экстракционная система для извлечения ионов таллия(iii) из водных растворов

Формула изобретения

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 общей формулы [C_nH_2n+1N⁺ (CH₃)₂CH₂C₆H ₅]Cl, где n=10-18, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

алкилбензилдиметиламмоний хлорид общей формулы
[C nH2n+1N+(CH3)2 CH2C6H5]Cl, где n=10-18	5-15
хлорид натрия	13-17
вода	до 100

Описание изобретения к патенту

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.

Известна жидкостная экстракция ионов таллия(III) из кислых хлоридных растворов 1-гексил-3-метилпиразол-5-оном в хлороформ [А.с. SU № 1435540, МПК⁴ 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.

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 C_nH_2n+1CONH(CH ₂CH₂O)_mH (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.

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 [C_nH_2n+1 N⁺(CH₃)₂CH₂C ₆H₅]Cl, где n=10-18, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

алкилбензилдииметиламмоний хлорид общей формулы
[С nН2n+1N+(СН3)2 СН2С6Н5]Сl, где n=10-18	5-15
хлорид натрия	13-17
вода	до 100

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 [TlCl₄]^-.

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".

На чертеже представлена диаграмма растворимости системы катамин АБ - хлорид натрия - вода при 25°С. (Фазовые области: L - гомогенная; L₁+L₂ - расслаивания; L ₁+L₂+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	H2O
1	5	13	82	14,1	0,9
2	15	17	68	13,2	1,8
3	10	15	75	13,8	1,2

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 H₂SO₄.

Примеры 4-7.

В делительную воронку помещали 1,5 г катамина АБ (10 мас.%), 2,25 г хлорида натрия (15 мас.%), раствор, содержащий 1·10^-4 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 H2 SO4	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.