I bob. Poliakrilonitril asosida olingan poliamfolitlarga vanadiy ionlarinig sorbsiyasi kinetikasi va termodinamikasi

I BOB.POLIAKRILONITRIL ASOSIDA OLINGAN POLIAMFOLITLARGA VANADIY IONLARINIG SORBSIYASI KINETIKASI VA TERMODINAMIKASI

(Adabiyotlar sharhi)

Dunyoda sanoat va ekologik muammolarni bartaraf etishga yordam beruvchi yuqori sorbtsion hususiyatli termik hamda kimyoviy barqaror ion almashinuvchi materiallarni olishning fizik-kimyoviy jihatlari boʼyicha tadqiqotlar olib borilmoqda. Shuningdek, metal ionlarini analizi, ekologiya va gidrometallurgiyadagi texnologik muammolarni yechishda ishlatiladigan sorbentlar yaratishning fizik-kimyoviy asoslarini oʼrganish boʼyicha koʼplab ishlar amalga oshirilgan. Ularning ishlatilishini fizik -kimyoviy jarayonlarini tekshirish kimyoviy tovarlardan to suvni tozalash texnologiyasigacha boʼlgan turli xil sohalarni qamrab oladigan koʼplab ishlab chiqarishlarning samarali boʼlishida hal qiluvchi omillardan biridir

Sorbentlar – qattiq fazada maqsadli komponentlarni (molekulalar yoki
ionlarni) gaz yoki suyuqlik fazasidan ajratib olish va konsentratsiyalashga qodir bo'lgan qattiq erimaydigan moddalar . Sorblangan komponentlar qattiq fazaga o'tadi va unda funktsional guruhlar bilan yoki sorbentning ichki yuzasi bilan har xil bog'lanishlar hosil bo'lishi tufayli saqlanib qoladi. Absorbsiya sorbent fazada qanday sodir bo'lishiga qarab, singdirilishning ikki turi ajratiladi: yutilish - sorbent hajmidagi yutilish - va adsorbsiya - interfeysda yutilish . Ushbu ikki turdagi emilimni aniq ajratish qiyin ; aksariyat hollarda yutilish va adsorbtsiya bir vaqtning o'zida amalga oshiriladi va ular odatda sorbsiya umumiy atamasi bilan birlashtiriladi[1]

Agar dissotsiatsiyalangan funktsional guruhlar yoki sorbentlar ionlarni - ationlarni yoki anionlarni ( ion guruhi ) almashtirishga qodir bo'lsa ,sorbentlar ion almashinadigan sorbentlar - ionitlarga taalluqlidir Kimyoviy faol va ionogen guruhlarga ega bo'lmagan sorbentlar ( neytral sorbentlar ) adsorbsiyalangan molekulalarning sorbent matritsasi bilan o'zaro ta'siri tufayli adsorbsiyalangan molekulaning kuchli tutilishini ta'minlay oladi.[1]

Ion almashinuvi – bu bir necha o'n yillar davomida har doim turli sohalarda e'tiborni kuchaytirib kelayotgan texnologiya . Ushbu texnologiya odatda eritilgan ionlarni turli xil fizik shakllardagi ion almashinadigan materiallarga elektrostatik sorbtsiya yo'li bilan yo'q qilish orqali tozalash uchun ishlatiladi . Olib tashlangan ionlar eritmalardagi teng miqdordagi boshqa bir xil zaryadli ionlar bilan almashtiriladi
Ion almashinuvidan foydalanish reaksiya barcha ionlarni eritmadan olib tashlashga yoki ma'lum ionlarni tanlab ajratishga imkon beradi. Shuning uchun ham ionli ifloslanishni tanlab olib tashlash va to'liq deionization ajratish mumkin. Ikkalasi orasidagi tanlov asosan eritmaning tarkibiga va zarur bo'lgan zararsizlantirish darajasiga bog'liq [ 2 ]. Ion almashinuvining qo'llanilishi juda ko'p va sanoat va uy xo'jaliklarining keng doiralarini qamrab oladi . Ushbu dasturlar asosan tozalash maqsadlarini qamrab oladi; ammo, ion almashinuvi, shuningdek , uran va plutoniy kabi qimmatli moddalarni yadro sanoati chiqindilaridan ajratish va ajratib olishda ham keng amalga oshirilmoqda [ 2 ]. Suvni deionizatsiya qilish (demineralizatsiya) va suvni yumshatish eng keng tarqalgan qo'llanmalar ekanligi ma'lum . Shu bilan birga, boshqa dasturlarning spektri gidrometallurgiya va metallni pardozlash jarayonlarida katta miqdordagi metallarni qazib olishdan tortib, qimmatbaho metallarni tiklashgacha o'zgarib turadi [ 3  ]. Ion almashinuvi dasturlari oziq-ovqat va ichimliklar, neft-kimyo va kimyo, farmatsevtika, shakar va tatlandırıcılar, sanoat chiqindi suvlari, er osti va ichimlik suvi, yarimo'tkazgichlar, tuproqni qayta ishlash va sellyuloza-qog'oz sanoatida qo'llaniladi. Asosan, ion almashinuvi - bu elektrolitlar eritmasi (suvli faza) va ion almashinadigan materialda (qattiq fazada) immobilizatsiya qilingan xuddi shunday zaryadlangan ionlar orasidagi ionlarning almashinuvini o'z ichiga olgan jarayon , bu esa stexiometrik qaytariladigan ion almashinish reaktsiyasi orqali sodir bo'ladi. Ion almashinadigan materiallar turli toifalarga kiruvchi ion almashinuvi jarayonlarining yuragini ifodalaydi : polimer va mineral, kationli va anionli, shuningdek, ularning tasnifiga qarab qatronlar va membranalar. Sanoat qo'llanilishi talablariga javob beradigan turli xil konfiguratsiyalardagi muhandislik tizimlari mavjud va ular ion almashinadigan materiallar morfologiyasiga qarab farq qiladi [1-3]

Ushbu Magistirlik ishi“nitron” PАN tolalari asosidagi poliamfolitlarga vanadiy ionlarinig sorbsiyasi kinetikasi va termodinamikasini o’rganishga bag’ishlangan

Ion almashinuvchi materiallarni olish muammolari va sorbentlarning xar xil turlari sifatida qoʼllash gidrometallurgiyada ion almashinuvchi texnologiyalarning yangi samarali turlarini yaratish uchun [2, 3] muhim ahamiyat kasb etadi. Ushbu muammoga boʼlgan qiziqish tolali ion almashinuvchilar oldiga donador ionitlarga qaraganda koʼplab texnik va iqtisodiy afzalliklarni qoʼyadi.

Donador ionitlarga nisbatan tolasimon ion almashinuvchi materiallar sorbtsiya uchun yanada katta sirtga ega boʼladi. Tolasimon donador xemosorbentlarning solishtirma sirtiga nisbatan taxminan ikki marta yuqori solishtirma qatlamga ega.

Shunday qilib, donador xemosorbentlarning solishtirma qatlami 100m2/kg ni tashkil qiladi, tolalarning solishtirma sirti 20000-30000m2/kg yetsa u xemosorbtsiyaning tezligiga taʼsir qiladi. Xemosorbtsion jarayonlarni taqqosiy oʼrganishda shu narsa maʼlum boʼldiki, tolasimon sorbentlarning sorbtsiya tezligi donadorlarnikiga nisbatan bir muncha yuqoriroq [5].

Ushbu tolalardagi yuqori solishtirma sirt, radiusning nanooʼlchami va gʼovaklarining hajmi sifat jihatdan sodir boʼladigan oʼzgarishlarga olib keladi. Shunday qilib, yanada faol sirtga va boʼkishga boʼlgan yaxshi hususiyatiga ega boʼlgan tolali - ionitlar muvofiq keluvchi smolalarga nisbatan ion almashinishga maʼqul keluvchi kinetikaga ega [5, 6]. Mineral va organik ionlarni tolasimon sorbentlar bilan sorbtsiyalash kinetikasini oʼrganishda shu narsa aniqlandiki, ionli almashinish tezligi ion almashinuvchi smolalarga nisbatan ushbu materiallarda anchagina yuqoridir. Ushbu barcha sifat oʼzgarishlar texnologik eritmalardan va oqava suvlardan turli xil ionlarni ajratib olish texnologiyasiga katta taʼsir koʼrsatadi. Masalan, tolasimon ion almashinuvchi materiallar dastlabki eritmadan (0,1mg/l) ularning juda kam kontsentratsiyalarida ionlarni ajratib olish qobiliyatiga ega, bunda ionlarning sorbtsiyalanishi 100% ga yetadi. Ion almashinuvchi tolalarning nanotuzilishi katalizatorlar yoki katalitik faol moddalarni tashuvchisi sifatida ularni qoʼllash imkonini beradi.

Ion almashinuvchi tolalar ionitlarga xos sorbtsion sigʼimini saqlab turigan xolda sorbtsiya tezligi keskin oshirishi mumkin, keyinchalik qayta ishlanganlari esa bir vaqtning oʼzida katta dispersli zarrachalarni tutib olish imkonini beradi. Bundan tashqari, fazoviy polimerlardan farqlanib, chiziqli (yoki shoxlangan) makromolekulalardan tuzilgan sintetik ionitlar, tolalar boʼkishga boʼlgan yaxshi hususiyatlarini namoyon qiladi. Modomiki, tolalarning hossalariga ikkita usulning birikmasi bilan tuzatish kiritish mumkin – bular orientatsiya va tikish. Boshqacha qilib aytganda, gidrofoblanishiga olib keluvchi tolalarning orientatsiyasi koʼplab zanjirlararo tikishlarni chiqarib tashlash yoki koʼprikli bogʼlarning minimal sonlari bilan chegaralanish imkonini beradi.[6]

Adabiyotlarda Magisrlik mavzusiga oid poliakrilonitrilli (PАN) ion almashuvchi tolaga oid quyidagi ma’lumotlar keltirilgan

Nitron tolasi sanoatda ishlab chiqariladigan va keng tarqalgan polimer boʼlganligi uchun u asosida tolasimon ion almashinuvchi materiallar olishining fizik-kimyoviy jihatlarini tadqiq qilish, olingan ion almashinuvchi sorbentlarni fizik kimyoviy xossallarini tekshirish boʼyicha talaygina ilmiy tadqiqot ishlari olib borilgan. Nitron tolasini modifikatsiyalash boʼyicha fizik-kimyoviy tadqiqotlarni olib borishda Zilberman Ye.N., Zverev M.P., Volf L.А., Soldatova V.S., Wang L.S., Carraher C.E., Geller B.E. va boshqa olimlarning alohida oʼrni bor. Oʼzbekistonlik olimlar Аxmedov K.S., Rizaev N.U., Аskarov M.А., Jalilov А.T., Musaev U.N., Babaev T.M., Muxamediev M.G., G’ofurova D A ,Rafikov А.S., Nabieva I. va boshqalar ionalmashinuvchi tolasimon polimerlar olinishi va xossalarining fizik-kimyoviy jihatlarini tadqiq qilish orqali ionalmashuv tolasimon materiallarni sintez qilish va qoʼllash boʼyicha ilmiy izlanishlarga salmoqli ulush qoʼshganlar Аdabiyot maʼlumotlarining analizi shuni koʼrsatadiki, sianguruhning yuqori va turli xil reaktsion qobiliyatlari tufayli nitril saqlovchi polimerlarning hossalarini turli reagentlar bilan ishlov berish yoʼli bilan osongina modifikatsiya qilish mumkin.

M.P.Zverev va uning tadqiqotchilari tomonidan akrilonitril sopolimerlari va 30-40 mass.% 2-metil-5-vinilpiridin asosida anion almashinuvchi tolalarni (VION-АN) olish usuli ishlab chiqildi. Sopolimerning sintezi rN ning past koʼrsatgichlarida suvli muhitda monomerlarning radikal sopolimerlanishi yoʼli bilan amalga oshirildi. Tolalarning shakllanishi suvli choʼktiruvchi vannalarda dimetilformamidda sopolimerning 13-15% li eritmasidan oʼtkaziladi. Tolalarning tuzilishini eritmalarga diepoksibirikmalarning kiritilishi yoʼli bilan va shakllangan tolaga termik ishlov berish jarayonida amalga oshirildi [5]. Аzotning alkillanishi orqali VION-АN tolalari zanjirida epixlorgidrin bilan kuchli asos hossalari bilan anion almashinuvchi tolalar sintez qilindi (VION-АS). Olingan tolalar (АS-1) kuchli asosli guruhlar boʼyicha 1,0-1,2 mg-ekv/g SOE ga ega, kuchsiz asosli guruhlar boʼyicha esa 1,0-1,2 mg-ekv/g, shuningdek POE ga nisbatan 50% SOE ga ega.

L.А.Volf oʼzining tadqiqotchilari bilan kuchli kislotali muhitda temir va kobalt kationlariga selektivlikni oshirish maqsadida yangi shakllangan tolani 369-3710C da natriy metallmetilsilikonatning 2-5%li suvli eritmasi bilan ishlov berish orqali anion almashinuvchi poliakrilonitril tolani olish usuli amalga oshirildi, natriy metallmetilsilikonati sifatida ruxmetilsilikonat qoʼllaniladi va ishlov berish jarayonini 10-15 daqiqa davomida oʼtkaziladi. Tola quyidagi koʼrsatgichlar bilan tavsiflanadi: SАSNSI=8,0mg-ekv/g, SАSNaOH=7,5mg-ekv/g; rN=1 da kobalt boʼyiicha selektivlik 50% ga teng, rN=3 da temir boʼyicha selektivlik 82% ga teng, tolaning mustahkamligi 22,0 sN/teks [6].

Poliakrilonitril tolasiga asoslangan etilendiamin, karboksil va tetrazin

guruhlarini o'z ichiga olgan yangi tolali sorbent sintez qilindi va og'ir metallar ionlarining kontsentratsiyasi uchun ishlab chiqildi. PH qiymati, yaxshi sig'im, oqim tezligi, qayta ishlatish, shuningdek, elimning turi va konsentratsiyasi kabi eksperimental parametrlarbatafsil o'rganildi. O'rganilgan barcha metall ionlari miqdorini o'zgartirgan tolalar tomonidan pH $ 3,5 ostida ushlab turilishi mumkin , so'ngra 1 mol / L xlorid kislota va 5% tiokarbamid aralashmasi yordamida 40 ° S ga qadar isitiladi qoniqarli natijalarga ega bo'lgan namunaviy namunalardagi
ionlar va metall ionlarini aniqlash uchun nisbiy standart og'ishlar 5% dan kam ekanligi aniqlandi[7]

Sintetik adsorbanlarni olib yuradigan turli xil polimer materiallar

og'ir metallarni yo'qotish uchun adabiyotlarda qayd etilgan . Bunda poliakrilonitrilni (PAN) ikki foizli (50 va 100) trietilenetetramin (PAN-TETA 50 va 100) foizli funktsionalizatsiya qilishning oddiy usulini ishlab chiqilgan . Birinchi marta PAN-TETA kumush va qo'rg'oshin ionlarini suvli eritmalaridan yutuvchi sifatida ishlatilgan . PAN-TETA va ularning metall komplekslari FT-IR vaskanerlovchi elektron mikroskop bilan o'rganilgan . Tahlil usuli PAN -TETA komplekslarida metall borligini tasdiqladi . Tayyorlangan funktsional PAN suvli eritmalardan Pb ( II) va Ag (I) kabi og'ir metall ionlarini olib tashlash uchun qo'llanildi . Eksperimental sharoitlarni optimallashtirish
va dastlabki pH qiymati, aloqa vaqti, adsorbent dozasi, boshlang'ich metall va ionlarning konsentratsiyasi va og'ir metallarni olib tashlash uchun haroratni o'z ichiga olgan parametrlar o'rganildi. Raqobatdosh adsorbsion sinovlar ushbu funktsional polimerlarning ikkita ionning birgalikda yashashida Ag (I) uchun yaxshi adsorbsion selektivlikka ega ekanligini tasdiqladi . PAN-TETA dan metall ionlarining desorbsiyasi 0,5 M HCl da o'rganilgan va juda yuqori darajada, 91% dan yuqori desorbsiya stavkalariga erishilgan. Adsorbsiya / desorbtsiya ma'lumotlariga asoslanib, PAN-TETA og'ir metallarni suv muhitidan tozalash uchun istiqbolli adsorbent hisoblanadi.[8]

Yog'li chiqindi suv, ko'pincha tarkibida og'ir metal ionlari suvning ifloslanishining keng tarqalgan manbai hisoblanadi . Ushbu tadqiqotda modifikatsiyalangan MOF yuklangan poliakrilonitril membrana ishlab chiqilgan va solvotermik reaksiya va elektrospinning yordamida bir vaqtning o'zida

suvdagi emulsiyalarni ajratish va og'ir metal ionlarini adsorbsiyalash uchun tayyorlangan. Membrana havodagi supergidrofilligiva superoleofilligini va suv ostidagi har xil emulsiyalarni membranani samarali ajratib olishiga imkon beradigan suv osti superoleofobikligini ko'rsatadi .[9]
MOF-808 ning kuchli adsorbsion quvvati ushbu membranani qisqa vaqt ichida turli xil konsentrasiyalarda og'ir metall ionlarini adsorbsiyalashga imkon beradi. Ajratish samaradorligi 99,97% ga etdi, va og'ir metall ionlarini tozalashning eng yuqori samaradorligi 97,7% ga etdi. Bundan tashqari, membrana mukammal qayta ishlanishi va korroziyaga chidamliligini namoyish etdi. Umuman olganda, membrana chiqindi suvlarni tozalashda yuqori samaradorlikka ega va amaliy qo'llanilishi uchun katta imkoniyatlarga ega

 Poliakrilonitril (PAN) nanofillari (elektrospinning texnikasi bilan tayyorlangan)

gidrazin bilan kimyoviy modifikatsiyalangan. gidrazin bilan modifikatsiyalangan poliakrilonitril (HM-PAN) ning Fourier transform infraqizil spektri shuni ko'rsatdiki, PAN nanofilalarining nitril cho'qqisining intensivligi (2250 sm 1 ) gidrazin bilan davolashdan so'ng sezilarli darajada pasaygan. Taxminan 3400-3100 sm 1 (N A H cho'zilgan tebranish) da yangi cho'qqilar paydo bo'ldi, bu gidrazinning PAN nanofilalariga kimyoviy biriktirilganligini ko'rsatdi. HM-PAN
tekis sirtga ega edi (skanerlash elektroni tomonidan tasdiqlangan
mikroskopi) va suvli eritmalardan metall ionlarini adsorbsiyasi uchun mos material bo'lgan.[10] HM-PAN ning adsorbsion quvvati adsorbsiyavaqti oshgani sayin o'sib bordi

Amidoksim modifikatsiyalangan poliakrilonitril nanofibrli plyonkalar (AOPAN NF) elektrospinning texnikasi bilan ayyorlangan.Amidoksimatsiyalangan poliakrilonitril (AOPAN) eritmasiga an'anaviy tayyorlash usullari o'zgartirildi va takomillashtirildi. Birinchidan, PAN eritmasi gidroksilamin gidroxloridi yordamida AOPAN eritmasini ishlab chiqarish uchun o'zgartirildi va keyin

elektrospinning uchun AOPAN eritmasiga ozgina ingibitor qo'shildi. AOPAN eritmasining o'zaro bog'liqligi ozgina miqdorda inhibitor qo'shilishi bilan inhibe qilinganligini aniqlandi ; Shu bilan birga, AOPAN eritmasini saqlash muddati uzaytirildi. Bundan tashqari,tayyorlangan AOPAN eritmasi Cu uchun ajoyib adsorbsion materiallar sifatida ishlatilishi mumkin bo'lgan nano tolali plyonkalarga elektrospun bilan biriktirildi . Nano tolali plyonkalarning adsorbsion quvvati to'rtta qayta ishlashdan so'ng birinchi adsorbsiyaning 50% dan yuqori ; bu nanofiber plyonkalarning suvni tozalash uchun qayta ishlatilishini ko'rsatdi[11]

So'nggi paytlarda xelat sorbentlarining sintezi va qo'llanilishiga katta e'tibor berilmoqda . suvli muhitdan zararli ifloslantiruvchi moddalarni olib tashlashda tabiiy va sintetik materiallar. Polimer materiallarga kelsak, asosiy zanjirda va yon zanjirda ionli va / yoki qutb qoldiqlari bo'lgan moddalar sinovdan o'tkazildi. Poliakrilonitril istiqbolli nomzodlardan biridir, chunki uni osonlikcha olish mumkin va gidroksil yoki amin qoldig'i yordamida ko'plab hosilalarni tayyorlash mumkin . Xelatlovchi qatronlar deb nomlangan poliakrilonitril hosilalari ularning og'ir metal ionlari uchun yaxshi adsorbsion xususiyatlarga ega ekanligi haqida xabar berilgan . PAN trietilenetetramin (TETA) bilan funktsionalizatsiya qilingan va nikel ionlarini olib tashlash uchun ishlatilgan

 Natijalar shuni ko'rsatdiki, PAN-TETA tenglama eritmalaridan metall ionlarini adsorbsiyalash uchun yaxshi imkoniyatlarga ega . Dietilenetriaminetetraasetik monoetanolamin , dietilenetriamin va etilenediaminetetraasetik kislota kabi bir qancha funktsional guruhlar metall ionlarining adsorbsiyasi uchun ishlatilgan. Ushbu kiritilgan funktsional guruhlar polimer matritsa yuzasining kimyoviy tarkibini o'zgartiradi va shu sababli ularning adsorbsion harakatlarini yaxshilaydi. Ushbu xelatlan ligandlar orasida chiziqli poliamin ko'pincha turli xil metall ionlari bilan barqaror metall komplekslarini hosil qilishi mumkin va trietilenetetramin (TETA) ulardan biridir Mis va kadmiy ionlarini yutuvchi sifatida poliakrilonitrilni trietilenetetramin (PAN-TETA) bilan modifikatsiyalashning oddiy usuli ishlab chiqilgan . PAN-TETA va uning metall komplekslari FT-IR va SEM bilan ajralib turardi. FT-IR tadqiqotlari metal-PAN-TETA komplekslarida metall ionlari mavjudligini tasdiqladi .[12]

PAN nanofillari (elektrospinning texnikasi bilan tayyorlangan) amidoksim guruhlari bilan kimyoviy modifikatsiyalangan bo'lib, ularmetall ionlariga yuqori adsorbsion yaqinligi tufayli metall adsorbsiyasiga mos keladi .[13] Amidoksim bilan modifikatsiyalangan PAN (PAN-oksim) (25% konversiya) nanofillarining adsorbsiyasi Langmuir izotermidan keyin kuzatildi. 

PAN-oksim nanofillari elektrospinning texnikasi va PAN tarkibidagi nitril guruhining kimyoviy modifikatsiyasi kombinatsiyasi bilan tayyorlangan . Nan tolalarida PAN-PAN-oksimga aylanishi reaktiv moddalar og'irligi va

reaktsiya vaqtining oshishi bilan ortdi.[13]

  Dietilenetriamin va rux ionlari Yordamida modifikatsiyalash orqali bir xil otashga chidamli poliakrilonitril tola tayyorlandi . Aminlangan tolalarning kimyoviy, agregatsiya va morfologik tuzilmalari Fourier transform infraqizil (FTIR) spektrlari, rentgen difraksiyasi va skanerlash elektron mikroskopi (SEM) tomonidan o'rganilgan . Shu bilan birga, mexanik va adsorbsion xususiyatlar valentlik tekshiruvchisi va atom yutilish spektrometriyasi tomonidan o'rganilgan . Va issiqlik degradatsiyasining xatti-harakatlari va olovni ushlab turish mexanizmlari batafsil o'rganildi. Dietilenetriamin va bilan olovga chidamli poliakrilonitril tolalarni tayyorlashning yangi usuli 

Aminalangan tolalar muvaffaqiyatli tayyorlandi va polimer matritsasiga amid va amin funktsional yutilish guruhlari kiritildi.[14]