Научная статья на тему 'НЕОДИМ ЖӘНЕ СКАНДИЙДІҢ ИОНДЫҚ РАДИУСЫНЫҢ АМБЕРЛАЙТ IR120 ЖӘНЕ АВ-17-8 ИНТЕРГЕЛДІ ЖҮЙЕЛЕРІНІҢ ҚАШЫҚТАН ӘРЕКЕТТЕСУ БАРЫСЫНДА СОРБЦИЯЛЫҚ ДИНАМИКАСЫНА ӘСЕРІ'

НЕОДИМ ЖӘНЕ СКАНДИЙДІҢ ИОНДЫҚ РАДИУСЫНЫҢ АМБЕРЛАЙТ IR120 ЖӘНЕ АВ-17-8 ИНТЕРГЕЛДІ ЖҮЙЕЛЕРІНІҢ ҚАШЫҚТАН ӘРЕКЕТТЕСУ БАРЫСЫНДА СОРБЦИЯЛЫҚ ДИНАМИКАСЫНА ӘСЕРІ Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
33
8
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ИНТЕРПОЛИМЕРЛіК ЖүЙЕ / өНЕРКәСіПТіК ИОН АЛМАСТЫРғЫШТАР / АМБЕР ЛАЙТ IR120 / қАШЫқТЫқТАН өЗАРА әРЕКЕТТЕСУ / өЗАРА АКТИВАЦИЯ / НЕОДИМ ИОНДАРЫ / СКАНДИЙ ИОНДАРЫ

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Джумадилов Т.К., Химэрсэн Х., Кондауров Р.Г., Имангазы А.М.

Қарастырылып отырған зерттеу жұмысының мақсаты болып, табиғаты жөнінен жеке ион алмастырғыштар қатарына жататын Амберлайт IR120, AB-17-8 және Амберлайт IR120-AB-17-тұрғыдағы интерполимерлік жүйелерінің сорбциялау процесіне неодим мен скандий сияқты ауыр металл иондарының сорбциялау үдерісіне олардың иондық радиус шамаларының әсері мен тигізетін салдарын салыстырмалы түрде зерттеу. Аталған зерттеу ғылыми жұмыстарын жүргізу барысында ғылымитехникалық тұрғыдағы әдебиеттер мен мерзімді ғылыми баспасөз журналдарында жарық көрген келесі тұрғыдағы физика - химиялық талдау әдістері мен әдістемелік нұсқаулары қолданылды: электр өткізгіштікке негізделген кондуктометрия әдісі, ерітінді бойындағы сутек концентрациясын өлшеуге негізделген рН-метрия, оптикалық тәсілді негізге алған колориметрия және атомдықэмиссиялық спектроскопия сияқты тәсілдердін жиындарынан тұрады. Интерполимерлік жүйелерде ионалмастырғыштар жоғары иондал-ған күйге ауысып, бастапқы ион алмастырғыштардың құрылымында оңтайлы конформация қалыптасады. Ғылыми көпшілікке таныс және қолданысы аз зерттелген ионит түрінің өзара қатынасы мына тұрғыда алынды: Амберлайт IR120:AB-17-8 = 5:1 молярлы қатынасында ион алмасу шайырларының иондану дәрежесі жоғарылайды. Бұл қатынаста ион алмастырғыштардың өзара активтенуі есебінен сорбциялық қасиеттердің айтарлықтай өсуі байқалады. Амберлайт IR120: AB-17-8 = 5:1 қатынасында полимерлердің Nd3+ иондарын шығару дәрежесі 48 сағат уақыт аралығында 42,32%, ал Sc3+ иондарын шығару дәрежесі 38,06% құрады. Скандий иондарымен салыстырғанда неодим иондарының сорбциясының жоғары болуының себебі активтенген Амберлит IR120 және AB-17-8 интерполимерлі жүйелерінің түйінаралық буындарының глобустары сулы ортадағы неодим сульфатының өлшемдеріне максималды сәйкестігі болып табылады.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Джумадилов Т.К., Химэрсэн Х., Кондауров Р.Г., Имангазы А.М.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

IMPACT OF NEODYMIUM AND SCANDIUM IONIC RADII ON SORPTION DYNAMICS OF AMBERLITE IR120 AND AB-17-8 REMOTE INTERACTION

The aim of this research work is comparative study of influence of ionic radii of heavy metal ions of neodymium and scandium on their sorption process from corresponding water solutions of sulfates by sorbents such as individual ionexchangers Amberlite IR120, AB-17-8 and mixture of these sorbents related to interpolymer system Amberlite IR120-AB-17-8 at the various molar relations. Laboratory experiments of this work of sorption heavy ions of neodymium and scandium were carried out and investigated by using the following physico - chemical methods of analysis: conductometrybased on the electrical conductor, pH-metry - based on the concentration of hydrogen ions, colorimetry, atomic -emission spectro - scopy. Ion - exchangers in the interpolymer system undergo remote interaction with further transition into highly ionized state. There is formation of optimal conformation in structure of the initial ion - exchangers. Significant increase of ionization of the ion - exchange resins occurs at molar ratio Amberlite IR120:AB-17-8 = 5:1...The aim of this research work is comparative study of influence of ionic radii of heavy metal ions of neodymium and scandium on their sorption process from corresponding water solutions of sulfates by sorbents such as individual ionexchangers Amberlite IR120, AB-17-8 and mixture of these sorbents related to interpolymer system Amberlite IR120-AB-17-8 at the various molar relations. Laboratory experiments of this work of sorption heavy ions of neodymium and scandium were carried out and investigated by using the following physico - chemical methods of analysis: conductometrybased on the electrical conductor, pH-metry - based on the concentration of hydrogen ions, colorimetry, atomic -emission spectro - scopy. Ion - exchangers in the interpolymer system undergo remote interaction with further transition into highly ionized state. There is formation of optimal conformation in structure of the initial ion - exchangers. Significant increase of ionization of the ion - exchange resins occurs at molar ratio Amberlite IR120:AB-17-8 = 5:1. Significant increase of sorption properties is observed at this ratio due to mutual activation of ion - exchangers. The extraction rate of Nd3+ ions in 48 hours is 42.32%, and the extraction rate of Sc3+ ions is 38.06%. A possible reason for higher sorption of neodymium ions in comparison with scandium ions is maximum conformity of globes of internode links of Amberlite IR120 and AB-17-8 after activation to sizes of neodymium sulfate in an aqueous medium.

Текст научной работы на тему «НЕОДИМ ЖӘНЕ СКАНДИЙДІҢ ИОНДЫҚ РАДИУСЫНЫҢ АМБЕРЛАЙТ IR120 ЖӘНЕ АВ-17-8 ИНТЕРГЕЛДІ ЖҮЙЕЛЕРІНІҢ ҚАШЫҚТАН ӘРЕКЕТТЕСУ БАРЫСЫНДА СОРБЦИЯЛЫҚ ДИНАМИКАСЫНА ӘСЕРІ»

Chemical Journal of Kazakhstan

ISSN 1813-1107, elSSN 2710-1185 https://doi.org/10.51580/2021-1/2710-1185.47

Volume 4, Number 76 (2021), 26 - 41

ЭОЖ 541.132

НЕОДИМ ЖЭНЕ СКАНДИЙДЩ ИОНДЬЩ РАДИУСЫНЬЩ АМБЕРЛАЙТ IR120 ЖЭНЕ АВ-17-8 ИНТЕРГЕЛД1 ЖYЙЕЛЕРШЩ ЦАШЫЦТАН ЭРЕКЕТТЕСУ БАРЫСЫНДА СОРБЦИЯЛЫЦ ДИНАМИКАСЫНА ЭСЕР1

Т.Ц. Джумадилов1, Х. Химэрсэн1'2 , Р.Г. Кондауров1, А.М. Имангазы1

1 «Э.Б. Бектуров атындагы химия гылымдары институты» АЦ, Алматы, Цазацстан 2Абай атындагы Цазац улттыц педагогикалыцуниверситетi, Алматы, Цазацстан

E-mail: huana88@mail.ru

Тушндеме: Карастырылып отырган зерттеу жумысынын максаты болып, табигаты жвнiнен жеке ион алмастыргыштар катарына жататын Амберлайт IR120, AB-17-8 жэне Амберлайт ГЯ120-АВ-17-тургыдагы интерполимерлiк жYЙелерiнiн сорбциялау процесше неодим мен скандий сиякты ауыр металл иондарынын сорбциялау уде-рiсiне олардын иондык радиус шамаларыныц эсерi мен тигiзетiн салдарын салыс-тырмалы турде зерттеу. Аталган зерттеу гылыми жумыстарын жYргiзу барысын-да гылыми-техникалык тургыдагы эдебиеттер мен мерзiмдi гылыми баспасвз журналдарында жарык кврген келеа тургыдагы физика-химиялык талдау эдiстерi мен эдiстемелiк нускаулары колданылды: электр вткiзгiштiкке негiзделген кон-дуктометрия эдЫ, ерiтiндi бойындагы сутек концентрациясын влшеуге негiзделген рН-метрия, оптикалык тэсiлдi непзге алган колориметрия жэне атомдык-эмиссия-лык спектроскопия сиякты тэсiлдердiн жиындарынан турады. Интерполимерлiк жYЙелерде ионалмастыргыштар жогары иондал-ган куйге ауысып, бастапкы ион алмастыргыштардын курылымында онтайлы кон-формация калыптасады. Fылыми квпшiлiкке таныс жэне колданысы аз зерттелген ионит туршщ взара катынасы мына тургыда алынды: Амберлайт IR120:AB-17-8 = 5:1 молярлы катынасында ион алмасу шайырларынын иондану дэрежесi жогарылайды. Бул катынаста ион алмастыргыштардын взара активтенуi есебiнен сорбциялык касиеттердщ айтарлыктай всуi байкалады. Амберлайт IR120: AB-17-8 = 5:1 катынасында полимерлердщ Nd3+ иондарын шыгару дэрежесi 48 сагат уакыт аралыгында 42,32%, ал Sc3+ ион-дарын шыгару дэрежеа 38,06% курады. Скандий иондарымен салыстырганда неодим иондарынын сорбциясынын жогары болуынын себебi активтенген Амберлит

Citation: Jumadilov T.K., Khimersen Kh., Kondaurov R.G., Imangazy A.M. Impact of neodymium and scandium ionic radii on sorption dynamics of amberlite IR120 and AB-17-8 remote interaction. Chem. J. Kaz., 2021, 4(76), 26-41. DOI: https://doi.org/10.51580/2021-1/2710-1185.47

ГЯ120 жэне АВ-17-8 интерполимерлi жYЙелерiнiн тYЙiнаралык буындарыныц гло-бустары сулы ортадагы неодим сульфатыныц елшемдерше максималды сэйкестiгi болып табылады.

ТYЙiндi сездер: интерполимерлiк жYЙе, енеркэсiптiк ион алмастыргыштар, Амбер-лайт IR120, АВ-17-8, кашыктыктан езара эрекеттесу, езара активация, сорбция, неодим иондары, скандий иондары.

1. К1ркпе

К^рп кезде сирек жер металдарына (СЖМ) с^раныстыц артуы б^л металдардыц бастапкы к¥ныныц айтарлыктай артуына ыкпал етп. Сирек жер металдары химия енеркэабвде, аэрогарыш енеркэс1б1нде, ядролык техникада, микроэлектроникада жэне т.б. салаларда кещнен колданы-лады [1-3].

Неодим-кYмiстей ак тYCтi, лазер, шыны бояу енд1р1с1нде кещнен колда-нылатын, лантаноидтар тобыныц баска элементтерiмен бiрдей сипаттамалар керсететiн сирек жер металы. Ол зымыран техникасында алюминий мен магний бар корытпалардыц к¥рамдас белiгi ретiнде жиi колданылады. Сондай-ак неодим арнайы конструкциялык корытпалар мен болаттарды балкыту, диэлектрлiк материалдар жэне термоэлектрлш материалдар ендiру Yшiн колданылады [4].Скандий-кYмiстей ак тYCтi сирек кездесетш металл [5]. Ол тортвейтит (к¥рамында оксид тYрiнде 45% Sc бар), эуксенит жэне гадолинит сиякты минералдарда (аз мелшерде) кездеседi [6]. Скандий кеп кабатты рентгендiк айналарды ецщру Yшiн колданылады (композициялар: скандий-вольфрам, скандий-хром, скандий-молибден). Соцгы жылдары к¥рамында рений (балку температурасы 2575 °С дешн), рутений (балку температурасы 1840 °С дейiн), темiр (балку температурасы 1600 °С дейiн) бар скандийдщ отка тезiмдi корытпалары (металларалык косылыстар) аэро-гарыштык жэне ядролык технологияларда Yлкен с^раныска ие [7].

Ка^рп кезде енеркэсштш ионалмастыргыштар кещнен таралган жэне коммерциялык тYрде кол жетiмдi [8]. Ион алмастыргыштар - б^л ерiмейтiн, катты полимерлер, электролит ерiтiндiлерiнде жэне органикалык ер^юш-терде белгш бiр дэрежеде iсiнедi [9]. Ион алмасу реакциясына кабшетп кышкыл немесе негiздi функционалды топтары бар Yш елшемдi гель мен макроторлы к¥рылымы бар жогары молекулалы синтетикалык косылыстар. Гидрометаллургияда сирек жер металдарын алудыц заманауи сорбция-лык технологиялары эдетте ионалмастыргыштарды колдануга негiзделген [10-13]. Сондыктан зерттеу объектiлерiне макромолекулалык сорбенттер ретшде кещнен колданылатын енеркэсiптiк ион алмастыргыш шайырлар Амберлайт 1Я120 (катион алмастыргыш) жэне АВ-17-8 (анионалмастыр-гыш) тацдалды [14].

Амберлайт 1Я120 - б^л сульфатпен байланыскан полистиролга непз-делген гель тYрiндегi катионды алмастыратын катты кышкылдык шайыр. Ол параллель агынды регенерациясы бар кондыргыларда суды (натрий тYрiнде)

ж^мсарту Yшiн, суды минералсыздандыру Yшiн (сутегi тYрiнде) колда-нылады. Оныц негiзгi сипаттамаларына физикалык-химиялык т^рактылык пен ыстыкка тезiмдiлiк, жаксы ион алмасу кинетикасы жэне жогары алмасу кабiлетi жатады [15-18].

Анионит АВ-17-8 - б^л гель к¥рылымы бар кYштi негiздi ион алмастыргыш шайыр. Ол ж^мсарту технологиясында жэне суды минералсыз-дандыруда колданылады. Жаксы осмостык т^рактылыгымен, сiлтiлерге, кышкылдарга, тотыктыргыштарга жогары химиялык тезiмдiлiгiмен ерек-шеленедi, суда жэне органикалык ериташтерде ерiмейдi [19-22].

К^рп уакытта сорбциялык технологияларда эр тYрлi макромоле-кулалык сорбенттер колданылады [23], олардыц мацызды белiгi эр тYрлi табиги металдар иондарын (сирек жер металдары) iрiктеп алуга жэне белуге багытталган [24]. Сирек жер элементтерше элемдiк с^раныстыц артуы б^л зерттеудщ езектiлiгi мен практикалык мацыздылыгын керсетедi. Ка^рп танда кещнен колданылатын ион алмастыргыш шайырлардыц енеркэсiптiк колданылуы ете шектеулi екеш белгiлi, б^л эр тYрлi иондык к¥рамы бар технологиялык ерiтiндiлердегi синтетикалык ион алмастыргыштардыц темен тиiмдiлiгi мен с^рыптылыгына байланысты [25].

Б^л ж^мыстыц максаты сирек кездесетiн металдардыц иондык ра-диусыныц сорбциялау процесi кезшде коммерциялык кол жетiмдi екi ион алмастыргыштыц кашыктыктан эсер етуiне эсерш зерттеу болып табылады (неодим мен скандий мысалында) .

2. Нэтижелер мен талкылау

Белгiлi бiр сирек жер металдарыныц иондык радиусыныц (неодим немесе скандий) кашыктыктан эсерлесу к¥былысына эсерш бшу Yшiн сорбциялык процест зерттеу кажет. Полимерлiк к¥рылымдардыц езара актив-тенуi кезiнде журетш ионизация процесi туралы накты тYсiнiк алу Yшiн жеке ортадагы ион алмастыргыштар мен олардыц арасындагы полимерлш жYЙелердiн эрекетiн зерттеу мацызды.

2.1. Су ортасындагы жеке ион алмастыргыш шайырлар мен интер-полимерлЫ ЖYйелердiц электрохимиялыц цасиеттер1. АшЬегШе 1Я-120 су ортасындагы меншшт электр етюзпштш мен рН мэшнщ молярлык мел-шерше жэне уакытка байланысты тэуелдiлiгi 1-суретте керсетiлген: (а) жэне (б). Аталган ион алмастыргыштыц функционалды топтарыныц диссоциа-циялану процесi уакыт еткен сайын ортаныц электреткiзгiштiгiнiн артуына экеледi, зарядталган функционалды топтар мен протондардыц тYзiлуi диссоциация процесiнiн тiкелей нэтижес болып табылады. 1-суреттен керiнiп т^ргандай, ионалмастыргыштыц молярлык мелшерiнiн ^лгаюы меншкп электр еткiзгiштiгiнiн артуын камтамасыз етед^ м^нда Амберлайт 1Я120 молярлык мелшершщ 5-тен 6 мольге дейiн ^лгаюымен ондагы электро-химиялык параметрдiн айтарлыктай есуi (70%-дан астам) байкалады. М^ндай кYштi есу 6 моль Амберлайт 1Я120 катысуымен функционалды топтардыц диссоциациялануыныц салдарынан болып табылады. Ионалмасу

шaйыpыньщ фyнкциoнaлды TOrnapbrnbiR eдэyip бeлiгi элeктpeткiзгiштiгiнщ кYшeюiнe экeлeтiн диccoциaцияFa ¥шыpaйды. АВ-17-8 cyлы opтaдaFы элeктp eткiзгiштiгi мeн pH Ma^^prniR мoляpльщ мeлшepiнe жэнe ya^M^a тэyeлдiлiгi cэйкeciншe l-cyperre кeлтipiлгeн: (c) жэнe (г). Б^л жaFдaйдa opтaньщ элeктp eткiзгiштiгiнщ жoFapылayы (АВ-17-8 иoн aлмacтыpaтын шaйыpдьщ бoлyы) cy мoлeкyлaлapыньщ H+ иoндapы мeн ОН- тoптapынa диccoциaциялaнyынa бaйлaныcты бoлaды. АниoнaлмacтыpFыш cy opтacын-дaFы пpoтoндapды бaйлaныcтыpaды, б^л e3 кeзeгiндe cy мoлeкyлaлapыныц ;ocымшa диccoциaцияcын ^aimaina^^ eтeдi (элeктpoхимияльщ тeпe-тeндiктiц orçFa ыFыcyынa бaйлaныcты). ИoнaлмacтыpFыш мeлшepiнщ 9P6ÍP ecyi электр еткппшттнщ 20%-дан жогары есуш камтамасыз етед1.

(а) (Ъ)

(c) (d)

1-сурет - Жскс пoлимepлiк к;¥pылымдap к;aтыcындaFы cyлы opтaньщ мсншшп элeктpeткiзгiштiгi мен pH: Амбepлaйт IR120 (a, b) жэнс AB-17-8 (c, d)

Су ортасындагы жеке катионит пен аниониттщ электрохимиялык ка-сиеттерi бiр-бiрiнен ерекшеленедi (1-сурет). Амберлайт 1Я120 катион ал-мастыргышыныц сулы ортадагы Yлесiнiн артуы уакыт ете келе меншiктi электр етюзпштшнщ жогарылауына экеледi. рН керсеткiшi функционалды топтардыц диссоциациялануын керсетедi (кушт диссоциация катион алмастыргыштыц 6 молшщ катысуымен жYредi). Анионалмасу к¥рылымы болган жагдайда уакыт еткен сайын ортаныц меншiктi электреткiзгiштiгi темендейдi, б^л су молекулаларыныц диссоциациялануыныц нэтижесiнде пайда болган бос протондардыц АВ-17-8 гетероатомымен байланысуын керсетедi, б^л бос су молекулаларыныц косымша диссоциациясын туды-рады. Аниониттердiн молярлык мелшерiнiн артуы параметр мэндершщ ^лгаюына экеледi. АВ-17-8 молярлык мелшершде рН мэндерiнiн 1-ден 4-ке дейiн темендеуi ассоциация процесiнде диссоциация басым екенiн керсе-тедi; молярлык мелшердщ 5 жэне 6 мольге дешн жогарылауы су ортасындагы Н+ концентрациясыныц темендеуiне экеледi, б^л протондар ассоциа-циясыныц жогарылауына дэлел бола алады.

Ион алмастыргыштардыц иондалуы 2 сатыда жYредi. Бiрiншi кезец -полимерлi к¥рылымдардыц ылгалдануы; екiншi кезец - екiншi полимер молекуласыныц эсерiнен бiр полимерлiк к¥рылымныц ашылуы, жалпы ерiтiндi не Н+ немесе ОН- береди Ашылу молекулааралык байланыстарды к^райтын тiзбектердi ашуды камтамасыз етедь Кашыктыктан езара эрекет-тесу нэтижесвде функционалды топтарда карама-карсы иондар тYзiледi, б^л гидрофобты езара эрекеттесу аркылы т^рактандырылган т^шшк байланыстарды жою аркылы жецшдетшед^ себебi анион алмастыргыштыц к¥рамындагы дивинилбензол гидрофобты фрагмент болып табылады. Эр макромолекуланыц жогары иондану куш езара активтену кезiндегi иондану аймактары мен релаксация аймактарыныц улгаюына байланысты. взара активтену - бул полимералык жYЙедегi катион мен анион алмастыргыштардыц стационарлык кYЙден реактивтi ^йге ауысуын камтамасыз ететiн кубылыс.

Су ортасыныц меншiктi электреткiзгiштiгiне зерттелетiн полимерлш жYЙенiн болуы эсер етедi (Амберлайт 1Я120-АБ-17-8) (2-сурет (а)). Алынган деректер кашыктан эрекеттесу к¥былысыныц бастапкы ионалмастыргыш-тардыц конформациялык езгеруiне, интерполимерлi жуптардагы макро-молекулалардыц к¥рылымыныц езгеруiне, олардыц электрохимиялык ка-сиеттерiнiн елеулi езгеруше экелетiнiн керсетедi. Жеке ион алмастыргыштардыц 6:0 жэне 0:6 катынасында ортаныц электрохимиялык параметр-лерiн жогарылауын былай тYсiндiруге болады: Амберлайт 1Я120 катион алмасу шайырыныц функционалды топтарыныц диссоциациялануына байланысты су ортасында протондар мелшерi белiнедi; АВ-17-8 катысуымен сутеп иондарыныц белiнуiмен су молекулаларыныц косымша диссо-циациялануы анион алмастыргыштыц иондалуы кезiнде протондар мелше-ршщ азаюынан болады. Барлык езара эрекеттесу кезшде электретюзпш-тiктiн темен мэндерi Амберлайт 1Я120:АВ-17-8 = 3:3 катынасында, ал

элeктpeткiзгiштiгiнiц жoFapы мэндepi Aмбepлaйт IR120:AB-17-8 = 4:2 жэж 2:4 ^a^macH^^ бaй;aлaды. Aмбepлaйт IR120-AB-17-8 интepпoлимepлiк жYЙeлepiнiц мoляpлы; ^ararnac пeн ya^bi^a бaйлaныcты pH мэншщ eзгepici 2 (б) cyperre кeлтipiлгeн. Жeкe к^ыльшь бap Aмбepлaйт IR120 ^a^icbi^^ pH-тьщ тeмeндeyi фyнкциoнaлды тoптapдыц диccoциaцияcын кepceтeдi, aл жeкe AB-17-8 ^a^icbi^^ pH жoFapылayы пpoтoнмeн гeтepoaтoмFa бaйлa-ныcaды. Aмбepлaйт IR120:AB-17-8 = 4:2 интepпoлимepлi жYЙeлepiндe cyтeгi иoндapыньщ кoнцeнтpaцияcыньщ жoFapы мэндepi accoциaциядaн repi дж-coциaцияньщ бacым eкeнiн кepceтeдi. Пpoтoндapдьщ тeмeн кoнцeнтpaция-ch 5:1 ^a^macHi^^ бaй;aлaды, элeктpeткiзгiштiк мэндepiмeн caлыcтыp-Faндa б^л кoэффициeнттi бacтaп;ы мaкpoмoлeкyлaлapдыц жoFapы иoндaнy aймaFы дeп aтayFa бoлaды.

(a) (b)

2-сурет - Aмбepлaйт IR120-AB-17-8 интepпoлимepлi ЖYЙeлepшщ к;aтыcындa cy opтacыньщ мeншiктi элeктpeткiзгiштiгi (a) жэнс pH (b)

К^шьщты^^ы e3apa эpeкeттecy кубыльгсы cyлы opтaньщ элeктpoхи-миялы; ^aOTerrepme aйтapлы;тaй acep eтeдi. Интepпoлимepлiк жyптapдыц бoлyы жeкe иoнaлмacтыpFыштapдьщ бacтaп;ы элeктpoхимиялы; тepiнщ, acipece пoлимepлiк жYЙeдeгi мeншiктi элeктp eткiзгiштiгiнiц манде-pimrç eлeyлi eзгepyiнe ы;пaл eтeдi (Aмбepлaйт IR120: AB-17-8 мoляpлы; ;a-тынacтapы 5:1-дeн 1:5-кe дeйiн). Б^л мэлiмeттep иoн aлмacтыpFыштapдьщ ^^ылымыц^ы мoлeкyлaapaлы; eзгepicтepдiц бap eкeнiн кepceтeдi, oндa 9P6ÍP мaкpoмoлeкyлaлы; ;ypылымныц пaйдa бoлyы мoлe-

кyлaapaлы; бaйлaныcтapдьщ Yзiлyiнe экeлeдi. Aмбepлaйт IR120:AB-17-8 = = 5:1 интepгeлдi ж¥птapдaFы пpoтoн кoнцeнтpaцияcыньщ жoFapы мэндepi фyнкциoнaлды тoптapдыц диccoциaциялaнy ^o^crne ;apaFa^4a ^oto^ дapдыц accoциaциялaнy ^o^crniq тapaлyын кepceтeдi.

2.2. Ш3+ жэне Sc3+ иондарына цатысты Амберлайт Ш120-ЛБ-17-8 интерполимерлт ЖYйелерiнiц сорбциялыц цасиеттер1. Интерполимерлш жYЙелердщ сорбциясы кезiндегi ион алмасу шайырларыньщ молярлык катынасы мен уакытка байланысты №3+(а) жэне Sc3+(Ъ) иондарыныц концентрациясыныц взгеруi 3-суретте кврсетiлген. Неодимнщ кYштi сорбциясы 0,1 сагатта жYредi, металиондарыныц концентрациясы Амберлайт IR120:AB-17-8 = 4:2 катынасында едэуiр твмендейдi (100 мг/л-ден 90,31 мг/л), жеке Амберлайт Ж120 Yшiн сирек жер элементшщ концентрациясы 100 мг/л-ден 98,90 мг/л-ге дешн, ал АВ-17-8-100 мг/л-ден 99,20 мг/л-ге дейiн твмендеген. Эрi карай сорбция процесi Амберлайт IR120:AB-17-8 = 4:2 катынасында ион алмастыргыштардыц курылымын-дагы елеулi взгерютермен бiрге жYредi, нэтижесiнде бурын сорбцияланган неодим иондарыныц бiр бвлiгi сульфат ертндюше кайта шыгарылады. 4,5 сагаттан бастап 5:1 катынасында сорбцияныц накты максимумы бай-калады. Бурын айтылгандай, бул катынас катион мен анион алмастыргыштардыц максималды иондану аймагы болып табылады. Бул катынаста 48 сагаттык взара эрекеттесуде сорбцияныц айтарлыктай жаксы жYрге-нiн байкауга болады, неодимнiц бастапкы концентрациясы 100 мг/л-ден 57,68 мг/л -ге дешн, ал жеке Амберлайт ШЛ20 Yшiн 100 мг/л-ден 61,59 мг/л жэне АВ-17-8 Yшiн 100 мг/л-ден 77,98 мг/л-ге дешн твмендейдь Скандий иондарыныц сорбциясы сорбцияныц бастапкы сэтшен бастап интерпо-лимерлiк жYЙелердiц (0,1 сагат) 5:1 катынасында жеке ион алмастыргыш курылымдарымен салыстырганда айтарлыктай жаксы жYргенi байкалады. Бул кезде металдыц концентрациясы Амберлайт Ш.120 катысуымен 100 мг/л-ден 96,64 мг/л-ге дешн твмендейд^ ал АВ-17-8 катысуымен 100 мг/л-ден 97,30 мг/л-ге дешн твмендейдь Каркынды сорбция 5:1 катынасында жYредi (концентрациясы 100 мг/л-ден 90,90 мг/л-ге дешн твмен-дейд1). 4,5 сагаттан бастап 5:1 жэне 6:0 катынасында твмен концентрация-

№ (Ь)

3-сурет - Амберлайт IR120-AB-17-8 интерполимерлж жуйелершщ катысуымен Ш3+(а) жэне Бс3+(Ъ) иондарыныц концентрациясыныц взгеру1

ньщ дэл нYкетелерi пайда болады. Скандий иондарыныц ^ар^ынды сорбциясы 48 сагат iшiнде жYредi, м^нда максималды сорбция 48 сагатта 1:5 ^атынасында пайда болады, Sc3+ иондарыныц концентрациясы 100-ден 61,94 г/л-ге дешн твмендейдi, ал Амберлайт ШЛ20 Yшiн 100 мг/л-ден 65,03 мг/л-ге дешн жэне АВ-17-8 Yшiн 100 мг/л-ден 76,21 мг/л-ге дешн твмендейдь

Амберлайт IR120-AB-17-8 интерполимерлiк жYЙелерiшц молярлыщ ^атынасына жэне уа^ыт^а байланысты №3+(а) жэне Sc3+(Ъ) иондарын шыгару дэрежес 4-суретте кврсетiлген. Уа^ыт вте келе Амберлайт Ж120: AB-17-8 = 5:1 ^атынасында полимерлердщ Nd3+ иондарын шыгару дэрежес жогарылайды. Метал иондарын шыгару дэрежесшщ айтарлыщтай жогары-лауы 24 сагаттан 48 сагат уа^ыт аралыгында болады, б^л уа^ыттагы сорб-цияныц всуi 27,43% -дан 42,32% -га дешн. Жеке Амберлайт ШЛ20 Yшiн всiм 25,48% -дан 38,41% -га дешн, АВ-17-8 Yшiн 12,00%-дан 22,02%-га дейiн. Sc3+ иондарыныц сорбциясы кезвде де уа^ыт бойынша сорбция параметр-лерi артады, шыгару дэрежесiнiц максималды мэндерш взара эрекеттесудiц 48 сагатында бай^ауга болады. Интерполимерлiк жYЙелердiц 5:1 ^атына-сында метал иондарын шыгару дэрежесшщ айтарлыщтай всуi бай^алады, м^нда сэйкесiнше шыгару дэрежесi 38,06%, ал жеке Амберлайт Ж120 Yшiн 34,97% жэне АВ-17-8 Yшiн 23,79%. Алынган мэлiметтерден Sc3+ иондарыныц максималды сорбциялыщ ауданы 5:1 ^атынасында болатынын квруге болады. Неодим жэне скандий иондарыныц иондыщ радиусыныц Амберлит IR120-AB-17-8 интерполимер жYЙесi ар^ылы сорбцияга эсерш жогарыда аталган концентрация взгерiсiнiц ^исыщтарынан бай^ауга болады (3-сурет). Неодим иондарыныц сорбциясы скандиймен салыстырганда бiршама жога-ры мэнге ие. Скандий жэне неодим иондарын интерполимерлi ж^птармен

№ (Ъ)

4-сурет - Амберлайт ШЛ20-ЛБ-17-8 интерполимерл1 жуйелершщ Nd3+(a) жэне Бс3+(Ъ) иондарын шыгару дэрежес

сщру барысында ионалмастыргыш шайырлардыц курылымында елеулi взгерiстер болады. Активтенген Амберлит IR120 жэне АВ-17-8 интерпо-лимерлi жYЙелерiнiц тYЙшаралык буындарыныц глобустары сулы ортадагы неодим сульфатыныц влшемдерiне максималды сэйкес болгандыктан неодим иондарыныц сорбциясы скандийге Караганда жогары болады.

3. Корытынды

Гидрометаллургияда сирек жер металдарын алудыц заманауи сорбциялык технологиялары эдетте ионалмастыргыш шайырларды колдануга багытталган. Ион алмастыргыштар - бул ион алмасу реакциясына кабшетп кышкыл немесе негiздiк функционалды топтары бар Yш влшемдi гель мен макроторлы курылымы бар жогары молекулалы синтетикалык косылыстар. Жогарыда аталган ионалмастыргыш курылымдардыц негiзгi кемшiлiктерi -сурыптылыктыц болмауы (эрбiр максатты металл Yшiн белгiлi бiр ион алмастыргыш кажет), алмасу кабiлетiн толык калпына кел^ру процесшщ узактыгы жэне кажырлы ецбект кажет ететiндiгi. Ал сирек жер металда-рыныц иондарын сурыптап шыгару Yшiн аталган ионалмастыргыш курылымдардыц непзвде интерполимерлi жYЙелердi колданудыц мацызы зор. Негiзгi артыкшылыгы интерполимерлi жуптардагы бастапкы компонент-тердiц бастапкы молярлык катынасын взгерту аркылы эрбiр интерполимер жYЙесiнiц сурыптылыгын «баскаруга» болады. Зерттеу нэтижелерiнен интерполимерлi жYЙеде бастапкы ионалмастыргыш шайырлар кашыктан эрекеттесу эсерiнен жогары иондалган кYЙге втетiнiн жэне соныц эсерiнен полимерлердiц сорбциялык касиеттерiнiнде взгеретшш болжауга болады. Бул казiргi тацда колданып жYрген сорбциялык эдiстердi жаксартуга жэне соныц негiзiнде жаца сорбциялык технологиялар мен эдютер жасауга непз бола алады.

4. Эксперименттiк бeлiм

4.1. Материалдар. Амберлайт IR120 катион алмастыргышыныц хи-миялык курылымдары 1-сызбанускада берiлген:

Polymer chain

H C

C

H C

C

H C

Амберлайт IR120 катион

алмастыргышыньщ

химиялык; курылымы.

Polymer chain

ИoнaлмacтыpFыш Амбepлaйт IR120 Sig-ma-Aldrich кoмпaнияcымeн (Сeнт-Лyиc, Миccypи, АКЩ) cинтeздeлгeн.

AB-17-8 aниoнaлмacтыpFыmыньщ химиялы; ;ypылымы 2-сызбанус-;ада кepceтiлгeн:

h c

h2 c

f]

ch2

h c

h2 c

>4

h2

hc—c -

h3c-n+c!"

h3c ch3

2-сызбан^скэ - АВ-17-8 aниoн aлмacтыpFыштьщ химиялы; кypылыcы.

ИoнaлмacтыpFыm AB-17-8 LLPLaborfarmaдa cинтeздeлгeн (Алматы, ^аза;стан).

4.1.1. Интерполимерлт ЖYйенi дайындау. Интepпoлимepлiк жYЙeлepдi к^УДЫЧ Fылыми нeгiзi мaкpoмoлeкyлaлapдьщ ;amы;ты;тaн эcepлecy ;убылысына нeгiздeлгeн. Зepттeyдe бастап;ы жeкeлeгeн иoн алмастьф-Fыmтap нeгiзiндe Амбepлaйт IR120-AB-17-8 интepпoлимepлiк жYЙeci ;ypылFaн.

Интepпoлимepлiк жYЙeнi дaйындay пpoцeci кeлeciдeй (кeзeцмeн):

1) 3p6íp иoн aлмacтыpFыm шaйыpдьщ диcпepcияcы аналитикалы; диipмeндe (бip-бipiнeн бeлeк) 120 мкм-дeн жoFapы жэнe 180 мкм^н тeмeн бeлmeктepдщ eлmeмiнe дeйiн уса;талады.

2) Мaкpoмoлeкyлaлы; ;ypылымдapдыц алышан диcпepcиялapы 100 мкм тeciктepi бap apнaйы дaйындaлFaн пoлипpoпилeндi yяmы;тapFa (cYЗгiлepгe) салынады.

3) Лмбepлaйт IR120 жэж AB-17-8 диcпepcияcы бap aтaлFaн yяmы;тap 3-cызбaнyc;aFa cэйкec бip-бipiнeн 2 см apa;amы;ты;тa салынады.

^вдай-а; диcпepcияныц жалпы мeлmepi (eкi жaFдaйдa дa-жeкe тон aлмacтыpFыmтьщ бoлyы нeмece cэйкec ТУЗ epiтiндiciндe интepпoлимepлiк жYЙeнiц бoлyы) тypa;ты 6 мoльгe тeц. Сeбeбi интepпoлимepлiк жYЙeдe иoнaлмacy maйыpлapыньщ apa^ara^^i мoляpлы; кoнцeнтpaция peтiндe ;apacтыpылaтын бoлca, алыэтан мэлiмeттepдi тaлдay нeFypлым жeцiл бoлaды.

n

3-сызбан^скз - Амберлайт IR120 жэне AB-17-8 негiзiндегi интерподимердж жуйе.

4.1.2. Сорбция параметрлер1н есептеу. Туз ертндшер - сорбциялык зерттеулер Yшiн неодим жэне скандий сульфатыньщ ерiтiндiлерi (екi жагдайда да C = 100 мг/л) деионизделген сумен дайындалды (% = 10 мк3/см; рН = 6,98).

Аталган сирек жер металдары иондарыныц шыгару дэрежес мына тец-деуге сэйкес есептелген:

Со Се у] = —-* 100% , С0

мунда С0 - Nd3+ немесе Sc3+ иондарыныц бастапкы концентрациясы, мг/л.

4.2. Зерттеу zdicmepi

4.2.1. Электрохимиялыщ цасиеттерд1 анъщтау. Электр етюзпшттн аныктау Yшiн Expert 002 (Эконикс-сарапшы, Мэскеу, Ресей Федерациясы) колданылды. рН мэндерiн елшеу рН-827-де (Metrohm, Herizau, Швейцария) жYргiзiлдi. Полимерлердщ су ортасындагы электрохимиялык касиетгерш зерттеу кашыктыктан эрекет ету кезiнде полимерлш курылымдардыц жо-гары ионизацияланган аудандарыныц пайда болуын болжауга мYмкiндiк береди

4.2.2. Неодим жэне скандий иондарыныц концентрациясын анъщтау. Фотоколориметр KFK-3KM (UnicoSys, Санкт-Петербург, Ресей Федерациясы) оптикалык тыгыздыкты аныктау Yшiн колданылды (будан эрi Nd3+ жэне Sc3+ иондарыныц концентрациясын есептеу Yшiн). ICP-OES 8300 ICP-OES спектрометршде (PerkinElmer, Waltham, Массачусетс, АКШ) концентрация аныкталды.

^аржыландыру: Бул зертгеуд1 Казакстан Республикасы Бшм жэне гылым министрлш каржыландырды, грант нем1р1 AP08856668.

Information about authors:

Jumadilov T.K. - Doctor of Chemical Sciences, Professor; e-mail: jumadilov@mail.ru; ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-9505-3719

Khimersen Kh. - Ph.D student; e-mail: huana88@mail.ru; ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-5138-5997

Kondaurov R.G. - Ph.D; e-mail: r-kondaurov@mail.ru; ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-5998-8453

Imangazy A.M. - Ph.D student; e-mail: imangazy.aldan@mail.ru; ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-7834-1022

3ae6HeTTep Ti3iMi

1. Pecht M.G., Kaczmarek R.E., Song X., Hazelwood D.A., Kavetsky R.A., Anand D.K. 2012. Center for Energetic Concepts Development Series Southern Maryland, ML, USA, 184.

2. Haque N., Hughes A., Lim S., Vernon C. 2014. Rare Earth Elements: Overview of Mining, Mineralogy, Uses, Sustainability and Environmental Impact, Resources 3, 614, DOI: 10.3390/resources3040614.

3. Ganguli R., Cook D.R. 2018. MRS Ener. Sustain. 5 DOI: 10.1557/mre.2018.7.

4. Nomenclature of Inorganic Chemistry. IUPAC Recommendations 2005. International Union of Pure and Applied Chemistry and the Royal Society of Chemistry: Cambridge. J. Am. Chem. Soc., 2006, 128(20), 366 p. https://doi.org/10.1021/ja069710g

5. Bhattacharya S., Acharya A. Chapter 10 - Electrical transport of some ionic glass-nanocomposites. In Metal Oxide Glass Nanocomposites, 1st ed.;Sanjib Bhattacharya; Publisher: Elsevier, 2020, 207-221. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-817458-6.00010-x

6. Kristiansen Roy. "Scandium - Mineraler I Norge". Stein (in Norwegian), 2003, 14-23.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

7. Ahmad Z. The properties and application of scandium-reinforced aluminum. JOM 2003, 55(2), 35-39. https://doi.org/10.1007/s11837-003-0224-6

8. Krishnan S., Zulkapli N.S., Kamyab H., Mat Taib S.M., Fadhil Bin Md Din M., Abd Majid Z., Chaiprapat S., Kenzo I., Ichikawa Y., Nasrullah M., Chelliapan S., Othman N. Current technologies for recovery of metals from industrial wastes: An overview, Environ Technol Inno. 2021, 22, 101525. https://doi.org/10.1016/j.eti.2021.101525

9. Jorissen J. Ion exchange membranes as solid polymer electrolytes (spe) in electro-organic syntheses without supporting electrolytes. Electrochim. Acta, 1996, 41(4), 553-562. https://doi.org/10.1016/0013-4686(95)00342-8

10. Laatikainen M., Branger C., Laatikainen K., Sainio T. Ion exchange of lanthanides with conventional and ion-imprinted resins containing sulfonic or iminodiacetic acid groups. Sep. Sci. Tech. 2019, 56, 203-216. https://doi.org/10.1080/01496395.2019.1708938

11. Botelho A.B., Pinheiro E.F., Espinosa D.C.R., Tenorio J.A.S., Baltazar M.D.G. Adsorption of lanthanum and cerium on chelating ion exchange resins: kinetic and thermodynamic studies. Sep. Sci. Tech. 2021 (in press) https://doi.org/10.1080/01496395.2021.1884720

12. Kon'kova T.V., Quynh T.N. Sorption recovery of lanthanum, iron, aluminum, and calcium ions from phosphoric acid. Russian J. Appl. Chem. 2020, 93, 1868-1872. https://doi.org/10.1134/S1070427220120083

13. Sert S., AltasY., Tel H., Inan S., Cetinkaya B., Sengul S., Ozkan B. Investigation of sorption behaviors of La, Pr, Nd, Sm, Eu and Gd on D2EHPA-impregnated XAD7 resin in nitric acid medium. Sep. Sci. Tech. 2021, 56, 26-35. https://doi.org/10.1080/01496395.2019.17081

14. Qadeer R., Hanif J., Khan M., Saleem M. Uptake of Uranium Ions by Molecular Sieve. Radiochim. Acta 1995, 68(3), № 3, 197-202. https://doi.org/10.1524/ract.1995.68.3.197

15. Dupont. Water solutions. Available online: https://www.dupont.com/products/amberliteirc120na.html (accessed on 20 April 2021)

16. Russo V., Taddeo F., Cogliano T., Vitiello R., Esposito R., Tesser R., Salmi T., Di Serio M. Investigation of the intrinsic reaction kinetics and the mass transfer phenomena of nonanoic acid

esterification with 2-ethylhexanol promoted by sulfuric acid or AM6epnaftT IR120. Chem. Eng. J. 2021, 408, 127236. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.127236

17. Gossuin Y., Hantson A.L., Vuong Q.L. Low resolution benchtop nuclear magnetic resonance for the follow-up of the removal of Cu2+ and Cr3+ from water by AM6epnaftT IR120 ion exchange resin. J. Wat. Proc. Eng. 2020, 33, 101024. https://doi.org/10.1016/jjwpe.2019.101024

18. Kumar S., Batra S., Datta D. Use of polymeric adsorbent AM6epnaftT IR120 H resin for isonicotinic adsorption. J. Mol. Liq. 2017, 247, 289-293. https: //doi.org/10.1016/j .molliq.2017.10.013

19. Kurian M. Cerium oxide-based materials for water treatment - a review. J. Environ. Chem. Eng. 2020, 8(5), 104439. https://doi.org/10.1016/jjece.2020.104439

20. Petrov G., Zotova I., Nikitina T., Fokina S. Sorption recovery of platinum metals from production solutions of sulfate-chloride leaching of chromite wastes. Metals. 2021, 11, 569. https://doi.org/10.3390/met11040569

21. Jumadilov T., Yskak L., Imangazy A., Suberlyak O. Ion Exchange Dynamics in Cerium Nitrate Solution Regulated by Remotely Activated Industrial Ion Exchangers. Materials 2021, 14, 3491. https://doi.org/10.3390/ma14133491

22. Altshuler H.N., Ostapova E.V., Malyshenko N.V., Altshuler O.H. Sorption of nicotinic and isonicotinic acids by the strongly basic anion exchanger AB-17-8. Russian Chem. Bul. 2017, 66, 1854-1859. https://doi.org/10.1007/s11172-017-1957-7

23. Beaugeard V., Muller J., Graillot A., Ding X., Robin J.-J., Monge S. Acidic polymeric sorbents for the removal of metallic pollution in water: A review. React. Funct. Polym. 2020, 152, 104599. https://doi.org/10.1016Zj.reactfunctpolym.2020.104599

24. Sui N., Huang K. Separation of rare earths using solvent extraction consisting of three phases. Hydrometallurgy, 2019, 188, 112-122. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2019.06.012

25. Lee J., Kurniawan Hong H.-J., Chung K.W., Kim S. Separation of platinum, palladium and rhodium from aqueous solutions using ion exchange resin: A review. Sep. Purif. Technol. 2020, 246, 116896. https://doi.org/10.! 016/j. seppur.2020.116896

Резюме

ВЛИЯНИЕ ИОННЫХ РАДИУСОВ НЕОДИМА И СКАНДИЯ НА ДИНАМИКУ СОРБЦИИ ИНТЕРПОЛИМЕРНОЙ СИСТЕМЫ В РЕЗУЛЬТАТЕ ДИСТАНЦИОННОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ AMBERLITE IR120 И AB-17-8

Т.К. Джумадилов1, Х. Химэрсэн1'2 , Р.Г. Кондауров1, А.М. Имангазы1

1АО «Институт химических наук имени А.Б. Бектурова», Алматы, Казахстан 2Казахский национальный педагогический университет имени Абая, Алматы, Казахстан

E-mail: huana88@mail.ru

Целью настоящей исследовательской работы являлось относительно сравнительное изучение влияния величин ионных радиусов тяжелых металлов неодима и скандия на процесс их сорбции из соответствующих сульфатных водных растворов индивидуальными сорбентами типа Amberlite IR120, AB-17-8 принадлежащий к интерполимерной системой и их смесями в различных молярных соотношениях AmberliteIR120:AB-17-8. Лабороторные эксперименты по изучению сорбции ионов тяжелых металлов неодима и скандия проводились с использованием следующих современных физико-химических методов анализа: измерением электропроводности раствора-кондуктометрией, оценкой концентрации ионов водорода-рН-метрии, оптическими приборами колориметрии, атомно-эмиссионной спектроскопии. В ре-

зультате сорбции тяжелых ионов неодима и скандия в результате дистанционного взаимодействия иониты в интерполимерной системе переходят в особое обменное состояние. В результате этих процессов происходит формирование оптимальной конформации при соответствующей конфигурации ионитов в структуре исходных субстанции. При изучении процесса сорбции было выяснено, что высокая степень ионизации ионообменных смол наблюдается при мольном соотношении изучаемых ионитов при указанном молярном соотношении: Amberlite IR120: AB-17-8 = 5:1. На основе проведенных исследований установлено, что степень извлечения ионов неодима за 48 часов составляет 42,32%, а степень извлечения ионов скандия при этих же условиях составляет - 38,06%. Возможной причиной более высокой сорбции ионов неодима по сравнению с ионами скандия является максимальное соответствие глобусов межузловых звеньев амберлита IR120 и AB-17-8 после активации размерам сульфата неодима в водной среде.

Ключевые слова: интерполимерная система, промышленные иониты, Amber-lite IR120, AB-17-8, дистанционное взаимодействие, взаимная активация, сорбция, ионы неодима, ионы скандия.

Abstract

IMPACT OF NEODYMIUM AND SCANDIUM IONIC RADII ON SORPTION DYNAMICS OF AMBERLITE IR120 AND AB-17-8 REMOTE INTERACTION

T.K. Jumadilov1, Kh. Khimersen1'2, R.G. Kondaurov1, A.M. Imangazy1,

1JSC "A.B. Bekturov Institute of chemical sciences", Almaty, Kazakhstan 2Abai Kazakh National Pedagogical University, Almaty, Kazakhstan E-mail: huana88@mail.ru

The aim of this research work is comparative study of influence of ionic radii of heavy metal ions of neodymium and scandium on their sorption process from corresponding water solutions of sulfates by sorbents such as individual ion-exchangers Amberlite IR120, AB-17-8 and mixture of these sorbents related to interpolymer system Amberlite IR120-AB-17-8 at the various molar relations. Laboratory experiments of this work of sorption heavy ions of neodymium and scandium were carried out and investigated by using the following physico-chemical methods of analysis: conductometry-based on the electrical conductor, pH-metry-based on the concentration of hydrogen ions, colorimetry, atomic-emission spectro-scopy. Ion-exchangers in the interpolymer system undergo remote interaction with further transition into highly ionized state. There is formation of optimal conformation in structure of the initial ion- exchangers. Significant increase of ionization of the ion-exchange resins occurs at molar ratio Amberlite IR120:AB-17-8 = 5:1. Significant increase of sorption properties is observed at this ratio due to mutual activation of ion-exchangers. The extraction rate of Nd3+ ions in 48 hours is 42.32%, and the extraction rate of Sc3+ ions is 38.06%. A possible reason for higher sorption of neodymium ions in comparison with scandium ions is maximum conformity of globes of internode links of Amberlite IR120 and AB-17-8 after activation to sizes of neodymium sulfate in an aqueous medium.

Keywords: interpolymer system, industrial ion-exchangers, Amberlite IR120, AB-17-8, remote interaction, mutual activation, sorption, neodymium ions, scandium ions.

References

1. Pecht M.G., Kaczmarek R.E., Song X., Hazelwood D.A., Kavetsky R.A., Anand D.K. 2012. Center for Energetic Concepts Development Series Southern Maryland, ML, USA, 184.

2. Haque N., Hughes A., Lim S., Vernon C. 2014. Rare Earth Elements: Overview of Mining, Mineralogy, Uses, Sustainability and Environmental Impact. Resources 3, 614, DOI: 10.3390/resources3040614.

3. Ganguli R., Cook D.R. 2018. MRS Ener. Sustain. 5 DOI: 10.1557/mre.2018.7.

4. Nomenclature of Inorganic Chemistry. IUPAC Recommendations 2005. International Union of Pure and Applied Chemistry and the Royal Society of Chemistry: Cambridge. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128(20), 366. https://doi.org/10.1021/ja069710g

5. Bhattacharya S., Acharya A. Chapter 10 - Electrical transport of some ionic glass-nanocomposites. In Metal Oxide Glass Nanocomposites, 1st ed.;Sanjib Bhattacharya; Publisher: Elsevier, 2020, 207-221. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-817458-6.00010-x

6. Kristiansen Roy. "Scandium - Mineraler I Norge". Stein (in Norwegian), 2003, 14-23.

7. Ahmad Z. The properties and application of scandium-reinforced aluminum. JOM, 2003, 55(2), 35-39. https://doi.org/10.1007/s11837-003-0224-6

8. Krishnan S., Zulkapli N.S., Kamyab H., Mat Taib S.M., Fadhil Bin Md Din M., Abd Majid Z., Chaiprapat S., Kenzo I., Ichikawa Y., Nasrullah M., Chelliapan S., Othman N. Current technologies for recovery of metals from industrial wastes: An overview, Environ Technol Inno. 2021, 22, 101525. https://doi.org/10.1016/j.eti.2021.101525

9. Jorissen J. Ion exchange membranes as solid polymer electrolytes (spe) in electro-organic syntheses without supporting electrolytes. Electrochim. Acta, 1996, 41(4), 553-562. https://doi.org/10.1016/0013-4686(95)00342-8

10. Laatikainen M., Branger C., Laatikainen K., Sainio T. Ion exchange of lanthanides with conventional and ion-imprinted resins containing sulfonic or iminodiacetic acid groups. Sep. Sci. Tech., 2019, 56, 203-216.https://doi.org/10.1080/01496395.2019.1708938

11. Botelho A.B., Pinheiro E.F., Espinosa D.C.R., Tenorio J.A.S., Baltazar M.D.G. Adsorption of lanthanum and cerium on chelating ion exchange resins: kinetic and thermodynamic studies. Sep. Sci. Tech. 2021 (in press) https://doi.org/10.1080/01496395.2021.1884720

12. Kon'kova T.V., Quynh T.N. Sorption recovery of lanthanum, iron, aluminum, and calcium ions from phosphoric acid. Russian J. Appl. Chem. 2020, 93, 1868-1872. https://doi.org/10.1134/S1070427220120083

13. Sert S., AltasY., Tel H., Inan S., Cetinkaya B., Sengul S., Ozkan B. Investigation of sorption behaviors of La, Pr, Nd, Sm, Eu and Gd on D2EHPA-impregnated XAD7 resin in nitric acid medium. Sep. Sci. Tech. 2021, 56, 26-35. https://doi.org/10.1080/01496395.2019.17081

14. Qadeer R., Hanif J., Khan M., Saleem M. Uptake of Uranium Ions by Molecular Sieve. Radiochim. Acta, 1995, 68(3), № 3, 197-202. https://doi.org/10.1524/ract.1995.68.3.197

15. Dupont. Water solutions. Available online: https://www.dupont.com/products/amberliteirc120na.html (accessed on 20 April 2021)

16. Russo V., Taddeo F., Cogliano T., Vitiello R., Esposito R., Tesser R., Salmi T., Di Serio M. Investigation of the intrinsic reaction kinetics and the mass transfer phenomena of nonanoic acid

esterification with 2-ethylhexanol promoted by sulfuric acid or AM6epnaftT IR120. Chem. Eng. J. 2021, 408, 127236. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.127236

17. Gossuin Y., Hantson A.L., Vuong Q.L. Low resolution benchtop nuclear magnetic resonance for the follow-up of the removal of Cu2+ and Cr3+ from water by AM6epnaftT IR120 ion exchange resin. J. Wat. Proc. Eng. 2020, 33, 101024. https://doi.org/10.1016/jjwpe.2019.101024

18. Kumar S., Batra S., Datta D. Use of polymeric adsorbent AM6epnaftT IR120 H resin for isonicotinic adsorption. J. Mol. Liq., 2017, 247, 289-293. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2017.10.013

19. Kurian M. Cerium oxide-based materials for water treatment - a review. J. Environ. Chem. Eng. 2020, 8(5), 104439. https://doi.org/10.1016/jjece.2020.104439

20. Petrov G., Zotova I., Nikitina T., Fokina S. Sorption recovery of platinum metals from production solutions of sulfate-chloride leaching of chromite wastes. Metals. 2021, 11, 569. https://doi.org/10.3390/met11040569

21. Jumadilov T., Yskak L., Imangazy A., Suberlyak O. Ion Exchange Dynamics in Cerium Nitrate Solution Regulated by Remotely Activated Industrial Ion Exchangers. Materials 2021, 14, 3491. https://doi.org/10.3390/ma14133491

22. Altshuler H.N., Ostapova E.V., Malyshenko N.V., Altshuler O.H. Sorption of nicotinic and isonicotinic acids by the strongly basic anion exchanger AB-17-8. Russian Chem. Bul., 2017, 66, 1854-1859. https://doi.org/10.1007/s11172-017-1957-7

23. Beaugeard V., Muller J., Graillot A., Ding X., Robin J.-J., Monge S. Acidic polymeric sorbents for the removal of metallic pollution in water: A review. React. Funct. Polym. 2020, 152, 104599. https://doi.org/10.1016/j.reactfunctpolym.2020.104599

24. Sui N., Huang K. Separation of rare earths using solvent extraction consisting of three phases. Hydrometallurgy, 2019, 188, 112-122. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2019.06.012

25. Lee J., Kurniawan Hong H.-J., Chung K.W., Kim S. Separation of platinum, palladium and rhodium from aqueous solutions using ion exchange resin: A review. Sep. Purif. Technol. 2020, 246, 116896. https://doi.org/10.! 016/j. seppur.2020.116896

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.