Введение к работе
Актуальность. Взаимодействие оксоанионов различных элементов с гидроксидами металлов (II, III) имеет значение для неорганической и аналитической химии, радиохимии, химической технологии и экологии. В одних случаях необходимо решать задачу получения особо чистых веществ или соединений заданного состава, а в других - избирательно выделять оксоанионы из растворов сложного солевого состава. Во всех этих случаях представляет интерес прогнозировать результаты взаимодействия оксоанионов с гидроксидами металлов, а также иметь возможность управлять основными стадиями соответствующих процессов. Однако методики составления такого прогноза только начинают разрабатываться. Поэтому на данном етапе исследований важно найти надежную основу для теоретического пути прогнозирования результатов взаимодействия и дать оценку его эффективности в ходе экспериментов с возможно более широким кругом объектов исследования.
Одним из вариантов использования результатов исследования в области взаимодействия оксоанионов с гидроксидами металлов (II, III) является синтез неорганических ан и онообменнико в, селективных к оксоанионам определенных химических элементов. Такие анионообменники могут работать в более жестких условиях, чем их органические аналоги (селективность, устойчивость к действию окислителей и другие), и быть более выгодными в экономическом отношении, особенно при использовании для своего получения отходов производства. Управляемый синтез селективных неорганических анионообменников до настоящего времени не разрабатывался.
Решению указанных вопросов посвящена данная работа. Она выполнялась в соответствии с ИНТП Госкомвуза . РФ "Нефтехим" (1992-1994 г.г.).
Целью работы является обоснование и выбор методики прогнозирования результатов взаимодействия оксоанионов ряда химических элементов с гидроксидами металлов (II, III), экспериментальная оценка ее эффективности, разработка на основе результатов прогнозирования направленного синтеза неорганических анионообменников, селективных к оксоанионам определенных элементов, преимущественно к ионам В(1П) и Cr(VI), испытания вновь синтезированных анионообменников (сорбентов) в процессах извлечения
указанных елементов из природных вод и жидких отходов производства.
Научная новизна работы состоит прежде всего в обосновании возможности использования расчетного метода определения частичных зарядов на атомах елементов, входящих в состав оксоанионов, гидроксидов металлов (II, III) и основных солей (метод Р. Сандерсона и Ж. Ливажа), для прогнозирования результатов взаимодействия в системе оксоанион-гидроксид металла со слоистым типом структуры. Сопоставление результатов расчетов и"экспериментов позволило оценить эффективность данного метода при прогнозе относительной способности оксоанионов разных елементов поглощаться гидроксидами металлов в зависимости от их состава и величины средней электроотрицательное, а также значений електроотрицательности атомов металлов, образующих гидроксиды, и величин частичных зарядов на атомах водорода ОН-групп, входящих в структуру гидроксидов и основных солей. Проведенное исследование позволило определить формы поглощаемых оксоанионов (простые и многоядерные, протонированные и депротонированные) и выявить пути их вхождения в межслоевые пространства структуры (обмен с ОН-группами структуры, внедрение в межслоевые пространства структуры и стабилизация в них за счет образования водородных связей с атомами структуры).
П^актическая_ценность^ Разработаны методики регулирования кислотно-основных свойств" гидроксидов металлов (II, III) путем введения в их состав ионов металлов (II, III, IV), характеризующихся повышенной електроотрицательностью. Обоснованы пути их вхождения в структуру гидроксидов за счет изоморфного замещения атомов металла или образования "двойных гидроксидов". Синтезированы неорганические анионообменники четырех марок (МНГ-О, МНЦТ, МНКГ и МХГ), селективные к ионам S(III) и Cr(VI). Разработаны условия использования анионообменников в многоциклическом режиме для выделения В(III) из природных вод высокой минерализации и Cr(VI) - из сточной воды гальванического производства (предусматривается утилизация выделенного хрома).
На защиту выносятся следующие основные положения; 1. Результаты расчетов частичных зарядов на атомах элементов, входящих в состав оксоанионов, гидроксидов металлов и основных солей, и оценка устойчивости продуктов взаимодействия оксоанионов с гидроксидами металлов (II, III) в отношении электролитической и
гидролитической диссоциации.
2. Экспериментальные данные по взаимодействию оксоанионов ряда
элементов с гидроксидами металлов и результаты анализа полноты
соответствия расчетных и експериментальних данных.
-
Методики синтеза неорганических анионообменников, селективных к ионам В(1П) и Cr(VI), включающие целенаправленное регулирование состава и свойств сложных гидроксидов металлов (II, III, IV), в основу которых положены результаты теоретических прогнозов.
-
Сорбционные методы выделения ионов В(III) из природной воды высокой минерализации и ионов Cr(VI) из сточной воды гальванического производства.
Апробация_работы. Материалы диссертации неоднократно докладывались на научно-технических конференциях Пермского государственного технического университета (1991, 1995 г.г.), включены в доклад на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Перспективы технологии очистки сточных вод с применением неорганических сорбентов" (Челябинск, 1988 г.), докладывались на Всероссийской студенчекой конференции (Иваново, 1988 г.), доложены на техническом совете НПО "Морион" (1993 г.).
Образцы сорбентов демонстрировались на международных выставках:
-
Международная выставка "Новые материалы" (Германия, Берлин), 1992 г.
-
Международная конференция - выставка (Франция, Страсбург), 1992 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ, изданы две экспресс-информации на сорбенты МНГ и МНКГ с рекомендациями по их применению для сорбции В(III) и Cr(VI).
Структура_и_объем_диссертацииЛ диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы (228 наименований) и приложений. Работа изложена на 260 страницах машинописного текста, содержит 47 рисунков и 17 таблиц.