Введение к работе
Актуальность работы. Иод относится к рассеянным элементам земной коры и является исключительно подвижным мигрантом. Неравномерность распределения иода имеет важное значение для живых организмов, обуславливая их нормальное функционирование. Иод широко используется в процессах тяжелого органического синтеза. Соединения иодаявляются эффективными катализаторами для ряда химических реакций. Годовая потребность России в иоде оценивается в 900 т, из них 700 т импортируется. Средняя цена 1 кг иода на мировом рынке составляет $18. Крупнейшими мировыми производителями иода являются Чили, США и Япония:
Изучение вопросов извлечения иода из пластовых вод Оренбургского газоконденсатного месторождения носит характер региональной проблемы по ряду причин. Во-первых, Оренбургский регион является зоной эндемичной по иоду, несмотря на гидрогеологическую предрасположенность этого региона к наличию таких микроэлементов, как иод, бром и бор. Во-вторых, иод и бром содержатся в пластовых водах Оренбургского газоконденсатного месторождения в промышленных концентрациях (около 10 и 250 мг/л), что делает возможным постановку технологической задачи. В-третьих, добыча иода и брома на территории Оренбургского региона позволит решить эколого-экономическую задачу, при условии правильной утилизации отработанных пластовых вод или рапы, т. к пластовые и сточные воды нефтегазовых месторождений являются бесплатным и практически неограниченным по объему сырьем:
Цель работы.. Определение физико-химических параметров извлечения иода в интервале промышленных концентраций из высокоминерализованных растворов природного и техногенного происхождения на стадиях окисления и сорбции.
Научная новизна 1. Создан банк данных, включающий значения изо-барио-изотермического потенциала образования AGr ионов и неорганических веществ, участвующих в окислительно-восстановительных и кислотно-основных реакциях, и соответствующие окислительно-восстановительные системы и уравнения электродного потенциала изучаемых полуреакций.
2. Впервые выполнен термодинамический расчет систем, построе
ны диаграммы Eh - рН многокомпонентных систем, включающих Г, 12,
Ij\ I2C1", 1С12", кислородсодержащие ионы иода, бром, хлор; серу, гипох-
лорит при а_ = 10"' моль/л, при концентрации иода 0,787*10 моль/л
(100 мг/л) и'0,787*10"4 моль/л (10 мг/л), хлорид-иона 0-5,0 моль/л, что
соответствует интервалу содержаний иода и хлорид-иона в промышлен
ных растворах. Определены поля устойчивости элементного иода в слож
ных солевых системах. Составлена сводная диаграмма Eh - рН системы
с участием полигалогенидных форм иода при [Г] =0,787* 103 моль/л;
0,787*10"* моль/л и [С1]= 0-5,0 моль/л.
-
Впервые выполнен термодинамический расчет равновесной системы с участием частицы 12С1\ Рассчитана величина AGf (12СГ). Определено поле устойчивости частицы при концентрации потенциалопределяющих ионов 0,787* 10~3 моль/л.
-
Экспериментально установлено, что анионит АВ-17-8 обладает высокой селективностью по отношению к иоду и его полигалогенидным
РОС НАЦИОНАЛЬНА* J о
БИБЛИОТЕКА Ч 'СПстмСйИ- /о ^
ионам. Методом компьютерного моделирования обоснован ряд сорби-руемости: Г<1С1/< 13- < 12С1\
-
Определены кинетические параметры сорбции иода и его полига-логепидпых ионов. Показано, что лимитирующей стадией является геле-вая диффузия.
-
Найдено, что иод в бессолевых растворах сорбируется по необменному механизму. В минерализованных растворах сорбируются преимущественно комплексные ионы І2СГ, ICI' и 13" по аниоиообменному механизму и механизму сверхэквивалентнои молекулярной сорбции. Предложен механизм сорбции полигалогенидных ионов из высокоминерализованных растворов.
-
Показано, что подкисление растворов до значений рН=2 подавляет гидролиз иода и его полигалогенидных ионов и устраняет негативное влияние гидролиза на адсорбцию.
Практическая ценность: 1. Разработана термодинамическая модель сложной иодсодержащей солевой системы, позволяющая унифицировать выбор параметров на стадии окисления иодида гипохлоритом, независимо от концентрации компонентов.
-
Определены кинетические и равновесные параметры сорбции иода и его полигалогенидных форм на ионите АВ-17-8(в С1" - форме), позволяющие проводить последующую оптимизацию процесса.
-
Предложена и испьпана в крупно-лабораторных условиях принципиальная схема извлечения иода из высокоминерализованных растворов Оренбургского газоконденсатного месторождения.
Апробация работы. Основные результаты доложены на IV Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности» (Санкт-Петербург, 1999 г.), на региональных научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов Оренбуржья (Оренбург, 2000, 2003 г.г.), на XII Российской конференции по экстракции (Москва, 2001 г.), на международном форуме «Аналитикаи аналитики» (Воронеж, 2003 г.), наXVII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Казань, 2003 г.). Участник выставки-презентации бизнес проектов 2002 г. (Оренбург).
Публикации: По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 4 статьи и 5 тезисов докладов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 151 странице, содержит 44 рисунка, 13 таблиц, библиографию из 97 наименований.
