Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Сорбционное концентрирование фосфора и кремния в виде молибденовых гетерополикислот с последующим их определением различными методами

Диссертация: Сорбционное концентрирование фосфора и кремния в виде молибденовых гетерополикислот с последующим их определением различными методами
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Цель работы. Цель работы состояла в разработке методов сорбционного концентрирования кремния и фосфора в виде ГПК из растворов сложного состава, а также комбинированных сорбционно-хроматографических и сорбционно-рентгенофлуоресцентных методов определения кремния и фосфора в питьевых и природных водах. Конкретные задачи исследования были следующими: выбор эффективного сорбента и условий… Читать ещё >

Сорбционное концентрирование фосфора и кремния в виде молибденовых гетерополикислот с последующим их определением различными методами (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Глава 1. Концентрирование и определение фосфора и кремния в виде молибденовых гетерополикислот (обзор литературы)
    • 1. 1. Особенности структуры и свойств гетерополикислот
      • 1. 1. 1. Образование гетерополикислот
      • 1. 1. 2. Химические свойства гетерополикислот
        • 1. 1. 2. 1. Окислительно-восстановительные свойства
    • 1. 2. Концентрирование молибденовых гетерополикислот фосфора и кремния
      • 1. 2. 1. Жидкостная экстракция
        • 1. 2. 1. 1. Экстракция кислородсодержащими растворителями
        • 1. 2. 1. 2. Экстракция азотсодержащими основаниями
      • 1. 2. 2. Сорбционное концентрирование
    • 1. 3. Методы определения фосфора и кремния
      • 1. 3. 1. Методы молекулярной и атомной спектроскопии
      • 1. 3. 2. Электрохимические методы определения
      • 1. 3. 3. Хроматографические методы определения
      • 1. 3. 4. Рентгенофлуоресцентные методы определения. 1.3.5. Прочие методы
  • Глава 2. Реагенты, аппаратура и методика эксперимента
    • 2. 1. Реагенты, сорбенты
    • 2. 2. Аппаратура
    • 2. 3. Методика эксперимента
      • 2. 3. 1. Изучение сорбции в статических условиях
      • 2. 3. 2. Построение динамических выходных кривых
      • 2. 3. 3. Изучение сорбции в динамических условиях
      • 2. 3. 4. Приготовление подвижной фазы для хроматографического определения молибдофосфорной и молибдокремниевой кислот
      • 2. 3. 5. Приготовление образцов сравнения для рентгенофлуоресцентного определения фосфора и кремния на фильтрах
      • 2. 3. 6. Исследование извлечения молибдофосфорной и молибдокремниевой кислот в динамических условиях на фильтрах
      • 2. 3. 7. Определение степени извлечения кремния и фосфора на парафинизированных целлюлозных фильтрах
  • Глава 3. Сорбция гетерополикислот в статических условиях
    • 3. 1. Изучение сорбции а-молибдокремниевой кислоты на различных сорбентах
      • 3. 1. 1. Время установления сорбционного равновесия
      • 3. 1. 2. Влияние кислотности водной фазы на сорбцию а- молибдокремниевой кислоты
      • 3. 1. 3. Влияние концентрации сульфата натрия в растворе на сорбцию а- молибдокремниевой кислоты
      • 3. 1. 4. Изотермы сорбции а- молибдокремниевой кислоты
      • 3. 1. 5. Изотерма сорбции р- молибдокремниевой кислоты
    • 3. 2. Сорбция молибденовых гетерополикислот фосфора на сорбентах АтЬегШе ХАО-7 и ХАЭ
      • 3. 2. 1. Время установления сорбционного равновесия
      • 3. 2. 2. Влияние кислотности водной фазы на сорбцию молибдофосфорной кислоты
      • 3. 2. 3. Изотермы сорбции молибдофосфорной кислоты
      • 3. 2. 4. Сорбция восстановленной молибдованадофосфорной кислоты
  • Глава. 4. Сорбционное концентрирование молибденовых гетерополикислот фосфора и кремния в динамических условиях
    • 4. 1. Концентрирование молибдофосфорной и молибдокремниевой кислот из водных растворов в динамических условиях
      • 4. 1. 1. Извлечение восстановленной формы а- молибдокремниевой кислоты на анионообменнике БЮг-ЧАО и полиакрилатных сорбентах ХАЭ-8 и ХАО
      • 4. 1. 2. Десорбция
      • 4. 1. 3. ! Концентрирование фосфора и кремния в виде восстановленных форм молибдофосфорной и молибдокремниевой кислот на АтЬег1ке ХАБ
      • 4. 1. 4. Концентрирование фосфора и кремния в виде окисленных форм молибдофосфорной и молибдокремниевой кислот на АтЬегШе ХАБ
    • 4. 2. Концентрирование фосфора в виде молибдованадофосфорной кислоты на пенополиуретане
  • Глава 5. Сорбционно-хроматографическое определение фосфора и кремния в виде молибденовых гетерополикислот
    • 5. 1. Выбор условий хроматографического разделения восстановленных форм гетерополикислот
    • 5. 2. Сорбционно-хроматографическое определение фосфора и кремния в виде окисленных форм гетерополикислот
      • 5. 2. 1. Оптимизация условий хроматографического определения фосфора и кремния при анализе концентрата
      • 5. 2. 2. Сорбционно-хроматографическое определение фосфора и кремния
    • 5. 3. Проточное сорбционо-хроматографическое определение фосфора и кремния
  • Глава 6. Сорбционное концентрирование фосфора и кремния на фильтрах с последующим рентгенофлуоресцентным определением
    • 6. 1. Концентрирование фосфора и кремния на целлюлознах фильтрах в виде гидрофобных ионных ассоциатов гетерополикислот с три-н-октиламином
      • 6. 1. 1. Оптимизация условий извлечения молибдофосфорной и молибдокремниевой кислот
      • 6. 1. 2. Зависимость извлечения молибдофосфорной и молибдокремниевой кислот от концентрации минеральной кислоты и молибдена (У1)
      • 6. 1. 3. Выбор ион-парного реагента
      • 6. 1. 4. Механизм извлечения
      • 6. 1. 5. Определение среднего размера частиц ионного ассоциата а-молибдокремниевой кислот
    • 6. 2. Рентгенофлуоресцентное определение фосфора и кремния на фильтрах
      • 6. 2. 1. Определение степени извлечения кремния и фосфора на парафинизированных целлюлозных фильтрах
      • 6. 2. 2. Зависимости аналитического сигнала от концентрации элементов
      • 6. 2. 3. Определение фосфора и кремния на целлюлознах фильтрах в виде гидрофобных ассоциатов гетерополикислот с три-н-октиламином
  • Выводы

Актуальность темы

Разработка методов определения малых количеств фосфора и кремния в различных природных и промышленных объектах является актуальной задачей химического анализа. Например, необходимо контролировать содержание этих элементов в природных водах, поскольку они играют существенную роль в метаболизме растительных и животных организмов водоемов. Особенно необходим контроль за содержанием фосфора, концентрация которого в особо чистых водоемах не превышает 2 мкг/л. В конденсатах пара вод теплоэлектростанций содержание этих элементов не должно превышать 2 — 5 мкг/л, так как при больших нарушается тепловой режим котлов из-за образования накипей.

Наиболее распространенными формами, в виде которых определяют кремний и фосфор — молибденовые гетерополикислоты (ГПК). Однако условия образования ГПК фосфора и кремния близки, поэтому эти элементы сложно определять при совместном присутствии.

Для одновременного определения кремния и фосфора перспективно использовать рентгенофлуоресцентный метод и высокоэффективную жидкостную хроматографию (ВЭЖХ). Однако чувствительность этих методов недостаточна для решения многих задач. Предложенная для повышения чувствительности определения жидкостная экстракция ГПК трудоемка и не позволяет достигать высоких коэффициентов концентрирования. Кроме того, при жидкостной экстракции необходимо использовать токсичные органические растворители, пробоподготовку сложно автоматизировать.

Цель работы. Цель работы состояла в разработке методов сорбционного концентрирования кремния и фосфора в виде ГПК из растворов сложного состава, а также комбинированных сорбционно-хроматографических и сорбционно-рентгенофлуоресцентных методов определения кремния и фосфора в питьевых и природных водах. Конкретные задачи исследования были следующими: выбор эффективного сорбента и условий концентрирования ГПК в динамическом и статическом режимахсистематическое изучение зависимости эффективности сорбции от структуры и состава ГПКразработка метода концентрирования гидрофобных ионных ассоциатов ГПК с азотсодержащими органическими основаниями на целлюлозных фильтрахразработка сорбционно-хроматографического и сорбционно-рентгенофлуоресцентного методов определения кремния и фосфора в водах.

Научная новизна. Систематически исследованы сорбция а-молибдокремниевой кислоты (а-МКК) на сорбентах различной природы: полиакрилатных, содержащих в своей структуре группы сложного эфираАтЬеНке ХАЭ-7, АтЬеНке ХАО-8, пенополиуретане на основе простых эфиров, а также кремнеземе, химически модифицированном группами четвертичного аммониевого основания. Выяснены факторы, определяющие извлечение а-МКК из водных растворов.

Установлена зависимость сорбции молибденовых гетерополикислот фосфора и кремния на полиакрилатных сорбентах от структуры (аи Визомерии), состава (двойные и смешанолигандные) и заряда гетерополианиона.

Исследовано извлечение гетерополикислот в виде гидрофобных ионных ассоциатов с азотсодержащими органическими основаниями на фильтрах различной природы. Установлено, что степень извлечения зависит от материала и размера пор фильтра, а также от природы реагента. Высказано предположение об адсорбционно-фильтрационном механизме извлечения.

Практическая ценность работы. Разработана методика динамического сорбционного концентрирования фосфора и кремния в виде молибденовых гетерополикислот на полиакрилатном сорбенте АтЬегШе ХАО-8 (коэффициент концентрирования после десорбции ацетонитрилом -500 для фосфора и 100 для кремния).

Найдены условия концентрирования фосфора в виде молибдованадофосфорной кислоты (МВФК) на пенополиуретане (коэффициент концентрирования МО3), а также одновременного сорбционного концентрирования фосфора и кремния в виде ионных ассоциатов ГПК с три-н-октиламином (ТОА) на тонкослойных целлюлозных фильтрах (коэффициент концентрированияРазработаны методики: сорбционно-хроматографического определения кремния и фосфора в природных водах (пределы обнаружения фосфора и кремния составили 0,5 и 0,02 мкг/л, соответственно) — определения фосфора в виде молибдованадофосфорной кислоты (в присутствии больших количеств кремния) методом спектроскопии диффузного отражения с предварительным сорбционным концентрированием на пенополиуретане (предел обнаружения фосфора составил 10 мкг/л) — рентгенофлуоресцентного определения фосфора и кремния в питьевых водах с предварительным сорбционным концентрированием элементов на тонкослойных целлюлозных фильтрах (предел обнаружения фосфора составил 20 мкг/л, кремния — 40 мкг/л).

Автор выносит на защиту: данные о влиянии различных факторов (времени контакта фаз, концентрации минеральной кислоты и электролитов, природы сорбента) на эффективность сорбции молибденовых гетерополикислот кремния и фосфорарезультаты изучения влияния структуры (а-, |3- изомерия), состава и заряда гетерополианиона на извлечение гетерополикислот на сорбентах, содержащих сложноэфирные группы (Amberlite XAD-7 и XAD-8) — факторы, влияющие на динамическое концентрирование гетерополикислот в виде гидрофобных ионных ассоциатов с различными ион-парными реагентами на тонкослойных фильтрахрезультаты определения размера частиц малорастворимого ионного ассоциата а-МКК с TOA и изученные зависимости степени извлечения от размера пор и природы фильтра, на основании которых предложен «адсорбционное- -Л фильтрационный» механизм извлеченияметодики определения кремния и фосфора с предварительным сорбционным концентрированием и последующим определением методами спектрофотометрии, спектроскопии диффузного отражения, ВЭЖХ и рентгенофлуоресцентной спектрометрии.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены на Всероссийской конференции «Актуальные проблемы аналитической химии» (Москва, 2002, 2004) — Международнбй конференции «Экватек.

2002″ (Москва, 2002) — 3rd Int. Symposium on Separations in Biosciences «100 Years of Chromatography» SBS'03 (Moscow, 2003) — 2nd Black Sea Basin Conference on Analytical Chemistry (Stambul, Turkey, 2003) — International conference SIS'03 «Separation of Ionic Solutes» (Podbanske, Slovakia, 2003), Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов 2004» (Москва, 2004).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, шести глав экспериментальной части, выводов, списка литературы (134 наименования). Работа изложена на 168 страницах машинописного текста, содержит 28 рисунков и 16 таблиц.

ВЫВОДЫ.

1. Систематически исследована сорбция окисленных и восстановленных форм аи (3-молибдокремниевой, молибдофосфорной и молибдованадофосфорной кислот на сорбентах АтЬег1ке ХАО-7, ХАО-8, пенополиуретане и анионообменнике с привитыми группами четвертичного аммониевого основания. Установлено, что при сорбции гетерополикислот (ГПК) в статических условиях наиболее эффективен пенополиуретан, а при сорбции в динамическом режиме — АтЬеНке ХАО-8. Восстановленные формы ГПК сорбируются лучше окисленных, а смешанолигандная молибдованадофосфорная кислота извлекается хуже двойной молибдофосфорной кислоты. Сорбция двойных гетерополикислот определяется зарядом гетерополианиона.

2. Разработан метод концентрирования фосфора и кремния в виде молибдофосфорной и молибдокремниевой кислот на сорбенте АтЬеНке ХАО-8. Найдены условия количественной сорбции и десорбции в динамических условиях (коэффициент концентрирования фосфора составил 500, кремния 100).

3. Изучено влияние природы и диаметра пор фильтров на извлечение молибдофосфорной и молибдокремниевой кислот в виде ионных ассоциатов ГПК фосфора и кремния с три-н-октиламином. • Предложен возможный механизм извлечения.

4. Разработана методика определения фосфора в морской и питьевой воде в виде молибдованадофосфорной кислоты, включающая концентрирование соединения на пенополиуретане и определение элемента в фазе сорбента методом спектроскопии диффузного отражения. Показана возможность определения фосфора при 100-кратном избытке кремния. Предел обнаружения фосфора составил 10 мкг/л.

5. Разработана методика сорбционно-хроматографического определения фосфора и кремния в речной воде в виде молибденовых ГПК с предварительным концентрированием соединений на АтЬеНке ХАО-8. Предел обнаружения фосфора составил 0,5 мкг/л, кремния 0,02 мкг/л.

6. Разработана методика рентгенофлуоресцентного определения фосфора и кремния в питьевой воде, включающая концентрирование элементов в виде ионных ассоциатов ГПК с три-н-октиламином на парафинизированных целлюлозных фильтрах. Предел обнаружения фосфора составил 20 мкг/л, кремния — 40 мкг/л.

Показать весь текст

Список литературы

  1. А.П. Оценка параметров экосистемы внутреннихводоемов. М.: Научный мир, 2001. 191 с. 2. http://www.lcc.ru/gal/bl4.htm
  2. Spivakov B.Ya., Maryutina Т.А. and Muntau H. Phosphorus speciationin water and sediments. // Pure Appl. Chem. 1999. V. 71. № 11. P. 2161.
  3. Wang T., Li S. F. Separation of Synthetic Inorganic Polymers of
  4. Condensed Phosphates by Capillary Gel Electrophoresis with Indirect Photometric Detection. // J. Chromatogr. A. 1998. V. 802. № 1. P. 159−165.
  5. Forsman U., Anderson M., Tornros H. Ion-Exchange Chromatography
  6. With Post-Column Reaction for the Analysis of Phosphonoformate, Phosphite and Phosphate. // J. Chromatogr. 1986. V.369. P.151−157.
  7. И.П., Дорохова Е. Н., Казанский Л. П., Прохорова Г.В.
  8. Электрохимические методы в аналитической химии гетерополисоединений. // Журн. аналит. химии. 1980. Т. 35. № 10. С. 2000−2025.
  9. Г. М. Достижения в области • синтезаполиоксометаллатов. // Успехи химии. 1995. Т.64. №. 5. С. 480 496.
  10. Поп М.С. Гетерополи- и изополиоксометаллаты. Новосибирск:1. Наука, 1990. 232 с.
  11. И.В. Успехи в области катализагетерополикислотами. // Успехи химии. 1987. Т. 56. № 9. С. 1417−1443.
  12. Э.Н. Методы молекулярной спектроскопии в химии координационных соединений и катализаторов. Новосибирск: Наука, 1986. 248 с.
  13. Е.Н. Химико-аналитическое изучение условийобразования и восстановления кремнемолибденовой кислоты. Дисс. Канд. Хим. Наук. М.: МГУ 1965. 132 с.
  14. Е.Н., Алимарин И. П. Экстракциягетерополисоединений и ее применение в неорганическом анализе. // Успехи химии. 1979. Т. 48. № 5. С. 930.
  15. И.П., Дорохова Е. Н., Живописцев В. Г. и др. // Журн.аналит. химии. 1984. Т. 39. № 6. С. 965. ^ 14. Halasz A., Pungor Е. Properties and Analytical Applications of the
  16. Heteropolymolybdates of Phosphorus, Arsenic, Silicon and Germanium—II: Modifications of the Heteropoly Acids. // Talanta. 1971. V. 18. P. 569 575.
  17. Т.И., Дорохова E.H., Казьмин П. Г. Экстракциямолибденованадофосфорной кислоты триоктиламином в толуоле. //Журн. неорг. химии. 1976. Т. 21. № 5. С. 1417−1420.
  18. Дорохова Е. Н, Тихомирова Т. И., Прохорова, Черкасова О. Г. ^ Экстракционно-фотометрическое определение кремния ифосфора в пятиокиси ванадия с использованием триоктиламина. // Журн. аналит. химии. 1974. Т.29. № 10. С.2014−2018.
  19. Н.А. Экстракция молибдофосфорной кислотывысокомолекулярными аминами. //Журн. аналит. химии. 1977. Т. 32. № 9. С. 1688−1693.
  20. В.И., Судаков Ф. П., Алимарин И. П. Экстракциягетерополисоединений. // Журн. аналит. химии. 1966. Т.21. С. 338.
  21. Е.Н., Жукова Л. Б. Терещенко А.П., Краснощекое В.В.
  22. Экстракционно-фотометрическое определение кремния в растениях и удобрениях с использованием триоктиламина. // Вестн. МГУ: Химия. 1973. С. 604.
  23. Т.Н., Казанский Л. П., Дорохова Е. Н. Изучениеспектроскопическими методами продуктов восстановления молибдованадофосфорной и вольфрамованадофосфорной кислоты триоктиламином. // Журн. аналит. химии. 1976. Т.31. С. 610.
  24. Т.И., Дорохова Е. Н. Взаимодействиемолибдокремниевой кислоты с триоктиламином в толуоле. // ^ Журн. неорг. химии. 1974. Т.19.С. 590.
  25. Т.И., Тихомиров Б. Г., Дорохова Е. Н. Экстракциямолибдокремниевой кислоты триоктиламином в дихлорэтане // Журн. неорг. химии. 1976. Т.21.С. 1885.
  26. Alt F, Umkand F. Extraction of molybdophosphoric acid. // Z. Anal.
  27. Chem. 1975. V. 274. P. 103.
  28. Т.И., Кузнецов М. В., Дубовик Д. Б. и др.
  29. Динамическое сорбционное концентрирование мышьяка (V). // ^ Журн. аналит. химии. 2000. Т. 55. № 9. С. 942−946.
  30. Л.Н., Булатов А.В, Николаева Д. Н., Григорьев- Р.Л.
  31. Sect.A. Inorg., Bio-inorg., Phys., Theor. Anal. Chem. 1991, V. 30. № 3. P. 296−298.t
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!