vuzbiochemiИзвестия вузов. Прикладная химия и биотехнологияProceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology2227-29252500-1558ИРНИТУ10.21285/2227-2925-2022-12-2-222-230vuzbiochemi-807Research ArticleХИМИЧЕСКИЕ НАУКИCHEMICAL SCIENCESТермодинамические и кинетические параметры экстракции йода из хлоридных водных растворовThermodynamic and kinetic parameters of iodine extraction from chloride aqueous solutionshttps://orcid.org/0000-0002-2003-3390ПономареваП. А.PonomarevaP. A.

П. А. Пономарева, старший преподаватель

460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13

Polina A. Ponomareva, Senior Lecturer

13, Pobedy Ave., 460018, Orenburg

pponomareva@narod.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6501-900XКаныгинаО. Н.KanyginaO. N.

О. Н. Каныгина, д.ф.-м.н., профессор460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13

Olga N. Kanygina, Dr. Sci. (Physics, Mathematics), Professor

13, Pobedy Ave., 460018, Orenburg

onkan@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8901-1798СальниковаЕ. В.SalnikovaE. V.

Е. В. Сальникова, д.б.н., заведующая кафедрой химии460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13

Elena V. Salnikova, Dr. Sci. (Biology), Head of the Department of Chemistry

13, Pobedy Ave., 460018, Orenburg

salnikova_ev@mail.ruОренбургский государственный университетРоссияOrenburg State UniversityRussian Federation202204072022122222230Copyright © Пономарева П.А., Каныгина О.Н., Сальникова Е.В., 20222022Пономарева П.А., Каныгина О.Н., Сальникова Е.В.Ponomareva P.A., Kanygina O.N., Salnikova E.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vuzbiochemi.elpub.ru/jour/article/view/807

Экстракция – универсальный и относительно простой метод извлечения редких и рассеянных элементов, позволяющий добиться хороших результатов при минимальных затратах на реагентное и аппаратное оснащение. Знание тепловых эффектов и кинетических зависимостей процесса экстракции позволяет прогнозировать и оперативно реагировать при изменении внешних условий. Изучены термодинамические и кинетические параметры процесса экстракции йода на модельных растворах, содержащих в качестве фоновой минерализации хлорид натрия с ионной силой от 0 до 5 моль/л, что наилучшим образом соотносится с природными и техногенными водами нефтяных и нефтегазоконденсатных месторождений. В качестве экстрагента применялась композиция три-н-бутилфосфата и изооктана. Для оценки термодинамических параметров были построены изотермы экстракции при температурах 278 и 288 К. Для различных фоновых значений ионной силы определены равновесные параметры экстракции: степень извлечения, коэффициент распределения, константа равновесия, изменение энтальпии, энтропии и энергии Гиббса процесса. Изучение кинетических зависимостей экстракционного извлечения йода из водных растворов с различными значениями ионной силы при температурах 278, 288 и 293 К позволило установить истинный и кажущийся порядки реакции, а также энергию активации процесса экстракции. Во всем изученном интервале значений ионной силы растворов извлечение йода происходит самопроизвольно с высокими коэффициентами распределения и степенью извлечения более 86%. Кинетические параметры экстракции (энергия активации процесса, временной и концентрационный порядки реакции) свидетельствуют о диффузионном характере лимитирующей стадии, наличии промежуточных стадий комплексообразования и об отсутствии влияния температуры на скорость процесса.

Extraction is a versatile and relatively simple method for extracting rare and scattered elements, producing good results at minimal expenses in terms of reagents and equipment. Information about the thermal effects and kinetic dependencies of the extraction process is essential for predicting and counteracting fluctuations in external conditions. In this work, the thermodynamic and kinetic parameters of the iodine extraction process were studied using model solutions that contained sodium chloride with an ionic strength of 0–5 mol/l as a background mineralization. This composition closely corresponds to natural and man-made waters of oil and gas condensate fields. A mixture of tri-n-butyl phosphate and isooctane was used as the extractant. In order to evaluate thermodynamic parameters, extraction isotherms were constructed at temperatures of 278 and 288 K. For different background ionic strength values, equilibrium extraction parameters were determined, including the extraction degree, distribution coefficient and equilibrium constant, as well as changes in the enthalpy, entropy and Gibbs energy of the process. A study of the kinetic dependencies of iodine extraction from aqueous solutions under different ionic strength values at temperatures of 278, 288 and 293 K allowed the true and apparent orders of reaction to be established, along with the activation energy of the extraction process. Across the entire range of the studied ionic strength values, iodine extraction occurs spontaneously with high distribution coefficients and an extraction degree of over 86%. The kinetic parameters of the iodine extraction process (activation energy, temporal and concentration reaction order) indicate the diffusion nature of the rate-determining step, the presence of intermediate complexation stages and the absence of temperature effects on the reaction rate.

экстракцияйодтермодинамические параметрыкинетические параметрылимитирующая стадияextractioniodinethermodynamic parameterskinetic parameterslimiting stageReferencesКирюхин В. К., Швец В. М. Процессы формирования йодных вод. М.: Недра, 1980. 95 с.Kiryukhin V. K., Shvets V. M. Iodine waters formation. Moscow: Nedra; 1980. 95 p. (In Russian).Ponomareva P. A., Salnikova E. V., Osipova E. A., Yudin A. A. Extraction of iodine from natural and technogenic waters // Trace Elements and Electrolytes. 2021. Vol. 38, no. 3. P. 153.Ponomareva P. A., Salnikova E. V., Osipova E. A., Yudin A. A. Extraction of iodine from natural and technogenic waters. Trace Elements and Electrolytes. 2021;38(3):153.Дошарова Д. Т., Сальникова Е. В., Веревка В. Н., Карева Е. Ю. Исследование термодинамических и кинетических параметров экстракции неодима из кислых сред // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2018. Т. 8. N 2. С. 39–47. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2018-8-2-39-47.Dosharova D. T., Salnikova E. V., Verevka V. N., Kareva E. Y. Investigation of the thermodynamic and kinetic parameters of neodymium extraction from acid media. Izvestiya Vuzov. Prikladnaya Khimiya i Biotekhnologiya = Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2018;8(2):39-47. (In Russian). https://doi.org/10.212 85/2227-2925-2018-8-2-39-47.Arkhipin A. S., Nesterov A. V., Kovalenko N. A., Uspenskaya I. A. Liquid – liquid equilibria in the water – nitric acid – europium nitrate – gadolinium nitrate – tributyl phosphate system at 298.15 K // Journal of Chemical and Engineering Data. 2021. Vol. 66, no. 4. P. 1694–1702. https://doi.org/10.1021/acs.jced.0c01006.Arkhipin A. S., Nesterov A. V., Kovalenko N. A., Uspenskaya I. A. Liquid – liquid equilibria in the water – nitric acid – europium nitrate – gadolinium nitrate – tributyl phosphate system at 298.15 K. Journal of Chemical and Engineering Data. 2021;66 (4):1694-1702. https://doi.org/10.1021/acs.jced.0c01006.Kurdakova S. V., Kovalenko N. A., Petrov V. G., Uspenskaya I. A. Liquid − liquid equilibria in multicomponent systems containing o-xylene, Di-(2- ethylhexyl) phosphoric acid, water, nitric acid, and europium (gadolinium, dysprosium) nitrate at 298.15 K // Journal of Chemical and Engineering Data. 2017. Vol. 62, no. 12. P. 4337–4343. https://doi.org/10.1021/acs.jced.7b00696.Kurdakova S. V., Kovalenko N. A., Petrov V. G., Uspenskaya I. A. Liquid − liquid equilibria in multicomponent systems containing o–xylene, Di-(2- ethylhexyl) phosphoric acid, water, nitric acid, and europium (gadolinium, dysprosium) nitrate at 298.15 K. Journal of Chemical and Engineering Data. 2017;62(12): 4337-4343. https://doi.org/10.1021/acs.jced.7b00696.Kurdakova S. V., Zapolskih T. V., Kovalenko N. A., Uspenskaya I. A. Volumetric properties of the D2EHPA – o-xylene – neodymium (samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium) Di(2- ethylhexyl)phosphate systems at 298.15 K // Journal of Chemical and Engineering Data. 2018. Vol. 63, no. 10. P. 3839–3845. https://doi.org/10.1021/acs.jced.8b00487.Kurdakova S. V., Zapolskih T. V., Kovalenko N. A., Uspenskaya I. A. Volumetric properties of the D2EHPA – o-xylene – neodymium (samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium) Di(2- ethylhexyl)phosphate systems at 298.15 K. Journal of Chemical and Engineering Data. 2018;63(10): 3839-3845. https://doi.org/10.1021/acs.jced.8b00487.Пат. № 2326810, Российская Федерация, C01B 7/14, B01D11/00. Способ извлечения йода / П. А. Пономарева, Э. В. Строева, М. А. Киекпаев; заявитель и патентообладатель Оренбургский государственный университет. Заявл. 12.09.2006; опубл. 20.06.2008. Бюл. № 17.Ponomareva P. A., Stroeva E. V., Kiekpaev M. A. Method of extracting iodine. Patent RF, no. 2326810; 2008. (In Russian).Пат. № 2331576, Российская Федерация, C01B7/14, B01D11/00. Способ извлечения йода / А. С. Горяева, Ю. В. Гаврюшенко, Э. В. Строева, М. А. Киекпаев, П. А. Пономарева; заявитель и патентообладатель Оренбургский государственный университет. Заявл. 27.07.2006; опубл. 20.08.2008. Бюл. № 23.Gorjaeva A. S., Gavrjushenko J. V., Stroeva E. V., Kiekpaev M. A., Ponomareva P. A. Method of extraction of iodine. Patent RF, no. 2331576; 2008. (In Russian).Сальникова Е. В., Кван О. В., Сизенцов А. Н. Показатели качества подземных вод Оренбургской области // Микроэлементы в медицине. 2017. Т. 18. N 1. С. 52–56.Salnikova E. V., Kwan O. V., Sizentsov A. N. Quality indicators of underground water in Orenburg region. Mikroelementy v meditsine = Trace Elements in Medicine. 2017;18(1):52-56. (In Russian).Skalny A. V., Salnikova E. V., Burtseva T. I., Skalnaya M. G., Tinkov A. A. Zinc, copper, cadmium, and lead levels in cattle tissues in relation to different metal levels in ground water and soil // Environmental Science and Pollution Research. 2019. Vol. 26, no. 1. P. 559–569. https://doi.org/10.1007/s11356-018-3654-y.Skalny A. V., Salnikova E. V., Burtseva T. I., Skalnaya M. G., Tinkov A. A. Zinc, copper, cadmium, and lead levels in cattle tissues in relation to different metal levels in ground water and soil. Environmental Science and Pollution Research. 2019;26(1):559-569. https://doi.org/10.1007/s11356- 018-3654-y.Звягина О. А., Макорина О. Г., Дошарова Д. Т., Сальникова Е. В., Каныгина О. Н. Изучение влияния ионов Fe(III) на кинетические параметры экстракции неодима смесями экстрагентов различного состава // Фундаментальная наука и технологии – перспективные разработки: материалы XIX Международной научно-практической конференции (г. Северный Чарльстон, 10–11 июня 2019 г.). Северный Чарльстон: LuluPress Inc., 2019. С. 110–114.Zvyagina O. A., Makorina O. G., Dosharova D. T., Sal'nikova E. V., Kanygina O. N. Investigation of Fe(III) ions effect on the kinetic parameters of the neodymium extraction by extractants mixtures. In: Fundamental'naya nauka i tekhnologii – perspektivnye razrabotki: materialy XIX Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii = Fundamental Science and Technology – Promising Developments: Materials of the XIX International Scientific and Practical Conference. 10–11 June 2019, North Charleston. North Charleston, 2019. P. 110-114. (In Russian).Пономарева П. А., Строева Э. В. Определение термодинамических и кинетических параметров экстракции йода ТБФ в смеси с изооктаном из бессолевых растворов // Химическая промышленность сегодня. 2007. N 12. С. 22–26.Ponomareva P. A., Stroeva E. V. Determination of the thermodynamic and kinetic parameters of the iodine extraction by TBP mixtured with isooctane from salt-free solutions. Khimicheskaya promyshlennost' segodnya = Chemical Industry Today. 2007;(12):22-26. (In Russian).Восков А. Л., Коваленко Н. А., Куценок И. Б., Успенская И. А. Развитие расчетных методов в лаборатории химической термодинамики химического факультета МГУ // Журнал физической химии. 2019. Т. 93. N 10. С. 1445–1454. https://doi.org/10.1134/S0044453719100327.Voskov A. L., Kovalenko N. A., Kutsenok I. B., Uspenskaya I. A. Developing calculation methods in the laboratory of chemical thermodynamics at the chemistry department of Moscow State University. Zhurnal Fizicheskoi Khimii = Russian Journal of Physical Chemistry A. 2019;93(10):1445-1454. https://doi.org/10.1134/S0044453719100327.Ponomareva P. A., Yudin A. A. Thermodynamic parameters of iodine extraction by a mixture of aromatic and aliphatic extragents from aqueous solutions of various mineralization // Chemical Physics of Molecules and Polyfunctional Materials: Proceedings of the Japanese–Russian Conference, 9–11 December 2020, Hiroshima. Orenburg: OSU, 2021. P. 153–157.Ponomareva P. A., Yudin A. A. Thermodynamic parameters of iodine extraction by a mixture of aromatic and aliphatic extragents from aqueous solutions of various mineralization. In: Chemical Physics of Molecules and Polyfunctional Materials: Proceedings of the Japanese–Russian Conference. 9–11 December 2020, Hiroshima. Orenburg: OSU; 2021. P. 153-157.Пономарева П. А. Определение равновесных параметров экстракции иода смесями экстрагентов различной природы // Вестник Оренбургского государственного университета. 2017. N 9. С. 40–43.Ponomareva P. A. Determination of equilibrium parameters of extraction of iodine by mixtures of extracents of various nature. Vestnik Orenburgskogo gosudarstvennogo universiteta = Vestnik of the Orenburg State University. 2017;(9):40-43. (In Russian).Коренман И. М. Экстракция в анализе органических веществ. М.: Химия, 1977. 200 с.Korenman I. M. Extraction in the analysis of organic substances. Moscow: Khimiya; 1977. 200 p. (In Russian).Экстракция неорганических веществ / под ред. А. В. Николаева. Новосибирск: Наука, 1970. 311 с.Extraction of inorganic substances. Nikolaeva A. V. (ed.). Novosibirsk: Nauka; 1970. 311 p.Пономарева П. А. Равновесие экстракции йода смесью индивидуальных экстрагентов ароматического и алифатического ряда // Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры: материалы Международной научно-методической конференции (г. Оренбург, 25–27 января 2021 г.). Оренбург: ОГУ, 2021. С. 2814–2819.Ponomareva P. A. Equilibrium of iodine extraction with a mixture of individual aromatic and aliphatic extractants. In: The University Complex as a Regional Center for Education, Science and Culture: Proceedings of the International Scientific and Methodological Conference = The University Complex as a Regional Center for Education, Science and Culture: Proceedings of the International Scientific and Methodological Conference. 25–27 January 2021, Orenburg. Orenburg: Orenburgskii Gosudarstvennyi Universitet; 2021. P. 2814-2819. (In Russian).Сальникова Е. В., Скальный А. В., Осипова Е. А., Бурцева Т. И. Физико-химические методы исследования в анализе объектов окружающей среды (обзор) // Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2016. Т. 19. N 8. С. 32–36.Sal'nikova E. V., Skal'nyi A. V., Osipova E. A., Burtseva T. I. Physico-chemical methods of investigation the object of analysis the environment (overview). Voprosy biologicheskoi, meditsinskoi i farmatsevticheskoi khimii = Problems of Biological, Medical and Pharmaceutical Chemistry. 2016;19 (8):32-36. (In Russian).Золотов Ю. А. Экстракция внутрикомплексных соединений. М.: Наука, 1968. 295 с.Zolotov Yu. A. Extraction of chelate compounds. Moscow: Nauka; 1968. 295 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.