CC BY
2Шаг в науку • № 4, 2024
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 542.61, 544.323.2
ОСОБЕННОСТИ НАСЫЩЕНИЯ ЭКСТРАГЕНТА ПРИ ЭКСТРАКЦИИ ИОДА
Степанов Артем Дмитриевич, магистрант, направление подготовки 04.04.01 Химия, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: [email protected]
Научный руководитель: Пономарева Полина Александровна, старший преподаватель кафедры химии, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: [email protected]
Аннотация. В рамках процессов концентрирования и извлечения актуальным является применение моделей неравновесной термодинамики для исследований реакций в потоке, в стационарной и равновесной системах. Это особенно важно для исследования возможного локального перенасыщения органической и водной фаз, а также при проведении окислительных реакций, для предотвращения локальных переокислений. Модель потока вещества, которая рассматривается в рамках неравновесной термодинамики, позволяет учесть все особенности производимой реакции и её термического эффекта. На основании термодинамических и термокинетических данных, полученных из теоретического расчёта и экспериментального определения процесса окисления и экстракции галогенов появляется возможность определить механизм и построить модель извлечения.
Ключевые слова: экстракция, неравновесная термодинамика, методы концентрирования, извлечение, физическая химия.
Для цитирования: Степанов А. Д. Особенности насыщения экстрагента при экстракции иода // Шаг в науку. - 2024. - № 4. - С. 20-23.
FEATURES OF EXTRACTANT SATURATION DURING IODINE EXTRACTION
Stepanov Artem Dmitrievich, postgraduate student, training program 04.04.01 Chemistry, Orenburg State University, Orenburg
e-mail: [email protected]
Research advisor: Ponomareva Polina Alexandrovna, Senior Lecturer of the Department of Chemistry, Orenburg State University, Orenburg e-mail: [email protected]
Abstract. Within the framework of concentration and extraction processes, it is relevant to apply models of nonequilibrium thermodynamics to study reactions in a stream, in a stationery and equilibrium system. This is especially important for the study of possible local supersaturation of the organic and aqueous phases, as well as during oxidative reactions, to prevent local overoxidation. The model of the flow of matter, which is considered in the framework of nonequilibrium thermodynamics, allows us to take into account all the features of the reaction and its thermal effect. Based on thermodynamic and thermokinetic data obtained from theoretical calculation and experimental determination of the oxidation and extraction of halogens, it becomes possible to determine the mechanism and build a model of extraction.
Key words: extraction, nonequilibrium thermodynamics, concentration methods, extraction, physical chemistry. Cite as: Stepanov, A. D. (2024) [Features of extractant saturation during iodine extraction]. Shag v nauku [Step into science]. Vol. 4, рр. 20-23.
20 Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License.
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License. © А. Д. Степанов, 2024
Особенности насыщения экстрагента при экстракцмолеба
Экстрагирование- спосэб извлеченет равтворён- систиакциюнмыимоделен, в оом чисае компьютерных,
ного вещества или группы веществ, с помощью огра- что делает его более инновационным [1].
ничеынкй ихш некчствокммай жндкосел (жаскостная Физико-химические о сновы экс1ракции заключа-
экстрак^и^Киля илтлечение сз акёрдот фаеы и (kmo- ются с периоде вещества из одной термодинамиче-
щью жидкости (твердофазная экстракция). Она при- ской системы - фазы, в другую, при этом важно при-
мениатся дая колиснтрирования и разделения как ми- сутствие границы фаз и их соприкосновение.
кро-, так и маифыэлтментов is различных пробах. Сов- Из-за стремления системы к со стоянию равнове-
ременное состоноие метода требует использованхя сия, котороехасактерозуется фор^лой (1):
H0i = Н2, (1р
Н1 = н2 - лимическиб цотинци&т аещесяао впробея эястранитте^оответаекенно.
Система стремится уравнять химические потенци- может иметь различные формы, в случае простого алы, при Да и P = const, концентрации С1 и C2 будут физического распределения [3]: составлять собой зависимозно.Даннея ровосчмосиь
У = кр ч, (2)
kp — является постоянчей мре иеотермичссчих нхловиях, тоеже неззпвоамоб ооеффициеттом распределения.
Пщ эосм формуаяеоС имеят омо1сл, твлькеесли стью нерастворимы друг в дру ге [5] . етсутст]рст химичоеиот веачмоосйстоив ссээду про- Однако формулу (1) можно расширить, учитывая, бой и экстрагентом, также они должны быть полно- что:
рр = Ц оЛГЦах) (3)
а — активность растворённого вещества, Ц — стандартный рннриеокиИ витенциэл. Следовахвоьхо, рзфощмулы (Зу лмяфврем:
Ц мотору«6) = ц2° нЗГГЧ а.). (4)
В рамках данных выражений можно перейти го растворителя на примере воды, и органического, к электролитическим свойствам вещества, учитывая, где константа диссоциации довольно низка, то кон-что чаще всего экстракция проходит в среде полярно- станта диссоциации может быть выражена [4]:
К^еаИ^3, (Л)
Q — энергия взаимодействия ионов, е — диэлектрическая нр оницаемость, К — константаБольцмана.
При учёте константы диссоциации мы можем выразить взаимосвязь концентрации вещества в органической и воднойфазе[6]:
аО+яггьГМ^ра+зсгьГМ (6)
Из формулы (6)след^ет,что
та -а рззиеь
гм (моЛЛ
м0 м
Vм V м2 //
р З мln| С1 |. (7)
Если М = const, то
Степанов А. Д.
К = Я С
(8)
Для экспериментального определения степени насыщения экстрагента был проведён анализ содержания экстракционной композиции: фосфорорганиче-ское вещество - изоалкан, которое было использовано
для экстракции иода из окисленного образца пластовой воды. Итоговая зависимость количества вещества иода в водной и органической фазах после каждого этапа экстракции представлена на рисунке 1.
0,002 0,004 0,006 0,00й 0,01 0,012 0,014 0,016 0,01В
Рисунок 1. Диаграмма насыщения экстракционной композиции иодом
Источник: разработано автором
При анализе зависимости просматривается, что в начале проведения исследования количество моль вещества в воде практически не изменялось - причина - это предельно высокая растворимость иода в органических неполярных соединениях и плохая растворимость в полярных, в данном случае в воде, что позволяет извлекать иод из пробы практически полностью с высокой степенью извлечения [7].
Полученная диаграмма подтверждает эффективность поэтапной последовательной экстракции при работе с галогенсодержащими экстрактами [2], зависимость у = кх, при этом сохраняется при высоком степени применения аппроксимации. Без учёта интервала графика, где &пеодн = 0 и проведении линии тренда, получаем прямую, отражённую на рисунке 2.
у = £ >,5952х + 0,32 67
к -и,
0 0.002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 0,016 0;018
Рисунок 2. Аппроксимированный график функции
Источник: разработано автором
Особенности насыщения экстрагента при экстракции иода
Высокий коэффициент достоверности аппроксимации - более 0,9 свидетельствует о том, что механизм подчиняется данной зависимости и может рассматриваться как простое физическое распределение иода при переходе из одной фазы в другую, в рамках которого система приходит к равновесию (1).
Из характера насыщения выявлено, что иод экстрагируется по механизму физического распределения, и, имеется возможность проводить процессы концентрирования галогенид-ионов с помощью экстракционной композиции: фосфорорганическое вещество - изоалкан.
Литература
1. Аналитический обзор подходов к моделированию процессов жидкостной экстракции / Р. Б. Комляшев [и др.] // Химическая промышленность сегодня. - 2019. - № 5. - С. 28-34.
2. Власов Г. А., Буравцева Г. И., Игумнов С. М. Исследование процесса экстракции йода и брома из окисленных попутных вод нефтегазодобычи эмульгированными нефтепродуктами // Химическая промышленность сегодня. - 2005. - № 2. - С. 3-10.
3. Кафаров В. В., Дорохов И. Н., Кольцова Э. М. Системный анализ процессов химической технологии: методы неравновесной термодинамики : монография - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Издательство Юрайт, 2024. - 367 с.
4. Михайлов В. А. Термодинамика экстракции и сольватация молекул // Журнал физической химии. -2003. - Т. 77, № 10. - С. 1777-1782.
5. Пономарева П. А. Определение лимитирующей стадии процесса экстракции иода из бессолевых растворов композицией алкилфосфорный эфир-изооктан // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2015. - № 10(185). - С. 308-311.
6. Пономарева П. А. Определение равновесных параметров экстракции иода смесями экстрагентов различной природы // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2017. - № 9(209). - С. 40-43.
7. Ягодин Г. А., Чекмарев А. М., Дмитриев С. Н. К вопросу о механизме аномального насыщения органической фазы при экстракции сульфата циркония три-н-октиламином // Журнал неорганической химии. - 1980. -Т. 25, № 5. - С. 1337-1340.
Статья поступила в редакцию: 19.06.2024; принята в печать: 27.09.2024.
Автор прочитал и одобрил окончательный вариант рукописи.
