CC BY
61
Получение
поликонденсационных катионитов из отходов химических производств
Химические науки
Бердиева М. И., Муталов Ш. А., Турсунов Т. Т., Назирова Р. А., Низамов Т. А.
Ташкентский химико-технологический институт Ускоренное развитие различных отраслей народного хозяйства в Республике Узбекистан (химической, гидрометаллургической, водоподготовки и т.д.) во многом зависит от разработки и внедрения достижений современной науки и техники. Всё это связано с одной из злободневных задач современной химии высокомолекулярных соединений — создание и разработка процессов получения ионообменных полимеров, с дальнейшим изучением научных основ управления эксплуатационными свойствами полученных иони-тов [1,2]. За последние годы достигнуты значительные успехи в области получения ионообменных материалов, однако, многие из них, особенно, поликонденсационного типа не удовлетворяют потребностей таких производств как гидрометаллургия, очистка сточных и производственных растворов, водоподготовка и др. по доступности, эффективности, сорбционной и селективной способности, что приводит к необходимости синтеза новых ионообменных полимеров. Кроме этого, в настоящее время почти все используемые в производстве иониты ввозятся к нам из стран СНГ.
В свете сказанного, большой практический и теоретический интерес представляет поиск новых ионитов и эффективных методов модификации существующих ионитов. в этой связи, получение новых ионообменных полимеров на основе отходов химических производств и дальнейшее использование полученных ионитов в процессах очистки производственных, сбросных вод и др. возможно помогут улучшить технические и экономические показатели работы многих отраслей народного хозяйства, самое главное, уменьшение загрязнения окружающей среды.
Большой интерес, в этом аспекте, представляет исследование утилизации промышленных отходов, с последующим применением их в процессах получения новых ионитов и с дальнейшим использованием их для очистки различных вод. Практический, экологический и экономический интерес представляют синтез ионообменных полимеров на основе отходов химических производств, например, производства Шуртанского газо-химического комплекса. Другим источником сырья при синтезе ионитов является вторичный продукт гидролизной промышленности гетероциклический альдегид — фурфурол, для производства которого имеются огромные запасы пентозансодержащего сырья в виде отходов хлопкоочистительной и сельскохозяйственной промышленности Узбекистана. Это стебли хлопчатника, шелуха зерновых, початки кукурузы и т.д.
Известно, что большинство ионитов поликонденсационного типа получают взаимодействием фенола, резорцина, пирогаллола, оксибензойной кислоты с формальдегидом [3]. Однако, общим недостатком этих ионитов является их низкая термическая, химическая стойкость и механическая прочность [4]. Заменой формальдегида фурфуролом получены иониты
с достаточной высокой устойчивостью к химическим, термическим, радиационным и механическим воздействиям [5]. Исходя из вышеизложенного, данная работа посвящена получению ионообменных полимеров путем взаимодействия кубовых отходов Шур-танского газо-химического комплекса и фурфурола, исследованию и изучению их эксплуатационных свойств, с дальнейшим изысканием конкретных объектов их практического применения в народном хозяйстве [6].
Хроматографические исследования кубовых отходов производства Шуртанского газо-химического комплекса показали, что они, в основном, содержат фрагменты циклогексанона, циклогексана и лино-лиевой кислоты, которая в своей структуре содержит карбоксильные группы (рис.1).
Рисунок 1. Хроматограмма кубовых остатков Шуртанского газо-хими-ческого комплекса
а) присутствии фрагментов циклогексанона и циклогексана
б) присутствии фрагментов линолиевой вислоты
Суспензионную поликонденсацию смеси кубовых отходов Шуртанского газо-химического комплекса, фурфурола в присутствии катализаторов группы Фри-деля-Крафтса в определенном весовом соотношении в среде смеси насыщенного раствора NaCl и 1%-ного раствора крахмала проводили при нагревании реакционной смеси до 80°С в течение 8 часов. Затем реакционную смесь отфильтровали на воронке Бюхнера, промывали сначала холодной дистиллированной водой, затем горячей водой, разбавленной HCl (1% раствором) и снова водой до нейтральной реакции. Далее полученный продукт сушили при 80-90°С в течение 12 часов. Как отмечалось выше, что линолиевая кислота содержит карбоксильную группу, для установления
Всероссийский журнал научных публикаций, апрель 2011
15
присутствия функциональных групп в структуре полученного полимера, соответствующее количество (1 гр.) этого полимера заливали 0,1 N раствором №ОЫ. Через 24 часа определение статической обменной емкости полимера по 0,1 N раствору №ОЫ показало, что она соответстует 1,6-2,4 мг-экв/г в зависимости от соотношения исходных веществ при получении полимера. Получение полимера можно представлять следующим образом:
Затем полученный полимер подвергали сульфированию по методике [7]. По окончании процесса сульфирования, полимер отфильтровывали, промывали сначала концентрированной серной кислотой, уменьшая концентрацию кислоты последовательно до 75, 50, 25 и 10% и под конец дистиллированной водой до нейтральной реакции промывных вод. Полученный продукт сушили до воздушно-сухого состояния и определяли его статическую обменную емкость.
Статическая обменная емкость сульфированного полимера по 0,1 N раствору СаС12 равна 1,6-2,8 мг-экв/г, по 0,1 N раствору №ОЫ равна 5,0-5,6 мг-экв/г в зависимости от соотношения исходных мономеров при получении полимера. Присутствие ионогенных групп подтверждали снятием ИК-спектра суцльфиро-ванного полимера. Так, полосы поглощения в области 1200 см-1 свидетельствуют о наличии БО3Ы групп, а полосы поглощения в области 3200-2600 см-1 о присутствии СООН-групп.
На основании полученных данных предполагаемую структуру полученного полифункционального катионита можно представить следующим образом:
К
+ (C H 3)2 - (C H 2)2 -(C H2 - C H = C H)2-(C H2)7C O O H
„_„ H
CH
ä
H - (C H 2)7 - C O O H
Список использованных источников
1. Таджиходжаев З.А. Разработка ионообменных и композиционных материалов многофункционального назначения на основе вторичных продуктов производств и технологии их получения».: Автореф. дисс. ...докт. техн. наук., Ташкент, 2002. — 32 с.
2. Абдуталипова Н.М., Пулатов Х.Л., Турсунов Т.Т., Назирова Р.А. Модификация ионообменных полимеров фурановыми соединениями // Актуальные проблемы органической химии: сб материалов Всероссийской конференции
с элементами научной школы для молодежи. — Казань: КГТУ, 2010. — С.136.
3. Гельферих Ф. Иониты. М.: ИЛ, 1962.
4. Салдадзе К.М., Пашков А.В., Титов В.С. Ионообменные высокомолекулярные соединения. М., 1960
5. Пулатова Ш.А., Турсунов Т.Т., Абдулахатов В. Исследование радиационной устойчивости фурановых ионообменных полимеров// Узб. хим. журн., 1976, №5. — С.48-51.
6. Бердиева М., Муталов Ш.А., Турсунов Т.Т., Назирова Р.А. Сульфокатиониты, поликонденсационного типа, полученные из отходов химических производств // Международная научно-техническая конференция «Современные техника
и технология горно-металлургической отрасли и пути их развития», Наваи, 2010. — С.228.
7. Тевлина А.С., Зубакова З.Б., Лейкин Ю.А. Лабораторный практикум по химии и технологии ионообменных материалов. М., 1970. — С.56.
Информация об авторе
• Бердиева М. И. // соискатель, ассистент кафедры «Аналитической, физической и коллоидной химии» Ташкентского химико-технологического института.
• Муталов Ш. А. // кандидат технических наук, доцент кафедры «Промышленная экология» Ташкентского химико-технологического института.
• Турсунов Т. Т. // кандидат химических наук, доцент, зав. кафедры «Промышленная экология» Ташкентского химико-технологического института.
• Назирова Р. А. // кандидат технических наук, профессор кафедры «Аналитической, физической и коллоидной химии» Ташкентского химико-технологического института.
• Низамов Т. // кандидат технических наук, доцент кафедры «Химическая технология пластических масс и эластомеров» Ташкентского химико-технологического института.
Дальнейшие наши исследования направлены на исследование эксплуатационных и сорбционных свойств полученного полифункционального катионита.
О
и
=90C, AlClj
O
