Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

PHASE EQUILIBRIA IN WATER – MAGNESIUM CHLORIDE – SAS SYSTEMS

Elokhov A.M. 1 Kudryashova O.S. 1
1 Natural Science Institute of Perm State University National Research, Perm
Впервые изучены фазовые равновесия в тройных системах H2O – MgCl2 – ПАВ (катамин АБ, синтамид-5, оксифос Б). Установлены границы областей расслаивания, монотектического равновесия, кристаллизации соли. Фаза ПАВ в большинстве случаев представляет собой подвижную слегка окрашенную жидкость. Границы расслаивания четкие, легко различимы. Произведено сравнение диаграмм растворимости с различными типами ПАВ. Предложено использование перечисленных систем для экстракции микроэлементов, в частности, бора из природных рассолов бишофита. Бишофит – природный минерал, представляющий собой шестиводный хлорид магния, находит широкое применение в различных отраслях промышленности и может являться сырьем для получения различных веществ (бромидов, борной кислоты, хлоридов). Наиболее удобной системой для экстракции является H2O – MgCl2 – синтамид-5, так как в ней расслаивание наблюдается при суммарной концентрации соли и ПАВ менее 1 %.
Ternary systems H2O – MgCl2 – SAS (katamin AB, sintamid-5, оxyphos B) phase equilibria were investigated for the first time. Area borders of aliquation, monotectic equilibrium, salt crystallization were determined. In most cases SAS phase represents a mobile slightly painted liquid. Aliquation borders were clear and easily distinguishable. Comparison of solubility diagrams with SAS various types were made. Listed systems application for a microelements extraction and boron extraction from natural bishofite brines in particular were introduced. Bishofite is a natural mineral magnesium hexaqua chloride. It is has wide application in various industries and can be used as a basic stuff (raw materials) for various substances manufacturing (bromides, boric acid, chlorides). The most convenient system for an extraction is H2O – MgCl2 – sintamid-5 because aliquation is observed at total concentration of salt and SAS less than 1 %.
industrial surfactant active substance (SAS)
phase equilibrium
water aliquation system
Введение

Поверхностно-активные вещества находят широкое применение в аналитической химии [3, 6]. Одной из перспективных областей их использования является жидкостная экстракция. Существует ряд промышленно выпускаемых ПАВ, водные растворы которых при введении неорганических солей расслаиваются на две жидкие фазы. Данные системы могут с успехом применяться для целей экстракции без использования органического растворителя [1].

Бишофит MgCl2∙6H2O - естественный минерал, встречающийся в виде твердых солей и концентрированных рассолов. Содержание бишофита в породе колеблется от 80 до 99 %, помимо этого в ней присутствует большое количество микроэлементов, а также незначительное количество хлоридных, сульфатных и др. минералов.

Настоящее исследование направлено на подбор ПАВ в системах H2O - MgCl2 - ПАВ с целью получения расслаивающихся смесей, которые могут быть использованы для жидкостной экстракции микроэлементов из природных рассолов бишофита.

Объекты и методы исследования

В работе использованы:

  • гексагидрат хлорида магния (MgCl26H2O) квалификации «ч.д.а.». Растворимость при 25 ºС - 36,2 мас.%; при 35 ºС - 36,15 мас. % [4];
  • оксифос Б ([CnH2n+1O(C2H4O)m]2POOK), n = 8 - 10, m = 6) - калий бис(алкилполиоксиэтилен) фосфат. Представляет собой вязкую непрозрачную, светло-коричневую жидкость, хорошо растворяется в воде. При длительном стоянии расслаивается. Основного вещества 98 %, влаги 1,0 % [5];
  • катамин АБ ([CnH2n+1N+(CH3)2CH2C6H5]Cl-, n = 10 - 18) - алкил-бензилдиметиламмоний хлорид. Представляет собой прозрачную бесцветную или слегка желтоватую жидкость, хорошо растворяется в воде. Основного вещества 48 %, третичных аминов 0,6 %, солей третичных аминов 1,6 % [5];
  • синтамид-5 (CnH2n+1CONHCH2CH2O(C2H4O)mH, n = 10 - 16, m = 5 - 6) - полиэтиленгликолевые эфиры моноэтаноламидов синтетических жирных кислот. Представляет собой желтую пастообразную массу, хорошо растворяется в воде, этаноле, бензоле. Основного вещества 90 %, воды 7,0 % [5].

Определение границ фазовых областей проводилось с использованием изотермического метода сечений [2] при 25 ºС (катамин АБ, синтамид-5) и 35 ºС (оксифос Б). В качестве физического параметра измеряли показатель преломления жидкой фазы на рефрактометре ИРФ-454Б.

Изученные системы являются условно трехкомпонентными, так все исследованные ПАВ представляют собой смесь гомологов и технологических примесей. На представленных диаграммах вершине 100 % ПАВ соответствует технический продукт.

Результаты и их обсуждение

Полученные изотермы растворимости представлены на рисунках 1 - 3 (серым цветом на рисунках обозначены критические точки). Обнаружены следующие фазовые области: гомогенная (L), расслаивания (L1+L2), монотектического равновесия (L1+L2+S), кристаллизации соли (L+S).

pic

Рис. 1. Диаграмма растворимости системы вода - хлорид магния - катамин АБ при 25 ºС

pic

Рис. 2. Диаграмма растворимости системы вода - хлорид магния - синтамид-5 при 25ºС

pic

Рис. 3. Диаграмма растворимости системы вода - хлорид магния - оксифос Б при 35 ºС

В системе с оксифосом Б обнаружены две области расслаивания, имеющие замкнутый контур. В области, расположенной ближе к водной вершине (1 - 6 % MgCl2), наблюдается инверсия фаз (водная фаза расположена над фазой ПАВ). Область монотектического равновесия в этой системе отсутствует.

Фаза ПАВ во всех случаях представляет собой прозрачную подвижную жидкость, слегка окрашенную из-за наличия собственной окраски ПАВ. В системе с синтамидом-5 при концентрации воды менее 50 % образуются устойчивые эмульсии, разделение фаз происходит в течение длительного времени. Граница расслаивания в системе с оксифосом Б при 25 ºС нечеткая, разрушается при незначительном встряхивании, поэтому система исследовалась при температуре 35 ºС.

Сравнение полученных диаграмм растворимости систем с различными типами ПАВ (катионный - катамин АБ, анионный - синтамид-5 и неионогенный - оксифос Б) позволило сделать следующие основные выводы:

  1. Топология диаграмм растворимости похожа. Особенностью системы с оксифосом Б является наличие двух замкнутых областей расслаивания и отсутствие области монотектического равновесия, что связано с более высокой температурой исследования.
  2. Границы областей расслаивания лежат достаточно близко к водной вершине, за исключением системы с катамином АБ, где расслаивания сохраняются в пределах 82 - 30 мас.% воды. В системе с синтамидом-5 расслаивание наблюдается уже при суммарной концентрации ПАВ и хлорида магния 1мас.%.
  3. Наиболее эффективно хлорид магния расслаивает водные растворы синтамида-5. Концентрация соли в расслаивающихся смесях около 1 мас.%. Расслаивание в системе с катамином АБ наблюдается при минимальной концентрации MgCl2 11 мас.%.
  4. По размеру области расслаивания использованные ПАВ располагаются в следующем порядке: катамин АБ < оксифос Б < синтамид-5. Максимальная по площади область расслаивания установлена в системе с синтамидом-5, минимальная - в системе с катамином АБ.

Наличие области расслаивания свидетельствует о том, что исследованные системы могут быть применены для целей жидкостной экстракции. Наиболее удобной является система вода - MgCl2 - синтамид-5, так как расслаивание наблюдается уже при малых концентрациях ПАВ и MgCl2.

Рецензенты:

Леснов Андрей Евгеньевич, д.х.н., с.н.с. Института технической химии УрО РАН, г. Пермь.

Мазунин Сергей Александрович, д.х.н., зав. кафедрой неорганической химии Пермского государственного национального исследовательского университета, г. Пермь.