Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Елохов А.М. 1 Кудряшова О.С. 1

---

1 Естественнонаучный институт ФГБОУ ВПО «Пермский государственный национальный исследовательский университет», Пермь

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 %.

Статья в формате PDF

133 KB

промышленные ПАВ

фазовые равновесия

водные системы с расслаиванием

1. Коган В. Б., Фридман В. М., Кафаров В. В. Справочник по растворимости. – М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1961.

2. Леснов А. Е., Денисова С. А., Кудряшова О. С., Чепкасова А. В., Катаева Е. Ю., Мохнаткина Н. Н. // Журнал прикладной химии. – 2010. – Т. 83, № 8. – С. 1379-1382.

3. Никурашина Н. И., Мерцлин Р. В. Метод сечений. Приложение его к изучению многофазного состояния многокомпонентных систем. – Саратов: Саратовск. ун-т, 1969. – 240 с.

4. Поверхностно-активные вещества: Справочник / Под ред. А. А. Абрамзона и Г. М. Гаевого. – Л.: Химия, 1979. – 376 с.

5. Саввин С. Б., Чернова Р. К., Штыков С. Н. Поверхностно-активные вещества. – М.: Наука, 1991. – 251 с.

6. Штыков С. Н. Поверхностно-активные вещества в анализе. Основные достижения и тенденции развития // Журн. аналит. химии. – 2000. – Т. 55, № 7. – С. 679-686.

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 ([C_nH_2n+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 ([C_nH_2n+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 (C_nH_2n+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).

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

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

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.

Библиографическая ссылка