Химия и химические технологии/5. Фундаментальные проблемы создания новых материалов и технологий
 

Кузнецова Д.К., Шамина О.А., к.х.н. Шачнева Е.Ю., д.х.н. Алыков Н.М.

 

Астраханский государственный университет, Россия

 

ИССЛЕДОВАНИЕ АДСОРБЦИИ ДОКСИЛАМИНА ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ АКТИВНЫМ УГЛЕМ

 

Целью работы явилось изучение адсорбции доксиламина на активном угле. Получены изотермы статической сорбции веществ из водных растворов, рассчитаны основные термодинамические характеристики сорбции, рассмотрена кинетика сорбции доксиламина [1-3].

Получение данных для построения градуировочного графика. В серию из 10 пробирок объемом 10 см3 вносили 0; 0,05; 0,1; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,5; 2,0 см3 раствора доксиламина с концентрацией 1·10-2 М, к раствору прибавляли по 2 см3 раствора метилового оранжевого и доводили объемы раствором хлороформом до 10 см3. Полученные растворы перемешивали и измеряли оптические плотности растворов при 430 нм в кювете толщиной 0,3 см относительно воды. По результатам измерений строили градуировочный график (рис.3.1) [47-51].

Изучение адсорбции доксиламина на активном угле. В серию из 10 пробирок объемом 10 см3  вносили 0; 0,05; 0,1; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,5; 2,0 см3 раствора доксиламина с концентрацией 1·10-2 М, доводили объем растворов до 6 см3 буферным раствором pH 3. В полученный раствор вносили по 0,2 г сорбента, встряхивали 3 мин, отстаивали, центрифугировали при 1500 об./мин. Сливали 5 см3 полученного раствора в пробирки, добавляли 2 см3 органического реагента метилового оранжевого и 5 см3 раствора хлороформа. Растворы стабилизировали добавлением кристаллов сульфата натрия. Полученные растворы перемешивали и измеряли оптические плотности растворов при 430 нм в кювете толщиной 0,3 см относительно воды. Опыты проводили при 277, 298, 313 К. Строили графические зависимости оптической плотности от концентрации доксиламина. По градуировочному графику, с использованием результатов опытов, определяли равновесные концентрации исследуемого вещества. Строили изотермы сорбции в координатах «сорбция (Г) - равновесная концентрация [c]». Сорбцию (Г) рассчитывали по уравнению (1):

                                                              (1)

где С0 – исходная концентрация сорбата, моль/дм3; V – объем исследуемого раствора, см3; [С] – остаточная (равновесная) концентрация сорбата, моль/дм3; M – молярная (или атомная) масса сорбата, г/моль; m – масса угля, г.

Изотермы сорбции были перерассчитаны в изотермы уравнения Ленгмюра в прямолинейной форме, а с их использованием были рассчитаны константы сорбции (К) и величины предельной сорбции (Г∞) при 277, 298 и 313 К.

По величинам констант сорбции были рассчитаны изменение энтальпии (DН) и изобарно-изотермического потенциала (DG), а с их использованием были рассчитаны значения изменения энтропии (DS) (2-4):

                                                                      (2)

                                                                       (3)

                                                                      (4)

Результаты опытов и расчетов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Основные характеристики сорбции доксиламина на активном угле

(n = 6, Р = 0,95, tp = 2,57)

Определяемая характеристика

Температура, К

Активный уголь

Константы сорбции · 10-2

277

0,28

298

0,34

313

0,35

-ΔG, кДж/моль

277

17,65

298

18,68

313

21,27

-ΔH, кДж/моль

1,33

-ΔS, Дж·моль/К

277

58,10

298

58,22

313

63,70

Емкость

сорбента (Г∞), мг/г

277

23,26

298

30,3

313

35,71

 

Анализ полученных результатов позволяет сделать заключение о том, что сорбция доксиламина на активном угле идет достаточно активно. Отрицательные значения энтальпии и изобарно-изотермического потенциала свидетельствуют о самопроизвольном характере процесса сорбции. Полученные результаты позволяют считать, что происходит образование прочных адсорбционных комплексов, при этом емкость угля по отношению к препарату достаточно высока.

Изучение кинетики сорбции доксиламина на активном угле. В колбу с раствором с определенной концентрацией доксиламина (1·10-2 М) вносили 2,0 г мелкораздробленного сорбента, одновременно включали секундомер, быстро перемешивали смесь. Отбирали в пробирку 10 см3 этого раствора. Через определенные промежутки времени отбирали пробы мутного раствора, отфильтровывали через стеклянный фильтр или центрифугировали их. Отбор проб проводили через определенные промежутки времени до 40 мин. Полученные растворы исследовали при температурах 298, 277 и 313 К. Из центрифужных пробирок каждой пробы отобрали пробу раствора по 5 см3 и вносили их в чистые пробирки, добавляли 2 см3 реагента – метиловый оранжевый и 5 см3 хлороформа. Смешивали, шприцом отбирали нижнею осветленную часть и измеряли оптическую плотность при 430 нм в кювете на 0,1 см относительно воды. По величинам оптической плотности были построены изотермы кинетики сорбции в координатах «оптическая плотность (А) – время (τ)».

По результатам исследований были рассчитаны константы кинетики сорбции, S# и Еакт раствора доксиламина на активном угле при температурах 277, 298 и 313 К:

,                                         (5)

где А0 – исходная оптическая плотность; Аi  – оптическая плотность в момент времени τ; τ – время, с.

По графикам Аррениуса в координатах «lnK – 1/T» рассчитаны величины энергии активации кинетики сорбции (Еакт), а также с использованием уравнения Эйринга изменение энтропии образования сорбционных комплексов (S#):

                               (6)

В уравнении (6) PZ0 – предэкспоненциальный фактор в уравнении Аррениуса, ∆S# - изменение энтропии активации формирования активированного комплекса, R – газовая постоянная, Т - температура.

Результаты расчетов констант кинетики сорбции, Еакт и ∆S# доксиламина на сорбенте активном угле приведены в табл. 2.

Таблица 2

Термодинамические характеристики кинетики сорбции

доксиламина на активном угле (n=6, Р=0,95, tp=2,57)

Определяемая характеристика

Температура, К

Активный уголь

Константы скоростей К×10-2 с-1 при температурах, К

277

0,54

298

0,56

313

1,25

Еакт, кДж/моль

В пределах от 277 до 313 К

1,69

-DS#,

Дж/моль×К

277

1,89

298

1,90

313

1,91

 

Практически для всех изученных сорбционных процессов характерен достаточно крутой начальный участок изотерм кинетики сорбции. Как видно из результатов опытов, сорбция протекает достаточно быстро, и заканчивается в течение минуты, что позволяет сделать вывод о том, что сорбат практически полностью сорбируется на активном угле.

Литература

1.        Машковский М.Д. Лекарственные средства // М.: ООО «Издат. Новая Волна». – 2002. – В 2 т. Т. 1. – 540 с. – 8 с. – ил.

2.        Шачнева Е.Ю., Алыков Н.М., Кузнецова Д.К., Шамина О.А. Влияние аминогликозидных препаратов на здоровье человека // «Научное творчество XXI века»: VI Межд. научн.-практ. конф. – Красноярск. – 2012. – С.375-380.

3.        Арзамасцев А.П. Фармацевтическая химия // М.: Изд. «РАМН». – 2004. -662 с.