ЭКСТРАКЦИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОНОВ ТАЛЛИЯ(III) ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
EXTRACTION SYSTEM TO EXTRACT THALLIC IONS FROM AQUEOUS SOLUTIONS

Изобретение относится к экстракционным способам извлечения и концентрирования ионов таллия(III) из водных растворов и может быть использовано для его выделения в гибридных и комбинированных методах анализа из растворов сложного ионного состава.
4
Известна жидкостная экстракция ионов таллия(III) из кислых хлоридных растворов 1-гексил-3-метилпиразол-5-оном в хлороформ [А.с. SU №1435540, МПК C01G 15/00. Способ отделения таллия от галлия. Опубл. 07.11.1988]. Недостатком метода является то, что используемый органический разбавитель относится к легколетучим и токсичным веществам, а реагент относительно малодоступен и дорог.
Известна экстракция ионов таллия(III) из кислых хлоридных растворов без органического растворителя с использованием явления расслаивания водных растворов на две жидкие фазы в результате взаимодействия производных диантипирилметана с нафталин-2-сульфокислотой [Петров Б.И., Денисова С.А., Леонов А.Е. Межфазные равновесия и распределение комплексов металлов в системе вода - диантипирилгептан - нафталин-2-сульфокислота // Журнал неорганической химии. 1999. Т.44. №1. С.141-143]. Однако в этом случае используется достаточно дорогой реагент - диантипирилгептан.
n
2n+1
2
2
m
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является решение, где извлечение ионов таллия(III) из 0,5-2,0 моль/л водных растворов серной кислоты осуществляется с использованием экстрагента, содержащего воду, поверхностно-активное вещество и высаливатель, в котором в качестве высаливателя используется хлорид аммония, а в качестве поверхностно-активного вещества - полиэтиленгликолевые эфиры моноэтаноламидов синтетических жирных кислот, общей формулы CHCONH(CHCHO)H (n=10-16; m=5-6). [Патент RU №2333028, B01D 11/04 (2006.01) Экстрагент для выделения ионов металлов из водных растворов. Опубл. 10.09.2008].
Задачей изобретения является разработка экстракционной системы для количественного извлечения ионов таллия(III) из водных растворов для расширения ассортимента экстрагентов, не содержащих органических растворителей.
n
2n+1
3
2
2
6
5
+
Для решения поставленной задачи предлагается экстракционная система для извлечения ионов таллия(III) из водных растворов в присутствии 0,5-2,0 моль/л серной кислоты, содержащая поверхностно-активное вещество, высаливатель и воду, отличающаяся тем, что в качестве высаливателя используется хлорид натрия, а в качестве поверхностно-активного вещества - алкилбензилдиметиламмоний хлорид (катамин АБ), общей формулы [CHN(CH)CHCH]Cl, где n=10-18, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
алкилбензилдииметиламмоний хлорид общей формулы
[С<sub>n</sub>Н<sub>2n+1</sub>N<sup>+</sup>(СН<sub>3</sub>)<sub>2</sub>СН<sub>2</sub>С<sub>6</sub>Н<sub>5</sub>]Сl, где n=10-18
5-15
хлорид натрия
13-17
вода
до 100
4
-
Изобретение основано на способности расслаивания водных растворов катамина АБ на две жидкие фазы при добавлении хлорида натрия. Одна из фаз обогащается ПАВ, а вторая в основном содержит раствор высаливателя. Помимо обеспечения расслаивания хлорид натрия является комплексообразователем, образуя с ионами таллия(III) экстрагируемый ацидо-комплекс, состава [TlCl].
Соотношение компонентов определено по изотерме растворимости трехкомпонентной системы катамин АБ - хлорид натрия - вода (см. чертеж).
Из чертежа видно, что область жидкого двухфазного равновесия располагается на треугольнике состава системы в виде узкой полосы вдоль стороны катамин АБ - вода. Содержание воды в расслаивающихся смесях колеблется от 85,0 до 5,0 мас.%; катамина АБ от 1 до 90 мас.%; NaCl - от 4 до 20 мас.%. Расслаивание исчезает при концентрации хлорида натрия выше 20%. Выход за указанные пределы содержания катамина АБ и хлорида натрия приводит к аналогичным результатам. Для экстракции ионов металлов оптимальными будут составы с высоким содержанием воды (меньший расход реагентов и увеличение степени абсолютного концентрирования за счет увеличения соотношения объемов фаз рафината и экстракта). В качестве рабочих соотношений были выбраны составы, соответствующие фигуративным точкам, лежащим внутри области расслаивания ближе к вершине диаграммы растворимости (см. чертеж).
Описания экстракционной системы для выделения ионов металлов из водных растворов, характеризующегося признаками идентичными всем признакам заявляемого решения, в источниках информации не обнаружено. Предлагаемая система отличается от выбранного прототипа тем, что выделение ионов таллия(III) из водных растворов производится с использованием смеси катамина АБ в качестве поверхностно-активного вещества, хлорида натрия в качестве высаливателя и воды. Это позволяет сделать вывод о соответствии решения критерию изобретения "новизна".
Использование смеси катамина АБ, хлорида натрия и воды для выделения ионов металлов из водных растворов в источниках информации не обнаружено. Достижение заявляемого технического эффекта возможно только при использовании всех существенных признаков предлагаемого решения в совокупности, что обеспечивает соответствие его критерию изобретения "изобретательский уровень".
1
2
1
2
На чертеже представлена диаграмма растворимости системы катамин АБ - хлорид натрия - вода при 25°С. (Фазовые области: L - гомогенная; L+L - расслаивания; L+L+NaCl - монотектического равновесия; L+NaCl - кристаллизации соли.)
Возможность осуществления изобретения подтверждается примерами. Полученные результаты представлены в таблицах 1 и 2.
Примеры 1-3
Соответствующие количества катамина АБ, хлорида натрия и воды, при общем объеме 15 мл, помещали в делительную воронку и встряхивали в течение 1 мин. После отстаивания измеряли объем образовавшихся фаз.
Полученные результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1
Объемы фаз в системе катамин АБ - хлорид натрия - вода в зависимости от соотношения компонентов при общем объеме 15 мл
№ примера
Содержание, мас.%
Объем рафината, мл
Объем экстракта, мл
Катамин АБ
NaCl
H<sub>2</sub>O
1
5
13
82
14,1
0,9
2
15
17
68
13,2
1,8
3
10
15
75
13,8
1,2
2
4
При соотношении компонентов, соответствующих примеру 3 (количество катамина АБ и NaCl 1,5 г и 2,25 г соответственно), рН рафината составил 3,3. Обе фазы представляют собой прозрачные подвижные жидкости бледно-желтого цвета, экстракт находится над водной фазой. Область расслаивания существует в достаточно широком интервале кислотности до 2,4 моль/л HSO.
Примеры 4-7.
-4
В делительную воронку помещали 1,5 г катамина АБ (10 мас.%), 2,25 г хлорида натрия (15 мас.%), раствор, содержащий 1·10 моль ионов таллия(III), соответствующее количество серной кислоты и доводили дистиллированной водой до 15 мл. Воронку встряхивали в течение 1 мин. После разделения фаз в экстракте определяли содержание иона металла методом комплексонометрического титрования.
Полученные результаты представлены в таблице 2.
Таблица 2
Влияние концентрации серной кислоты на степень извлечения таллия(III)
№ примера
4
5
6
7
Концентрация H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>
0,5
1,0
1,5
2,0
Степень извлечения таллия(III), %
99,0
98,0
98,0
99,0
Как видно из таблицы 2, таллий(III) количественно извлекается в интервале концентраций серной кислоты 0,5-2,0 моль/л. В отсутствие кислоты в экстракционной системе степень извлечения не превышает 85%. Увеличение кислотности более 3,5 моль/л приводит к гомогенизации системы.
Предлагаемое решение позволяет количественно выделять ионы таллия(III) из водных растворов и расширяет ассортимент экстрагентов без использования пожароопасных и токсичных веществ.