Введение к работе
Актуальность проблемы. Ионообменные полимеры находят широкое практическое применение в различных областях науки и техники. Решение проблем охраны окружающей среды, гидрометаллургии, медицины, комплексной переработки сырья, пищевой и фармацевтической промышленности, создания безотходных технологий невозможно без применения таких материалов. Поэтому к ним предъявляются повышенные требования. Особое внимание уделяется кинетике ионного обмена, высокой селективности, механической прочности, химической и термической устойчивости. В случае использования ионообменников для специальных целей большую роль играет их способность сорбировать вещества с относительно высокой молекулярной массой. Наиболее известные ионообменники обычно получают на основе сополимеров стирола и дивинилбензола. Возможность контролирования количества дивинильного соединения в исходной смеси мономеров при сополимеризации и, самое главное, доступность образующихся сополимеров для различных полимераналогачных превращений открывают большие перспективы. Иониты на их основе обладают низкими кинетическими свойствами и малой доступностью активных групп для крупных ионов. Наиболее эффективными могли бы быть макросетчатые ионообменники. Однако существующие методы синтеза таких сорбентов имеют недостатки. Это сложность получения иошггов с высокими физико-химическими показателями, трудная доступность и токсичность некоторых исходных мономеров. Поэтому, несмотря на большое количество исследований в области синтеза ионообменных материалов, поиск доступных и приемлемых путей получения новых ионитов пространственного строения с заданными свойствами остается актуальной. Особенное внимание уделяется разработке перспективных методов синтеза высокоэффективных растворимых и сшитых полиэлектролитов с улучшенными кинетическими и физико-химическими свойствами. Недостаточная эффективность имеющихся ионообменников в гидрометаллургии для сорбции и разделения ионов различных металлов обусловила постановку важной научно-практячесхой задачи создания высокоэффективных полиэдектролитов на основе доступных мономеров, содержащих близкие по реакционной способности функциональные группы и обладающие рядом ценных физико-химических свойств.
В связи с этим наиболее перспективным направлением в области создания ионообменных материалов является применение в качестве исходных продуктов винильных производных эпоксидных соединений и их гомо- и сополимеров. Самопроизвольная полимеризация их под действием различных отвердителей кислотной или основной природы позволяет получать иониты с улучшенными физико-химическими, сорбционными,
комплексообразующими и кинетическими характеристиками. Использование в качестве исходного мономера глицидилметакрилата открывает широкие возможности синтеза высокопрочных ионообменных полимеров с различными функциональными группами путем полимеранапогичных превращений. Этой актуальной и важной проблеме посвящена данная работа.
Целью диссертационной работы является разработка доступных методов синтеза новых полифункциональных ионитов (анионитов и катионитов) модификацией ряда сополимеров глицидилметакрилата (ГМА) полиэтиленимином (ПЭИ), полиэтиленполиамином (ПЭПА) и поли-2-метил-5-винилпиридином (П2М5ВП), а также различными неорганическими и органическими кислотами (H2SO4, Н3РО4, S(CH2COOH)2> исследование их основных физико-химических и сорбционных свойств.
Научная новизна работы. Впервые осуществлен синтез ионообменных полимеров пространственной структуры на основе некоторых сополимеров ГМА. В результате проведенных исследований разработаны доступные и перспективные методы получения, установлены оптимальные условия синтеза анионообменников путем химического превращения сополимеров ГМА полиаминами алифатической и ароматической природы. Определены основные физико-химические характеристики и изучены сравнительные сорбционные способности анионитов по отношению к ионам переходных, благородных и редких металлов.
Получены новые сетчатые серо- и фосфорсодержащие катеониты с высокими физико-химическими характеристиками химической модификацией сополимеров ГМА серной, фосфорной и тиодигликолевой кислотами. Исследованы закономерности их образования, структура и свойства.
Методом потенциометрического титрования изучены
комплексообразующие свойства полученных анионитов. Впервые по универсальной компьютерной программе "PHMETR" определены константы устойчивости комплексов ионов переходных металлов с синтезированными ионитами и установлен их состав.
Впервые проведены квантово-химические расчеты электронного строения молекулы ГМА и модельных продуктов его взаимодействия с исходными веществами и анализ структуры синтезированных ионитов.
Практическая: .значимость работы. В результате проведенных исследований разработаны новые способы получения ионитов, которые могут быть использованы в гидрометаллургии для сорбции и разделения ионов цветных, благородных и редких металлов, а также в решении проблем охраны окружающей среды (очистка сточных вод), медицине и др.
Полученные результаты могут расширить существутощие представления о взаимодействии эпоксиакрилатов с различными мономерами.
Личный вклад автора заключается в выполнении экспериментальной части работы, проведении теоретических расчетов, анализе и самостоятельном обобщении полученных результатов.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и обсуждены на Республиканских научных конференциях (ИХН им. А.Б.Бектурова, г.Алматы, 1998, 1999 гг. и КазГУ им. Аль-Фараби, 1999г.), Международном микросимпозиуме «Colloids and surfaces» (Алматы, 1998г.), Международной конференции по аналитической химии (г.Алматы, 1998 г.), Международном симпозиуме «5Лс Symposium of Scientists and Turkic Languages Countries on Polymers and Polymer Composites (Алматы, 6-9 сентября, 1999г.), Международной конференции "Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде" (г. Семипалатинск, 2000 г.).
Публикации. По результатам работы опубликовано 7 статей, тезисы 5 докладов, получен 1 предпатент Республики Казахстан.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 124 страницах машинописного текста, иллюстрирована 28 рисунками, 30 таблицами и состоит из введения, трех глав, выводов и списка использованных источников из 241 наименования и приложения.
