Термодинамические и кинетические параметры экстракции йода из хлоридных водных растворов

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.

1. Кирюхин В. К., Швец В. М. Процессы формирования йодных вод. М.: Недра, 1980. 95 с.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. Пономарева П. А. Определение равновесных параметров экстракции иода смесями экстрагентов различной природы // Вестник Оренбургского государственного университета. 2017. N 9. С. 40–43.

16. Коренман И. М. Экстракция в анализе органических веществ. М.: Химия, 1977. 200 с.

17. Экстракция неорганических веществ / под ред. А. В. Николаева. Новосибирск: Наука, 1970. 311 с.

18. 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.

19. 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.

20. Золотов Ю. А. Экстракция внутрикомплексных соединений. М.: Наука, 1968. 295 с.