2 Dagestan State University Makhachkala, Russia; e-mail: babuev77@mail.ru
ABSTRACT. Aim. Study of the most important parameters of cadmium ions sorption by a modified sorbent based on a weekly basic anionite AN-31 and a rhodanine derivative p-carboxybenzene azorodanine (AN-31-p-KBAR). Method. The conditions of cadmium ions sorption on a modified sorbent were studied by the sorption method. The content of cadmium ions in the analyzed solutions was determined by the volt-ammetric method. Results. The conditions for the sorption of cadmium ions by the modified sorbent have been investigated. Conclusions. The optimal conditions for the concentration of cadmium ions (pHopt, time, and CEC) have been determined. The selectivity of cadmium ions sorption from complex composition water has been studied.
Keywords: sorption, chelating sorbent, modified sorbent, anion exchange resin, cadmium, concentration.
••• Известия ДГПУ. Т. 13. № 3. 2019
••• DSPU JOURNAL. Vol. 13. No. 3. 2019
For citation: Uvaysova S. M., Babuev M. A. Concentration of Cadmium Ions by a Modified Sorbent Based on Anionite AN-31 and p-Carboxybenzene Azorodanine. Dagestan State Pedagogical University. Journal. Natural and Exact Sciences. 2019. Vol. 13. No. 3. Pp. 101-105. DOI: 10.31161/1995-0675-2019-13-3101-105 (In Russian)
Введение
Наличие загрязняющих веществ в питьевой воде является причиной обеспокоенности во всем мире. Повышенные концентрации токсичных металлов могут негативно влиять на флору и фауну. Кадмий относится к опасным неорганическим токсикантам, влияющим на состояние окружающей среды и здоровье человека. Таким образом, существует необходимость очистки вод от токсичных металлов.
Учитывая, что наиболее устойчивые комплексы кадмий образует с донорными атомами серы, селена и азота, в качестве реагентов были выбраны производные рода-нина, которые содержат в составе атомы N и S [1]. Производные роданина представляют интерес для определения тяжелых металлов [6] и характеризуются высокой чувствительностью, контрастностью и избирательностью по отношению к металлам.
Сорбционные методы, с применением хелатообразующих сорбентов [4], являются экспрессными, избирательными и простыми. Хелатообразующие сорбенты отличаются тем, что образуются комплексы с ионами металлов за счет наличия в полимерной матрице функционально-аналитических групп [2]. Использование таких сорбентов обеспечивает избирательное извлечение ионов металлов из больших объемов растворов сложного состава.
Целью работы является изучение важнейших параметров сорбции ионов кадмия модифицированным сорбентом на основе слабоосновного анионита АН-31 и производного роданина п-карбоксибензолазороданина (АН-31-п-КБАР) [7].
Материалы и методы исследования
Исходные растворы Cd (II) с концентрацией 1 мг/мл готовили растворением точной навески спектрально чистых металлов в кислотах по методикам [3]. Растворы, содержащие ионы К+, №+, Са2+, Mg2+, Ba2+, Sr2+, Al3+, Fe3+ с концентрацией 1 г/л готовили из их солей квалификации ч. д. а. и х. ч. по прописям, приведенным в работе [3] и подкисляли с учетом гидролитических свойств ионов [5].
Для создания в исследуемых системах определенного значения рН использовали 0,1 М растворы НС1, HNOз и №ОН. Значения рН исследуемых растворов контролировали универсальным иономером рН-150МИ. Массу веществ измеряли на аналитических весах HTR-220CE. Контакт фаз осуществляли на перемешивающем устройстве LS 220.
Определение содержания ионов кадмия в анализируемых растворах проводили вольтамперометрическим методом на по-лярографе АВС-1.1 с электрохимическим датчиком «Модуль ЕМ-04» (Вольта, Санкт-Петербург).
Результаты и обсуждение
Экспериментально установлено, что максимальная степень сорбции ионов кадмия достигается при рН 8-9 (рис. 1). При этих значениях рН начинается депротони-зация иминогруппы роданина, что облегчает образование хелата.
Исследования кинетики сорбции ионов кадмия показывают, что оптимальным значением времени контакта сорбата с сорбентом является 30 мин (рис. 2). Это свидетельствует о достаточно быстром достижении равновесия на границе раздела фаз.
Сорбционная емкость сорбента обусловливается концентрацией его функционально-аналитических групп в единице массы полимерной матрицы. Статическая сорбционная емкость по иону кадмия, найденная по кривой насыщения, составляет 0,48 ммоль/г или 53,8 мг/г.
По классификации Гильса изотерма сорбции ионов кадмия (II) АН-31-п-КБАР (рис. 3) относится к классу S, характеризующаяся полимолекулярной адсорбцией.
Экспериментально установлено, что количественная десорбция ионов кадмия достигается промыванием концентрата 10 мл 4 М раствором соляной кислоты. Установлено, что 4 М раствор соляной кислоты не разрушает изучаемый сорбент и не десор-бирует модификатор.
Полученные результаты избирательности действия исследуемого сорбента по отношению к ионам кадмия в присутствии макро- и микрокомпонентов вод приведены в таблице
R, % 100 -
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 pH
Рис. 1. Зависимость степени извлечения ионов кадмия АН-31-п-КБАР от рН (тс = 0,02 г, V = 25 мл, Сса = 8-10-3 мг/мл)
0
0
20 10
0
20
40
60
80
100
120 t, мин
Рис. 2. Зависимость степени извлечения ионов кадмия АН-31-п-КБАР от времени контакта фаз (тс = 0,02 г, V = 25 мл, Сса = 8-10-3 мг/мл)
Допустимые кратные массовые количества мешающих ионов при сорбции са (II) АН-31-п-КБАР
Таблица
Мешающий ион (Мп+) Массовые соотношения
[Cd2+]:[M]
Na+ 1:1000
K+ 1:1000
Ca2+ 1:750
Ba2+ 1:750
Mg2+ 1:750
Sr2+ 1:750
Fe3+ 1:1000
Al3+ 1:750
0
••• Известия ДГПУ. Т. 13. № 3. 2019
••• DSPU JOURNAL. Vol. 13. No. 3. 2019
а, ммоль/г 1
0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 -
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Ср ,М моль/л Рис. 3. Изотерма сорбции ионов кадмия АН-31-п-КБАР
Как показывают результаты исследования, модифицированный сорбент обладает достаточно высокой избирательностью к ионам сорбируемого металла.
Заключение
Установлены оптимальные условия сорбции ионов кадмия (рН, время, сорб-ционная емкость по отдельным элементам). Максимальная сорбция ионов кадмия протекает при рН 8-9. Оптимальное время концентрирования составляет 30 минут
при рНопт. СЕСме составляет 0,48 ммоль/г или 53,8 мг/г.
Построена изотерма сорбции ионов металла сорбентом и по форме начального участка соотнесена к классу S по классификации Гильса.
Изучение мешающего влияния макро- и микрокомпонентов вод указывает на избирательность модифицированного сорбента к ионам кадмия (II) и показывает перспективность его применения для извлечения ионов кадмия из реальных объектов.
0
0
Литература
1. Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. М.: Высш. шк. 2001. 743 с.
2. Басаргин Н. Н., Розовский Ю. Г., Жарова В. М. и др. Органические реагенты и хелатные сорбенты в анализе минеральных объектов. М.: Наука. 1980. 190 с.
3. Коростелев П. П. Приготовление растворов для химико-аналитических работ. М.: Наука. 1977. 400 с.
4. Мясоедова Г. В., Саввин С. Б. Хелатообра-зующие сорбенты. М.: Наука. 1984. 173 с.
5. Назаренко В. А., Антонович В. П., Невская Е. М. Гидролиз ионов металлов в разбавленных растворах. М.: Атомиздат. 1979. 192 с.
6. Прописцова Р. Ф., Саввин С. Б. Синтез и свойства азосоединений на основе роданина и тиороданина // Журнал аналитической химии. 1973. Т. 28. С. 2277-2283.
7. Увайсова С. М., Бабуев М. А. Определение условий модификации анионитов АН-31 и АРА-8п иммобилизацией 5-(4-карбоксифенил-азо)-роданина // Сорбционные и хроматографиче-ские процессы. 2019. Т. 19. № 3. С. 344-351.
References
1. Akhmetov N. S. Obshchaya i neorganich-eskaya khimiya [General and Inorganic Chemistry]. Moscow, Vyssh. shk. Publ., 2001. 743 p. (In Russian)
2. Basargin N. N., Rozovskiy Yu. G., Zharova V. M. Organicheskie reagenty i khelatnye sorbenty v an-alize mineral'nykh ob"ektov [Organic Reagents and Chelated Sorbents in the Analysis of Mineral Objects]. Moscow, Nauka Publ., 1980. 190 p. (In Russian)
3. Korostelev P. P. Prigotovlenie rastvorov dlya khimiko-analiticheskikh rabot [Preparation of Solutions for the Chemical-Analytical Work]. Moscow, Nauka Publ., 1977. 400 p. (In Russian)
4. Myasoedova G. V., Savvin S. B. Khela-toobrazuyushchie sorbenty [Chelating Sorbents]. Moscow, Nauka Publ., 1984. 173 p. (In Russian)
5. Nazarenko V. A., Antonovich V. P., Nevskaya E. M. Gidroliz ionov metallov v razbavlennyh rastvorah [Hydrolysis of Metal Ions in Dilute Solu-
tions]. Moscow, Atomizdat Publ., 1979. 192 p. (In Russian)
6. Propiscova R. F., Savvin S. B. Synthesis and properties of azo compounds based on rhodanine and thiorodanine. Zhurnal analiticheskoj himii [Journal of Analytical Chemistry]. 1973. Vol. 28. Pp. 2277-2283. (In Russian)
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ Принадлежность к организации
Увайсова Саида Магомедзагировна,
научный сотрудник лаборатории комплексных исследований природных ресурсов Западно-Каспийского региона, Дагестанский федеральный исследовательский центр Российской академии наук, Махачкала, Россия; e-mail: smuvaisova@mail.ru
Бабуев Магомед Абдурахманович, кандидат химических наук, доцент кафедры аналитической и фармацевтической химии, Дагестанский государственный университет, Махачкала, Россия; babuev77@mail.ru
7. Uvajsova S. M., Babuev M. A. Determination of the conditions for modification of anion exchangers AN-31 and ARA-8p by immobilization of 5- (4-carboxyphenyl-azo)-rhodanine. Sorbcionnye i hromatograficheskie processy [Sorption and Chromatographic Processes]. 2019. Vol. 19. No. 3. Pp. 344-351. (In Russian)
THE AUTHORS INFORMATION Affiliations
Saida M. Uvaysova, Researcher, Laboratory for Comprehensive Research of Natural Resources of the West Caspian Region, Dagestan Federal Research Center, Russian Academy of Sciences, Makhachkala, Russia; e-mail: smuvaisova@mail.ru
Magomed A. Babuev, Ph.D. (Chemistry), Associate Professor, Department of Analytical and Pharmaceutical Chemistry, Dagestan State University, Makhachkala, Russia; ba-buev77@mail.ru
Принята в печать 23.09.2019 г.
Received 23.09.2019.
