Что показывает оранжевый цвет

Исследователи Сибирского федерального университета синтезировали особые сорбенты для обнаружения и определения палладия, способные высокоизбирательно извлекать из кислых сред только палладий. Сорбент экономично расходуется и имеет относительно невысокую стоимость.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Палладий — это благородный металл серебристо-белого цвета, который относится к металлам платиновой группы наряду с родием, иридием, платиной, рутением и осмием. Сегодня палладий широко применяется в промышленности благодаря особому сочетанию его физико-химических свойств: хорошей пластичности и ковкости, низкой температуре плавления, твердости и возможности прокатки. Все это делает палладий важным компонентом металлических сплавов — в частности, сплава золота с палладием (белое золото). Благодаря устойчивости к окислению металл используется в электронике и медицине для изготовления инструментов, протезирования, известны также цитостатические препараты на основе соединений палладия для лечения рака. Из палладия изготавливают катализаторы дожига топлива (в этом процессе устраняются частицы топлива, попавшие в отработанные газы), которые устанавливают в автомобилях для уменьшения вредных выбросов в атмосферу. Также палладий является одним из самых распространенных катализаторов в нефтехимии. Он обладает уникальным свойством поглощать водород — до 900 объемов на один объем металла, поэтому широко используется для хранения водорода и является основой водородной энергетики.

В относительно «чистом» самородном виде палладий встречается редко. В России его чаще всего получают из сульфидных медно-никелевых руд, где металл содержится в качестве сопутствующего компонента.

«В связи с расширением применения палладия в различных областях науки и техники актуальна задача определения низкого содержания палладия на фоне высокого содержания других сопутствующих элементов, поскольку в рудах палладий содержится на уровне 10-4%. Современные спектроскопические методы не позволяют определять палладий напрямую в данных образцах — не хватает чувствительности, а также сказывается мешающее влияние матричных компонентов руды, особенно железа, которого в исследуемых образцах больше, чем палладия, в десятки тысяч раз. Мы растворяем руду и концентраты в смесях кислот и затем при помощи нашего сорбента выделяем из раствора только палладий. Таким образом мы его концентрируем и устраняем мешающее влияние основных компонентов, исследуемых образцов»,— рассказала соавтор исследования, старший научный сотрудник научно-исследовательского инженерного центра «Кристалл» СФУ Елена Бородина.

Основа сорбента, синтезированного учеными,— оксид кремния (кремнезем). Одним из достоинств кремнезема является его доступность и возможность придавать ему различные свойства (удельную поверхность, пористость, размер зерен). Однако сам по себе кремнезем как сорбент не слишком эффективен и тем более неселективен. Чтобы сделать его более «чувствительным» к палладию, исследователи закрепили на поверхности зерен особые химические группы, которые взаимодействуют исключительно в кислых средах только с палладием и золотом. Апробация проводилась на примере руд и продуктов их технологической переработки ГМК «Норильский никель», расположенной на севере Красноярского края.

«Золото тоже извлекается вместе с палладием, однако в норильских рудах золота содержится мало, поэтому оно не мешает сорбции и определению палладия. Можно разработать также методику выделения и определения золота с помощью этого же сорбента, но это тема отдельного исследования»,— уточнила Елена Бородина.

По словам ученого, придать узкую «специализацию» кремнезему помогают серосодержащие группы, которые при помощи химической реакции закрепляют на поверхности кремнезема.

«Специальные вещества — модификаторы, которые являются кремнийорганическими соединениями, содержат, с одной стороны, функциональную группу, взаимодействующую с ионами палладия, а с другой — якорную кремнийсодержащую группу, взаимодействующую с поверхностью кремнезема. Многие модификаторы производятся промышленно, в частности, в России и Китае»,— продолжила исследователь.

Такой сорбент выглядит как обычный порошок белого цвета. Он предназначен не для промышленного получения палладия и не для его производства, а для того, чтобы определять палладий в технологических образцах в производственных лабораториях.

Исследователи отмечают, что белый цвет сорбента позволяет использовать его и для экспресс-тестов. Например, чтобы в первом приближении выяснять, много или мало палладия содержится в растворе. Дело в том, что соединение палладия, которое оседает на поверхности сорбента, имеет интенсивную оранжевую окраску. Можно взять несколько порций сорбента и «посадить» на него разное количество палладия. Получится шкала, в которой оранжевая окраска сорбента становится тем более яркой, чем больше палладия содержалось в растворе. После контакта раствора с сорбентом можно сравнить получившийся его цвет с цветовой шкалой и по степени окраски «оранжевости» дать предварительную оценку, много или мало ценного металла можно извлечь из раствора.

«Когда идет процесс производства, на различных его стадиях нужно определять содержание палладия — и в исходном сырье, и в полупродуктах, и в конечной продукции. Палладия и золота мало, а других компонентов много. С помощью нашего сорбента мы отделяем только палладий. Сорбент помещается в стеклянную колонку диаметром 0,3 см и высотой 8 см. Затем через колонку пропускается промышленный раствор, содержащий палладий. Палладий извлекается сорбентом и может быть “смыт” с него, а сорбент может быть повторно (не менее пяти раз) использован для выделения палладия. Мешающие компоненты остаются в прошедшем через колонку растворе. Палладий с сорбента полностью “смывается” небольшим количеством десорбирующего раствора, и уже этот раствор анализируют с помощью атомно-эмиссионного спектрометра с индуктивно связанной плазмой для установления точного содержания палладия»,— объяснила Елена Бородина.

Сорбента для анализа требуется совсем немного, и с экологической точки зрения он практически безопасен, в отличие от классического лабораторного метода жидкостной экстракции: там используют органические растворители, которые загрязняют окружающую среду, усложняют условия труда и влияют на здоровье сотрудников, производящих анализ. Для изучения одной пробы раствора и обнаружения в нем нужного металла требуется всего 0,1 г сорбента.

Ученые отметили, что в настоящее время могут производить экологичный сорбент прямо на базе Научно-исследовательского инженерного центра СФУ лабораторными партиями. Перспективы практического использования у разработки большие. Сорбент может использоваться в аналитических лабораториях предприятий ГМК «Норильский никель», Красноярского завода цветных металлов и золота и пр. Также сорбент может пригодиться в контролирующих организациях, таких как таможня, когда требуется проанализировать вывозимое или ввозимое в Российскую Федерацию сырье.

По материалам статьи.
Подготовлено при поддержке Минобрнауки