Сорбент для извлечения ионов пере-ХОдНыХ МЕТАллОВ из PACTBOPOB иХРОМАТОгРАфии Советский патент 1981 года по МПК B01J20/10 

1

Изобретение относится к приготовлению сорбентов и может быть использовано для извлечения ионов металлов из растворов, а также для разделения металлов в растворах, в частности, методом хроматографии.

Известно использование в качестве сорбентов для извлечения ионов металлов из растворов и для хроматографического разделения смесей ионов ионитов, представляющих собой органическую матрицу, содержащую катионо-или анионообменивающие группы 1.

Известны также сорбенты на основе органических полимеров, содержащие комплексующие группы, в частности группы иминодиуксусной кислоты С2.

Однако вследствие органической природы матрицы, которая обладает гидрофобными свойствами, ионит необходимо длительное время (зависящее от степени сшивки) вкщерживать в водном растворе для его набухания, а вследствие медленной диффузии ионов через органическую матрицу время установления адсорбционного равновесия исчисляется часами. К недостаткам ионитов относится также трудоемкость их получения, недостаточная воспроизводимость их ионообменных свойств,

сильно зависящая от степени сшивки и изменение их удельного объема, происходящее при замене ионов, сильно отличающихся по размерам и обусловливающее гидродинамические затруднения. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является сорбент для извлечения ионов мет;зшлов из раство10ров и их хроматографического разделения, представляющий собой минеральный носитель (силикагель) с химически привитым к его поверхности комплексообразующим веществом - этилен15 диамином Г 3j.

Недостатками известного сорбента являются малый интервал значений рН, в котором происходит сорбция переходных металлов, например ионы никеля,

20 цинка, марганца и кобальта извлекаются из раствора рН выше 6, для ионов медя нижняя граница сорбции на-ходится в районе значения рН 4,0-4,5; невысокие коэффициенты распределения

25 (Д) ионов, в нвщелочных средах.

Цель изобретения - увеличение адсорбционной е 4кости и расширение Е интервала сорбции.

Поставленная цель достигается тем,

30 что в сорбенте, содержащем кремнезем

в качестве носителя, ко2 1плексоо6разователь и сшивающий агент, в качестве колшлексообраэующего агента используют иминодиуксусную кислоту, а в качестве сшивающего агента -хлорпропилтрихлорсилан или -аминопропилтриэтоксисил ан при следукицем соотношении ингредиентов, вес. %: Иминодиуксусная кислота1,5-3,0

- .хлорпропилтрихлорсилан или -аминопропилтриэтоксисилам. 8,5-17,0

КремнеземОстальное

Сорбент получают путем нагревания смеси, содержащей кремнезем Силохром С-120 и -аминопропилтриэтоксисилан в количестве 8,5-17,0% с последующей обработкой полученного материала водным раствором монохлоруксусной кислоты при рН 6,0-8,0 и нагревании.

Уменьшение содержания сшивающего агента ниже 8,5% приводит к симбатному уменьшению содержания хелатирующих ШЛинодиацетатных группировок и ухудшению сорбционных характеристик сорбента. При увеличении содержания сшивающего агента выше 17% не происходит увеличения содержания комплексообразующих групп и улучиюния сорбциончых характеристик.

Пример 1. Для получения сорбента к 10 г кремнезема марки Силохром С-120 приливают раствор 1 мл --хлорпропилтрихлорсилана в 25 мл толуола,смесь перемешивают в течение 15 мин, толуол удаляют, смесь выдерживают в сушильном шкафу при в течение 10 ч. К .10,г полученного таким образом материала прибавляют раствор 10 г иминодиуксусной кислоты, нейтрализованной 50 мл воды, Суспензию кипятят с обратным холодильником в течение 20 ч, периодичес ки добавляя К,садо рН 6,0-8,0. Полученный сорбент прокивают водой, зате 0,01 н. раствором серной кислоты, затем опять водой до отрицательной реакции на сульфат-ион. Емкость полученного сорбента по ионам меди 0,05 мг-экв/г, что соответствует 0,7 вес,% комплексообразующего агента.

Пример 2. Для получения сорбента к 10 г кремнезема марки Силохром С-120 приливают раствор 1мл -аминопропилтриэтоксисилана в 25 мл толуола, смесь перемешивают в течение 15 мин, толуол удаляют, смесь выдерживают в сушильном шкафу при ЮО JB течение 50 ч. К10 г полученного таким образом кремнезема, химически модифицированного fi, -аминопропилтриэтоксисиланом,; прибавл.яют раствор 10 г монохлоруксусной кислоты, нейтрализованной К2СОу1Ь 50 мл воды. Сус пензиЮ1 кипятят с обратным холодильником в течение 20 ч, периодически добавляя К, рН 6-8. Полученный сорбент омывают водой, затем 0,01 у.

раствором серной кислоты, затем опять водой до отрицательной реакции на сульфат-ион.

Емкость полученного сорбента по ионам меди 0,1 мг-экв/г, что соответствует 1,5 вес.% комплексообра|зующего агента.

П р и м е р 3. Для получения сорбента в условиях примера 2 берут 2 м I -аминопропилтриэтоксисилана. Емкос полученного сорбента по ионам меди 0,2 мг-экв/г, что соответствует 3,0 вес.% комплексообразующего агента.

Пример4, Кинетика сорбции ионов переходных металлов. В 10 склянок помещают по 20 мл раствора ионов меди, кобальта, марганца, никеля или цинка и 0,1 г сорбента. Склянки встрхивают в течение различных периодов времени, затем анализируют содержааие,, ионов в растворе спектрофотометрически с ПАР.Время установлений равновесия во всех изученных системах составляет 2-10 мин в широком интервале концентраций ионов переходных Металлов (5-0,5 ) .

Пример 5. Зависимость коэффициента распределения от концентрации ионов в растворе. В хроматографическуюколонку диаметром 5 мм помещают 0,2 г сорбента и пропускают 46 мп раствора ZnCBj, содержащего изотоп 2п в качестве радиоактивной метки. Исходную концентрацию ионов, цинка варьируют в интервале ю -10 г/л,рН раствора поддерживают в интервале 6,2-6,3. .В таблице представлена зависимость коэффициента распределени ионов цинка между водным раствором и иминодиацетатным сорбентом от концентрации раствора.

Примерб. Для извлечения ионов металлов из больших объемов в хроматографическую колонку диаметром 5 мм помещают 1 г сорбента и пропускают 10 л раствора ионов цинка или кобальта с концентрациями 3 . Скорость пропускания 100 мл/мин см Степень извлечения превышает 90% для обоих ионов,

П р и м е р 7, Для хроматографического отделения ионов меди от ионо кобальта, никеля, цинка и марганца в хроматографическую колонку диаметром 5 мм помещают 0,2 г сорбента и пропускают 50мл раствора, содержащего смесь ионов меди, цинка, кобальта, никеля и марганца (по 100мкг каждого иона) при рН 2,2-2,3. Прогнивают раствором кислоты с тем же рН. Ионы меди элюируют 0,5 н. раствором азотной кислоты. В этих условиях происходит полное: отделение ионов меди от смеси

перечисленных ионов переходных металлов .

примере. Хроматографическое отделение ионов переходных металлов от ионов щелочных и щелочно-земельных металлов. Изучено хроматографкческое отделение ионов переходных металлов - меди, кобальта, цинка, никеля и марганца от ионов щелочных металлов - натрия и калия. Концентрацию ионов переходник металлов варьируют в интервале 10-10 г/л, щелочных 0,1-30 г/л. рН раствора изменяют в интервале 4,0-9,0. В этих условиях возможно полное извлечение ионов переходных металлов из растворов. Полное отделение ионов переходных металлов от щелочно-земельных возможно при рН 4,0-5,0.

Таким образом, предлагаемый сорбент обладает высокими сррбционными свойства ми и может быть использован для экспрессного выделения и разделения ионов переходных металлов. Введение в сорбент групп иминоДиуксусноИ кислоты позволяет значительно расШиритб рН интервал работы сорбента (2-9 в отличие от интервала 6-9 для известного) ,а также значительно увеличить коэффициент распределения (от 10для известного до предлагаемого сорбента).

. Формула изобретения

Сорбент для извлечения ионов, переходных металлов из растворов и хроматографии, содержащий кремнезем в качестве носителя, комплексообразователь и сшивающий агент, отличающийся тем, что, с целью расширения рН интервала сорбции и увеличения адсорбционной емкости, в качес- тве кЪмплексообразующего агента используют иминодиуксусную кислоту, а в качестве сшивающего агента TJ-хлорпропилтрихлорсилан или -аминопропилтриэтоксисилан при следующем соотнетиении ингредиентов, вес.% :

Иминодиуксусная кислота 1,5-3,0 f -хлорпропилтрихлорсилан

или г-аминопропилтриэтоксисилан 8,5-17,0

КремнеземОстальное

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1,Морозов А.Л. Хроматография в неорганическом анализе. М., высшая школа , 1972, с.52.

2.Херинг Р.(Хелатообразующие ионообменники. Мир, 1972, с.51.

3 Авторское свидетельство СССР по заявке 2636001/23-26 кл. В 01 У 1/22, 1978.