Сорбция тимолового синего пенополиеретаном (1113619)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТим. М.В. ЛОМОНОСОВАХимический факультетКафедра аналитической химииСОРБЦИЯ ТИМОЛОВОГО СИНЕГОПЕНОПОЛИЕРЕТАНОМКурсовая работастудентки 2XX группыXXXXXXX.X.X.Научный руководитель:XXXXXXX.X.XМосква200X г.2ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………...3ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………41. Сорбция органических красителей пенополиуретанами………….42. Теоретическиевопросыспектроскопиидиффузногоотражения…………………………………………………………...16Экспериментальная часть……………………………………………..191. Реагенты, аппаратура, техника эксперимента……………………192. Сорбция разных форм тимолового синего……………………….203.
Изотермы сорбции……………………………………………..…...224. Спектры поглощения и диффузного отражения тимоловогосинего…………………………………………………………….….245. Методическиеспектроскопиивопросыдиффузногоколичественныхотраженияизмеренийсвприменениемпенополиуретанов……………………………………………..…...265.1.Толщина поглощающего слоя………………………………….265.2.Влажность образцов…………………………………………….275.3.Концентрационные зависимости………………………………29ВЫВОДЫ………………………………………………………………32ЛИТЕРАТУРА…………………………………………………………333ВВЕДЕНИЕВ настоящее время успешносорбционно-спектроскопическиеразвиваются оптическиеметоды,включающиеконцентрирование определяемого соединения из жидкой илигазовойфазынатвердотельномчувствительномэлементе,химическое преобразование соединения с реагентом, входящим вегосостав,характеристиксопровождающеесяввидимомизменениемдиапазоне,испектральныхрегистрациюэтогоизменения.Наиболеечас торегистрируютизменениедиффузногоотражения чувствительных элементов.
Однако до сих пор в полноймере не отработаны вопросы количес твенныхизмерений вспектроскопии диффузного отражения, обеспечивающих получениенадежныхметрологическиххарактеристикметодиканализа,особенно это относится к ППУ- сорбентам.В нас тоящей работе на примере разных форм тимоловогосинего,сорбированныхнаППУ,рассмотреныметодическиевопросы количественных измерений в спектроскопии диффузногоотражениясветорассеивающихобразцов.Выборвкачествемодельного окрашенного соединения тимолового синего обусловлентем, что спектры поглощения разных форм этого красителяперекрывают весь видимый диапазон длин волн.4ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ1. Сорбция органических красителей пенополиуретанамиПенополиуретаны (ППУ) на основе простых и сложныхэфиров получают в результате вспенивания полимерной массыуглекислым газом (реакции 1, 2).R-N=C=O + H2 O → R-NH-C(O)-OH → R-NH2 + CO2R-NH-C(O)-OH+(1)R-N=C=O→R-NH-C(O)-O-C(O)-NH-R→→R-NH-C(O)-NHR + CO2Онипредставляют(2)собойвспененныепластическиематериалы, в которых часть твердой фазы заменена на газ, обычновоздух, находящийся в полимере в виде многочисленных пузырьковячеек.
В зависимости от относительной скорости молекулярногороста и реакции газообразования на стадии вспенивания стенкиячеек оказываются прорванными или не разрушенными, чтоприводит к формированию полимеров соответственно с открыто–или закрыто –ячеис той структурой. Как правило, эластичныепенополиуретаны обладают открыто-ячеистой, а жес ткие – закрытоячеис той с труктурой.
С геометрической точки зрения, еслипузырьки газа занимают объем меньше 76% , то они могут иметьсферическую форму. В противном случае, пузырьки вероятнее всегоискаженывквазисферическиеполиэдры–восновномпентагональные додекаэдры. Сам полимер распределен по стенкампузырьков,которыефактическиявляютсяполиуретановымимембранами.
В открыто-ячеис тых пенополиуретанах по крайнеймере две мембраны из пентагонального додекаэдра прорваны, чтоулучшает , что улучшает гидро– и аэродинамические свойства этихматериалов. Так как в них доступная для сорбируемых веществповерхность сильно увеличивается, т.к. сорбция может происходить5и снаружи ячейки и изнутри, почти все вещество, из которогосостоит пенополиуретан, принимает участие в сорбции [1]. Этоуникальнаяособеннос ть ППУ, в других твердых сорбентах,гранулированных или пористых, сорбция происходит только нанебольшой части вещества. Кроме того такая с труктура ППУпредоставляет более широкие возможности для модификацийсорбента.
ППУ способны удерживать различные органическиерастворители, хелатные реагенты, неорганические осадители натонких пленках и перемычках, образующих скелет пены [2].Первое упоминание об использовании пенополиуретанов вкачестве сорбентов относится к 1970 году, когда английский ученыйБоуэн обнаружил, что эти полимеры способны сорбировать израстворов хлористоводордной кислоты такие ионы металлов, какHg(II), Au(III), Fe(III), Tl(III), Sb(V), Mo(VI).
В последующие годыпоследовала серия исследований, в результате которых появилисьданные об извлечении более 30 металлов из фторидных, хлоридных,тиоцианатных и цианидных рас творов. Кроме того, оказалось, чтоППУ хорошо сорбируют из воды и воздуха многие органическиесоединения:полиядерныеароматическиеуглеводороды,ивчастности бензопирен– один из самых опасных загрязнителейокружающей среды, полихлорированные органические соединения,пестициды,инсектициды,фосфорорганическиесоединения,анионные и катионные поверхностно–активные вещества, фенолы имногие другие [1].Интересно, что ППУ на основе простых эфиров болееэффективны по сравнению с ППУ на основе сложных эфиров присорбции соединений из водных растворов, тогда как при сорбции извоздуха различие в сорбционном поведении полимеров разныхтиповне наблюдается.Большое разнообразие адсобционных6центровнаповерхнос тиивобъемепенополиуретановобусловливает целый комплекс взаимодействий сорбент– сорбат,средикоторыхосновнымиявляютсяван-дер-вальсовы,электростатические и гидрофобные, а так же взаимодейс твия собразованием водородных связей.
Относительный вклад каждого изтипов связывания зависит от строения звена полимера и химическойприроды сорбируемых молекул или ионов[1] .Сорбция сильных и слабых кислот становится возможной восновном за счет образования водородных связей, т.к. в составеполимерных звеньев пенополиуретанов содержится большое числогрупп,способныхвыступатьвролиакцепторовпротонов.Анионообменные свойства ППУ, благодаря которым эти сорбентыэффективно сорбируют анионные комплексы металлов и другиеотрицательно заряженные час тицы, связаны с появлением в ихструктуре положительно заряженных фрагментов. Эти фрагментыобразуются либо в результате протонирования уретановой группы,либо за счет селективного связывания ионов щелочных металловполиэфирными звеньями полимера. ППУ эффективно сорбируютнезаряженные,крупные,гидрофобныемолекулы,такиекакнафталин, пирен, бензопирен. Взаимодействие этих соединений садсорбционными центрами пенополиуретанов осуществляется засчет гидрофобных взаимодействий [1].Внас тоящеевремявопросомеханизмесорбцииорганических соединений на ППУ окончательно не выяснен.
Влитературе обсуждаются следующие механизмы сорбции:-поверхностная адсорбция на пенных мембранах;-экстракционный механизм;-катион-хелатный механизм.7Принимая во внимание небольшую площадь поверхнос ти,измеренную дляППУ различныхтипов[3-5], адсорбционныймеханизм был отвергнут многими исследователями[3, 6-8]. Таксорбционные емкости ППУ различного типа для большинствасоединений оказываются достаточно большими и изменяются от 0,5до 1,8 моль/кг, несмотря на небольшую удельную поверхность от20,007 до 0,035 м /г[3].Экстракционный механизм, основан на предположении, чтоППУ могут выступать в роли твердых полимерных экстрагентов[6,8]. В соответс твии с этим механизмом напряженные органическиемолекулы сорбируются посредством растворения в гидрофобномпенном материале.
Авторы работы [4–6] сравнивают сорбциюароматических органических соединений ППУ на основе простых исложных эфиров с экстракцией их диэтиловым эфиром илиэтилацетатом соответс твенно. На основании симбатного изменениякоэффициентовраспределениябольшогочислафеноловвсорбционной и экстракционной системах сделан вывод о сходствемеханизма сорбции фенолов ППУ с экстракцией. По их мнению, впользуэкстракционногомеханизмасвидетельствуютэкспериментальные данные по влиянию на сорбцию феноловприроды и концентрации неорганических и диэлектрическойпроницаемос ти водных растворов.Катион-хелатный механизмпредложен для объяснениясорбции анионных комплексов металлов ППУ [10].согласно этому++++2+2+механизму многие катионы, такие как Na , K , Ag , NH4 , Pb , Ba ,+H3 O , способны образовывать комплексы с макромолекуламиполиуретана многократно связываясь определёнными участкамицепи полимера.
Это приводит к возникновению твердофазныхфрагментов, которые могут рассматриваться как ионообменная8матрица или как сольватированный катион в твердом растворе.Анионные комплексы металлов и другие отрицательно заряженныечастицы переходят в фазу сорбента за счёт анионного обмена. Вработе [10] указывается на сходство катион-хилатного механизма смеханизмом действия краун-эфиров.Сорбция около 60 катионных и анионных органическихсоединений ППУ на основе простых и сложных эфиров изучена вработе [11]. Значение коэффициентов распределения для некоторыхиз них приведены в таблице 1.Сорбция красителей ППУ зависит от природы красителя, егоструктуры и полярности.
Так, например, все катионные красителилучше сорбируются ППУ на основе сложных эфиров, чем простых,тогда как анионные красители– наоборот, что по мнению авторовработы,связаносразличныммеханизмомсорбции:экстракционным- для катионных красителей и катион– хелатным дляанионных.Увеличениестепениизвлечениясростомгидрофобности красителей свидетельствует о значительной ролигидрофобных взаимодействий сорбент- сорбат. Например, значениякоэффициентовраспределенияэтиловогофиолетового,отличающегося от бриллиантового зелёного только наличиемдополнительной группы –N(C2 H5 )2 , увеличиваются в три идвенадцать раз для ППУ на основе простых и сложных эфировсоответс твенно (табл.1). Сорбция красителей ППУ характеризуетсяболее высокими значениями коэффициентов распределения посравнению с экстракцией их диэтиловым эфиром и этилацетатом(табл.2).
Минимальные значения коэффициентов распределения на3ППУ равны нескольким десяткам см /гр., максимальные- десяткамтысяч.9Сорбция красителей трифенилметанового ряда уменьшаетсяс увеличением полярности их молекул. За меру полярнос ти взятозначение Rf (целюлоза/ вода и целюлоза/ бутанол- этанол- вода )(табл.1).Самые высокие значения коэффициентов распределения дляППУ на основе простых и сложных эфиров соответственнонаблюдаются для наименее полярных красителей, не содержащих всвоем составе сульфонатных групп: этилоый фиолетовый (7908500); малахитовый зелёный (320, 970); Виктория голубой R (750,2500): гентизин фиолетовый(790, 850); розанилин (420, 2200). Болееполярные анионные трифинл метановые красители содержат в своейструктуре сульфонатные группы и характеризуются низкимизначениямикоэффициентовраспределения,причёмсорбцияуменьшается с увеличением числа сульфонатных групп.в молекулахкрасителей.Наблюдаемыеразличиявсорбционномповедениитрифенилметановых красителей с изменением их полярности, а также то, что более полее полярные ППУ на основе сложных эфировсорбируют красители лучше, чем на основе простых, служитподтверждениемэкстракционнымэкстракционномумеханизмоммеханизмусогласуютсятакжесорбции.Сданныеповлиянию на сорбцию катионных красителей солей щелочныхметаллов (оказывают высаливающее действие) и метанола.Добавление метанола в водную фазу вызывает повышениерастворимоститакихнеполярныхкрасителей,какэтиловыйфиолетовый, гентизин фиолетовый, розанилин, Виктория голубой R,и снижение сорбции (табл.3), что согласуется с экстракционныммеханизмом.В случае же полярныхкрасителей ожидаемоезначительное увеличение сорбции при переходе от водного к10метанольному раствору не наблюдается (нафтоловый желтый S ипатентованыый синий в табл.3).Анионные красители сорбируются ППУ, по видимому, покатион-хелатномумеханизму,подтверждениемкоторомувчастности служат данные по влиянию солей щелочных металлов.Сорбция бромкрезолового пурпурного увеличивается в следующем++++++ряду: Li <Na <Cs <Rb <K ≈NH4 [11,12].
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
