Исследование сорбции кобальта(II) новым сорбентом на основе сополимера малеинового ангидрида

Гаджиева Севиндж Рафиг кызы,

доктор химических наук, профессор,

Алиева Тарана Ибрагим кызы,

кандидат химических наук, доцент,

Джафарова Н. М.

Бакинский государственный университет.

Тяжелые металлы — это загрязняющие вещества, наблюдение за которыми обязательно во всех средах. Од­ним из экологически значимых для организма тяжелых метал­лов является кобальт. Кобальт относится к группе микроэле­ментов, т.е. является жизненно необходимым для функциони­рования живых организмов. Вместе с тем при избыточном содержании, как и многие дру­гие элементы или более слож­ные вещества, он становится токсичным и может привести к гибели.

Для выделения кобальта из природных и промышленных объектов путем концентрирова­ния часто используют природ­ные и синтетические сорбенты. В качестве синтетического сор­бента для кобальта(II) в основ­ном используют хелатообразую­щие сорбенты [1 — 4]. Эффек­тивность, простота и селектив­ность метода обеспечивают его широкое применение.

Получение новых сорбентов обладающих более высокими сорбционными свойствами по отношению к кобальту(II) всег­да является актуальной проблемой. Сорбционные свойства по­лимерных сорбентов в основном зависят от природы, положения в звене, количества функцио­нально аналитических групп, содержащихся в полимере, а также от физико-химических свойств полимерной матрицы [5].

Основная цель представлен­ной работы — исследовать процесс сорбции кобальта(II) новым сорбентом на основе со­полимера малеинового ангидри­да со стиролом, модифициро­ванного рубиноводородной кис­лотой. Сорбент синтезировали согласно методике, приведен­ной в работе [5], и высушивали при температуре 50 — 60 °С.

Исходный (1x10^-2) раствор кобальта(II) готовили растворе­нием точной навески Co(N0₃)₄ x 6H₂0 (х.ч) в дистилли­рованной воде, а рабочие — разбавлением исходного раство­ра. Для создания необходимой кислотности использовали фиксанал НС1 (pH = 1-2) и амми­ачно-ацетатные буферные раст­воры (pH = 3-11). Для соз­дания постоянной ионной силы использовали КС1 (ч.д.а).

Кислотность раствора конт­ролировали стеклянным элект­родом на иономере И-130 (Рос­сия). Концентрацию растворов измеряли с помощью атомно­абсорбционного анализатора марки ААS-1N (Польша).

Для определения микроко­личеств ионов кобальта(II) были исследованы условия предварительного концентриро­вания Со²⁺ с использованием нового сорбента.

Результаты исследования показали, что, наибольшие степени извлечения кобальта достигаются при pH =6. Следует отметить, что низкая степень извлечения при pH жидкой фазы меньше 4 может быть связана с протонизацией функциональных групп сорбен­та и малой степенью набухае- мости полимерного сорбента. При более высоком pH жидкой фазы набухаемость его возрас­тает, и в результате создаются благоприятные условия для вза­имодействия ионов металла с координационно-активными группами. В водных растворах с pH > 8 ионы Со²⁺ наряду с ка­тионной формой могут присут­ствовать в виде гидроксокомплексов. При более высоких зна­чениях pH ускоряется гидролиз и вследствие этого степень сорбции кобальта уменьшается.

Сорбционную способность сорбента исследовали в стати­ческих условиях. К 50 мг сорбен­та добавляли раствор кобальта и оставляли в буферной среде при pH =1-8. Затем смесь отфильт­ровывали. Количество оставше­гося кобальта (Сост) в растворе находили по кривой оптической плотности и рассчитывали коли­чество сорбированных ионов металла Е (табл. 1). Все дальнейшие исследова­ния проводили при pH = 6.

Таблица 1.

Результаты исследования сорбции кобальта при Со = 58,9 мг/г и различных pH.

Примечание: Спог – поглощенная концентрация кобальта при сорбции, мг/г; Я- степень сорбции.

Чтобы определить оптималь­ные условия сорбции кобальта(II) полученным сорбентом было проведено исследование зависимости сорбционной ем­кости от начальной концентра­ции кобальта(II) C_o. Результаты исследований приведены в табл. 2 и на рисунке 1.

Рис. 1. Изотерма сорбции Со²⁺ полученным сорбентом (рН= 6).

Таблица 2.

Результаты исследования сорбции кобальта при pH = 6 и различной начальной концентрации, мг/г.

При pH = 6 сорбционная емкость СЕ максимальна. С увеличением концентрации ко­бальта в растворе увеличивается количество сорбироваронного кобальта, а при концентрации равной 3534 мг/л становится максимальной. Исследования показали, что в оптимальных условиях концент­рирования ионы кобальта количе­ственно сорбируются (R > 95 %).

Увеличение ионной силы до 1,0 моль/л не оказывает замет­ного влияния на процесс сорб­ции. Дальнейшее увеличение ее приводит к значительному сни­жению степени сорбции. Это связано с тем, что с увеличени­ем ионного окружения функци­ональных групп уменьшается возможность комплексообразования кобальта(II). Полная сорбция кобальта(II) происхо­дит за 2 ч при статических усло­виях.

Эксперименты показали, что максимальная десорбция кобальта(II) достигается при использо­вании перхлоратной кислоты (табл. 3).

Таблица 3.

Влияние концентрации разных кислот на степень извлече­ния кобальта, %.

Разработанная методика была опробована при определении кобальта(II) в морской воде. Ко­бальт попадает в морскую воду при выкачивании нефти и тем самым загрязняет ее.

Анализируемый раствор (1000 мл) заливают в колбу, до­бавлением HN0₃ (кон.) уста­навливают pH = 6, вносят 100 мг сорбента и оставляют отстаиваться. Через 2 ч к отделенному сорбенту добавляют 10 мл ЗМ НСIO₄, десорбируют поглощенный кобалът(II) и рассчитывают содержание кобальта(II) в воде, которое составляет 0,006 мг/л, что превышает допустимые нормы.

Предлагаемая новая комплексная экспрессная методика, включающая в себя предварительное концентрирование кобальта рассматриваемым сорбентом, позволяет количественно выделять кобальт из большого объема пробы со сложным фоновым составом и обеспечивает надежное правильное определение ее концентрации с достигаемой точностью.

Литература

1.                  Садцадзе К.М, Копылова-Ва­лова В.Д. Комплексообразующие ио­ниты. М.: Химия, 1980.

2.                  Цизин Г.И., Золотов Ю.А. Проточные сорбционно-спектроско- пические методы анализа // Журнал аналитической химии. 2002. Т. 57. №7., с.136-140.

3.                  Саввин С.Б., Дедкова В.П., Швоева О.П. Сорбционно-спектрос­копические и тест-методы определе­ния ионов металлов на твердой фазе ионообменных материалов // Успехи химии. 2000. Т. 69. № 3., с129-133.

4.                  Мясоедова Г.В., Саввин С.Б. Хелатообразующие сорбенты. М.; Наука, 1984.

5.                  Алиева Р.А., Чырагов Ф.М., Гамидов С.З. Сорбционное исследо­вание меди (II) полимерным сорбен­том // Химические проблемы. 2006. № 4. С.45-47.

Поступила в редакцию 21.11.2017 г.