Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМАХ ВОДА – ХЛОРИД МАГНИЯ – ПАВ

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 %.
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.
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.


Библиографическая ссылка

Елохов А.М., Кудряшова О.С. ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМАХ ВОДА – ХЛОРИД МАГНИЯ – ПАВ // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 5. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=7278 (дата обращения: 24.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074