СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ НАФТОЛМОНОСУЛЬФОКИСЛОТ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 2006 года по МПК C07C309/35 B01D11/04 G01N31/00 

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть рекомендовано для извлечения нафтолмоносульфокислот [1-нафтол-4-сульфокислота (1Н4СК), 1-нафтол-5-сульфокислота (1Н5СК), 2-нафтол-6-сульфокислота (2Н6СК)] из очищенных сточных вод производства азокрасителей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ экстракционного концентрирования нафтолсульфокислот из раствора сульфата аммония с концентрацией 0,05-0,5 моль/дм³ раствором триоктиламиноксида в толуоле с концентрацией 0,25-0,5 моль/дм³ (Патент RU 2043625 С1, МКИ⁶ G 01 N 31/00, В 01 D 11/00. Способ экстракционного концентрирования нафтолсульфокислот / Торгов В.Г., Дроздова М.К., Ларионова З.А., Коренман Я.И., Калинкина С.П., Суханов П.Т., Подолина Е.А., Страшилина Н.Ю. Институт неорганической химии СО РАН, Воронежский технологический институт. - №93008902/04; Заявлено 16.02.93, Опубл. 10.09.95, Бюл. №25

Недостаток способа - низкий коэффициент концентрирования нафтолмоносульфокислот (≈50).

Технической задачей изобретения является повышение коэффициентов концентрирования нафтолмоносульфокислот при практически полном (97-99%-ном) извлечении из водного раствора и снижение времени получения концентрата.

Поставленная задача достигается тем, что в способе концентрирования нафтолмоносульфокислот из водных растворов, включающем экстракцию с использованием триоктиламиноксида (ТОАО) в присутствии сульфата аммония, новым является то, что предварительно готовят смесь ТОАО и расплавленного цетилового спирта при массовом соотношении 15-20:85-80 соответственно с последующим погружением в полученную горячую смесь герметичной стеклянной или полиэтиленовой капсулы со стальным стержнем внутри, дальнейшим извлечением ее и охлаждением при комнатной температуре с последующим помещением капсулы с образовавшейся на ней пленкой, содержащей ТОАО и цетиловый спирт, в анализируемый раствор, концентрированием нафтолмоносульфокислоты при вращении капсулы в переменном магнитном поле со скоростью 45-70 оборотов/мин в течение 20-25 мин и фотометрическим определением коэффициента концентрирования К по формуле

где m_пл и m_раств - массы пленки смеси ТОАО с цетиловым спиртом и анализируемого водного раствора, г.

Технический результат заключается в повышении коэффициентов концентрирования и снижении времени получения концентрата за счет того, что нафтолмоносульфокислоты концентрируют с применением твердой смеси ТОАО - цетиловый спирт, нанесенной на поверхность стеклянной или полиэтиленовой капсулы, содержащей внутри стальной стержень, которая вращается в переменном магнитном поле.

Предлагаемый способ концентрирования нафтолмоносульфокислот из водных растворов осуществляют следующим образом.

Цетиловый спирт помещают в химический стакан, нагревают до температуры плавления (49,3°С), термостатируют при 50±0,5°С. Готовят смесь ТОАО и цетилового спирта в соотношении (15-20):(85-80) % мас. Стальной стержень, помещенный в герметичный полиэтиленовый или стеклянный корпус (капсула), взвешивают на аналитических весах, пинцетом переносят в горячую смесь ТОАО и цетилового спирта, осторожно извлекают и охлаждают на воздухе в течение 15-20 с. Капсулу пинцетом помещают на чашку аналитических весов и взвешивают. По разности находят массу пленки смеси цетилового спирта и ТОАО, оставшейся на поверхности корпуса капсулы. При длине капсулы 2 см и диаметре 4 мм на ее поверхности остается 0,05±0,001 г смеси ТОАО и цетилового спирта.

К анализируемому раствору добавляют кристаллический сульфат аммония до получения раствора с содержанием соли 0,5-1,0 моль/дм³. В химический стакан отбирают 25 см³ полученного раствора, помещают капсулу с пленкой смеси ТОАО и цетилового спирта. Стакан устанавливают на поверхность стола стандартной магнитной мешалки и перемешивают 20-25 мин при скорости 45-70 оборотов/мин. Равновесную концентрацию нафтолмоносульфокислот в водном растворе находят фотометрически по реакции с 4-аминоантипирином в присутствии аммонийной буферной смеси и персульфата аммония (КФК-2МП, λ=400 или 590 нм). В органическую фазу переходит по 97,0-98,5% нафтолмоносульфокислот по сравнению с исходным содержанием в анализируемой пробе, коэффициент концентрирования 510-550.

По формулам (1) и (2) рассчитывают коэффициент концентрирования (при условии 97%-ного и более полного извлечения) и степень извлечения R:

где с_исх и с_равн - исходная и равновесная концентрации нафтолмоносульфокислоты в водном растворе.

Примеры осуществления способа

Пример 1 (по прототипу). К анализируемому водному раствору 1-нафтол-4-сульфокислоты добавляют кристаллический сульфат аммония до концентрации 0,5 моль/дм³, отбирают 50 см³ полученного раствора, добавляют 1 см³ раствора ТОАО в толуоле с концентрацией 0,5 моль/дм³, экстрагируют 10 мин, оставляют при комнатной температуре на 1 ч для фазового разделения. Содержание 1-нафтол-4-сульфокислоты в равновесном водном растворе находят по реакции с 4-аминоантипирином в присутствии аммонийной буферной смеси и персульфата аммония [Коренман И.М. Фотометрический анализ. Методы определения органических соединений - М.: Химия. - 1970. - 342 с.].

В органическую фазу переходит 99,9% 1Н4СК по сравнению с ее исходным содержанием в анализируемой пробе. Коэффициент концентрирования 50.

Пример 2 (экстракция в отсутствие ТОАО). Цетиловый спирт помещают в химический стакан, нагревают до температуры плавления (49,3°С), термостатируют при 50±0,5°С. Стальной стержень, помещенный в герметичный полиэтиленовый или стеклянный корпус (капсула), взвешивают на аналитических весах, пинцетом переносят в горячий цетиловый спирт, осторожно извлекают и охлаждают на воздухе в течение 15-20 с. Капсулу пинцетом помещают на чашку аналитических весов и взвешивают. По разности находят массу пленки цетилового спирта, оставшейся на поверхность корпуса капсулы. При длине капсулы 2 см и диаметре 4 мм на ее поверхности остается 0,05±0,001 г цетилового спирта.

К анализируемому раствору добавляют кристаллический сульфат аммония до получения раствора с содержанием соли 1,0 моль/дм³. В химический стакан отбирают 25 см³ полученного раствора, помещают капсулу с пленкой цетилового спирта. Стакан устанавливают на поверхность стола стандартной магнитной мешалки и перемешивают 20 мин при скорости 60 оборотов/мин. Равновесную концентрацию нафтолмоносульфокислот в водном растворе находят фотометрически по реакции с 4-аминоантипирином в присутствии аммонийной буферной смеси и персульфата аммония (КФК-2МП, λ=400 или 590 нм).

В органическую фазу переходит менее 0,5% 1Н4СК, 1Н5СК и 2Н6СК по сравнению с исходным содержанием в анализируемой пробе. Не достигается 97%-ное извлечение нафтолмоносульфокислот. Способ невыполним.

Пример 3 (за нижним пределом заявляемого содержания ТОАО в смеси с цетиловым спиртом). Цетиловый спирт помещают в химический стакан, нагревают до температуры плавления (49,3°С), термостатируют при 50±0,5°С. Готовят смесь, содержащую 14% мас. ТОАО и 86% мас. цетилового спирта. Стальной стержень, помещенный в герметичный полиэтиленовый или стеклянный корпус (капсула), взвешивают на аналитических весах, пинцетом переносят в горячую смесь цетилового спирта и ТОАО, осторожно извлекают и охлаждают на воздухе в течение 15-20 с. Капсулу пинцетом помещают на чашку аналитических весов и взвешивают. По разности находят массу пленки смеси цетилового спирта и ТОАО, оставшейся на поверхность корпуса капсулы. При длине капсулы 2 см и диаметре 4 мм на ее поверхности остается 0,05±0,001 г смеси ТОАО и цетилового спирта.

Далее анализ выполняют как в примере 2. В органическую фазу переходит 95,6% 1Н4СК, 95,4% 1Н5СК и 96,1% 2Н6СК по сравнению с исходным содержанием в анализируемой пробе. Не достигается 97%-ное извлечение, способ невыполним.

Пример 4 (за верхним пределом заявляемого содержания ТОАО). Цетиловый спирт помещают в химический стакан, нагревают до температуры плавления (49,3°С), термостатируют при 50±0,5°С. Готовят смесь, содержащую 21% мас. ТОАО и 79% мас. цетилового спирта. Стальной стержень, помещенный в герметичный полиэтиленовый или стеклянный корпус (капсула), взвешивают на аналитических весах, пинцетом переносят в горячую смесь ТОАО и цетилового спирта, осторожно извлекают и охлаждают 15-20 с на воздухе. Капсулу пинцетом помещают на чашку аналитических весов и взвешивают. По разности находят массу пленки смеси ТОАО и цетилового спирта, оставшейся на поверхности корпуса капсулы. При длине капсулы 2 см и диаметре 4 мм на ее поверхности остается 0,05±0,001 г смеси ТОАО и цетилового спирта.

К анализируемому раствору нафтолмоносульфокислот добавляют кристаллический сульфат аммония до получения раствора с содержанием соли 0,5-1,0 моль/дм³. В химический стакан отбирают 25 см³ полученного раствора, помещают капсулу с пленкой смеси ТОАО и цетилового спирта. Стакан устанавливают на поверхность стола стандартной магнитной мешалки и перемешивают 20 мин при скорости 60 оборотов/мин. На поверхности воды образуется пленка ТОАО. Превышена растворимость ТОАО в цетиловом спирте, способ невыполним.

Пример 5 (экстракция при скорости вращения капсулы меньше заявляемой величины). Цетиловый спирт помещают в химический стакан, нагревают до температуры плавления (49,3°С), термостатируют при 50±0,5°С. Готовят смесь, содержащую 15% мас. ТОАО и 85% мас. цетилового спирта. Стальной стержень, помещенный в герметичный полиэтиленовый или стеклянный корпус (капсула), взвешивают на аналитических весах, пинцетом переносят в горячую смесь цетилового спирта и ТОАО, осторожно извлекают и охлаждают на воздухе в течение 15-20 с. Капсулу пинцетом помещают на чашку аналитических весов и взвешивают. По разности находят массу пленки смеси цетилового спирта и ТОАО, оставшейся на поверхности корпуса капсулы. При длине капсулы 2 см и диаметре 4 мм на ее поверхности остается 0,05±0,001 г смеси ТОАО и цетилового спирта.

К анализируемому раствору нафтолмоносульфокислот добавляют кристаллический сульфат аммония до получения раствора с содержанием соли 0,5-1,0 моль/дм³. В химический стакан отбирают 25 см³ полученного раствора, помещают капсулу с пленкой смеси ТОАО и цетилового спирта. Стакан устанавливают на поверхность стола стандартной магнитной мешалки и перемешивают 20 мин при скорости 40 оборотов/мин. Равновесную концентрацию нафтолмоносульфокислот в водном растворе находят фотометрически по реакции с 4-аминоантипирином в присутствии аммонийной буферной смеси и персульфата аммония (КФК-2МП, λ=400 или 590 нм). В органическую фазу переходит 92,5% 1Н4СК, 92,1% 1Н5СК и 93,2% 2Н6СК по сравнению с исходным содержанием в анализируемой пробе, не достигается экстракционное равновесие, требуется большее время перемешивания, способ невыполним.

Пример 6 (экстракция при скорости вращения капсулы более заявляемой величины). Готовят капсулу как в примере 5.

К анализируемому раствору нафтолмоносульфокислот добавляют кристаллический сульфат аммония до получения раствора с содержанием соли 0,5-1,0 моль/дм³. В химический стакан отбирают 25 см³ полученного раствора, помещают капсулу с пленкой смеси ТОАО и цетилового спирта. Стакан устанавливают на поверхность стола стандартной магнитной мешалки и перемешивают 20 мин при скорости 75 оборотов/мин. Равновесную концентрацию нафтолмоносульфокислот в водном растворе находят фотометрически по реакции с 4-аминоантипирином в присутствии аммонийной буферной смеси и персульфата аммония (КФК-2МП, λ=400 или 590 нм). Вследствие увеличения центробежных сил пленка смеси ТОАО и цетилового спирта отрывается от поверхности капсул, остается на стенках стакана и в растворе. Способ невыполним.

Пример 7 (экстракция менее 20 мин). Анализ выполняют аналогично примеру 5. Смесь содержит 15% мас. ТОАО и 80% мас. цетилового спирта. Водно-солевой раствор нафтолмоносульфокислот перемешивают 15 мин при 45-70 оборотах/мин. В органическую фазу переходит 94,5% 1Н4СК, 93,9% 1Н5СК и 95,2% 2Н6СК по сравнению с исходным содержанием в анализируемой пробе. Не достигается экстракционное равновесие, соответственно степень извлечения нафтолмоносульфокислот менее 97%. Способ невыполним.

Пример 8 (экстракция более 25 мин). Анализ выполняют аналогично примеру 5, содержание ТОАО в смеси 15% мас., перемешивают 30 мин при 60 оборотах в мин. В органическую фазу переходит 97,5% 1Н4СК, 97,1% 1Н5СК и 98,5% 2Н6СК по сравнению с исходным содержанием в анализируемой пробе. Коэффициент концентрирования 510-540. Способ выполним, однако увеличивается время получения концентрата.

Пример 9 (внутри заявляемых интервалов содержания ТОАО в смеси с цетиловым спиртом, времени и скорости вращения капсулы). Цетиловый спирт помещают в химический стакан, нагревают до температуры плавления (49,3°С), термостатируют при 50±0,5°С. Готовят смесь, содержащую 15% мас. ТОАО и 85% мас. цетилового спирта. Стальной стержень, помещенный в герметичный полиэтиленовый или стеклянный корпус (капсула), взвешивают на аналитических весах, пинцетом переносят в горячую смесь цетилового спирта и ТОАО, осторожно извлекают и охлаждают на воздухе в течение 15-20 с. Капсулу пинцетом помещают на чашку аналитических весов и взвешивают. По разности находят массу пленки смеси цетилового спирта и ТОАО, оставшейся на поверхность корпуса капсулы. При длине капсулы 2 см и диаметре 4 мм на ее поверхности остается 0,05±0,001 г смеси цетилового спирта и ТОАО.

К анализируемому раствору нафтолмоносульфокислоты добавляют кристаллический сульфат аммония до получения раствора с содержанием соли 0,5-1,0 моль/дм³. В химический стакан отбирают 25 см³ полученного раствора, помещают капсулу с пленкой смеси ТОАО и цетилового спирта. Стакан устанавливают на поверхность стола стандартной магнитной мешалки и перемешивают 20 мин при скорости 60 оборотов/мин. Равновесную концентрацию нафтолмоносульфокислот в водном растворе находят фотометрически по реакции с 4-аминоантипирином в присутствии аммонийной буферной смеси и персульфата аммония (КФК-2МП, λ=400 или 590 нм). В органическую фазу переходит 97,5% 1Н4СК, 97,4% 1Н5СК и 98,2% 2Н6СК по сравнению с исходным содержанием в анализируемой пробе. Коэффициенты концентрирования соответственно 512, 510 и 520. Способ выполним.

Пример 10-13. Выполняются аналогично примеру 8, иллюстрируют возможности способа концентрирования нафтолмоносульфокислот внутри заявляемых интервалов содержания ТОАО в смеси с цетиловым спиртом, времени и скорости вращения капсулы с пленкой смеси (табл.1).

Сравнительная характеристика известного и предлагаемого способов концентрирования нафтолмоносульфокислот из водных растворов приведена в табл.2.

Таблица 1
Экстракционное концеитрирование нафтолмоносульфокислот по заявляемому интервалу содержания ТОАО в смеси с цетиловым спиртом, времени и скорости вращения капсулы с пленкой смесиНомер примераКислотаСодержание ТОАО в смеси, % мас.Скорость вращенияВремя экстракции, минR, %К101Н4СК   97,1512 1Н5СК15452097,3515 2Н6СК   98,0535111Н4СК   97,3532 1Н5СК16602597,4550 2Н6СК   98,1545121Н4СК   97,3528 1Н5СК18702097,5522 2Н6СК   98,2540131Н4СК   98,3528 1Н5СК20552098,1552 2Н6СК   98,4540Таблица 2
Сравнительная характеристика предлагаемого способа и прототипаПоказателиИзвестный способПредлагаемый способКоэффициент концентрирования50550-510Время, затрачиваемое на концентрированиеЭкстракция 10 мин, достижение межфазного расслаивания 1 час20-25 мин

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть рекомендовано для концентрирования нафтолмоносульфокислот (1-нафтол-4-сульфокислоты, 1-нафтол-5-сульфокислоты, 2-нафтол-6-сульфокислоты) в очищенных сточных водах производства азокрасителей. Описывается способ концентрирования нафтолмоносульфокислот из водных растворов, включающий экстракцию с использованием триоктиламиноксида (ТОАО) в присутствии сульфата аммония, причем предварительно готовят смесь триоктиламиноксида и расплавленного цетилового спирта при массовом соотношении 15-20:85-80 соответственно с последующим погружением в полученную горячую смесь герметичной стеклянной или полиэтиленовой капсулы со стальным стержнем внутри, дальнейшим извлечением ее и охлаждением при комнатной температуре с последующим помещением капсулы с образовавшейся на ней пленкой, содержащей триоктиламиноксид и цетиловый спирт, в анализируемый раствор, концентрированием нафтолмоносульфокислоты при вращении капсулы в переменном магнитном поле со скоростью 45-70 оборотов/мин в течение 20-25 мин и фотометрическим определением коэффициента концентрирования К по формуле

К=m_пл/m_раств,

где m_пл и m_раств - массы пленки смеси ТОАО с цетиловым спиртом и анализируемого водного раствора, г. По сравнению с ближайшим аналогом предложенный способ позволяет в 10 раз повысить коэффициент концентрирования нафтолмоносульфокислот и в три раза снизить время получения концентрата. 2 табл.

Способ концентрирования нафтолмоносульфокислот из водных растворов, включающий экстракцию с использованием триоктиламиноксида в присутствии сульфата аммония, отличающийся тем, что предварительно готовят смесь триоктиламиноксида и расплавленного цетилового спирта при массовом соотношении 15-20:85-80 соответственно с последующим погружением в полученную горячую смесь герметичной стеклянной или полиэтиленовой капсулы со стальным стержнем внутри, дальнейшим извлечением ее и охлаждением при комнатной температуре с последующим помещением капсулы с образовавшейся на ней пленкой, содержащей триоктиламиноксид и цетиловый спирт, в анализируемый раствор, концентрированием нафтолмоносульфокислоты при вращении капсулы в переменном магнитном поле со скоростью 45-70 об/мин в течение 20-25 мин и фотометрическим определением коэффициента концентрирования К по формуле

К=m_пл/m_раств,

где m_пл и m_раств - массы пленки смеси ТОАО с цетиловым спиртом и анализируемого водного раствора, г.