CC BY
40
УДК 544.773.3
А. С. Полякова, Н. М. Мурашова, Е. В. Юртов
ВЛИЯНИЕ ДИ-(2-ЭТИЛГЕКСИЛ)ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ НА СВОЙСТВА ЭКСТРАГЕНТ-СОДЕРЖАЩЕЙ МИКРОЭМУЛЬСИИ НА ОСНОВЕ ДИ-(2-ЭТИЛГЕКСИЛ)ФОСФАТА НАТРИЯ
Аннотация
Исследовано влияния ди-2-(этилгексил)фосфорной кислоты (Д2ЭГФК) на свойства микроэмульсий. Сделано предположение, что при низких концентрациях Д2ЭГФК выступает в качестве соПАВ и стабилизирует капели микроэмульсий. При дальнейшем увеличении концентрации преобладающим становится действие Д2ЭГФК как второго растворителя.
Ключевые слова:
микроэмульсия, ди-(2-этилгексил)фосфорная кислота, ди-(2-этилгексил)фосфат натрия, наноструктурированные системы
A. S. Polyakova, N. M. Murashova, E. V. Yurtov
THE EFFECT OF BIS-(2-ETHYLHEXYL)PHOSPHORIC ACID ON THE PROPERTIES OF EXTRACTANT-CONTAINED MICROEMULSION BASED ON SODIUM BIS-(2-ETHYLHEXYL)PHOSPHATE
Abstract
The influence of bis-(2-ethylhexyl) phosphoric acid (B2EHPA) on the properties of microemulsions was studied. It is suggested that at low concentrations B2EHPA acts as a secondary surfactant and stabilizes of microemulsion droplets. With a further increase in the concentration B2EHPA acts as a second solvent.
Keywords:
microemulsion, bis-(2-ethylhexyl)phosphoric acid, sodium bis-(2-ethylhexyl)phosphate, nanostructured systems
В настоящее время большое внимание уделяется разработке и применению наноструктурированных материалов для извлечения и разделения веществ. В частности, для проведения жидкостной экстракции предлагается использовать микроэмульсии типа «вода в масле». Извлечение веществ с помощью микроэмульсий может быть более эффективным, чем классическая жидкостная экстракция, за счет повышения скорости экстракции и увеличения экстрагируемости [1]. Среди способов применения микроэмульсий можно выделить микроэмульсионное выщелачивание - метод извлечения веществ из твёрдофазного сырья путём его обработки экстрагент-содержащей микроэмульсией [2, 3].
Микроэмульсии представляют собой термодинамически устойчивые системы с характерным размером капель в единицы нанометров, состоящие из воды, неполярного растворителя, поверхностно-активного вещества (ПАВ) и часто второго ПАВ, называемого соПАВ. Благодаря присутствию водной и органической фаз, микроэмульсии являются «универсальными растворителями», способными одновременно включать (солюбилизировать) гидрофильные и гидрофобные вещества. Перспективными средами для извлечения металлов являются микроэмульсии на основе ди-(2-этилгексил)фосфата натрия (Д2ЭГФ№) - соли известного катионообменного экстрагента ди-(2-этилгексил)фосфорной кислоты
(Д2ЭГФК). Такие микроэмульсии должны содержать в своем составе экстрагент, например, ди-(2-этилгексил)фосфорную кислоту [4, 5].
Целью работы было исследование влияния экстрагента Д2ЭГФК на свойства микроэмульсий в системе Д2ЭГФ№ - Д2ЭГФК - алифатический углеводородный растворитель - вода. Поскольку система Д2ЭГФ№ - декан - вода хорошо изучена [6], в качестве растворителя был выбран декан.
Было изучено влияние ди-2-(этилгексил)фосфорной кислоты на область существования микроэмульсии в системе Д2ЭГФ№ - Д2ЭГФК - декан - вода. Наиболее широкая область существования по воде наблюдается для микроэмульсий, содержащих 1,6 моль/л Д2ЭГФ№ в составе органической фазы. Добавление в систему небольшого количества экстрагента Д2ЭГФК (до 0,1 моль/л в составе органической фазы) расширяет область существования микроэмульсии по воде, в то время как дальнейшее увеличение концентрации Д2ЭГФК от 0,1 до 0,4 моль/л приводит к сужению области существования микроэмульсии.
Для определения типа микроэмульсии в системе Д2ЭГФ№ - Д2ЭГФК - декан - вода была исследована зависимость удельной электропроводности микроэмульсии от мольного соотношения воды и Д2ЭГФ№ W = Сн2о/Сд2эгф№. Независимо от концентрации Д2ЭГФК наблюдается резкое увеличение электропроводности при повышении параметра W от 4 до 7, что соответствует обратным микроэмульсиям с изолированными каплями. При W>10 рост удельной электропроводности замедляется, что соответствует переходу к обратной перколированной микроэмульсии. В таких структурах отдельные капли микроэмульсии на короткое время объединяются в протяженные цепочки, тем самым облегчая перенос зарядов между каплями. Методом пересечения касательных было определено, что значение W«8 соответствует порогу объемной перколяции исследуемой микроэмульсии.
Гидродинамический диаметр капель (d) является одной из основных характеристик микроэмульсии, определяющих ее свойства. Методом динамического светорассеяния с помощью анализатора размера частиц Zetasizer Nano ZS (Malvern, Великобритания) были определены гидродинамические диаметры капель микроэмульсий в системе Д2ЭГФ№ - Д2ЭГФК - декан - вода, содержащих различное количество Д2ЭГФК и воды. Полученные данные представлены на рисунке 1.
Как видно из рисунка 1, в микроэмульсиях, содержащих от 0 до 0,2 моль/л Д2ЭГФК в органической фазе, при повышении W диаметр капель линейно возрастает, причем в области перколированной микроэмульсии угол наклона этих зависимостей выше, чем в области до точки перколяции. Причиной этого может быть образование в перколированной микроэмульсии агрегатов из капель, находящихся в динамическом равновесии с отдельными каплями.
Также необходимо отметить, что ди-(2-этилгексил)фосфорная кислота проявляет разнонаправленное действие в зависимости от её содержания в системе. Добавление Д2ЭГФК с концентрацией не более 0,05 моль/л в органической фазе снижает угол наклона зависимости d = f(W). Введение Д2ЭГФК с концентрацией более 0,1 моль/л повышает угол наклона зависимости d = f(W). Можно предположить, что при низких концентрациях Д2ЭГФК выступает в качестве соПАВ, локализованного на межфазной границе и участвующего в стабилизации капель микроэмульсии. При дальнейшем увеличении её содержания преобладающим
становится действие Д2ЭГФК как второго растворителя, повышающего растворимость Д2ЭГФ№ в органической фазе.
Рисунок 1. Зависимость гидродинамического диаметра капель микроэмульсии от мольного соотношения воды и Д2ЭГФ№ в системе Д2ЭГФ№ - Д2ЭГФК - декан - вода. C^ro^ = 1,6 моль/л (в составе органической фазы); T = 20°C. ^2ar®K в органической фазе: 1 - 0,00; 2 - 0,05; 3 - 0,10; 4 - 0,20 моль/л.
Таким образом, при разработке составов и прогнозировании свойств
экстрагент-содержащих микроэмульсий на основе Д2ЭГФ№ необходимо
учитывать структурные особенности микроэмульсий и разнонаправленное
влияние на эти свойства ди-(2-этилгексил)фосфорной кислоты.
Литература
1. Watarai H. Microemulsions in separation sciences // Journal of Chromatography A. - 1997. - v.780. - p.93-102.
2. Мурашова Н.М., Левчишин С.Ю., Юртов Е.В. Микроэмульсии с ди-(2-этилгексил)фосфорной кислотой для выщелачивания цветных металлов из шламов // Химическая технология, 2011, T.12, №7. С.405-410.
3. Мурашова Н.М., Левчишин С.Ю., Юртов Е.В. Извлечение ионов меди (II) из оксида наноструктурированным реагентом — микроэмульсией ди-(2-этилгексил)фосфата натрия // Химическая технология, 2012, Т.13, №1. С.19-25.
4. Murashova N.M., Levchishin S.Yu., Yurtov E.V. Effect of bis-(2-ethylhexyl)phosphoric acid on sodium bis-(2-ethylhexyl)phosphate microemulsion for selective extraction of non-ferrous metals // Journal of Surfactants and Detergents, 2014. Vol.17. № 6. P. 1249-1258.
5. Li Q., Li T., Wu J. Water solubilization capacity and conductance behaviors of AOT and NaDEHP systems in the presence of additives // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2002. Vol.197. P. 101-109.
6. Юртов Е.В., Мурашова Н.М. Фазовые равновесия и неравновесные структуры в системе ди-(2-этилгексил)фосфат натрия - декан - вода // Коллоид. журн., 2004. Т.66, №5. С.702-707.
Сведения об авторах
Полякова Анастасия Сергеевна,
магистрант 2-го года обучения, ведущий инженер кафедры наноматериалов и Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева, Россия, 125047 г. Москва, Миусская пл., д.9. Эл. почта: anast.polya@gmail.com
Мурашова Наталья Михайловна,
доцент кафедры наноматериалов и нанотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева, к.х.н. Россия, 125047 г. Москва, Миусская пл., д.9. Эл. почта: namur@muctr.ru
Юртов Евгений Васильевич,
заведующий кафедрой наноматериалов и нанотехнологии Российского
химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева,
член-корр. РАН, д.х.н., профессор
Россия, 125047 г. Москва, Миусская пл., д.9.
Эл. почта: rector@muctr.ru
УДК 541.11
А. С. Русских, И. В. Асипцова, Т. В. Осинкина
МОДЕЛИРОВАНИЕ АЛЮМИНОТЕРМИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В СИСТЕМЕ AL - TiO2 - Nb2O5
Аннотация
Проведены расчеты по термодинамическому моделированию совместного алюминотермического восстановления титана и ниобия из оксидов с использованием программного пакета HSC-6.1. Определено, что на начальной стадии процесса при температурах ниже 1400°С в металлической фазе появляются интерметаллиды титана и ниобия. Оксидная фаза, преимущественно, состояла из оксидов алюминия, ниобия и титана.
Ключевые слова:
сплавы, титан, ниобий, алюминий, металлотермическое восстановление, моделирование.
A. S. Russkikh, I. V. Asiptsova, T. V. Osinkina
MODELING OF ALUMINOTHERMIC INTERACTION IN THE SYSTEM Al - TiO2 - Nb2O5 Abstract
Thermodynamic modeling of the joint aluminothermic reduction of titanium and niobium from oxides using the software package HSC-6.1 is carried out. It is determined that at the initial stage of the process (at temperatures below 1400°C) titanium and niobium intermetallics appear in the metallic phase. The oxide phase mainly consists of aluminum, niobium and titanium oxides.
Keywords:
alloys, titanium, niobium, aluminum, metallothermal reduction, modeling.
