Сорбент для извлечения ионов ртути из растворов

 

Изобретение касается синтеза новых сорбентов на основе силикагеля и может быть использовано для извлечения ионов ртути (II) из растворов , содержащих ионы меди, свинца, железа (III), кобальта и других металлов , и позволяет повысить селективность сорбента. Сущность изобретения заключается в том, что силикагель, обработанный 3-бромпропилтрихлорсиланом в толуоле и высушенный, прибавляют к раствору 2,5-димеркапто- 1,3,4-тиадиазода в этаноле и нагревают на водяной бане в течение 10 ч. Полученньш сорбент промывают этанолом и сушат. Готовый сорбент содержит 0,03-0,05 ммоль привитого соединения на 1 г сорбента, 4 табл. С 00 ГчЭ 00 о

СО(ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)4 В 01 1 20/10 20/262

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4012653/31-26 (22) 29.11.85 (46) 23.06.87. Бюл. М 23 (71) МГУ им. М.В.Ломоносова (72) Л.Н.Симонова, И.М.Брускина, Г.В.Кудрявцев, В.В.Исправникова и Г.В.Лисичкин (53) 66.081(088.8) (56) Leyden D.Е., Luttrell G.N.

Preconcentration of trace metals

using chelating groups immobilized

via Silylation, — Anal. Chem., 1975, v. 47, М 9, р. 1612-1617.

Nakayama Morio е.а. А chelate—

forming resin bearing mercapto and

azo groups and its application to

the recovery of mercuny (ТЕ);Talanta, 1982, v. 29, М 6, р. 503-506. (54) СОРБЕНТ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОНОВ

РТУТИ ИЗ РАСТВОРОВ (57) Изобретение касается синтеза новых сорбентов на основе силикагеля и может быть использовано для извлечения ионов ртути (II) из растворов,содержащих ионы меди, свинца, же- леза (III), кобальта и других металлов, и позволяет повысить селективность сорбента. Сущность изобретения заключается в том, что силикагель, обработанный 3-бромпропилтрихлорсиланом в толуоле и высушенный, прибавляют к раствору 2,5-димеркапто1,3,4-тиадиазола в этаноле и нагревают на водяной бане в течение 10 ч.

Полученный сорбент промывают этанолом и сушат. Готовый сорбент содержит 0,03-0,05 ммоль привитого соединения на 1 г сорбента, 4 табл.

1318286 2

Изобретение относится к синтезу новых сорбентов на основе силикагеля и в частности, может быть использовано для сорбции ионов ртути (II) из растворов, содержащих примеси других тяжелых металлов.

Целью изобретения является повышение селективности сорбента, H p и м е р 1. К 10 г кремнезема марки пСилохром С-80" (удельная поверхность 80 м /г) прибавляют раствор 1,6 г 3-бромпропилтрихлорсилана С1 8i-(СН ),P>r в 50 мл толуола, смесь перемешивают и удаляют толуол в вакууме, полученный порошок нагревают 8 ч при 100 С в сушильном шкафу.Растворяют 2,5 r 2,5-димеркапто-1,3,4-тиадизола в 100 мл этанола иприбавляют к полученному порошку, смесь нагрева ют на водяной бане в течение 10 ч. Полученный сорбент промывают этанолом и сушат на воздухе в течение 5 ч, Анализ на содержание углерода дает значение l 82 ., серы 0,48%, что соответствует 0,05 ммоль привитого соединения на 1 г сорбента (0,4 молекулы на 1 нм2).

Пример 2. В условиях примера 1 берут 0,5 г 3-бромпропилтрихлорсилана, Содержание привитого соединения составляет 0,03 ммоль/г, поверхностная плотность прививки — 0,2 молекулы на 1 нм2, Пример 3. В условиях примера используют 3,2 г 2,5-димеркапто1„3,4-тиадиазола. Анализ на содержание серы дает 0,51, что соответствует 0 05 ммоль привитого соединения на 1 r сорбента (0,4 молекулы íà i нм ) .

Пример 4. В условиях примера

1 берут 10 г силикагеля марки КСК-2 (удельная поверхность 275 м2/г) и

4,6 r 3-бромпропилтрихлорсилана. Анализ сорбента на содержание серы дает 1,6, что соответствует плотности прививки 0,4 молекулы на нм

Пример 5. Сорбционные свойства синтезированного сорбента изучены на примере сорбции ионов ртути (II),. железа (III), свинца (II), меди (ЕХ), цинка (II), никеля (ХХ), марганца (II) кобальта (II).

В пробирки с притертыми пробками емкостью 25 мл помещают раствор, содержащий ионы металла, определенное количество концентрированной азотной или соляной кислот или гидроксида натрия для создания необходимой кислотности раствора и разбавляют во50

5

t5

40 дой до объема 20 мл. В пробирки вносят 0,05 г сорбента (полученного по примеру !) и встряхивают в течение

30 мин на механическом вибраторе при комнатной температуре. Затем сорбент отфильтровывают, измеряют равновесное значение рН, Контроль за распределением ионов металлов проводят по водяной фазе, используя для ионов ртути метод беспламенной атомной абсорбции холодного пара, а для ионов железа, свинца, цинка, меди, никеля, кобальта, марганца — метод атомной адсорбции на приборе "Сатурн".

Содержание ионов металла в фазе сорбента рассчитывают по разности между исходной и равновесной концентрациями их в водной фазе, Результаты сорбции ионов металлов на кремнеземе с привитым 2 5-димеркапто-1,3,4-тиадиазолом представлены в табл. l

Пример .6. Кинетику сорбции изучают на примере ионов ртути (ЕХ).

Для этого раствор, содержащий 5 мкг ртути (EI), встряхивают с 0,05 г сорбента в течение 30 с. 1,2,5 и 30 мин.

Степень извлечения ртути (ЕХ) нри этом 90, 97, 98, 98 и 98% соответственно. Равновесное значение рН i 5.

Пример 7. Элюирование ионов ртути (II) изучают в динамическом режиме. Для этого в хроматографическую колонку помещают 0,2 г сорбента, пропускают раствор Ня (II) (5 мкг ионов ртути), подкисленный до рН 1—

2. Степень извлечения ртути при этом

100%. Затем через колонку пропускают

5 мл раствора элюента и определяют колинество десорбированной ртути (II) методом беспламенной атомной абсорбции а

В табл. 2 приведены данные о степени десорбции ртути (II) различными злюентами в динамическом режиме, I

Пример 8. В динамических условиях определены коэффициенты концентрирования ртути (II). Для этого в хроматографическую колонку помещают 0,2 r сорбента и пропускают раствор ртути (II), подкисленный до рН 1-2 азотной кислотой, со скоростью 5 мл/мин см2. Сорбированные ионы ртути (II) элюируют 5 мл

0,05 M раствора цистеина в 3 M HCI.

С увеличением объема анализируемого раствора коэффициент концентрирования линейно увеличивается и достигает значения 2 10 .

Степень

Коэффици-. ент распределения, 3/.

Условия сорбции (рН или концентрация кислот, М) извлечения, %

Ртуть (II)

92,0

IрН . 8,5

4600

3 13182

П р и и е р 9. Для определения емкости сорбента по ионам ртути в условиях примера 5 используют переменное количество ионов ртути. При рН 1,0-2,0 емкость сорбента составляет 10,8 мг ртути на 1 г сорбента (0,05 ммоль/г).

Пример 10. Для отделения ртути (II) от избытка сопутствующих ионов в хроматографическую колонку 10 помещают 0,2 r сорбента и пропускают анализируемый раствор с рН 1,02,0 со скоростью 5-7 мл/мин. Сорбированную ртуть (II) элюируют 9 M

НС1. 15

В табл. 3 приведены данные о влиянии сопутствующих ионов на степень извлечения ртути (II) из растворов предложенным сорбентом.

Пример 11, Для изучения воэ- 20 можности неоднократного использования сорбента в динамических условиях проверены сорбционные характеристики сорбента. Полученные результаты показывают, что после 20-кратного использования сорбента емкость его составляет 95% от исходной.

86 4 ния сорбционные свойства сорбента полностью восстанавливаются, что обеспечивает как минимум 20-кратное использование сорбента.

Формула изобретения

Сорбент для извлечения ионов ртути из растворов на основе кремнезема с привитыми азотсодержащими органическими молекулами, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью повышения селективности сорбента, oí со держит привитые молекулы 2,5-димеркапто-1,3,4-тиадиазола.

Т а б л и ц а 1

7,2

3,9

92,0

96,0

9600

В табл. 4 приведены данные по сорбции ионов ртути (ЕЕ), меди (II), свинца (II) и кобальта (II) при различных кислотностях среды на дитиокарбаминатном сорбенте на основе кремнезема. Видно, что сродство сорбента к различным ионам близко, что делает невозможным селективное извлечение ионов ртути из растворов, содержащих другие ионы переходных металлов.

2,7

96,0

9600

1,5

98,0

19600

НС1 1

98,5

26240

50 0

400

23,0

116

2,5

98,3

НХ0 1

23130

96,0 960

94,5

6480

85,7

2400

26,7

144

8 3

Железо (I II)

3 рН 2,17

3,00

4,50

16,1

Таким образом, по сравнению с иэ40 вестным предложенный сорбент обладает большей селективностью. Он характеризуется сильно различающимся сродством к ионам ртути по сравнению с ионами свинца, железа, марганца, ни45 келя, кобальта, меди, цинка, что позволяет использовать его для количественной сорбции ртути (II) в присутствии ионов тяжелых, а также щелочных и щелочно-земельных металлов

50 при соотношении 1: (10 -10 ) .

Кроме этого, имеется возможность количественного элюирования сорбированных ионов ртути (II). Элюирование достигается малыми объемами элюентов

55 (5 мл), что позволяет осуществлять концентрирование ртути по отношению к исходному раствору. После элюирова5 1318286

Продолжение табл.!

2 ) 3

5,55

8,20

5,0

7,00

8,80

224

56,0

Свинец (11)

6 рН

Цинк (11) 10

13 рН 4,50

3,2

2,0

46!

1,8

4,35

5,55

7,10

288

42,0

6,1

8,20

92,0

4600

3048

88,4

7,0

Марганец (II) 6740

94,4

8,80

20 рН 3 0

Медь (11) 1,4

1,0

4,75

7,6

4,0 рН 3,1

18,8

58,0

92

552

27 6,4

4,75

6,05

129

24,4

Та блица 2

376

48,6

8,80

Элюент

Степень десорбции, 7.

9,55

4044

91,0

3 М НС1

29,6

Никель (11) 5 М НС1

7 М НС1

55,0

12 рН 4,75

74,0

124

24,2

5,15,9 М НС1

0,01 М цистеин +

3 M НС1

99,8

292

42,8

7,00

70;1

356

47,2

8,80

0,03 М цистеин +

3 M НС1

0,05 M цистеин +

45 3 М НС1

1112

73,6

9,55

77,2

Кобальт (11) 96,3 рН 4,35

0,1 цистеин + 3 М НС1 96,3

6;4

6,05

67,6 834

99,8 19960

6,05

8,80

Продолжение табл. I

12,0

58,0

1318286

Таблица 3

Сопутствующий ион

Введено ртути (II) мкг

Соотношение Ня:СИ

Введено

СИ, мг

Найдено ртути (II) мкг (СИ) Fe (ш)

2п (II)

Pb (II)

Cu (II)

Со (II)

Ni (II) м (п) 1,05

1,0

1:1000

1:1000

):1000

1:1000

1:1000

1!1000

1:1000

1:10

1:10

1.: 10

1:1000

1:1000

1:1000

1:1000

1,00

l,05

1,0

0,99

1,05

1,0

1,00!,15

1,0

1,10

1,00

1,0

1,00

1,00

1,0

0,95

0,95

l 00

1,0

1,90

100

1,95

1,90

1,90

Роданид

Нитрат

Сульфат .Бромид

Фосфат

Цитрат

100

1,75

1,65

I 75

1,0

1,75

l,75

1,0

1,35

1,0

1,75

1,45

1,75

1,0

1,50

1:1000

Тартрат

1,75

1,0

1,25

1:1000

Ок салат

1,75

1,0

1,85

Ацетат

1,75

1:1000

1,0

1,75

Таблица 4

Степень извлечения, Ж

Ион метал

Н 1 рН 2 рН 3 рН 4 рН 5 ла

Hg (И) 90 95 98

Cu (II) 100 100 100 100 100

РЪ (II) "87 88 90

97 99

Со (II) 57 80 . 85 . 88

Тираж 510 Подписное

ВНИИПИ Заказ 2452/6

Производств ° -полиграф; пред-е, г. Ужгород, ул. Проектная, 4