CC BY
4
ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
DOI - 10.32743/UniChem.2024.122.8.18017
СИНТЕЗ И СВОЙСТВА ХЕЛАТОБРАЗУЮЩЕГО СОРБЕНТА НА ОСНОВЕ ТИОКАРБАМИДА, ФОРМАЛИНА И ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ
Мукумова Гульвар Джумаевна
докторант
Термезского государственного университета, Республика Узбекистан, г. Термез E-mail: gulvarmuqimova@gmail. com
Тураев Хайит Худайназарович
д-р хим. наук, проф., Термезский государственный университет, Республика Узбекистан, г. Термез E-mail: [email protected]
Муминова Шахноза Нормахамадовна
ст. преподаватель, Термезский государственный университет, Республика Узбекистан, г. Термез E-mail: [email protected]
Касимов Шерзод Абдузаирович
д-р хим. наук, проф. Термезский государственный университет, Республика Узбекистан, г. Термез E-mail: [email protected]
SYNTHESIS AND PROPERTIES OF CHELATE-FORMING SORBENT BASED ON THIOUREA, FORMALIN AND CITRIC ACID
Gulvar Mukumova
Doctoral student at Termez State University, Termiz State University, Republic of Uzbekistan, Termez
Khayit Turaev
Doctor of Chemistry, Professor, Termez State University, Republic of Uzbekistan, Termez
Shakhnoza Muminova
teacher
of the Termiz State University, Republic of Uzbekistan, Termez
Sherzod Kasimov
Doctor of Chemistry, Professor, Republic of Uzbekistan, Termez
АННОТАЦИЯ
В статье изучены синтез и свойства комплексообразующего азот-, серо- и кислородсодержащего сорбента на основе тиокарбамида, формальдегида и лимонной кислоты. Оптимальными условиями снтеза является мольное соотношение исходных веществ 2:5:1 и температура 130 0С в среде гидроксида аммония и времени 2,5 часов.
Библиографическое описание: СИНТЕЗ И СВОЙСТВА ХЕЛАТОБРАЗУЮЩЕГО СОРБЕНТА НА ОСНОВЕ ТИОКАРБАМИДА, ФОРМАЛИНА И ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. Мукумова Г.Д. [и др.]. 2024. 8(122). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/18017
При этих условиях выход целевого продукта составляет 92%. Определены удельный объем полученного сорбента и его статическая обменная емкость (СОЕ) для 0,1 н раствора №OH, которая составила 7,6 мг-экв/г. Также установлена СОЕ по отношению к ионам меди(П), цинка(П) и никеля(П).
ABSTRACT
The article studies the synthesis and properties of a complex-forming nitrogen-, sulfur- and oxygen-containing sorbent based on thiocarbamide, formaldehyde and citric acid. The optimal synthesis conditions are the molar ratio of the starting substances 2:5:1 and a temperature of 130 0C in ammonium hydroxide and a time of 2.5 hours. Under these conditions, the yield of the target product is 92%. The specific volume of the resulting sorbent and its static exchange capacity (SEC) for a 0.1 N NaOH solution were determined, which amounted to 7.6 mEq/g. The COE has also been established in relation to copper(II), zinc(II) and nickel(II) ions.
Ключевые слова: тиокарбамид, формалин, лимонная кислота, реакция поликонденсации, статическая обменная емкость (СОЕ).
Keywords: thiourea, formalin, citric acid, polycondensation reaction, static exchange capacity (SEC).
Введение. Важно внедрение комплексообра-зующих сорбентов, содержащих азот и кислород, в различных отраслях промышленности в производственные процессы на основе современных безотходных технологий [1]. Л.К. Неудачина и её сотрудники исследовали на основании обработки интегральных кинетических кривых сорбции через уравнения диффузионной кинетики сорбции полисилоксаном с 2-аминоэтилпиридиновыми функциональными группами ионов меди (II), кобальта (II), никеля (II) и цинка (П)[2].
В работе [3] были проведены исследования по сорбцию ионов тяжелых металлов с использованием целлюлозы и ее производных и установлено, что сорбция ионов протекает с участием различных механизмов, включающих ионный обмен, комплексо-образование и физическую адсорбцию с участием различных функциональных групп целлюлозы.
Никифоровой Т.Э. и другими исследователями был изучен процесс сорбции ионов меди, цинка, кадмия и свинца из водных растворов природным гелем, содержащим монтмориллонит, и рассчитаны значения кинетических и термодинамических параметров сорбции в геле. В результате этих исследований, проведенных в интервале температур 288-313 К и обработки кинетических кривых сорбции было показано, что сорбция ионов Си2+, Zn2+, Cd2+ и Pb2+ протекает по механизму ионного обмена, является эндотермическим процессом и характеризуется уравнением изотермы Ленгмюра, а кинетика процесса представляет собой комбинацию внешней и внутренней диффузионной кинетики (внешняя диффузионная кинетика с небольшим преимуществом) и лучше описывается уравнением модели псевдо-второго порядка [4, 5, 6].
В работе [7] авторами получена силикагель-полианилиновая композиция с ковалентно иммобилизованным 8-гидроксихинолином по реакции Манниха, и изучены её комплексообразующие и обменные свойства по отношению к ионам РЬ(П), Cd(П), Си(П), №(П), ЩИ), Al(Ш).
По полученным результатам установлено, что композитный сорбент, полученный на основе иммобилизованного 8-гидроксихинолина, обладает значительной емкостью.
Целью исследований является синтез комплексо-образующего полифункционального сорбента, изучение условий синтеза, определение состава, строения и свойств полученных соединений, а также применение синтезированных сорбентов на реальных объектах.
Экспериментальная часть
Синтез сорбента ТКФЛ. 1,52 г (0,02 моля) тиомочевины растворяли в 4 мл (0,05 моля) формалина в трехгорлой колбе, снабженной обратным холодильником и механической мешалкой. Для синтеза ионита, образующего комплекс, содержащий азот, серу и кислород, добавляли раствор гидроксида аммония до рН=8-9. Реакционную смесь нагревали до температуры 70-80 °С до образования вязкой массы.
К полученной вязкой смеси по каплям добавляли раствор 1,92 г (0,01 моль) лимонной кислоты в 5 мл гидроксида аммония и перемешивали. При повышении температуры до 110-140 °С образовывалась твердая или клейкая масса. Полученную смолянистую массу поместили в фарфоровую чашку и сушили в сушильном шкафу при температуре 100° в течение 20 часов.
После измельчения высушенного полимерного композита его промывали сначала 5% раствором гидроксида натрия для удаления низкомолекулярных веществ, а затем несколько раз дистиллированной водой до нейтральной реакции. В результате образовалась белая зернистая мелкопористя масса. Выход продукта составил 92%.
Результаты и обсуждение
Исходя из поставленных цели и задач исследования, было изучено изучению влияние температуры на реакцию поликонденсации тиомочевины, формалина и лимонной кислоты (ТКФЛ). Процесс реакции поликонденсации изучали при температурах: 110, 120, 130 и 140 °С. В ходе исследований определяли зависимость течения реакции от времени, удельный объем сорбента в воде и значение СОЕ для 0,1 н раствора №ОН. Данные представлены в таблице 1.
Таблица 1.
Влияние температуры на реакцию поликонденсации и ионообменные свойства полученного сорбента
№ Температура реакции, ОС, Время реакции т, час Удельный объем растворенного в воде сорбента^^ СОЕ 0,1 Н раствора NaOH в mg-ekv/g
1. 110 5-6,5 1,9 5,4
2. 120 4,5-5 1,7 6,2
3. 130 2,5-3 1,4 7,6
4. 140 1,5-2 1,3 5,8
Результаты, представленные в таблице 1 и на рисунке 1, показывают, что при продолжительности реакции поликонденсации при 110 °С в течение
5-6,5 часов статическая обменная емкость сорбента составляет всего 5,4 мг-экв/г. Это объясняется низкой активностью реагентов при этой температуре.
Рисунок 1. Зависимость СОЕ полученного ТКФЛ - сорбента от температуры синтеза
При повышении температуры реакции до 140 °С скорость реакции поликонденсации увеличивается, при этом время реакции снижается до 1,5-2 часов, а также уменьшаются величина статической обменной емкости и уровень набухания ионита. Отсюда был сделан вывод, что структура ионита, синтезируемого в этих условиях, более плотная, в результате чего подвижность ионогенных групп затрудняется. В результате проведенных исследований получены оптимальные условия для получения эффективного сорбента: температура реакции поликонденсации 130 °С, время реакции -2,5-3 часа. При этом обменная емкость по 0,1 Н раствору №ОН составила 7,6 мг-экв/г.
В задачи исследования также входило: определение влияния структуры и свойств исходных материалов на структуру и свойства ионита, выбор вариантов синтеза ионита с высокими эксплуатационными
характеристиками, изучение влияния соотношения исходных материалов на его приготовление.
При взаимодействии тиомочевины с формалином и лимонной кислотой, тиомочевина является не только конденсирующим агентом, но и сшивающим агентом, и от её концентрации зависят основные сорбционные и физико-химические свойства полученного ионита. Были синтезированы различные образцы ионита для получения сшитого ионита тиомочевины, формалина и лимонной кислоты, при различных мольных соотношениях реагирующих веществ.
Реакцию поликонденсации проводили при мольном соотношении реагентов от 2:5:0,5 до 2:5:1,5: мочевина, формалин и лимонная кислота. Результаты исследования влияния количества лимонной кислоты на характеристики ионного обмена ТКФЛ представлены в таблице 2.
Таблица 2.
Зависимость сорбционных свойств ионита от соотношения реагентов
Мочевина, формалин и лимонная кислота Выход реакции, % Статическая обменная емкость, мг-экв/г, 0,1 N растворы:
Zn2+ №2+
2:5:0,5 91 6,30 5,62 6,45
2:5:1,0 92 8,20 7,80 7,40
2:5:1,5 90 5,85 5,90 5,84
Рисунок 2. Диаграмма зависимости СОЕ полученных сорбентов на основе тиокарбамида, формалина и лимонной кислоты от мольных соотношений исходных веществ
Согласно результатам, представленным в таблице 2 и на рисунке 2, ионообменники с лучшими характеристиками были получены при соотношении тиокарбамида, формалина и лимонной кислоты равном 2:5:1,0, соответственно. Статическая обменная емкость ионов металлов в 0,1н растворе составила Си(11) 8,2 мг-экв/г, гп(П) 7,8 мг-экв/г и №(П) 7,4 мг-экв/г.
Выводы. Синтезирован комплексообразующий сорбент на основе тиомочевины, формальдегида и лимонной кислоты, содержащий азот-, серу-и кислород-функциональные группы, и оптимизированы условия синтеза. По результатам исследований определены удельный объем сорбента в воде и СОЕ
для 0,1 н раствора №ОН и влияние на нее температуры. Изучено влияние температуры реакции поликонденсации и количества лимонной кислоты на свойства ионита (ТКФЛ). В результате проведенных исследований установлены оптимальные условия получения сорбента: температура реакции поликонденсации 130 °С; время реакции 2,5-3 часа; установлено, что обменная емкость для 0,1 Н раствора №ОН имеет значение 7,6 мг-экв/г. При соотношении 2:5:1,0 тиомочевины, формалина и лимонной кислоты получены ионообменники с лучшими характеристиками. Статическая обменная емкость ионов металлов в 0,1н растворе составила - для ионов Си(11) - 8,2 мг-экв/г, 2п(П) - 7,8 мг-экв/г и N1(1!) -7,4 мг-экв/г.
Список литературы:
1. Muqumova G.J.,Turayev X.X., Kasimov Sh.A., Mo'minova Sh.N., Karimova N.J."Spectroscopic analysis of a sorbent based on urea, formalin, and succinic acid and its complexes with ions of Cu(II), Zn(II), Ni(II)" // Scientific and Technical Journal Namangan institute of Engineering and Technology. - 2024. - Volume 9, ISSUE 1 . - Р.131-137.
2. Неудачина Л.К. и др. Кинетика сорбции ионов тяжелых металлов пиридилэтилированным аминопропилполисилоксаном //Аналитика и контроль. 2011.№ 1. - 2011. - С. 87-95.
3. Трошкина И.Д., Обручникова Я.А., Пестов С.М. Сорбция металлов материалами с подвижной фазой экстрагентов //Российский химический журнал. - 2017. - Т. 61. - №. 4. - С. 54-65.
4. Никифорова Т.Е. и др. Сорбционные свойства и природа взаимодействия целлюлозосодержащих полимеров с ионами металлов //Химия растительного сырья. - 2009. - №. 1. - С. 5-14.
5. Есмаил Г.К., Рамазанов А.Ш., Свешникова Д.А. Кинетика и термодинамика сорбции ионов тяжелых металлов на монтмориллонит содержащей глине //Сорбционные и хроматографические процессы. - 2015. -Т. 15. - №. 5. - С. 672-682.
6. Натареев С.В. и др. Ионообменная сорбция катионов тяжелых металлов катионитом lewatit S-100 //Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. - 2010. - Т. 53. - №. 8. - С. 30-33.
7. Moulder J.F., Stickle W.F., Sobol P.E., Bomben K.D., and Chastain J. (Ed.). Handbook of X-Ray Photoelectron Spectroscopy (Perkin Elmer Corporation, Eden Prairie, Minnesota, 1992), p. 182.
