Фазовые равновесия в системах вода - оксифос б - соли алюминия Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

2012 Химия Вып. 3(7)

УДК 542.61:541.123

ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМАХ ВОДА - ОКСИФОС Б - СОЛИ АЛЮМИНИЯ

О.С. Кудряшова2, А.Е. Леснов1, С.А. Денисова2, В.В. Некрасова2, Н.Н. Останина1

1 Институт технической химии УрО РАН. 614013, г. Пермь, ул. Королева, 3

2 Пермский государственный национальный исследовательский университет 614990, г. Пермь, ул. Букирева, 15

Е.-тай: [email protected]

Изучены фазовые равновесия в тройных водных системах, содержащих промышленно выпускаемое анионогенное ПАВ - оксифос Б и неорганический выса-ливатель (сульфат, хлорид или нитрат алюминия) при 25°С. Установлены границы областей двухфазного жидкого равновесия, которое существует в широком интервале рН.

Ключевые слова: фазовые равновесия; оксифос Б; водные расслаивающиеся системы

Среди всех классов промышленно выпускаемых ПАВ существуют вещества, водные растворы которых расслаиваются на две жидкие фазы под действием неорганических высаливателей [1]. Из числа анионогенных ПАВ этой способностью обладает оксифос Б ([СНшО^Н^ЪРООК, п=8-10, т=6; калий бис-(алкилполиоксоэтилен)-фосфат), образующий водные расслаивающиеся системы с сульфатами щелочных металлов или аммония [2]. Представляет интерес выяснить влияние солей многозарядного катиона алюминия на фазовые равновесия водных растворов ок-сифоса-Б.

В работе использованы:

• ПАВ оксифос Б состава, % мас.: 98,0 основного вещества, 3,0 - 5,5 калия; 2,0 -3,5 фосфора; 0,05 железа; 1,0 воды. Он представляет собой вязкую непрозрачную светлокоричневую жидкость, хорошо растворимую в воде, расслаивающуюся при стоянии, относится к малотоксичным веществам [3].

• соли алюминия квалификации "ч.д.а." предварительно прокаленные до постоянной массы при 200°С. Растворимость в воде, %мас.: А1^03)3 - 43,5; А1С13 - 31,6; АЬ^04)3 - 27,7 [4].

Растворимость в тройных системах вода - оксифос Б - соль алюминия при 25°С

изучена изотермическим методом сечений [5]. В качестве измеряемого параметра регистрировали показатель преломления жидкой фазы на рефрактометре ИРФ - 454Б.

Изотермы растворимости тройных систем вода - оксифос Б - соль алюминия представлены на рис. 1 - 3. Эти системы являются условно трехкомпонентными, поскольку оксифос Б представляет собой смесь гомологов и технологических примесей. На представленных диаграммах вершине, соответствующей 100%-ному оксифосу Б, отвечает технический продукт.

Определены концентрационные границы областей двухфазного жидкого равновесия. Установлено, что в смесях с концентрацией соли менее 5 % мас. водная фаза расположена над фазой ПАВ. Увеличение концентрации соли приводит к инверсии фаз. При концентрации воды в смесях ниже 50 % мас. исследования не проводились, из-за большой вязкости растворов и, как следствие, медленного установления равновесия. В связи с этим не удалось разграничить области расслаивания и монотектического равновесия. На диаграммах обозначены следующие фазовые области: L - гомогенная; Ll+L2 - расслаивания. Соли в ПАВ практически не растворяются.

© Кудряшова О.С., Леснов А.Е., Денисова С.А., Некрасова В.В., Останина Н.Н., 2012

Оксифос Б

Оксифос Б

н2о

Рис. 1. Изотерма растворимости системы вода - оксифос Б - сульфат алюминия при 250С

И,о

0 20 40 60

АІ^Оз)з

Рис. 2. Изотерма растворимости системы вода - оксифос Б - нитрат алюминия при 250С

н2о

Рис. 3. Изотерма растворимости системы вода - оксифос Б - хлорид алюминия при 250С

Область расслаивания очень близко подходит к вершине треугольника, соответствующей воде. Наиболее разбавленные расслаивающиеся смеси получены в системе с нитратом алюминия.

Изучение влияния неорганических кислот и щелочей на фазовое состояние систем вода - оксифос-Б - соль алюминия проводили в градуированных пробирках с притертыми пробками, в которые вносили соответствующие количества растворов ПАВ, солей, кислоты или щелочи, доводили объем дистиллированной водой до 15 мл и встряхивали в течение минуты. После установления равновесия определяли соотношение объемов фаз и замеряли рНравн водной фазы.

Для исследований влияния кислот и щелочей на область расслаивания в системе вода - оксифос Б - нитрат алюминия выбран состав, содержащий 0,58 г оксифоса-Б, 1,12 г нитрата алюминия и 12,75 г воды. При этих соотношениях компонентов объём фазы ПАВ составляет 2,4 мл, что является достаточным для практических целей. Обе фазы прозрачны, рН равновесной водной фазы составляет 3,8.

Введение серной кислоты до 5 моль/л концентрации и хлороводородной до 7 моль/л концентрации не нарушает двухфазное жидкое равновесие, однако вызывает уменьшение объема фазы ПАВ до 1,8 мл в присутствии

серной кислоты и увеличение объёма до 3,0 мл в присутствии хлороводородной кислоты. Во всем изученном интервале концентраций кислот обе фазы остаются прозрачными.

Введение в систему аммиака или гидроксида натрия практически сразу вызывает появление твёрдой фазы. Двухфазное жидкое равновесие сохраняется только до их концентрации 0,13 моль/л. При рН более 4,5 образуется гелеобразный осадок гидроксида алюминия. В присутствии гидроксида натрия смеси окрашиваются в фиолетовый свет.

Для систем с сульфатом и хлоридом алюминия получены практически аналогичные результаты.

Таким образом, двухфазное жидкое равновесие в системах вода - оксифос-Б -соль алюминия существует при достаточно низких концентрациях оксифоса-Б и соли и в широком интервале кислотности от 7 моль/л концентрации хлороводородной кислоты до рН 4. В щелочной среде в системах наблюдается появление твердой фазы.

Использование этих систем для жидкостной экстракции может вызвать определенные затруднения. Практика показала, что попытки растворения фазы ПАВ в воде после разделения фаз вновь приводят к появлению расслаивания, так как ширина гомогенной области в системах составляет менее 1 % мас.

Работа выполнена при финансовой 3.

поддержке РФФИ. Грант 12-03-00222-а.

Библиографический список

1. Леснов А.Е., Денисова С.А., Кудряшова 4.

О.С., и др. Применение расслаивающихся систем вода - поверхностно-активное вещество - высаливатель для целей экстракции // ЖПХ. 2010. Т. 83, № 8. С. 5.

1379-1382.

2. Кудряшова О.С., Мохнаткина Н.Н., Леснов А.Е., и др. Фазовые равновесия в системах вода - сульфаты щелочных металлов или аммония - оксифос-Б // ЖНХ.

2010. Т. 55, № 10. С. 1712-1714.

PHASE EQUILIBRIUM IN THE SYSTEMS OF WATER - OXYPHOS B - ALUMINIUM SALTS Kydryashova O.S., Lesnov A.E, Denisova S.A., Nekrasova V.V., Ostanina N.N.

Institute of Technical Chemistry, Ural branch of Russian Academy of Sciences. 614013, Perm, Aka-

demic Korolev St. 3

Perm State University. 15, Bukirev st., Perm, 614990

E-mail - [email protected]

Phase equilibrium in the ternary water systems, containing manufactured anionic SAS oxyphos B and inorganic salting out agent (aluminium sulfate, chloride or nitrate) were explored at 25°C. The borders of diphase liquid equilibria existed in broad pH interval areas were determined.

Key words: phase equilibrium; oxyphos B; water aliquation system

Поверхностно-активные вещества: справочник / под.ред. А.А. Абрамзона и Г.М. Гаевого Л.: Химия, 1979. 376 с.

Киргинцев А.Н., Трушникова Л.Н., Лаврентьева В.Г. Растворимость неорганических веществ в воде: справочник. Л.: Химия, 1972, 248 с.

Никурашина Н.И., Мерцлин Р.В. Метод сечений. Приложение его к изучению многофазного состояния многокомпонентных систем. Саратов: Саратовск. унт, 1969. 122 с.