Способ экстракционного извлечения аминонафтолдисульфокислот из водных растворов

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть рекомендовано для извлечения аминонафтолдисульфокислот (1-амино-8-нафтол-2,4-сульфокислоты, 1-амино-8-нафтол-3,6-сульфокислоты) из очищенных сточных вод производства азокрасителей. Процесс проводят путем предварительного смешения водного раствора с водным раствором N-цетилпиридиний хлорида при соотношении молярных концентраций этих растворов, равном 1:2,5, с последующей экстракцией аминонафтолдисульфокислот смесью, состоящей из 41,0-41,5 мас.% ацетона и 59,0-58,5 мас.% диацетонового спирта в присутствии высаливателя, добавляемого до насыщения, в качестве которого используют сульфат аммония. Экстракцию проводят при рН=7-8 и температуре раствора 37°С и объемном соотношении смеси растворителей и водного раствора, равном 1:10. При однократной экстракции достигается 96%-ное извлечение аминонафтолдисульфокислот из водных растворов. 2 табл.

 

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть рекомендовано для извлечения аминонафтолдисульфокислот (1-амино-8-нафтол-2,4-дисульфокислота, 1-амино-8-нафтол-3,6-дисульфокислота) из очищенных сточных вод производства азокрасителей.

В качестве прототипа выбран способ извлечения аминонафтолдисульфокислот из водных растворов диэтиловым эфиром этиленгликоля [Ермолаева Т.Н., Комарова Ю.Н., Суханов П.Т. - Изв. вузов. Химия и хим. технология, 1999, т. 42, вып.1, с.108-111]. При этом коэффициенты распределения (D) составляют 8,8 для 1-амино-8-нафтол-2,4-дисульфокислоты (1А8H24СК) и 8,7 для 1-амино-8-нафтол-3,6-дисульфокислоты (1А8Н36СК).

Технической задачей изобретения является повышение коэффициентов распределения и степени извлечения до 96%-го аминонафтолдисульфокислот из водных сред.

Поставленная задача достигается за счет того, что извлечение аминонафтолдисульфокислот из водных растворов, включающее экстракцию органическим растворителем в присутствии высаливателя, новым является то, что в качестве растворителя используют смесь, состоящую из 41,0-41,5 мас.% ацетона и 59,0-58,5 мас.% диацетонового спирта, в качестве высаливателя, добавляемого до насыщения, используют сульфат аммония и процесс проводят путем предварительного смешения водного раствора с водным раствором N-цетилпиридиний хлорида при соотношении молярных концентраций этих растворов, равном 1:2,5, экстракцию проводят при рН=7-8 и температуре раствора 37°С и объемном соотношении смеси растворителей и водного раствора, равном 1:10.

Технический результат заключается в том, что аминонафтолдисульфокислоты концентрируют смесью ацетон - диацетоновый спирт, экстракцию проводят из насыщенного раствора сульфата аммония в присутствии N-цетилпиридиний хлорида при температуре раствора 37°С.

Предлагаемый способ извлечения аминонафтолдисульфокислот из водных растворов осуществляется следующим образом.

К анализируемому раствору с исходной концентрацией аминонафтолдисульфокислоты 10^-4 моль/дм³ добавляют N-цетилпиридиний хлорид до получения раствора с концентрацией 2,5·10^-4 моль/дм³, кристаллический сульфат аммония до насыщения. Отбирают 10 см³ полученного раствора, добавляют 1 см³ смеси растворителей, содержащей 41,0-41,5 мас.% ацетона и 59,0-58,5 мас.% диацетонового спирта, нагревают раствор до 37°С. Экстракцию проводят при рН=7-8 (добавляют раствор аммиака или аммиачный буферный раствор), встряхивают на вибросмесителе 7-10 мин и отделяют экстракт. Равновесную концентрацию сульфокислот в водном растворе находят фотометрически по реакции с диазотированной сульфаниловой кислотой (КФК-2МП, λ=490 нм).

В органическую фазу переходит 96,0% (1А8Н24СК) и 96,1% (1А8Н36СК) по сравнению с исходным содержанием в анализируемой пробе.

Примеры осуществления способа

Пример 1 (экстракция в отсутствии высаливателя). К анализируемому раствору добавляют N-цетилпиридиний хлорид до получения раствора с концентрацией 2,5·10^-4 моль/дм³ и водный раствор аммиака до рН=7,5. Отбирают 10 см³ анализируемой пробы, добавляют 1 см³ смеси растворителей, содержащей 41,3 мас.% ацетона и 58,7 мас.% диацетонового спирта, нагревают раствор до 37°С. Пробу встряхивают на вибросмесителе 7-10 мин, отделяют экстракт.

Коэффициент распределения вычисляют по уравнению (1):

где А и А_р - оптическая плотность раствора до и после экстракции;

V_o и V_в - равновесные объемы органической и водной фаз, см³.

Степень извлечения (R, %) кислот рассчитывают по уравнению (2):

.

В органическую фазу переходит 18,1% 1А8Н24СК (D=2,2) и 20,3% 1А8Н36СК (D=2,6) по сравнению с исходным содержанием кислот в анализируемой пробе. Условие 96%-ного извлечения не достигается, способ невыполним.

Пример 2 (концентрация высаливателя за нижним пределом заявляемого содержания). К анализируемому раствору добавляют N-цетилпиридиний хлорид до получения раствора с концентрацией 2,5·10^-4 моль/дм³, водный раствор аммиака до рН=7,5 и сульфат аммония до получения раствора с содержанием соли 42,0 мас.%. Отбирают 10 см³ полученного раствора, добавляют 1 см³ смеси растворителей, содержащей 41,3 мас.% ацетона и 58,7 мас.% диацетонового спирта, нагревают раствор до 37°С, встряхивают на вибросмесителе 7-10 и отделяют экстракт. Далее анализ выполняют, как в примере 1. В органическую фазу переходит 90,8% 1А8Н24СК (D=99) и 90,9% 1А8Н36СК (D=100) по сравнению с исходным содержанием веществ в анализируемой пробе. Условие 96%-ного извлечения не достигается, способ невыполним.

Пример 3 (концентрация высаливателя за верхним пределом заявляемого содержания). К анализируемому раствору добавляют N-цетилпиридиний хлорид до получения раствора с концентрацией 2,5·10^-4 моль/дм³, водный раствор аммиака до рН=7,5, сульфат аммония до насыщения и еще 0,1 г кристаллического сульфата аммония. Отбирают 10 см³ полученного раствора, добавляют 1 см³ смеси растворителей, содержащей 41,3 мас.% ацетона и 58,7 мас.% диацетонового спирта, нагревают раствор до 37°С, встряхивают на вибросмесителе 7-10 мин и отделяют экстракт. Далее анализ выполняют, как в примере 1. В органическую фазу переходит 96,0% 1А8Н24СК (D=240) и 96,1% 1А8Н36СК (D=255) по сравнению с исходным содержанием веществ в анализируемой пробе. Условие 96%-ного извлечения достигается, способ выполним.

Пример 4 (экстракция в отсутствии N-цетилпиридиний хлорида). К анализируемому раствору добавляют водный раствор аммиака до рН=7,5 и сульфат аммония до насыщения. Отбирают 10 см³ полученного раствора, добавляют 1 см³ смеси растворителей, содержащей 41,3 мас.% ацетона и 58,7 мас.% диацетонового спирта, нагревают раствор до 37°С, встряхивают на вибросмесителе 7-10 мин и отделяют экстракт. Далее анализ выполняют, как в примере 1. В органическую фазу переходит по 92,0% 1А8Н24СК и 1А8Н36СК (D=115) по сравнению с исходным содержанием кислот в анализируемой пробе. Условие 96%-ного извлечения не достигается, способ невыполним.

Пример 5 (концентрация N-цетилпиридиний хлорида за верхним пределом заявляемого содержания). К анализируемому раствору добавляют N-цетилпиридиний хлорид до получения раствора с концентрацией 2,6·10^-4 моль/дм³, водный раствор аммиака до рН=7,5 и сульфат аммония до насыщения. Отбирают 10 см³ полученного раствора, добавляют 1 см³ смеси растворителей, содержащей 41,3 мас, % ацетона и 58,7 мас, % диацетонового спирта, нагревают раствор до 37°С, встряхивают на вибросмесителе 7-10 мин и отделяют экстракт. Далее анализ выполняют, как в примере 1. В органическую фазу переходит 96,0% 1А8Н24СК (D=240) и 96,1% 1А8Н36СК (D=255) по сравнению с исходным содержанием веществ в анализируемой пробе. Условие 96%-ного извлечения достигается, способ выполним.

Пример 6 (концентрация N-цетилпиридиний хлорида за нижним пределом заявляемого содержания). К анализируемому раствору добавляют N-цетилпиридиний хлорид до получения раствора с концентрацией 2,4·10^-4 моль/дм³, водный раствор аммиака до рН=7,5 и сульфат аммония до насыщения. Отбирают 10 см³ полученного раствора, добавляют 1 см³ смеси растворителей, содержащей 41,3 мас.% ацетона и 58,7 мас.% диацетонового спирта, нагревают раствор до 37°С, встряхивают на вибросмесителе 7-10 мин и отделяют экстракт. Далее анализ выполняют, как в примере 1. В органическую фазу переходит по 94,8% 1А8Н24СК и 1А8Н36СК (D=181) по сравнению с исходным содержанием кислот в анализируемой пробе. Условие 96%-ного извлечения не достигается, способ невыполним.

Пример 7 (температура при экстракции ниже заявляемой величины). К анализируемому раствору добавляют N-цетилпиридиний хлорид до получения раствора с концентрацией 2,5·10^-4 моль/дм³, водный раствор аммиака до рН=7,5 и сульфат аммония до насыщения. Отбирают 10 см³ полученного раствора, добавляют 1 см³ смеси растворителей, содержащей 41,3 мас.% ацетона и 58,7 мас.% диацетонового спирта, нагревают раствор до 35°С, встряхивают на вибросмесителе 7-10 мин и отделяют экстракт. Далее анализ выполняют, как в примере 1. Уменьшается объем органической фазы, в нее переходит по 94,9% (D=184) 1А8Н24СК и 1А8Н36СК по сравнению с исходным содержанием веществ в анализируемой пробе. Условие 96%-ного извлечения не достигается, способ невыполним.

Пример 8 (температура при экстракции выше заявляемой величины). К анализируемому раствору добавляют N-цетилпиридиний хлорид до получения раствора с концентрацией 2,5·10^-4 моль/дм³, водный раствор аммиака до рН=7,5 и сульфат аммония до насыщения. Отбирают 10 см³ полученного раствора, добавляют 1 см³ смеси растворителей, содержащей 41,3 мас.% ацетона и 58,7 мас.% диацетонового спирта, нагревают раствор до 39°С, встряхивают на вибросмесителе 7-10 мин и отделяют экстракт. Далее анализ выполняют, как в примере 1. Уменьшается объем органической фазы вследсвие испарения экстрагента. В органическую фазу переходит 93,5% 1А8Н24СК (D=145) и 93,7% 1А8Н36СК (D=150) по сравнению с исходным содержанием кислот в анализируемой пробе. Условие 96%-ного извлечения не достигается, способ невыполним.

Пример 9 (рН раствора за нижним пределом заявляемого интервала). К анализируемому раствору добавляют N-цетилпиридиний хлорид до получения раствора с концентрацией 2,5·10^-4 моль/дм³, водный раствор аммиака до рН=6,8 и сульфат аммония до насыщения. Отбирают 10 см³ полученного раствора, добавляют 1 см³ смеси растворителей, содержащей 41,3 мас.% ацетона и 58,7 мас.% диацетонового спирта, нагревают раствор до 37°С, встряхивают на вибросмесителе 7-10 мин и отделяют экстракт. Далее анализ выполняют, как в примере 1. В органическую фазу переходит 93,9% 1А8Н24СК (D=155) и 94,2% 1А8Н36СК (D=163) по сравнению с исходным содержанием кислот в анализируемой пробе. Условие 96%-ного извлечения не достигается, способ невыполним.

Пример 10 (рН раствора за верхним пределом заявляемого интервала). К анализируемому раствору добавляют N-цетилпиридиний хлорид до получения раствора с концентрацией 2,5·10^-4 моль/дм³, водный раствор аммиака до рН=8,2 и сульфат аммония до насыщения. Отбирают 10 см³ полученного раствора, добавляют 1 см³ смеси растворителей, содержащей 41,3 мас.% ацетона и 58,7 мас.% диацетонового спирта, нагревают раствор до 37°С, встряхивают на вибросмесителе 7-10 мин и отделяют экстракт. Далее анализ выполняют, как в примере 1. В органическую фазу переходит 92,9% 1А8Н24СК (D=130) и 93,5% 1А8Н36СК (D=145) по сравнению с исходным содержанием кислот в анализируемой пробе. Условие 96%-ного извлечения не достигается, способ невыполним.

Пример 11 (извлечение за нижним пределом заявляемого содержания ацетона в смеси растворителей). К анализируемому раствору добавляют N-цетилпиридиний хлорид до получения раствора с концентрацией 2,5·10^-4 моль/дм³, водный раствор аммиака до рН=7,5 и сульфат аммония до насыщения. Отбирают 10 см³ полученного раствора, добавляют 1 см³ смеси растворителей, содержащей 40,9 мас.% ацетона и 59,1 мас.% диацетонового спирта, нагревают раствор до 37°С, встряхивают на вибросмесителе 7-10 мин, и отделяют экстракт. Далее анализ выполняют, как в примере 1. В органическую фазу переходит 93,7% 1А8Н24СК (D=150) и 94,0% 1А8Н36СК (D=158) по сравнению с исходным содержанием кислот в анализируемой пробе. Условие 96%-ного извлечения не достигается, способ невыполним.

Пример 12 (извлечение за верхним пределом заявляемого содержания ацетона в смеси растворителей). К анализируемому раствору добавляют N-цетилпиридиний хлорид до получения раствора с концентрацией 2,5·10^-4 моль/дм, водный раствор аммиака до рН=7,5 и сульфат аммония до насыщения. Отбирают 10 см³ полученного раствора, добавляют 1 см³ смеси растворителей, содержащей 41,7 мас.% ацетона и 58,3 мас.% диацетонового спирта, нагревают раствор до 37°С, встряхивают на вибросмесителе 7-10 мин и отделяют экстракт. Далее анализ выполняют, как в примере 1. В органическую фазу переходит по 94,9% 1А8Н24СК и 1А8Н36СК (D=184) по сравнению с исходным содержанием кислот в анализируемой пробе. Условие 96%-ного извлечения не достигается, способ невыполним.

Пример 13 (извлечение при заявляемой температуре в заявляемом интервале рН и содержания ацетона в смеси растворителей, заявляемой концентрации N-цетилпиридиний хлорида и высаливателя). К анализируемому раствору добавляют N-цетилпиридиний хлорид до получения раствора с концентрацией 2,5·10^-4 моль/дм³, водный раствор аммиака до рН=7,5 и сульфат аммония до насыщения. Отбирают 10 см³ полученного раствора, добавляют 1 см³ смеси растворителей, содержащей 41,3 мас.% ацетона и 58,7 мас.% диацетонового спирта, нагревают раствор до 37°С, встряхивают на вибросмесителе 7-10 мин и отделяют экстракт. Далее анализ выполняют, как в примере 1. В органическую фазу переходит 96,0% (D=240) 1А8Н24СК и 95,1% (D=255) 1А8Н36СК по сравнению с исходным содержанием веществ в анализируемой пробе. Условие 96%-ного извлечения достигается, способ выполним.

Примеры 14-19 выполнены аналогично примеру 13, представлены в таблице 1, включают результаты экстракционного извлечения 1-амино-8-нафтол-2,4-дисульфокислоты и 1-амино-8-нафтол-3,6-дисульфокислоты по заявляемому интервалу массовых соотношений ацетона и диацетонового спирта, рН анализируемого раствора.

Сравнительная характеристика известного и предлагаемого способов извлечения аминонафтолдисульфокислот из водных растворов приведена в таблице 2.

Таблица 1
№ примера	Массовое соотношение ацетон : диацетоновый спирт	рН	Степень извлечения R, %
13	41,0:59,0	7,0	96,0 (1А8Н24СК) 96,1 (1А8Н36СК)
14	41,0:59,0	7,5	96,0 (1А8Н24СК) 96,0 (1А8Н36СК)
15	41,0:59,0	8,0	96,0 (1А8Н24СК) 96,0 (1А8Н36СК)
16	41,5:58,5	7,0	96,0 (1А8Н24СК) 96,0 (1А8Н36СК)
17	41,5:58,5	7,5	96,0 (1А8Н24СК) 96,0 (1А8Н36СК)
18	41,5:58,5	8,0	96,0 (1А8Н24СК) 96,0 (1А8Н36СК)
Таблица 2
Показатели извлечения	Известный способ	Предлагаемый способ
Степень однократного извлечения, % 1-амино-8-нафтол-2,4-дисульфокислоты	4.7	96,1
1-амино-8-нафтол-3,6-дисульфокислоты	4,7	96,0
Число операций, необходимое для достижения 96%-ного извлечения
1-амино-8-нафтол-2,4-дисульфокислоты	9	1
1-амино-8-нафтол-3,6-дисульфокислоты	9	1

Способ извлечения аминонафтолдисульфокислот из водных растворов, включающий экстракцию органическим растворителем в присутствии высаливателя, отличающийся тем, что в качестве растворителя используют смесь, состоящую из 41,0-41,5 мас.% ацетона и 59,0-58,5 мас.% диацетонового спирта, в качестве высаливателя, добавляемого до насыщения, используют сульфат аммония и процесс проводят путем предварительного смешения водного раствора с водным раствором N-цетилпиридиний хлорида при соотношении молярных концентраций этих растворов, равном 1:2,5, экстракцию проводят при рН 7-8 и температуре раствора 37°С и объемном соотношении смеси растворителей и водного раствора, равном 1:10.