Российские ученые провели разработку новых ионогелей на основе диоксида кремния и провели анализ их экстракционных свойств. Результаты исследования были опубликованы в журнале Journal of Molecular Liquids.
Современная химическая технология не обходится без использования экстракционных процессов, которые позволяют эффективно выделять и разделять ценные химические соединения с применением простых технологических схем. Одним из наиболее распространенных методов является жидкостная экстракция, при которой целевое соединение переходит из одной жидкости в другую, не смешиваясь с первоначальной (например, из воды в октан).
Для усовершенствования жидкостной экстракции широко применяют различные ионные жидкости — органические соли, находящиеся в расплавленном состоянии при обычной температуре или легком нагревании. Преимуществом ионных жидкостей является их низкая летучесть, а также высокая термическая и химическая стабильность, что позволяет многократно использовать их в процессах экстракции. Однако у ионных жидкостей есть существенные недостатки, включая их частичное смешивание с экстракционным раствором. Учитывая, что ионные жидкости дорогостоящие и иногда токсичные, неэкономичные потери экстрагента нежелательны с экономической и экологической точек зрения.
Данные проблемы могут быть решены с применением композитных материалов — ионогелей, в которых ионную жидкость вводят в пористый твердый материал. Такое встраивание ионных жидкостей значительно уменьшает их потери во время экстракции, а также упрощает процесс осуществления самой экстракции.
В настоящее время ионогели рассматриваются как перспективные материалы для разделения и концентрирования ценных органических и неорганических веществ. Для создания высокоэффективных ионогелей-экстрагентов необходимо понимать механизм экстракционных процессов с их участием.
Большинство исследований обычно фокусируются только на ионной жидкости, оставляя роль носителя за скобками. Российские ученые сосредоточились на роли носителя в экстракционных процессах с использованием ионогелей.
В исследовании использовался экстрагент Aliquat 336 (хлорид тетраалкиламмония) в качестве ионной жидкости и ионы трехвалентного железа в качестве модельного вещества. Они предложили новый метод синтеза ионогелей и провели анализ экстракции железа и реэкстракции из водной фазы.
Синтез ионогелей проводился в ионной жидкости путем поликонденсации органических соединений кремния, что обеспечило получение прочных монолитных ионогелей. Оказалось, что твердофазный носитель важен в экстракционных процессах, поскольку ионы железа могут с ним химически взаимодействовать, что может влиять на эффективность экстракции.
Одновременно с правильным выбором химического состава носителя можно успешно решить данную задачу и обеспечить эффективную последующую реэкстракцию железа в водную фазу. Проведенные исследования показали интересный результат в процессе циклической экстракции и реэкстракции железа, а именно быструю потерю экстракционной способности ионогелей за три цикла. Обнаружено, что это происходит из-за образования в объеме ионогеля сульфата железа. Для удаления этого проявления достаточно оказалось выдержать ионогель в растворе хлорида натрия, после чего экстракционная эффективность материала полностью восстанавливается», - рассказал младший научный сотрудник ИОНХ РАН Сергей Котцов.
Проведенное исследование явным образом показало, что процессы экстракции и реэкстракции с использованием ионогелей представляют собой сложные процессы, по сравнению с аналогичными процессами с участием ионных жидкостей. Понимание происходящих процессов в ионогелях во время экстракции и реэкстракции необходимо для разработки эффективных, экологически чистых и технологически продвинутых экстрагентов и экстракционных технологий с их применением.
Детальное изучение данных процессов позволит более глубоко понять особенности взаимодействия ионогелей с растворами ионов железа и других веществ, что в свою очередь способствует развитию новых методов и технологий в области химии и экстракционной техники. Это также открывает перспективы для создания инновационных материалов и процессов, обеспечивающих эффективное и безопасное извлечение ценных элементов из различных сред.