Введение к работе
Актуальность темы. Сорбционное концентрирование элементов из
>астворов в динамических условиях широко используют для улучшения іетрологических характеристик анализа. По мере развития методов анализа >астут и требования, предъявляемые к сорбционному концентрированию. ірежде всего, это выражается в повышении селективности и гроизводитедыюсти концентрирования.
Несмотря на большое число работ, посвященных динамическому ;орбционному концентрированию элементов из растворов, теоретические )сновы этого метода в настоящее время не позволяют осуществить іеленаправленньїй выбор сорбентов для решения той или иной задачи. Этот ?ыбор, а также определите оптимальных условий концентрирования в гастоящее время осуществляют экспериментально, с учетом механических ;войств матрицы, констант устойчивости комплексов элементов с шалогичными мономерными реагентами, предварительных исследований ;орбции в статических условиях. В то же время в хроматографии и в некоторых технологических процессах широко используют математические подели, устанавливающие взаимосвязь физико-химических свойств сорбента, лзвлекаемого вещества и некоторых параметров сорбции. Разработка теоретических основ динамического сорбционного концентрирования с использованием этих моделей позволит минимизировать объем экспериментальных исследований при выборе сорбента, предложить способы расчета оптимальных условий проведения процесса.
Определение платиновых металлов в геологических и технологических объектах по-прежнему актуально. Несмотря на высокую чувствительность, а в ряде случаев и селективность современных методов анализа, определение низких содержаний этих элементов требует предварительного концентрирования. Разработанные многочисленные методы определения платиновых металлов в различных объектах, включающие стадию концентрирования, как правило, длительны и трудоемки. Вследствие многообразия форм и кинетической инертности соединений платиновых металлов в растворах процедуры, используемые для концентрирования этих элементов, не обеспечивают высоких коэффициентов концентрирования, а часто - и колігчественного извлечения металлов.
Цель и задачи исследования. Целью работы была разработка критериев сравнения различных динамических сорбционных систем и выбора наиболее эффективных сорбентов для динамического сорбционного концентрирования элементов с использованием феноменологических моделей сорбции. Ставилась также задача создания высокоэффективного метода динамического концентрирования платиновых металлов из растворов сложного состава, основанного на использовании неравновесных условий динамики сорбции.
Конкретные задачи исследования были следующими:
формулировка критериев эффективности динамического сорбционного концентрирования;
установление взаимосвязи этих критериев с физико-химическими свойствами сорбента и микрокомпонента, разработка способа расчета оптимальных условий концентрирования;
выбор сорбента для динамического концентрирования платиновых металлов из хлоридных растворов;
исследование комплексов металлов в твердой фазе и установление преимущественно сорбируемых форм металлов;
разработка метода группового динамического концентрирования платиновых металлов;
исследование влияния сопутствующих элементов на сорбцию платиновых металлов и на их определение в твердых фазах-концентратах атомно-абсорбционным методом с электротермической атомизацией;
разработка высокочувствительных методов определения платиновых металлов в геологических и технологических объектах.
Научная новизна и теоретическая значимость работы. На основании проведенного анализа феноменологических моделей динамики сорбции предложены критерии выбора сорбентов, обеспечивающих эффективное концентрирование микрокомпонентов в динамических условиях. Разработан расчетный способ определения оптимальных условий динамического сорбционного концентрирования микрокомпонентов из растворов. Предложенный подход использован при выборе сорбента для динамического концентрирования платиновых металлов. Исследована сорбция RuUlI.IV), Rh(III), Pd(II), Ir(III,IV) и Pt(IV) из хлоридных растворов полимером на основе слабосшитого полистирола, содержащим функциональные группировки диэтилентриамина (Пол-ДЭТА).
Методами ЭПР и спектроскопии диффузного отражения исследованы соединения Ru, Rh, Pd, и Ir в фазе сорбента. Установлено, что предпочтительно извлекаемыми из солянокислых растворов (cHq > 1 М) и одновременно равновесными формами в фазе сорбента являются хлоридные комплексы платиновых металлов, не содержащие молекул воды во внутренней координационной сфере. Сорбция из растворов с рН > 1 сопровождается образованием в твердой фазе соединений, содержащих атомы азота во внутренней координационной сфере платиновых металлов.
Показана перспективность использования Пол-ДЭТА для группового концентрирования платиновых металлов из солянокислых растворов сложного состава.
Практическая значимость работы. На основании полученных результатов:
-с использованием разработанного расчетного метода проведено сравнение эффективности ряда сорбентов, используемых для динамического концентрирования платиновых металлов;
-разработан способ динамического концентрирования платиновых металлов на Пол-ДЭТА, обеспечивающий одновременное и количественное извлечение Ru, Rh, Pd, Іг и Pt, основанный на использовании неравновесных условий динамики сорбции;
-разработана методика атоммо-абсорбционного (с электротермической атомизацией) определения Ru, Rh, Pd, Іг и Pt в рудах, горных породах и сплавах с пределами обнаружения п-10"7 - п-10"6 % масс, включающая динамическое концентрирование металлов на Пол-ДЭТА.
Автор выносит на защиту:
-
Критерии выбора сорбентов для динамического концентрирования элементов.
-
Способ расчета оптимальных условий динамического сорбционного концентрирования на основании физико-химических параметров сорбционнои системы.
-
Результаты исследования соединений платиновых металлов в фазе сорбента на основе слабосшитого полистирола с функциональными группировками диэтилентриамина.
-
Способ группового динамического концентрирования платиновых металлов из солянокислых растворов.
5. Методику сорбционно-атомно-абсорбционного (с электротерми
ческой атомизацисй) определения платиновых металлов в рудах, горных
породах, сплавах после их динамического сорбционного концентрирования.
Апробация работы. Результаты работы доложены на XV Черняевском совещании по химии, анализу и технологии платиновых металлов (Москва. 1993 г); I Российской конференции по радиохимии (Дубна, 1991 г): на Международной студенческой конференции "Ленинские горы - 95" (Москва, 1995 г), на 3-ей региональной конференции "Проблемы химии и хпмігческой технологии" (Воронеж, 1995 г) и на XXVII Международном коллоквиуме по спектроскопии (Лейпциг, 1995 г).
Публикации по работе. По результатам работы опубликовано 3 статьи и 4 тезисов докладов; получено положительное решение о выдаче патента на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, пяти глав экспериментальной части, выводов, списка литературы (187 наименований) и приложения. Работа изложена на 124 страницах машинописного текста, содержит 24 рисунка и 14 таблиц.