Введение к работе
Актуальность. Жидкостная экстракция несмешивающимися с водой органическими растворителями неэффективна при извлечении из водных сред сильно гидратированных органических соединений, например, ароматических сульфокислот и сульфонамидов. Влияние энергии гидратации на межфазное распределение сульфосоединений снижается при применении гидрофильных растворителей, образующих самостоятельную фазу в при-сутствші высаливателя. Гидрофильные спирты, кетоны, простые и сложные эфиры показали себя как эффективные экстрагенты многих полярных моно- и полифункционалыгых ароматических соединений (фенолы, бензойные кислоты, анилины). Однако систематические исследования экстракции ароматических сульфосоединений гидрофильными растворителями ранее не проводились. Учитывая более прочную связь ароматических сульфосоединений с водой, круг гидрофильных экстрагентов должен быть расширен за счет еще более полярных растворителей, таких как диметил-формамид, диметилсульфоксид, триэтиленгликоль, многоатомные спирты и водорастворимые полимеры (полиэтиленгликоли).
Изучение равновесий при формировании экстракционных систем во-да-высал1гаатель-гидрофильный растворитель (или водорастворимый полимер) и исследование экстракции ароматических сульфосоединений гидрофильными растворителями актуально как в научном, так и прикладном аспектах, поскольку установленные закономерности могут быть применены для выделения и разделения органических веществ в технологических процессах, а также для предварительного концентрирования при анализе сточных вод фармацевтической, металлургической и нефтехимической промышленности.
Цель исследования заключалась в научном обосновании условий образования экстракционных систем на основе гидрофильных растворителей (водорастворимых полимеров) и исследовании закономерностей межфазного распределения ароматических соединений в таких системах.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
исследование условий формирования экстракционных систем на основе гидрофильных растворителей и водорастворимых полимеров;
изучение влияния природы применяемого высаливателя и растворителя, кислотности водного раствора и температуры на равновесия «жидкость-жидкость» экстракционных систем;
установление закономерностей межфазного распределения ароматических сульфосоединений в системах с гидрофильными растворителями и полиэтиленгликолями.
Научная новизна работы. Методом построения тройных концентрационных диаграмм исследованы условия образования систем вода-высаливатель-гидрофильный растворитель (28 из 31 системы изучены впервые).
Определено влияние природы высаливателя и растворителя, кислотности водного раствора, температуры на условия расслаивания экстракционных систем.
Получены экстракционные характеристики 25 ароматических сульфосоединений (сульфокислота и сульфонамиды) в системах с различными гидрофильными растворителями (диметилформамид, диметилсульфоксид, 1,3-бутиленгликоль, этиловый, изопропиловый, изобутиловый, трет, бутиловый, изоамиловый спирты; ацетон, циклогексанон; моноэтиловый, диме-тиловый и диэтиловый эфиры этиленгликоля, диоксан, этилацетат; высокомолекулярные эфиры этиленгликоля ПЭГ-115А, ПЭГ-2000, ПЭГ-3000). Выявлена взаимосвязь коэффициентов межфазного распределения ароматических сульфосоединений с природой и свойствами применяемых экст-рагентов и электролитов, составом экстракционной системы, кислотностью водной фазы; строением, свойствами и концентрацией извлекаемого соединения.
Предложены параметры гидрофильности неограниченно смешивающихся с водой растворителей и параметры эффективности высаливателей. Получены ряды гидрофильности растворителей и высаливающей способности электролитов.
Установлено влияние положения, характера, количества и взаимного расположения заместителей в молекуле ароматического соединения на величину коэффициента межфазного распределения ароматических сульфосоединений.
Для количественного учета сольватационных эффектов при экстракции ароматических сульфосоединений применено пятипараметрическое уравнение Коппеля-Пальма. Оценено влияние специфической и неспецифической сольватации на межфазное распределение ароматических сульфосоединений.
Получены и интерпретированы линейные корреляции между коэффициентами распределения замещенного и не содержащего заместителя ароматических сульфосоединений, определено влияние различных заместителей на эффективность экстракции гидрофильными растворителями.
Практическая значимость. Получены эффективные экстракционные системы на основе неограниченно смешивающихся с водой растворителей (диметилформамид, диметилсульфоксид, триэтиленгликоль) и водорастворимых полимеров, обеспечивающие практически полное извлечение ароматических сульфосоединений из водных сред. Данные системы могут быть использованы для предварительного концентрирования при определении ароматических сульфосоединений в очищенных сточных водах.
Предложен прием интенсификации процесса экстракции путем введения в систему поверхностно-активных веществ.
Разработан способ селективного выделения сулъфонаминов и суль-фонамидов из водных растворов, содержащих фенолы и ароматические сульфокислота. Новизна практических разработок подтверждена материалами Роспатента (получен патент на изобретение).
На защиту выносятся
результаты исследования условий образования экстракционных систем вода-высаливатель-гидрофильный растворитель (водорастворимый полимер) методом построения тройных концентрационных диаграмм;
результаты исследования влияния природы применяемого выса-ливателя и растворителя, рН водной фазы, температуры на условия образования экстракционных систем;
количественные данные о межфазном распределении ароматических сульфосоединений в системах с гидрофильными растворителями разлігчньїх классов;
интерпретация взаимосвязи коэффициентов межфазного распределения ароматических сульфосоединений со свойствами экстра-гентов и высаливателей, соотношением компонентов экстракционной системы, кислотностью водного раствора, строением и свойствами экстрагируемого соединения.
Апробация работы. Отдельные разделы диссертационной работы доложены на XI Российской конференщш по экстракции (Москва, 1998 г.), П Всероссийской конференщш молодых ученых «Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Саратов, 1999 г.), VII Всероссийской конференции «Органические реагенты в аналитической химии» (Саратов, 1999 г.), Международном симпозиуме «Extraction processes in XXI century» (Москва, 1999 г.), IV Школе по современным проблемам химии и технологии экстракции (Москва, 1999 г.), III Международных чтениях памяти профессора Станчинского (Смоленск, 2000 г.), региональной конференции «Наука и молодежь на рубеже столетий» (Липецк, 2000 г.), научно-практической конференции молодых ученых «Наша общая окружающая среда» (Липецк, 2000 г.).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы представлены в 6 статьях и текстах докладов и 1 патенте на изобретение.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, включающего 280 источников, и приложения. Работа изложена на 156 страницах машинописного текста, содержит 34 таблицы и 17 рисунков.
