Химия и технология платиновых металлов (стр. 14 из 14)
Полезные кинетические свойства неорганических и селективные – полимерных матриц объединяют в себе коплексообразующие ионообменники на основе силикагелей. В конце 80‑х годов интенсивное развитие получила область синтеза и применения химически модифицированных кремнеземов (ХМК). Механические и массообменные характеристики ХМК определяются жестким широкопористым каркасом носителя, а ионообменные и комплексообразующие – природой закрепленных функциональных групп.
Ионообменные свойства сорбентов определяются привитыми функциональными группами. В зависимости от знака заряда сорбируемых ионов они подразделяются на катиониты, аниониты и амфолиты (амфотерные иониты)Применительно к платиновым металлам принципиальной разницы между слабоосновными анионитами, амфолитами и комплексообразующими сорбентами нет. Сорбенты содержат функциональные группы, способные как к ионному, так и к координационному взаимодействию. Так же условным является выделение в самостоятельный класс сорбентов волокнистой структуры, если к ним подходить с позоций взаимодействия комплексов с функциональными группами сорбентов. Различие состоит в том, что сорбенты волокнистой структуры имеют значительно более развитую поверхность. Они построены из линейных (или разветвленных) макромолекул и обладают лучшей способностью к набуханию. Гранулированные сорбенты – чаще всего полимеры пространственного строения. Волокнистые сорбенты выгодно отличаются кинетическими и емкостными характеристиками, а разнообразная геометрическая форма (волокно, пряжа, ткань) позволяет осуществлять процесс сорбции в различном конструктивном оформлении.
В табл. 8 представлены результаты ионообменной сорбции хлорокомплексов Pt(II), Pt(IV), Pd(II), Pd(IV), Os(IV), Ir(III), Ir(IV) из солянокислых растворов на сильноосновной анионообменной смоле Дауэкс‑1. Видно, что с уменьшением концентрации соляной кислоты значения коэффициентов распределения увеличиваются, что характерно для анионообменного механизма сорбции. Обращает на себя внимание существенное отличие коэффициентов распределения при сорбции Ir(III) и Ir(IV) (Краспр Ir(III): Краспр Ir(IV) = 1:1000), которое, без сомнения, связано с различным зарядом сорбируемых ионов.
Таблица 8. Коэффициенты распределения при сорбции платиновых металлов (Смет ³ 2 ммоль/л) из солянокислых растворов на смоле Дауэкс‑1
| СHCl, МКомплекс | 1,2 | 3 | 6 | 9 |
| [PtCl4]2- | 104 | 5000 | 2800 | 710 |
| [PtCl6]2- | 104 | 3600 | 1900 | 870 |
| [PdCl4]2- | 1300 | 500 | 120 | 50 |
| [PdCl6]2- | 1600 | 350 | 80 | 55 |
| [OsCl6]2- | 104 | 104 | 4800 | 3700 |
| [IrCl6]3- | 16 | 7,7 | 2,3 | 1,5 |
| [IrCl6]2- | 104 | 7000 | 2600 | 1500 |
Селективность комплексообразующих сорбентов по отношению к ионам металлов либо комплексным ионам обусловлена природой функциональных групп, закрепленных на полимерной матрице. Кроме того, на взаимодействие с сорбируемыми ионами, сильно влияет полимерная матрица. Наибольшую избирательность к металлам платиновой группы проявляют комплексообразующие сорбенты, содержащие в качестве функциональных групп атомы азота и серы, например, алифатические, ароматические, гетероциклические амины, тиоамиды и т.п.
Сорбенты на основе сополимеров стирола, акрилонитрила, метакрилата, сополимеров целлюлозы, содержащие в качестве функциональных групп гетероциклические амины, получили наибольшее распространение. Они имеют товарный знак ПОЛИОРГС.
ПОЛИОРГС'ы химически устойчивы в водной среде в широком диапазоне кислотности, а также при нагревании растворов до 100 оС. Применяются в виде гранул, порошков и волокон. К несомненным достоинствам этих сорбентов следует отнести высокую емкость по платиновым металлам, что подтверждают обобщенные данные, приведенные в табл. 9. Сорбционная емкость зависит от природы матрицы. Например, при переходе от аминополистирола (ПОЛИОРГС V) к поликонденсату бензимидазола и меламина (ПОЛИОРГС XXI) емкость сорбента по иридию возрастает в 116 раз. Селективность возрастает в ряду пиразол < бензимидазол < имидазол. Полиоргс VI – волокнистый сорбент на основе поливинилового карбоцепного волокна с 3 (5) – метилпиразолом. Он способен селективно извлекать платиновые металлы в присутствии 106-кратного избытка Cu(II), Ni(II), Fe(III). Сорбцию следует вести при кипячении раствора в течение часа. При комнатной температуре из 1М HClIr (Ru, Rh) не сорбируются. ПОЛИОРГС X– волокнистый сорбент, содержащий аминогруппы, устойчив в кислых и щелочных средах. В 2М HCl сорбционная емкость по иридию составляет 90 мг/г. Она сохраняется в присутствии 5*106-кратных избытков Cu(II), Cо(II), Ni(II), Fe(III).
По скорости достижения равновесия на всех сорбентах класса ПОЛИОРГС хлорокомплексы металлов платиновой группы можно расположить в ряд: Pd(II) > Pt(IV)> Ir(IV) > Rh(III) > Ru(IV) >> Ru(III).
Десорбция платиновых металлов с сорбентов ПОЛИОРГС затруднена. Например, с сорбентов ПОЛИОРГС IV, V и VI осуществить десорбцию практически не удается даже при использовании сильных комплексообразующих соединений (чаще всего – тиомочевины), что является их существенным недостатком. Однако поскольку сорбционное концентрирование на ПОЛИОРГС'ах используется преимущественно аналитических целях, десорбцией можно пренебречь.
Таблица 9. Сорбционная емкость сорбентов ПОЛИОРГС
| Сорбент | Среда | Сорбционная емкость, ммоль/г | ||||
| Pt(IV) | Pd(II) | Rh(III) | Ir(IV) | Ru(IV) | ||
| ПОЛИОРГС V | 2М HCl | – | 0,17 | 0,12 | 0,06 | 0,12 |
| ПОЛИОРГС XI | 1М HCl | 1,52 | 2,82 | 2,72 | 1,46 | 1,78 |
| ПОЛИОРГС XV | 0,1М HCl | 0,44 | 0,82 | 1,28 | 0,29 | – |
| ПОЛИОРГС XVII | 0,1М HCl | 0,74 | 1,13 | 0,56 | 0,17 | – |
| ПОЛИОРГС XXI | 0,1М HCl | 4 | 3,28 | 8,26 | 6,97 | – |
| ПОЛИОРГС XХVI | 1М HCl | 1,28 | 2,35 | 1,94 | 2,26 | 2,9 |
| ПОЛИОРГС XХVII | 0,1М HCl | 1,79 | 3,6 | 1,94 | 1,30 | 1,94 |
Процесс сорбции может быть рекомендован для извлечения ценных компонентов из маточных и сбросных растворов. Имеющаяся обширная информация по этому вопросу позволит всегда подобрать нужный сорбент в зависимости от конкретно поставленной задачи.
[1] гексагональная плотноупакованная
[2] гранецентрированная кубическая