vestichИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Chemical Series1561-83312524-2342The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8331-2019-55-1-7-17vestich-366Research ArticleФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯPHYSICAL CHEMISTRYПолучение новых ионитов на основе полиакрилонитрильного волокна Нитрон СSynthesis of the new ion exchangers based on polyacrylonitrile fiber Nitron CКосандровичЕ. Г.KosandrovichE. G.

Косандрович Евгений Генрихович – кандидат химических наук, доцент, заведующий лабораторией.

ул. Сурганова, 13, 220072, Минск.

Evgeni G. Kasandrovich – Ph. D. (Chemistry), Associate Professor, Head of the Laboratory.

13, Surganov Str., 220072, Minsk.

kosandrovich@ifoch.bas-net.byКоршуноваТ. А.KorshunovaТ. A.

Коршунова Татьяна Александровна – кандидат химических наук, старший научный сотрудник.

ул. Сурганова, 13, 220072, Минск.

Tatiana A. Korshunova – Ph. D. (Chemistry), Senior Researcher.

13, Surganov Str., 220072, Minsk.

ШаченковаЛ. Н.ShachenkovaL. N.

Шаченкова Лариса Николаевна – кандидат химических наук, старший научный cотрудник.

ул. Сурганова, 13, 220072, Минск.

Larisa N. Shachenkova – Ph. D. (Chemistry), Senior Researcher.

13, Surganov Str., 220072, Minsk.

sln13102005@mail.ruЯкубельО. Н.YakubelO. N.

Якубель Ольга Николаевна – младший научный сотрудник.

ул. Сурганова, 13, 220072, Минск.

Volga N. Yakubel – Junior Researcher.

13, Surganov Str., 220072, Minsk.

niolda69@yandex.ruВонсовичН. В.VansovichN. B.

Вонсович Наталия Васильевна – младший научный сотрудник.

ул. Сурганова, 13, 220072, Минск.

Nataliya V. Vansovich – Junior Researcher.

13, Surganov Str., 220072, Minsk.

natasha_ya_vonsovich@tut.byИнститут физико-органической химии Национальной академии наук БеларусиInstitute of Physical Organic Chemistry of the National Academy of Sciences of Belarus201912032019551717Copyright © Косандрович Е.Г., Коршунова Т.А., Шаченкова Л.Н., Якубель О.Н., Вонсович Н.В., 20192019Косандрович Е.Г., Коршунова Т.А., Шаченкова Л.Н., Якубель О.Н., Вонсович Н.В.Kosandrovich E.G., Korshunova Т.A., Shachenkova L.N., Yakubel O.N., Vansovich N.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestichem.belnauka.by/jour/article/view/366

Получены новые волокнистые иониты путем каталитического аминирования нитрильных групп полиакрилонитрильного волокна тетраэтиленпентаамином и пентаэтиленгексаамином. На их основе получены хелатные иониты с аминодиацетатными функциональными группами. Методом потенциометрического титрования определены кислотно-основные параметры функциональных групп ионитов, полученных в оптимальных условиях: исходные полиамфолиты имеют высокую анионообменную емкость (Еb = 4,5–5,5 м-экв/г), распределенную между тремя видами групп с рКа равными 3,3, 6,2 и 9,2, и катионообменную емкость Еа ≈ 1 м-экв/г с рКа ≈ 10,7; хелатные иониты на их основе содержат три вида кислотных групп с рКа ≈ 3,5, 6,0, 10,5 и два типа анионообменных групп с рКа = 2,0 и 6,0. Показана эффективность исходных полиамфолитов при очистке воздуха от примесей кислотной природы (на примере диоксида серы), хелатных ионитов – при очистке воды от ионов тяжелых металлов.

New ion exchangers based on polyacrylonitrile fiber were obtained by catalytic amination of nitrile groups with tetraethylenepentaamine and pentaethylenehexaamine. Chelating ion exchangers with aminodiacetic functional groups were obtained on the base of these materials. The acid-base parameters of the functional groups of obtained ion exchangers were determined by potentiometric titration: initial polyampholytes have a high anion exchange capacity (Eb = 4.5–5.5 m-eq/g) distributed between three types of groups with pKa equal to 3.3, 6.2 and 9.2, and a cation exchange capacity with Ea ≈ 1 m-eq/g and pKa ≈ 10.7; chelating ion exchangers on their base contain three types of acid groups with pKa approximately equal to 3.5, 6.0, 10.5 and two types of anion-exchange groups with pKa equal to 2.0 and 6.0. Initial polyampholytes have a high efficiency in the processes of air purification from acidic impurities (experimental data for sulfur dioxide), chelating ion exchangers – in the processes of water purification from heavy metal ions.

волокнистый ионитполиамфолитполиакрилонитрилпотенциометрическое титрованиесорбцияочисткавоздухводадиоксид серытяжелые металлыfibrous ion exchangerpolyampholitepolyacrylonitrilepotentiometric titrationsorptionpurificationairwatersulfur dioxideheavy metalsReferencesЗверев, М. П. Хемосорбционные волокна / М. П. Зверев. – М: Химия, 1981. – 192 с.Zverev M. P. Chemisorption fibers. Moscow, Khimiya Publ., 1981. 192 p. (in Russian).Волокна с особыми свойствами / под общ. ред. Л. А. Вольфа. – М: Химия, 1980. – 240 с.Vol’f L. A., Emets L. V., Kostrov Yu. A. [et al.]. Fibers with special properties. Moscow, Khimiya Publ., 1980. – 240 p. (in Russian).Chemically active textile materials as efficient means for water purification / V. S. Soldatov [et al.] // Desalination. – 1999. – Vol. 124, № 1–3. – P. 181–192. https://doi.org/10.1016/s0011-9164(99)00103-4Soldatov V. S., Shunkevich A. A., Elinson I. S., Johann J., Iraushek H. Chemically active textile materials as efficient means for water purification. Desalination, 1999, vol. 124, no. 1–3, pp. 181–192. https://doi.org/10.1016/s0011-9164(99)00103-4Soldatov, V. S. Syntheses and the main properties of FIBAN fibrous ion exchangers / V. S. Soldatov // Solvent extraction and ion exchange. – 2008. – Vol. 26, № 5. – P. 457–513. https://doi.org/10.1080/07366290802301358Soldatov V. S. Synthesis and the main properties of FIBAN fibrous ion exchangers. Solvent extraction and ion exchange, 2008, vol. 26, no. 5, pp. 457–513. https://doi.org/10.1080/07366290802301358Kosandrovich, E. G. Fibrous ion exchangers / E. G. Kosandrovich, V. S. Soldatov // Ion exchange technology I: theory and materials / ed. by Inamuddin [et al.]. – London, 2012. – P. 299–371. https://doi.org/10.1007/978-94-007-1700-8_9Kosandrovich E. G., Soldatov V. S. Fibrous ion exchangers. Ion exchange technology I: theory and materials. London, GB, 2012, pp. 299–371. https://doi.org/10.1007/978-94-007-1700-8_9Egava, Hiroaki. Syntheses of acid cation exchangers fibrous with carboxylic groups / Hiroaki Egava // Chem. Soc. Jap. Ind. Chem. – 1966. – Vol. 68, № 7. – Р. 1304–1306.Egava Hiroaki. Syntheses of acid cation exchangers fibrous with carboxylic groups. Journal of the Chemical Society of Japan: Industrial chemistry section, 1966, vol. 68, no. 7, pp. 1304–1306.Синтез аминокарбоксильных ионитов на основе полиакрилонитрильного волокна / И. О. Мельников [и др.] // Вода: Химия и экология. – 2015. – № 6. – С. 29–38.Melnikov I. O., Podobedov R. E., Kosandrovich E. G., Korshunova T. A., Soldatov V. S. Synthesis of aminocarboxylic ion exchangers based on polyacrylonitrile fiber. Voda: Khimiya i ekologiya = Water: Chemistry and Ecology, 2015, no. 6, pp. 29–38 (in Russian).Мясоедова, Г. В. Хелатообразующие сорбенты / Г. В. Мясоедова, С. Б. Саввин. – М.: Наука, 1984. – 171 с.Myasoedova G. V., Savvin S. B. Chelate-forming sorbents. Moscow, Nauka Publ., 1984. 171 p. (in Russian).Purification of metal plating rinse waters with chelating ion exchangers / R. Koivula [et al.] // Hydrometallurgy. – 2000. – Vol. 56, № 1. – P. 93–108. https://doi.org/10.1016/s0304-386x(00)00077-3Koivula R., Lehto J., Pajo L., Gale T. and Leinonen H. Purification of metal plating rinse waters with chelating ion exchangers. Hydrometallurgy, 2000, vol. 56, no. 1, pp. 93–108. https://doi.org/10.1016/s0304-386x(00)00077-3Yoshioko, T. Studies of polystyrene-based ion exchange fiber III. A novel Fiber-form chelating exchanger and its adsorption properties for heavy-metal ions / T. Yoshioko, M. Shimamurа // Bull. Chem. Soc Jpn. – 1985. – Vol. 58, № 9. – P. 2618–2625. https://doi.org/10.1246/bcsj.58.2618Yoshioko T., Shimamurа M. Studies of polystyrene-based ion exchange fiber III. A novel Fiber-form chelating exchanger and its adsorption properties for heavy-metal ions. Bulletin of the Chemical Society of Japan, 1985, vol. 58, no. 9, pp. 2618–2625. https://doi.org/10.1246/bcsj.58.2618Дятлова, Н. И. Комплексы и комплексонаты металлов / Н. И Дятлова, В. Я. Темкина, К. И Попов. – М.: Химия, 1988. – 544 с.Dyatlova N. I., Temkina V. Ya., Popov K. I. Complexes and complexonates of metals. Moscow, Khimiya Publ., 1988. 544 p. (in Russian).Сравнительная оценка волокнистых карбоксильных ионитов как средств очистки воды от ионов тяжелых металлов / А. А. Шункевич [и др.] // ЖПХ. – 2004. – Т. 77, № 2. – С. 253–258.Shunkevich A. A., Martsinkevich R. V., Medyak G. V., Sokol V. P., Filanchuk L. P., Soldatov V. S. Comparison of fibrous carboxylic ion exchangers in water treatment to remove heavy metal ions. Russian Journal of Applied Chemistry, 2004. vol. 77, no. 2, pp. 249–253. https://doi.org/10.1023/b:rjac.0000030360.94615.a7Сорбция ионов тяжелых металлов ионообменными волокнистыми материалами ФИБАН / Т. Н. Омельченко [и др.] // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Сер. хiм. навук. – 1999. – № 3. – С. 63–67.Omelchenko T. N., Elinson I. S., Martinovich V. I., Soldatov V. S., Tsygankov V. I. Sorption of heavy metals ions by ion-exchange fibrous materials FIBAN. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya khimichnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Chemical Series, 1999, no. 3, pp. 63–67 (in Russian).Хелатные сорбенты для очистки воды / В. И. Грачек [и др.] // Экология и промышленность России. – 2005. – № 1. – С. 25–27.Grachek V. I., Shunkevich A. A., Martsinkevich R. V., Soldatov V. S. New Chelate Sorbents for Water Purification. Ekologiya i promyshlennost Rossii = Ecology and industry of Russia, 2005, no. 1, pp. 25–27 (in Russian).Сорбционное концентрирование тяжелых металлов из растворов их солей волокнистым хелатообразующим сорбентом ФИБАН Х–1 / Л. А. Орловская [и др.] // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Сер. хiм. навук. – 2002. – № 4. – С. 22–26.Orlovskaya L. A., Kremko L. M., Shunkevich A. A., Soldatov V. S. Sorption concentrating of heavy metals from their salt solutions by the fibrous chelating sorbent FIBAN X-1. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya khimichnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Chemical Series, 2002, no. 4, pp. 22–26 (in Russian).Орловская, Л. А. Аналитические свойства сорбента ФИБАН Х-1 и его применение для сорбционного концентрирования ионов переходных металлов при анализе водопроводной воды / Л. А. Орловская, В. С. Солдатов, А. А. Шункевич // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Сер. хiм. навук. – 2004. – № 4. – С. 100–104.Orlovskaya L. A., Soldatov V. S., Shunkevich A. A. Analytical properties of FIBAN X-1 sorbent and its application for concentrating sorption of transitional metal ions in tap water analysis. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya khimichnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Chemical Series, 2004, no. 4, pp. 100–104 (in Russian).Взаимосвязь селективности сорбции ионов тяжелых металлов иминодиацетатными группами ионитов и структуры ион-полимерных комплексов / В. М. Зеленковский [и др.] // Докл. Нац. акад. наук Беларуси. – 2007. – Т. 51, № 6. – С. 63–67.Zelenkovskii V. M., Orlovskaya L. A., Soldatov V. S., Vasong G. Correlation of the selectivity sorption of heavy metal ions by iminodiacetate groups of ion-exchanges and the structure of ion-polymer complexes. Doklady Natsional’noy akademii nauk Belarusi = Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus, 2007, vol. 51, no. 6, pp. 63–67 (in Russian).Зеленковский, В. М. Квантово-химическое моделирование сорбции ионов свинца, никеля и кальция привитым сополимером полиакриловой кислоты и полипропилена / В. М. Зеленковский, Т. В. Безъязычная, В. С. Солдатов // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Сер. хiм. навук. – 2009. – № 4. – С. 10–14.Zelenkovskii V. M., Bezyazychnaya T. V., Soldatov V. S. Quantum-chemical modeling of the sorption of lead, nickel and calcium ions by the graft copolymer of polyacrylic acid and polypropylene. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya khimichnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Chemical Series, 2009, no. 4, pp. 10–14 (in Russian).Хелатные иониты на основе полиакрилонитрильного волокна с аминодиацетатными функциональными группами / Е. Г. Косандрович [и др.] // Химия и технология новых веществ и материалов: сб. науч. тр. Вып. 4. / Ин-т физ.-орган. химии НАН Беларуси; ред. кол. В. С. Солдатов [и др.]. – Минск, 2014. – С. 262–281.Kosandrovich E. G., Korshunova T. A., Doroshkevich O. N., Kashinsky A. V., Shachenkova L. N., Leshkevich A. O., Zelenkovskii V. М., Soldatov V. S. Chelate ion exchangers based on polyacrylonitrile fibers with aminodiacetate functional groups. Khimiya i tekhnologiya novykh veshchestv i materialov: sbornik nauchnykh trudov = Chemistry and technology of new substances and materials: collection of scientific works, Minsk, 2014, iss. 4, pp. 262–281 (in Russian).Каталитический способ получения полиамфолитов на основе полиакрилонитрильного волокна / П. В. Нестеронок [и др.] // Вес. Нац. акaд. навук Беларусi. Сер. хiм. навук. – 2014. – № 4. – С. 80–87.Nesteronok P. V., Kosandrovich E. G., Shachenkova L. N., Korshunova T. A. Catalytic method for synthesis of polyampholytes from polyacrylonitrile fiber. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya khimichnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Chemical Series, 2014, no. 4, pp. 80–87 (in Russian).Способ получения волокнистого полиамфолита: пат. 15904 Респ. Беларусь: МПК С 08 J 5/20 (2006.01), D 01 F 11/06 (2006.01) / В. С. Солдатов, Е. Г. Косандрович, Д. Е. Мицкевич, А. В. Жилинская, Е. М. Полховский, дата публ.: 30.06.2012.Soldatov V. S., Kosandrovich E. G., Mitskevich D. E., Zhilinskaya A. V., Polkhovskii E. M. Method for preparation of fibrous polyampholite. Patent no. 15904 BY, 2012 (in Russian).Бабко, А. К. Количественный анализ / А. К. Бабко, И. В. Пятницкий. – М.: ГНТИ хим. лит-ры, 1956. – 736 с.Babko A. K., Pyatnitskii I. V. Qualitative analysis. Moscow, State scientific and technical publishing the chemical literature, 1956. 736 p. (in Russian).Soldatov, V. S. Potentiometric titration of ion exchangers / V. S. Soldatov // React. and Funct. Polym. – 1998. – № 38. – P. 73–112. https://doi.org/10.1016/s1381-5148(98)00018-2Soldatov V. S. Potentiometric titration of ion exchangers. Reactive and Functional Polymers, 1998, no. 38, pp. 73–112. https://doi.org/10.1016/s1381-5148(98)00018-2Нестеронок, П. В. Метод определения параметров кислотности полиамфолитов / П. В. Нестеронок, В. С. Солдатов // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Сер. хiм. навук. – 2013. – № 2. – С. 31–36.Nesteronok P. V., Soldatov V. S. A method for determination of polyampholytes acidity parameters. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya khimichnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Chemical Series, 2013, no. 2, pp. 31–36 (in Russian).Железосодержащий волокнистый сорбент для очистки питьевой воды от арсенит- и арсенат-ионов / Д. Е. Мицкевич [и др.] // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Сер. хiм. навук. – 2009. – № 4. – С. 21–29.Mitskevich D. E., Soldatov V. S., Sokol V. P., Mazol O. L. Iron-containing fibrous sorbent for purification of drinking water from arsenite and arsenate ions. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya khimichnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Chemical Series, 2009, no. 4, pp. 21–29 (in Russian).Косандрович, Е. Г. Сорбция аммиака из воздуха волокнистым сульфокатионитом ФИБАН К-1 / Е. Г. Косандрович, В. С. Солдатов // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Сер. хiм. навук. – 2004. – №3. – С. 95–98.Kosandrovich E. G., Soldatov V. S. Ammonia sorption from air by FIBAN K-1 fibrous sulphonic cation exchanger. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya khimichnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Chemical Series, 2004, no. 3, pp. 95–98 (in Russian).Механизм каталитического влияния гидроксиламина на реакцию полиакрилонитрила с азотсодержащими основаниями / Д. А. Гафурова [и др.] // Журн. физ. химии. – 2014. – Т. 88б, № 11. – С. 1851–1854. https://doi.org/10.7868/s0044453714110089.Gafurova D. A., Shakhidova D. N., Mukhamediev M. G., Mukhamedov G. I. Mechanism of catalytic influence of hydroxylamine on the reaction of polyacrylonitrile with nitrogen-containing bases. Zhurnal fizicheskoy khimii = Russian Journal of Physical Chemistry, 2014, vol. 88, no. 11, pp.1851–1854. https://doi.org/10.7868/S0044453714110089 (in Russian).Косандрович, Е. Г. Волокнистый аминокарбоксильный сорбент для очистки воздуха от примесей диоксида серы / Е. Г. Косандрович, О. Н. Дорошкевич // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Сер. хiм. навук. – 2014. – № 1. – С. 91–95.Kosandrovich E. G., Doroshkevich O. N. Fibrous amino carboxylic sorbent for air purification from sulfur dioxide. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Ser yya khimichnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Chemical Series, 2014, no. 1, pp. 91–95 (in Russian).Сорбция никеля (II) и кобальта (II) из аммонийных растворов волокнистым ионитом с иминодиацетатными группами / В. С. Солдатов [и др.] // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Сер. хiм. навук. – 2010. – № 3. – С. 64–69.Soldatov V. S., Zelenkovsky V. M., Mosunova N. V., Sosinovich Z. I. Sorption of nickel (II) and cobalt (II) from ammonium solutions by fibrous ion exchanger with iminodiacetate groups. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Ser yya khimichnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Chemical Series, 2010, no. 3, pp. 64–69 (in Russian).Yahorava, V. Evaluation of different adsorbents for copper removal from cobalt electrolyte / V. Yahorava, M. Kotze, D. Auerswald // Base Metals Conference 2013 / The Southern African Institute of Mining and Metallurgy. – Johannesburg, 2013. – P. 283–297.Yahorava V., Kotze M., Auerswald D. Evaluation of different adsorbents for copper removal from cobalt electrolyte. Base Metals Conference 2013. Johannesburg, ZA, 2013, pp. 283–297.

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