Экстракция меди расплавом смеси дифенилгуанидина и бензойной кислоты

Аликина Е.Н.

Пермский государственный национальный исследовательский университет,

Пермь, Россия.

Молодой учёный.

alikina-en@yandex.ru

Научный руководитель: Дегтев М.И.

Экстракция органическими растворителями является распространенным методом выделения и разделения элементов в химической технологии и аналитической химии. В последние годы возросло значение экстракционных методов, исключающих использование токсичных, пожароопасных, высоколетучих органических растворителей. Интересной заменой классическим водно-органическим экстракционным системам становятся расслаивающиеся системы с единственным жидким компонентом – водой, а также расплавы органических веществ или их смесей.

В качестве легкоплавких экстрагентов наиболее часто используют 8-оксихинолин (t_пл = 75°С), салицилальдоксим, бензоилацетон (t_пл = 58°С), дибензоилметан (t_пл = 78°С) [1], высшие карбоновые кислоты фракции С₁₇ – С₂₀ [2]. Однако, сравнительно небольшой ассортимент легкоплавких экстрагентов ограничивает применение экстракции расплавами. Поэтому часто применяют растворы экстрагентов в инертных легкоплавких веществах, среди которых наибольшее распространение получили бензофенон (t_пл = 48°С), дибромбензол (t_пл = 86°С), дифенил (t_пл = 69°С), стеариновая кислота (t_пл ≈ 70°С), парафин (t_пл = 50°С), церезин (t_пл = 50°С), нафталин (t_пл = 80°С), эвтектическая смесь нафталин-дифенил (t_пл = 39-40°С) [3].

При нагревании экстракционных систем с легкоплавкими экстрагентами или инертными добавками происходит переход твердого вещества в жидкое состояние и осуществляется вариант обычной жидкофазной экстракции. После экстракции и охлаждения до комнатной температуры органическая фаза застывает и превращается в компактную массу, что позволяет легко осуществить разделение твердой и жидкой водной фаз. Объем органической фазы в случае экстракции расплавами, как правило, заметно ниже объема водной фазы, в результате чего достигаются значительные коэффициенты абсолютного и относительного концентрирования.

Образование расплава (органической микрофазы) наблюдается также в экстракционных системах, содержащих органические кислоты и основания. Процесс экстракции основывается на химическом взаимодействии основания и кислоты. Образующаяся соль, которая является экстрагентом, плавится при температуре меньшей 100ºС. Кроме этого, она ограниченно растворима в воде, в результате чего происходит ее выделение в отдельную фазу.

Для изучения экстракционной способности солей, образованных крупными органическими катионами и анионами исследованы фазовые и экстракционные равновесия в системе дифенилгуанидин (ДФГ) – бензойная кислота (БК) – вода. Анализ границ области двухфазного жидкого равновесия позволил определить концентрационные границы расслаивания: для использования в целях экстракции пригодны растворы, содержащие от 55 до 88 % воды, от 5 до 20 % ДФГ, от 7 до 35 % БК. При введении хлороводородной кислоты (до 3 масс.%) существование расплава сохраняется.

Изучена экстракция ионов меди (II) в расплав смеси дифенилгуанидина и бензойной кислоты. Исследования по экстракции меди проводились в градуированных пробирках с притертыми пробками при нагревании до 80 – 90ºС в течение 15 мин. Предварительно было установлено, что этого времени достаточно для достижения химического равновесия. В отсутствие HCl медь извлекается в расплав на 80 % при С_ДФГ = С_БК = 0,25моль/л. При введении небольших количеств хлороводородной кислоты (С_HCl = 10^-3 моль/л) экстракция меди незначительно увеличивается (88 %). При увеличении концентрации HCl до 0,2 моль/л экстракция меди резко снижается до 25 %, что связано с образованием растворимой в воде хлоридной соли дифенилгуанидина.

В условиях оптимальной концентрации HCl исследовано влияние концентраций ДФГ и БК на степень извлечения ионов меди в расплав. В оптимальных условиях экстракции методом сдвига равновесия определено соотношение компонентов в экстрагирующемся комплексном соединении меди. Установлено, что Cu:ДФГ:БК=1:1:2, то есть можно предположить, что в расплав извлекается комплекс состава Cu(БК)₂∙ДФГ. Полученные результаты подтверждаются исследованиями Пятницкого [4] по экстракции меди бензойной кислотой в хлороформ в отсутствие и в присутствие аминов.

Литература:

[1] Лобанов Ф.И., Леонов В.А., Стефанов А.В., Гибало И.М. Ж. Неорган. Хим. 22, 3097–3102 (1977)

[2] Андреева Н.Н., Иванова Н.В., Филиппова Л.М., Зебрева А.И. Ж. Неорган. Хим. 30, 2337–2340 (1985)

[3] Лобанов, Ф.И. Экстракция неорганических соединений расплавами органических веществ: в сборнике «Итоги науки и техники». Сер. Неорганическая химия». Т.7. – М.:ВИНИТИ, 1980, 84 с.

[4] Пятницкий И.В., Слободенюк Т.А. Ж. Аналит. Хим. 29, 1697–1704 (1974)