СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
PROCEDURE FOR PRODUCTION OF MATERIAL ON BASE OF CELLULOSE AND ITS APPLICATION FOR DETERMINATION OF HEAVY METALS

Изобретение относится к аналитической химии, а точнее к способам получения материалов для сорбционного концентрирования из водных растворов тяжелых металлов с целью их последующего аналитического определения.
Известен способ получения ионообменного материала на основе целлюлозы путем закрепления 4-аминоантипирина в качестве аналитического реагента, которое достигается за счет предварительной обработки целлюлозы гексаметилендиизоцианатом в среде диметилформамида. Полученный сорбент использовался для селективного определения кобальта [Авторское свидетельство SU №1691364 A1, МПК (5) C08B 15/06, C08J 5/20. Способ получения ионообменного материала].
Известен способ получения целлюлозного материала, импрегнированного о-карбоксибензолазороданином, применяющимся для сорбционно-фотометрического определения золота [Патент РФ №2219526, МПК(7) G01N 21/62, 31/22. Способ сорбционно-фотометрического определения золота (III)].
Наиболее близким к заявляемому является способ получения целлюлозного сорбента для концентрирования из растворов палладия на основе целлюлозы с импрегнированным триоктиламином в качестве аналитического реагента, и парафина для закрепления аналитического реагента [В.П.Гордеева, А.Е.Ермакова, Г.И.Цизин. Концентрирование палладия на целлюлозных сорбентах, импрегнированных триоктиламином. Вестн. Моск. Ун-та. Сер.2. Химия. -2003. - Т.44. - №3. - с.183-188].
Известные способы получения целлюлозных материалов, содержащих аналитический реагент, чувствительный к тяжелым металлам, заключаются в обработке целлюлозы раствором аналитического реагента с последующим высушиванием, при этом реагент удерживается на поверхности за счет физической сорбции и легко вымывается, например при динамическом концентрировании с использованием таких материалов.
Известные способы включают предварительную функционализацию целлюлозы с помощью обработки реагентами, позволяющими вводить ковалентно-закрепленные группы, что сопряжено с рядом экспериментальных сложностей - требуют использования токсичных реагентов, органических растворителей в качестве реакционных сред, свойства получаемых материалов часто не воспроизводимы.
Техническая задача настоящего изобретения состоит в разработке безвредного простого способа получения целлюлозного материала, позволяющего проводить мультиэлементное концентрирование тяжелых металлов и их последующее определение.
Поставленная техническая задача решается путем закрепления на поверхности целлюлозного фильтра аналитического реагента, в качестве которого используют тиосемикарбазон пиколинового альдегида, структурной формулы
.
Импрегнирование аналитического реагента проводят, выдерживая целлюлозный материал (например, целлюлозные фильтры, выполненные в виде дисков диаметром 25 мм) в 2,5%-ном этанольном растворе цетилового спирта. Затем фильтры извлекают, сушат на воздухе.
Количество цетилового спирта выбрано таким образом, чтобы на поверхности целлюлозы образовался равномерный гидрофобный слой реагента в виде пленки. Использование цетилового спирта до 2,5% его содержания в этаноле не обеспечивало формирования стабильной и устойчивой пленки, в этом случае происходило вымывание реагента. При более высоких чем 2,5% концентрациях цетилового спирта в этаноле происходила его кристаллизация на поверхности целлюлозного материала, осложняющая процесс фильтрования.
Содержание сорбированного реагента определяли рентгенофлуоресцентным методом по количеству серы непосредственно на фильтре. Содержание реагента составило 0,8 ммоль/г.
Прочность удерживания реагента на поверхности фильтра, изготовленного по предлагаемому способу, определяли по содержанию серы на фильтре, пропуская дистиллированную воду с помощью перистальтического насоса через фильтр, помещенный в держателе. Содержание серы на фильтре при этом не изменялось.
+2
+2
+2
+2
+2
+2
Полученный по предлагаемому способу целлюлозный материал в виде диска использовался для сорбционного извлечения тяжелых металлов из растворов в динамическом режиме. Для этого через диски перистальтическим насосом пропускали раствор, содержащий тяжелые металлы (Mn, Fe, Ni, Hg, Pb, Co), после чего определяли количество сорбированных металлов рентгенофлуоресцентным методом непосредственно на диске.
Пример получения целлюлозного материала с импрегнированным тиосемикарбазоном пиколинового альдегида
2
В колбу, снабженную обратным холодильником, помещали 120 мл 96% этилового спирта, 1,8 г тиосемикарбазона пиколинового альдегида, 2,5 г цетилового спирта и нагревали до кипения. В полученный раствор помещали 100 шт. целлюлозных фильтров диаметром 25 мм (хроматографическая бумага, плотность 100 г/м) и выдерживали 30 минут. Фильтры извлекали и просушивали на воздухе между листами фильтровальной бумаги.
+2
+2
+2
+2
+2
+2
Полученный по предлагаемому способу целлюлозный материал в виде дисков использовался для сорбционного извлечения тяжелых металлов из растворов в динамическом режиме. Для этого через диски перистальтическим насосом пропускали раствор, содержащий тяжелый металл (Mn, Fe, Ni, Hg, Pb, Co), после чего определяли количество сорбированного металла рентгенофлуоресцентным методом непосредственно на диске. Данные об эффективности динамического концентрирования металлов приведены в таблице 1.
Таблица 1
Зависимость степени извлечения (%) тяжелых металлов от pH раствора при индивидуальном концентрировании
Элемент pH
Степень извлечения при индивидуальном концентрировании в зависимости от pH раствора
3
4,5
5,5
6,5
7,5
8,5
9,5
10
10,5
11
Ni
5
11
12
15
23
50
80
95
96
86
Co
6,2
14
17
23
42
70
90
98
96
70
Fe
30
43
67
85
90
96
96
98
90
50
Pb
8
25
38
41
45
49
89
98
94
60
Mn
4
7
15
19
30
44
89
97
95
54
Hg
18
30
47
52
55
65
85
96
93
55
Пример использования полученного целлюлозного материала для группового определения тяжелых металлов сорбционно-рентгенофлуоресцентным методом.
Через целлюлозный материал, в виде диска диаметром 25 мм, полученному по заявляемому способу и закрепленному в держателе Millipore, перистальтическим насосом прокачивали 100 мл раствора, содержащего модельную смесь ионов металлов, со скоростью 4 мл/мин. Затем диск извлекали из держателя и определяли содержание сорбированных металлов рентгенофлуоресцентным методом, по полученным данным рассчитывали сорбционные характеристики, представленные в таблице 2.
Таблица 2
Результаты сорбционно-рентгенофлуоресцентного определения металлов в модельной смеси
Металл
Введено, мкг/л
Найдено, мкг/л
Mn
25
27±2
Fe
25
28±1
Ni
25
26±2
Hg
25
24±2
Pb
25
24±2
Co
25
26±1
Как видно из таблицы 2, полученный по предлагаемому способу целлюлозный материал может использоваться и для группового концентрирования металлов из растворов.
Как видно из приведенных в таблице данных, полученный материал, в отличие от прототипа, позволяет концентрировать и проводить количественное определение нескольких элементов: кобальта, ртути, железа, марганца, никеля и свинца, - одновременно.
Получение материала, на поверхности которого прочно удерживается реагент, с использованием легкодоступных реагентов в безопасных условиях делает способ его получения промышленно применимым.