Политермическое исследование растворимости компонентов и фазовых равновесий тройной системы вода – дипропиламин – диизопропиламин для экстракционной практики

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Фазовые равновесия, взаимная растворимость компонентов и критические явления изучены визуально-политермическим методом в смесях компонентов тройной системы вода – дипропиламин – диизопропиламин в интервале –5–90°C. Политермы фазовых состояний были построены по четырнадцати сечениям треугольника состава. В смесях компонентов обнаружено расслоение на две жидкие фазы. При температурах ниже 0°C в ряде смесей наблюдалось образование насыщенных растворов с твердой фазой льда. Методом отношения объемов жидких фаз найдена температурная зависимость составов смесей, отвечающих критическим точкам растворимости. Растворимость компонентов определена при двенадцати температурах и изотермические фазовые диаграммы построены при –5.0, –4.7, –3.0, –2.0, –1.9, 0.0, 10.0, 15.0, 25.0, 27.3, 30.0 и 90.0°C. Топологическая трансформация фазовой диаграммы тройной системы с изменением температуры характерна для тройных жидкостных систем с одной входящей двойной жидкостной системой с преобладающим взаимодействием компонентов. Во всем температурном интервале исследования такой системой является дипропиламин – диизопропиламин. Установлено, что при 27.3–90.0°C на фазовой диаграмме существует поле расслоения, простирающееся от стороны треугольника состава вода – дипропиламин до стороны вода – диизопропиламин. Ниже 27.3°C поле двух жидких фаз примыкает к стороне концентрационного треугольника вода – дипропиламин. В интервале –4.7 – –1.9°C расслоение становится метастабильным. С понижением температуры взаимная растворимость компонентов возрастает и площадь поля двух жидких фаз уменьшается. Отмечается возможность применения смеси дипропиламин – диизопропиламин при экстракционном извлечении воды и экстрактивной кристаллизации солей из водных растворов, для опреснения морской воды и гиперсоленых растворов.

Full Text

Restricted Access

About the authors

M. П. Смотров

Саратовский национальный исследовательский университет им. Н.Г. Чернышевского, Институт химии

Email: dgcherkasov@mail.ru
Russian Federation, Саратов

В. В. Данилина

Саратовский национальный исследовательский университет им. Н.Г. Чернышевского, Институт химии

Email: dgcherkasov@mail.ru
Russian Federation, Саратов

К. К. Ильин

Саратовский национальный исследовательский университет им. Н.Г. Чернышевского, Институт химии

Email: dgcherkasov@mail.ru
Russian Federation, Саратов

Д. Г. Черкасов

Саратовский национальный исследовательский университет им. Н.Г. Чернышевского, Институт химии

Author for correspondence.
Email: dgcherkasov@mail.ru
Russian Federation, Саратов

References

  1. Bao H., Zhou B., Luo S.-P., Xu Z., Jin H., Liu Y. P/N Heteroleptic Cu(I)-photosensitizer-Catalyzed Deoxygenative Radical Alkylation of Aromatic Alkynes with Alkyl Aldehydes Using Dipropylamine as a Traceless Linker Agent // ACS Catalysis. 2020. V. 10. № 14. P. 7563.
  2. Personne H., Siriwardena T.N., Javor S., Reymond J.-L. Dipropylamine for 9-Fluorenylmethyloxycarbonyl (Fmoc) Deprotection with Reduced Aspartimide Formation in Solid-Phase Peptide Synthesis // ACS Omega. 2023. V. 8. № 5. P. 5050.
  3. Zhang X.-Y., Zheng L., Guan B.-T. Lithium Diisopropylamide Catalyzed Allylic C–H Bond Alkylation with Styrenes // Org. Lett. 2018. V. 20. № 22. P. 7177.
  4. Algera R.F., Ma Y., Collum D.B. Sodium Diisopropylamide in Tetrahydrofuran: Selectivities, Rates, and Mechanisms of Alkene Isomerizations and Diene Metalations // J. Amer. Chem. Soc. 2017. V. 139. № 33. P. 11544.
  5. Ma Y., Algera R.F., Collum D.B. Sodium Diisopropylamide in N,N-Dimethylethylamine: Reactivity, Selectivity, and Synthetic Utility // J. Org. Chem. 2016. V. 81. № 22. P. 11312.
  6. Nxumalo W., Dinsmore A. Magnesiation of N-Heterocycles Using i-PrMgCl · LiCl and Catalytic Diisopropylamine // Synth. Commun. 2015. V. 45. № 21. P. 2478.
  7. Xue F., Zhou X., Zhou R., Zhou X., Xiao D., Gu E., Guo X., Xiang J., Wang K., Yang L., Zhong W., Qin. Y. Improvement of the C-glycosylation Step for the Synthesis of Remdesivir // Org. Process Res. Dev. 2020. V. 24. № 9. P. 1772.
  8. Dong G., Chen Q., Jiang F., Yu D., Mao Q., Xia W., Shi R., Wang J., Xu L. Diisopropylamine dichloroacetate enhances radiosensitization in esophageal squamous cell carcinoma by increasing mitochondria-derived reactive oxygen species levels // Oncotarget. 2016. V. 7. № 42. P. 68170.
  9. Kozhevnikova A.V., Zinov’eva I.V., Milevskii N.A., Zakhodyaeva Y.A., Voshkin A.A. Complex extraction of rare earth elements from nitrate solutions with a tri-n-octylamine-octanoic acid bifunctional ionic liquid // J. Mol. Liq. 2023. V. 390. Part B. 123073.
  10. Orabi A.H., Mohamed B.T., Ismaiel D.A., Elyan S.S. Sequential separation and selective extraction of uranium and thorium from monazite sulfate leach liquor using dipropylamine extractant // Miner. Eng. 2021. V. 172. 107151.
  11. Haghtalab A., Asadi E., Shahsavari M. High-Pressure Vapor–Liquid Equilibrium Measurement of CO2 Solubility into Aqueous Solvents of (Diisopropylamine + L-Lysine) and (Diisopropylamine + Piperazine + L-Lysine) at Different Temperatures and Compositions // J. Chem. Eng. Data. 2021. V. 66. № 11. P. 4254.
  12. Wanderley R.R., Ponce G.J.C., Knuutila H.K. Solubility and Heat of Absorption of CO2 into Diisopropylamine and N,N-Diethylethanolamine Mixed with Organic Solvents // Energy Fuels. 2020. V. 34. № 7. P. 8552.
  13. Wagaarachchige J.D., Idris Z., Arstad B., Kummamuru N.B., Sætre K.A. S., Halstensen M., Jens K.-J. Low-Viscosity Nonaqueous Sulfolane–Amine–Methanol Solvent Blend for Reversible CO2 Capture // Ind. Eng. Chem. Res. 2022. V. 61. № 17. P. 5942.
  14. Zhang Y., Liu D., Dai, S., Lu H. Surfactant-Free Microemulsion Based on CO2-Induced Ionic Liquids // J. Phys. Chem. B. 2019. V. 123. № 42. P. 9024.
  15. Javed N., Salman M., Pachon E. R., Huang S., Liu X., He M. Separation of CO2 and TFE by using diethanolamine and diisopropylamine // Sep. Sci. Technol. 2024. V. 59. № 2. Р. 193.
  16. Wang Y.-G., Niu Z.-S., Shen J., Bai L., Niu Y.-X., Wei X.-Y., Li R.-F., Zhang J., Zou W.-Y. Extraction of direct coal liquefaction residue using dipropylamine as a CO2-triggered switchable solvent // Fuel Process. Technol. 2017. V. 159. P. 27.
  17. Cherkasov D.G., Il’In K.K. Polythermal study of the salting-out of triethylamine from aqueous solutions with sodium nitrate // Russ. J. Appl. Chem. 2011. V. 84. № 3. P. 388. [Черкасов Д.Г., Ильин К.К. Политермическое исследование высаливания триэтиламина из водных растворов нитратом натрия // Журн. прикл. химии. 2011. Т. 84. № 3. С. 396.]
  18. Il’in K.K., Cherkasov D.G., Kurskii V.F. Phase equilibria and critical phenomena in a sodium nitrate–water–diethylamine ternary system // Russ. J. Phys. Chem. 2010. V. 84. № 3. P. 370. [Ильин К.К., Черкасов Д.Г., Курский В.Ф. Фазовые равновесия и критические явления в тройной системе нитрат натрия–вода–диэтиламин // Журн. физ. химии. 2010. Т. 84, № 3. С. 434.]
  19. Межуева М.А., Данилина В.В., Курский В.Ф., Черкасов Д.Г. Экстрактивная кристаллизация соли и фазовые равновесия в тройной системе нитрат натрия – вода – дипропиламин // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Химия. Биология. Экология. 2019. Т. 19. Вып. 4. С. 401. [Mezhueva M.A., Danilina V.V., Kurskiy V.F., Cherkasov D.G. Extractive Crystallization of Salt and Phase Equilibria in the Ternary System Sodium Nitrate – Water – Dipropylamine // Izv. Saratov Univ. (N. S.), Ser. Chemistry. Biology. Ecology. 2019. V. 19. № 4. P. 401.]
  20. Cherkasov D.G., Danilina V.V., Il’in K.K. Phase Equilibria, Critical Phenomena, and Extractive Crystallization of the Salt in the Sodium Chloride–Water–Diisopropylamine Ternary System // Rus. J. Inorg. Chem. 2021. V. 66. № 6. P. 883. [Черкасов Д.Г., Данилина В.В., Ильин К.К. Фазовые равновесия, критические явления и экстрактивная кристаллизация соли в тройной системе хлорид натрия–вода–диизопропиламин // Журн. неорган. химии. 2021. T. 66. № 6. C. 785.]
  21. Davison R.R., Smith W.H., Hood D.W. Structure and Amine–Water Solubility in Desalination by Solvent Extraction // J. Chem. Eng. Data. 1960. Vol. 5. № 4. P. 420.
  22. Shah K.M., Billinge I.H., Chen X., Fan H., Huang Y., Winton R.K., Yip N.Y. Drivers, challenges, and emerging technologies for desalination of high-salinity brines: A critical review // Desalination. 2022. V. 538. 115827.
  23. Barbosa G.D., Dach E., Liu X., Yip N.Y., Turner C.H. Computational and experimental study of different brines in temperature swing solvent extraction desalination with amine solvents // Desalination. 2022. V. 537. 115863.
  24. Shah K.M., Dach E., Winton R., Fan H., Yip N.Y. Phase equilibria insights into amine-water-NaCl interactions in liquid-liquid biphasic systems for temperature swing solvent extraction desalination // Desalination. 2023. V. 548. 116259.
  25. Boo C., Billinge I.H., Chen X., Shah K.M., Yip N.Y. Zero Liquid Discharge of Ultrahigh Salinity Brines with Temperature Swing Solvent Extraction // Environ. Sci. Technol. 2020. V. 54. № 14. P. 9124.
  26. Boo C., Winton R.K., Conway K.M., Yip N.Y. Membrane-less and Non-evaporative Desalination of Hypersaline Brines by Temperature Swing Solvent Extraction // Environ. Sci. Technol. Lett. 2019. V. 6. P. 359.
  27. Panagopoulos A., Haralambous K.-J. Environmental impacts of desalination and brine treatment – Challenges and mitigation measures // Mar. Pollut. Bull. 2020. V. 161. 111773.
  28. Boo С., Qi H., Billinge I.H., Shah K.M., Fan H., Yip N.Y. Thermomorphic Hydrophilicity Base-Induced Precipitation for Effective Descaling of Hypersaline Brines // ACS ES&T Eng. 2021. V.1. № 9. P. 1351.
  29. Choi O.K., Seo J.H., Kim G.S., Hendren Z., Kim G.D., Kim D., Lee J.W. Non-membrane solvent extraction desalination (SED) technology using solubility-switchable amine // J. Hazard. Mater. 2021. V. 403. 123636.
  30. Sappidi P., Barbosa G., Rabideau B.D., Weinman S.T., Turner C.H. Molecular Simulation of High-Salinity Brines in Contact with Diisopropylamine and Tripropylamine Solvents // Ind. Eng. Chem. Res. 2021. V. 60. № 21. P. 7917.
  31. Barbosa G.D., Turner C.H. Computational Assessment of an Amine-Based Solvent Library for High-Salinity Brine Desalination // Ind. Eng. Chem. Res. 2023. V. 62. N 20. P. 8033.
  32. Theodore L., Dupont R.R. Introduction to Desalination: Principles, Processes, and Calculations. John Wiley & Sons, 2022.
  33. Смотров М.П., Уметчиков В.А., Данилина В.В., Черкасов Д.Г. Фазовые равновесия и растворимость компонентов в двойной системе вода–дипропиламин // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Химия. Биология. Экология. 2018. Т. 18. Вып. 4. С. 378. [Smotrov M.P., Umetchikov V.A., Danilina V.V., Cherkasov D.G. Phase Equilibria and Component Solubility in the Binary System Water+Dipropylamine. // Izv. Saratov Univ. (N. S.), Ser. Chemistry. Biology. Ecology. 2018. V. 18. № 4. P. 378.]
  34. Jackson W.M., Drury J.S. Miscibility of Organic Solvent Pairs. 1959. Ind. Eng. Chem. V. 51. № 12. P. 1491.
  35. Химическая энциклопедия. Т. 1–5. / Под ред. Кнунянц И.Л. М.: Сов. энциклопедия, 1988–1998.
  36. Ильин К.К., Черкасов Д.Г. Топология фазовых диаграмм тройных систем соль – два растворителя с всаливанием – высаливанием. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2020.
  37. Никурашина Н.И., Мерцлин Р.В. Метод сечений. Приложение его к изучению многофазного состояния многокомпонентных систем. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1969.
  38. Trofimova M., Sadaev A., Samarov A., Toikka M., Toikka A. Solubility, liquid-liquid equilibrium and critical states for the quaternary system formic acid – ethanol – ethyl formate – water at 298.15 K and 308.15 K // Fluid Phase Equilib. 2019. V. 485. P. 111.
  39. Toikka M., Sadaeva A., Samarov A., Toikka A. Solubility and critical surface in the system propionic acid–ethanol–ethyl propionate–water at 293.15, 303.15 and 313.15 K // J. Chem. Thermodyn. 2019. V. 132. P. 113.
  40. Trofimova M., Sadaev A., Samarov A., Golikova A., Tsvetov N., Toikka M., Toikka A. Liquid-liquid equilibrium of acetic acid – ethanol – ethyl acetate – water quaternary system: Data review and new results at 323.15 K and 333.15 K // Fluid Phase Equilib. 2020. V. 503. 112321.
  41. Toikka A.M., Gorovits B.I., Toikka M.A. Thermodynamic Analysis of Peculiarities of the State Diagrams of Chemically Reacting Systems in the Vicinity of Critical Points // Russ. J. Phys. Chem. 2022. V. 96. № 3. P. 478. [Тойкка А.М., Горовиц Б.И., Тойкка М.А. Термодинамический анализ особенностей диаграмм состояния химически реагирующих систем в окрестности критических точек // Журн. физ. химии. 2022. Т. 96. № 3. С. 332.]
  42. Misikov G.K., Petrov A.V., Toikka A.M. Аpplication of artificial neural networks for the analysis of data on liquid–liquid equilibrium in three-component systems // Theor. Found. Chem. Eng. 2022. Т. 56. № 2. С. 200. [Мисиков Г.Х., Петров А.В., Тойкка А.М. Применение метода искусственных нейронных сетей для анализа данных о равновесии жидкость–жидкость в трехкомпонентных системах // Теорет. основы хим. технологии. 2022. Т. 56. № 2. С. 197.]

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Polytherms of phase states in sections III (a) and XIII (b) of the concentration triangle of the ternary system water – dipropylamine – diisopropylamine (ℓ – homogeneous state, ℓ₁+ℓ₂ – two liquid phases, ℓ+S – saturated solutions).

Download (4KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Content of diisopropylamine and dipropylamine in critical solutions with liquid-liquid equilibrium in the ternary system water – dipropylamine – diisopropylamine depending on temperature. K is the composition of the solution corresponding to the lower critical point of the binary system water – diisopropylamine. K’ is the composition of the solution corresponding to the lower critical point of the binary system water – dipropylamine (metastable state).

Download (3KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Isothermal phase diagrams (wt.%) of the ternary system water – dipropylamine – diisopropylamine at 90.0, 30.0, 27.3, 25.0, 15.0 and 10.0°C. Solid lines separate the fields of phase states; thin dotted lines show the position of the sections on the concentration triangle.

Download (11KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Isothermal phase diagrams (wt.%) of the ternary system water – dipropylamine – diisopropylamine at 0.0, –1.9, –2.0, –3.0, –4.7 and –5.0°C. Solid lines separate the fields of phase states; thin dotted lines show the position of the sections on the concentration triangle.

Download (11KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».