CC BY
45
УДК 544.3; 544-971.62; 544.341.2; 542.61
Пономарева П.А.
Оренбургский государственный университет, г Оренбург, Россия E-mail: pponomareva@narod.ru
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАВНОВЕСНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭКСТРАКЦИИ ИОДА СМЕСЯМИ ЭКСТРАГЕНТОВ РАЗЛИЧНОЙ ПРИРОДЫ
Комплексная переработка бедного минерального и гидроминерального сырья является на сегодняшний день довольно актуальной задачей в связи с различными причинами. Использование новых источников получения ценных компонентов может быть связано с истощением уже имеющихся месторождений, с невозможностью переработки традиционного сырья из-за геополитических, экономических, логистических или иных причин. В силу того, что иод не образует сколько-либо значительных залежей в земной коре в виде минералов так как является очень подвижным мигрантом, но имеет тенденцию накапливаться в подземных водах вблизи нефтяных и газоконденсатных залежей, использование последних для добычи иода может быть перспективным.
Экстракционное извлечение иода из пластовых и буровых вод природного и техногенного происхождения является достаточно эффективным и экономически выгодным процессом. Для изучения процесса экстракции были использованы модельные водные растворы, по составу максимально приближенные к составу природных вод. Были определены основные равновесные параметры процесса экстракции в зависимости от состава экстракционной композиции. Исследовались смеси экстрагентов алифатического ряда - изооктан и циклогексан и ароматического ряда - бензол и толуол. Минерализация растворов задавалась путем добавления хлорида натрия в интервале концентраций от 0 до 4 моль/л. Содержание иода соответствовало минимальным промышленным концентрациям. В качестве основных методов исследования использовались метод «изомолярных серий» и метод «переменных объёмов».
В ходе исследования было определено, что при соотношении обьёмов органической и водной фаз 1:10 наиболее выраженный синергетный эффект достигается при использовании смеси экстрагентов алифатического и ароматическго рядов в соотношении 7 к 3. Использование смесей такого состава позволяет достичь наибольшего коэффициента распределения и степени извлечения.
Ключевые слова: иод, экстракция, синергетный эффект, равновесие, степень извлечения, коэффициент распределения.
Изучению процесса экстракции иода посвящено достаточно большое [1]-[7] количество исследований, но в них недостаточно полно описываются равновесные параметры систем, в которых иод в процессе экстракции распределяется между органической экстракционной композицией и минерализованным водным раствором.
Целью работы являлось определение равновесных параметров экстракции иода смесями экстрагентов из водных растворов с различной минерализацией. Минерализация задавалась путем добавления в модельный водный раствор кристаллического хлорида натрия. В качестве компонентов экстракционной композиции использовались изооктан, циклогексан, бензол и толуол [8]-[11].
Метод «изомолярных серий» достаточно распространенный и удобный в реализации метод определения состава экстрагирующихся соединений [1]. Составу экстрагирующегося соединения (сольвата) отвечает максимальное значение определяемого свойства. В случае экстракционного извлечения это десятичный логарифм коэффициента распределения.
Для изучения процесса экстракции использовали модельные растворы. Методики приготовления исходных модельных растворов иода и определения извлекаемого компонента представлена в работах [2], [3].
Методом Остромысленского-Жоба, изучали взаимное влияние экстрагента и разбавителя на процесс экстракции из минерализованных и бессолевых растворов. Экстракцию проводили при соотношении органической и водной фаз 1:10 [4].
Экстракция смесью экстрагентов или смесью экстрагента и нейтрального разбавителя позволяет эффективно и безопасно извлекать полезное вещество при таком соотношении компонентов экстракционной композиции, когда наблюдается такое явление как синергетный эффект [12]—[15]. Проявление синергетного эффекта позволяет весьма значительно повысить коэффициенты распределения, что может быть очень полезно при проведении экстракционного извлечения. Зависимость десятичного логарифма коэффициента распределения вещества от состава смеси представляет собой кривую с
Пономарева П.А.
Определение равновесных параметров экстракции иода...
выпуклостью, обращенной от оси абсцисс, т.е. наблюдается положительный синергетный эффект (рисунки 1 и 2).
Наибольшее значение синергетного эффекта наблюдается при объёмном соотношении бензол-изооктан 3:7. Подобранное экспериментально соотношение экстрагент-разбавитель позволило изучить равновесие процесса экстракции и определить основные равновесные константы процесса экстракции. Результаты эксперимента представлены на рисунках 3 и 4.
Представленные зависимости наглядно демонстрируют, что в процессе экстракции извле-
каемое вещество в пределах равновесных концентраций образует ассоциаты в водной фазе.
С(А(В)\~ПС(А0)
(1)
В таких случаях распределение описывается уравнением Н.А. Шилова:
где D - коэффициент, соответствующий величине C(AO) при условии, что C(An(B)=1 моль/л; n - коэффициент, степень ассоциации.
1 - аддитивность экстракции;
2 -экспериментальные данные
Рисунок 1 - Проявление синергетного эффекта в смеси «бензол-изооктан» при С(№С1) = 0 моль/л
1 - [С1-]=0 моль/л; 2 - [С1-]=0,5 моль/л; 3 - [С1-]= 2 моль/л; 4 - [С1-]=4 моль/л
Рисунок 3 - Равновесия экстракции иода смесью бензол-изооктан при соотношении объёмов 3:7
1 - аддитивность экстракции;
2 -экспериментальные данные
Рисунок 2 - Проявление синергетного эффекта в смеси «бензол-изооктан» при С(№С1) = 4 моль/л
1 - [С1-]=0 моль/л; 2 - [С1-]=0,5 моль/л; 3 - [С1-]=2 моль/л; 4 - [С1-]=4 моль/л
Рисунок 4 - Билогарифмические концентрационные зависимости экстракции иода из смеси бензол-изооктан при соотношении объёмов 3:7
Биологические науки
Таблица 1 - Равновесные параметры экстракции иода из модельных растворов с различной минерализацией
композицией бензол-изооктан
С(с1"), моль/л 0 0,5 2 4
D 680 555 472 423
R 97,8 99,5 98,5 99,9
n 1,5 1,3 1,2 1,3
Таблица 2 - Равновесные параметры экстракции иода из модельных растворов с различной минерализацией
композицией толуол-изооктан
С(с1-), моль/л 0 0,5 2 4
D 968 661 559 481
R 98,5 98,4 99,4 99,6
n 1,2 1,2 1,2 1,2
Также методом Остромысленского-Жоба был изучен процесс экстракции иода и установлено оптимальное соотношение экстрагент-разбавитель для смеси толуол-изооктан.
Для выбранного соотношения экстрагент-разбавитель изучено равновесие процесса экстракции.
Установлено, что увеличение минерализации водного раствора приводит к ухудшению извлечения иода из водного раствора (таблицы 1 и 2).
Данные таблиц 1 и 2 позволяют сделать вывод о том, что смесь толуола и изооктана в объёмном соотношении 3:7 является более эффективной по сравнению с аналогичной смесью с бензолом в качестве экстрагента из-за более высоких коэффициентов распределения во всем исследованном интервале минерализаций.
Для композиции циклогексан-изооктан во всем изученном интервале минерализаций синергетный эффект проявляется достаточно слабо, либо вообще отсутствует.
19.09.2017
Список литературы:
1 Пономарева, П. А. Применение метода изомолярных серий при изучении экстракции йода из водных растворов композицией
ТБФ-изооктан [Электронный ресурс] / Вишнякова К. Ю., Пономарева П. А. // Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры : материалы Всерос. науч.-метод. конф. (с междунар. участием), 4-6 февр. 2015 г., Оренбург / М-во образования и науки Рос. Федерации, Федер. гос. бюджет. образоват. учреждение высш. проф. образования «Оренбургский. гос. ун-т». - Электрон. дан. - Оренбург, 2015. - С. 1172-1176. - ISBN 978-5-7410-1180-5.
2 Пономарева, П. А. Определение физико-химических параметров экстракции иода органическим растворителем из водных растворов с различной минерализацией / П. А. Пономарева, Э. В. Строева, Ю. В. Гаврюшенко // Материалы III Международной конференции по теоретической и экспериментальной химии. 21-22 сентября. - Караганда: «Изд-во КарГУ», 2006. - С. 168-170.
3 Пономарева, П. А. Исследование процесса распределения элементарного иода в системе органический растворитель - минерализованный водный раствор / П. А. Пономарева, Э. В. Строева // XI Международная научно-техническая конференция «Наукоемкие химические технологии 2006» Самара, 2006, Тез. докл., Т.1 - С. 220-221
4 Пат. 2326810 Российская Федерация, МПК C01B 7/14, B01D 11/00. Способ извлечения иода / Пономарева П. А., Строева Э. В.,
Киекпаев М. А.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет. - № 2006132779/15; заявл. 12.09.2009; опубл. 20.06.2008, Бюл. № 17. - 4 с.
5 Пономарева, П. А. Определение термодинамических параметров экстракции иода ТБФ в смеси с изооктаном из высокоминерализованных растворов / П. А. Пономарева // Вестник ОГУ. - 2011. - №6. - С. 419-420.
6 Robert M. Garrels, Charles L. Criest. Solutions, Minerals and Equilibria. -N.Y.,1965. -154-172 c .
7 Eigen V., Kustion K.// J.Am.Chem.Soc.1962. V.84.p.1355.
8 Beronius P., Brandstrom A. The ion pair formation of quaternary ammonium picrates in aqueous methylen chloride at 25C studied by conductivity and distribution// Acta Pharm. Sues. 1976. Vol. 30. P. 687-702.
9 Zhang, P. A solvent extraction process of the preparation of ultrahigh purity scandium oxide / P. Zhang, S. You, L. Zhang, S. Feng, Hou Songshou // Hydrometal lurgy1997.- V.47 №1 - P.47 - 56.
10 Вольдман, Г.М. Основы экстракционных и ионообменных процессов гидрометаллургии / Г.М. Вольдман.- М.: Металлургия, 1982.- 376 с.
11 Collins, A. G. Chemistry of some Anadarko basin brines containing high concentrations of iodide / A. G. Collins // Chemical Geology. 1969. Vol. 4, № 1/2 P. 169-187.
Пономарева П.А.
Определение равновесных параметров экстракции иода..
12 Gokhale A.S., Venkateswaren G. Solvent extraction cum radioanalytical method for iodine speciation: A revisit // Nucl. and Radiochem. Symp. -Visakhapatnam, 1992. P. 415-417.
13 Hanson M. W. Chloride, bromide, and iodide determination // J. Chem. Educ. 1961.-V. 38, №8.-P. 412.
14 Acree W.E., Bertrand G.L. Thermochemical investigations of nearly ideal binary solvents. 6. Solubilities of iodine and benzil in systems of nonspecific interactions // J. Solut. Chem. 1983. - V.12, № 2. - P. 401-413.
15 Solvent extraction behaviour of iodine and bromine in aqueous-organic systems, analogy with radioactive decay / N.K. Tunali, H.N. Erten, S. Ki-nikokoglu, Gumu? // J. Radioanal. Chem. -1979. V.49, № 2. - P.225-237.
Сведения об авторе:
Пономарева Полина Александровна, старший преподаватель Оренбургского государственного университета 460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13, ауд. 3330, тел. (3532)372543; e-mail: pponomareva@narod.ru
