Ионообменные полимеры на основе вторичных материальных ресурсов

Ионообменные полимеры на основе вторичных материальных ресурсов

Химические науки

Абдуталипова Н. М., Зайнитдинова Б. З., Турсунов Т. Т., Назирова Р. А.

Известно, что ионообменные процессы широко используются при умягчении и обессоливании воды, для очистки промышленных сточных вод от токсичных элементов, сорбции ценных микроэлементов из различных растворов, в гидрометаллургии, аналитической и препаративной химии, медицине и других областях [1].

Зачастую ионообменные полимеры получают на основе дорогого дефицитного сырья, что ограничивает возможности и сферы их применения.

С целью экономии сырья, рациональным является получение синтетических ионообменных полимеров на основе вторичных материальных ресурсов. Например, на основе фурфурола, получаемого из ежегодно возобновляемого растительного сырья (отходов хлопкоочистительного, сельскохозяйственного производства, таких как — хлопковая шелуха, гуза-пая, стержни кукурузных початков, камыша, и т.д.). Фурфурол можно получать также из отходов лесозаготовок (лесосечных отходов), лесопиления и деревообработки, составляющих от 30 до 45% объема перерабатываемой древесины [2]. Выбор фурфурола обусловлен также и другими факторами. Наличие в его структуре гетероциклического фуранового ядра позволяет получать иониты с достаточно высокими показателями химической, термической устойчивости и механической прочности [2]. При синтезе ионитов фурфурол играет роль конденсирующего агента и мостикообразова-теля, количеством которого можно регулировать степень поперечной связанности, что позволяет получать иониты с различными свойствами.

В связи с вышеизложенным, нами получен ряд ионообменных полимеров и изучены их основные физико-химические, сорбционные и комплексообра-зующие свойства [3,4,5].

Методом полимераналогичных превращений получен аминосульфатный амфолит «АНФС». На первом этапе поликонденсацией стирола с фурфуролом и по-лиэтиленполиамином (ПЭПА), получен слабоосновной анионит «АНФ», содержащий вторичные и третичные аминогруппы. Аниониты с достаточно хорошими свойствами получены при мольном соотношении стирола к фурфуролу 1:1 в присутствии 10% ПЭПА от веса исходных веществ и температуре 90 оС [3].

На втором этапе проведено сульфирование предварительно набухшего в серной кислоте анионита «АНФ». Сульфирование анионита проводили концентрированной серной кислотой, массовое соотношение серной кислоты к аниониту 6:1; время сульфирования 6 часов; температура 70оС. Полученный при этом амфолит содержит 11% серы, при обменной ёмкости по 0.1 н. раствору №ОЫ- 5.6-6.0 мг-экв/г[3].

В ходе исследований также выявлено, что полученный амфолит «АНФС» обладает повышенным сродством к ионам переходных металлов, в частности к ионам меди. Это связанно не только с тем, что атомы функциональных групп амфолита имеют непо-деленные электронные пары, т.е. являются донорами электронов, но и с образованием циклических структур в мономерном звене. Сорбция ионов переходных металлов происходит в результате одновременного образования ионной и координационной связей [4].

Таблица 1. Физико-химические и сорбционные свойства амфолитов

Наименование показателей Ед. изм. Амфолит на основе фурфурола и

стирола и ПЭПА п-амнобензойной кислоты натриевой соли п-стиролсуль-фокислоты и ПЭПА салициловой кислоты и ПЭПА

Влажность % 20.0 18.5 18.0 18.0

Насыпной вес г/мл 0.6 0.7 0.6 0.6

Удельный объем набухшего в воде амфолита мл/г 2.8 2.6-2.9 2.8 2.8

СОЕ по 0,1 н. растворам:

нa мг-экв/г 5.2 2.5-2.8 4.0 4.8

NaOH мг-экв/г 5.6-6. 4.5 5.2 3.2

CuSO4 мг-экв/г 3.20 3.32 3.00 2.00

Механическая прочность % 99.0 99.9 99.0 99.0

Наименование показателей Ед. изм. Катионит на основе

акриловой кислоты и фурфурола салициловой кислоты и фурфурола ДВБ и метакриловой кислоты, КБ-4

Насыпной вес г/мл 0.58 0.75 0.55-0.58

Удельный объем набухшего в воде амфолита

И -форма мл/г 3.6-3.8 2.5 2.5-2.3

№ — форма мл/г 5.5-5.0 — 4.0-4.2

СОЕ по 0,1 N растворам:

ЫаОИ мг-экв/г 5.8-6.5 4.6-6.7 4.5-5.0

О^О. мг-экв/г 2.8-3.0 1.62 2.1-1.8

СаС12 мг-экв/г 6.0-6.5 — 6.2-6.6

МдС12 мг-экв/г 3.2-3.0 2.8 2.8-3.0

мг-экв/г 2.8-3.5 1.08 2.6-3.0

Механическая прочность % 98 95 98

Таблица 2. Сравнительные свойства катионитов

Всероссийский журнал научных публикаций, апрель 2011

13

В табл. 1 приведены данные для сравнения полученных амфолитов с подобными марками.

Из данных табл.1 видно, что полученные ам-фолиты по своим свойствам не уступают ионитам полученным на основе фурфурола, салициловой кислоты и ПЭПА в среде диметилформамида, фурфурола и п-амнобензойной кислоты, фурфурола с натриевой солью п-стиролсульфокислоты и ПЭПА[6].

Наряду с амфотерными ионитами поликонденсацией фурфурола и акриловой кислоты синтезированы монофункциональные катиониты, содержащие только карбоксильные группы. Катиониты с оптимальными свойствами получены при мольном соотношении акриловой кислоты к фурфуролу 1:1, температуре 80 оС и количестве катализатора /пС12 0,05 молей на моль фурфурола [5].

Полученный карбоксильный катионит обладает повышенной селективностью к ионам меди, уранила и другим ионам металлов. Учитывая слабокислотный характер ионита ионообменная способность кати-онита в значительной степени зависит от величины рН-среды, а именно степень диссоциации кислотных групп растёт по мере увеличения рН [5]. Поэтому в щелочной среде комплексообразование происходит за счёт перераспределения электронной плотности и образования равноценных атомов кислорода, которые взаимодействуют с ионами переходных металлов вследствие реализации полярной ковалентной связи с образованием симметричных четырехчленных циклов [1]:

Список использованных источников

1. Салдадзе К.М., Копылова — Валова В.Д. Комплексообра-зующие иониты.- М: Химия, 1980.-336с.

2. Фатхуллаев Э., Джалилов А.Т., Минскер К.С., Марьин А.П. Комплексное использование вторичных продуктов переработки хлопчатника при получении полимерных материалов. Ташкент: Фан, 1988. 144с.

3. Абдуталипова Н.М. Поликонденсационные амфотерные ионообменные полимеры// Умидли кимёгарлар-2009: Научно-техн. конф. ТХТИ. — Ташкент, 2009. — С. 9-11

4. Абдуталипова Н.М., Турсунов Т.Т., Назирова Р.А., Муха-медова М.А. // VII Всероссийская конф. молодых учёных СГУ.- Саратов, 2010.- С.235-236.

5. Зайнитдинова Б.З., Турсунов Т.Т., Муталов Ш.А., Назирова Р.А. Исследование свойств карбоксильного катионита поликонденсационного типа. // Сб. трудов республиканской научно-техн. конф. «Технологии переработки местного сырья и продуктов» 2009. — С.22-23.

6. Назирова Р.А. Автореф. докт. дис. ТГТУ, Ташкент, 1995. — 65с.

7. Герасименко А.А., Абрамова М.А., Головин Г.С. Ионообменные смолы в пищевой промышленности. — Киев, 1962. — С.11-27.

Информация об авторах

• Абдуталипова Н.М. // соискатель кафедры промышленной экологии.

• Зайнитдинова Б.З. // старший преподаватель кафедры промышленной экологии.

• Турсунов Т.Т. // кандидат химических наук, доцент, заведующий кафедрой промышленной экологии.

• Назирова Р.А. // доктор технических наук, профессор кафедры аналитической химии ТХТИ, г. Ташкент.

Сопоставление свойств полученного катионита с известными марками приведены в табл.2

Как видно из приведённых в таблице данных, где для сравнения приведены также свойства катионита на основе салициловой кислоты и фурфурола, и катионита на основе дивинилбензола (ДВБ) и метакри-ловой кислоты, полученные катиониты не уступают промышленным маркам ионитов [7].

Таким образом, можно сделать вывод, что производство ионитов на основе фурфурола позволяет получить качественную продукцию и обеспечить повышение комплексности использования сырья.