Разделение этиленгликоля и солей щелочных металлов на углеродных нанотрубках и мозаичных мембранах

Для пробоподготовки к определению этиленгликоля (ЭГ) в его водно-солевых растворах разработан способ разделения ЭГ и солей щелочных металлов в водных растворах путем твердофазной экстракции на углеродных нанотрубках (УНТ) и методом диализа с отечественной мозаичной мембраной АК-45. Показано, что данные методы позволяют эффективно разделить компоненты водного раствора ЭГ + NaCl (KCl), что необходимо для газохроматографического определения ЭГ в указанных смесях. За счет гидрофобно-гидрофильных взаимодействий в системе ЭГ – вода – УНТ УНТ эффективно сорбируют ЭГ и практически не сорбируют хлорид калия. Коэффициенты разделения ЭГ и KCl на углеродных нанотрубках «Деалтом» лежат в интервале 7 – 15 (для 0,001 ≤≤ C_{0 ЭГ} ≤ 0,1 и 0,001 ≤ C_{0 KCl} ≤ 0,1 моль/дм³), степень извлечения ЭГ составляет 86 – 94 % при однократной экстракции, хлорид калия данными УНТ практически не сорбируется. Основой разделения ЭГ и солей щелочных металлов диализом с мозаичными мембранами является их высокая проницаемость для солей металлов и низкая проницаемость для ЭГ. За 4 ч диализа через мембрану АК-45 в NaCl-форме переносится 96 и 87 % NaCl (C₀ = 0,001 и 0,01 моль/дм³ соответственно), для KCl-формы — 86 и 82 % KCl соответственно. За то же время диализа через мембрану АК-45 переносится менее 3 % ЭГ (C₀ = 0,1 моль/дм³). Мозаичная мембрана АК-45 эффективно извлекает соли щелочных металлов из маломинерализованных водных растворов в отличие от традиционных ионообменных мембран, где данный перенос отсутствует вследствие явления Доннана. Коэффициенты разделения ЭГ и хлоридов щелочных металлов диализом с мембраной АК-45 лежат в интервале 13 – 38, что свидетельствует об эффективном разделении.

1. Mohammadi A. H., Richon D. Methane hydrate phase equilibrium in the presence of salt (NaCl, KCl, or CaCl2) + ethylene glycol or salt (NaCl, KCl, or CaCl2) + methanol aqueous solution: Experimental determination of dissociation condition / J. Chem. Thermodynamics. 2009. Vol. 41. P. 1374 – 1377.

2. Шулаев М. В., Баширов Р. Р., Емельянов В. М. Исследование адсорбционной очистки сточных вод производства органического синтеза с использованием промышленного отхода перлита / Башкирский хим. журн. 2009. Т. 16. № 3. С. 23 – 30.

3. Livesey J. F., Perkins S. L., Tokessy N. E., et al. Simultaneous Determination of Alcohols and Ethylene Glycol in Serum by Packed-or Capillary-Column Gas Chromatography / Clinical Chem. 1995. Vol. 41. N 2. P. 300 – 305.

4. Hong S., Duttweiler С. M., Lemley A. T. Analysis of methyl tert-butyl ether and its degradation products by direct aqueous injection onto gas chromatography with mass spectrometry or flame ionization detection systems / J. Chromatogr. A. 1999. Vol. 857. N 1 – 2. P. 205 – 216.

5. Бельцов В. А., Грибова Е. Д. Определение спиртов методом газовой хроматографии в пластовой воде: материалы студенческого научного форума. https://www.scienceforum.ru/2016/pdf/23960.pdf.

6. Постнов В. Н., Родинков О. В., Москвин Л. Н. и др. От углеродных наноструктур к высокоэффективным сорбентам для хроматографического разделения и концентрирования / Успехи химии. 2016. Т. 85. № 2. С. 115 – 138.

7. Бутырская Е. В., Белякова Н. В., Нечаева Л. С. и др. Сорбционные взаимодействия этиленгликоля с углеродными нанотрубками / Журн. физ. химии. 2017. Т. 91. № 3. С. 527 – 532.

8. Weinstein J. N., Caplan S. R. Charge-mosaic membranes: Dialytic separation of electrolytes from nonelectrolytes and amino acids / Science. 1970. Vol. 169. N 3943. P. 296 – 298.

9. Fukuda T., Yang W., Yamauchi A. KCl transport mechanism across charged mosaic membrane in KCl-sucrose mixed system / J. Membrane Sci. 2003. Vol. 212. N 1 – 2. P. 255 – 261.

10. Higa M., Masuda D., Kobayashi E., et al. Charge mosaic membranes prepared from laminated structures of PVA-based charged layers: 1. Preparation and transport properties of charged mosaic membranes / J. Membrane Sci. 2008. Vol. 310. N 1 – 2. P. 466 – 473.

11. Fujimoto T. Artificial membranes from multiblock copolymers 1. Fabrication of acharge-mosaic membrane and preliminary tests of dialysis and piezodialysis / J. Membrane Sci. 1984. Vol. 20. P. 313 – 324.

12. Sollner K. Uber mosaikmembranen / Bio. Chem. Z. 1932. Vol. 244. P. 370.

13. Neihof R., Sollner K. Quantitative Electrochemical Theory of the Electrolyte Permeability of Composite Membranes Composed of Selectively Anion-Permeable and Selectively Cation-Permeable Parts, and Its Experimental Verification. 1. An outline of the theory and its quantitative test in model systems with auxiliary electrodes / J. Phys. Colloid. 1950. Vol. 54. P. 157 – 176.

14. Neihof R., Sollner K. Quantitative Electrochemical Theory of the Electrolyte Permeability of Composite Membranes Composed of Selectively Anion-Permeable and Selectively Cation-Permeable Parts, and Its Experimental Verification. II. A quantitative test of the theory in model systems which do not involve the use of auxiliary electrodes / J. General Physiology. 1955. Vol. 33. P. 613 – 622.

15. Xu T. Ion exchange membranes: State of their development and perspective / J. Membrane Sci. 2005. Vol. 263. N 1 – 2. P. 1 – 29.

16. Kedem O., Katchalsky A. Permeability of composite membranes. Part 1. Electric current, volume flow and flow of solute through membranes / Trans. Faraday Soc. 1963. Vol. 59. P. 1918 – 1942.

17. Пат. 115240 РФ N20111102537/05. Комбинированные мембраны с заранее заданной избирательной селективностью: заявл. 24.01.11; опубл. 27.04. 12.

18. Butyrskaya E., Belyakova N., Nechaeva L., et al. Metal Salt and Non-Electrolyte Separation by Means of Dialysis Through the Composite Membranes / Amer. J. Anal. Chem. 2016. Vol. 7. P. 478 – 486.

19. Lin Y. S., Hsiao P. Y., Chieng C. C. Constructing a force interaction model for thermal conductivity computation using molecular dynamics simulation: Ethylene glycol as an example / J. Chem. Phys. 2011. Vol. 134. P. 154509.

20. Wu Y., Hudson J. S., Lu Q., et al. Coating Single-Walled Carbon Nanotubes with Phospholipids / J. Phys. Chem. B. 2006. Vol. 110. N 6. P. 2475 – 2478.

21. Berezkin V., Drugov Y. Gas Chromatography in Air Pollution Analysis / J. Chromatography Library. 1991. Vol. 49. P. 1 – 211.