Thermodynamic and kinetic parameters of iodine extraction from chloride aqueous solutions

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Extraction is a versatile and relatively simple method for extracting rare and scattered elements, producing good results at minimal expenses in terms of reagents and equipment. Information about the thermal effects and kinetic dependencies of the extraction process is essential for predicting and counteracting fluctuations in external conditions. In this work, the thermodynamic and kinetic parameters of the iodine extraction process were studied using model solutions that contained sodium chloride with an ionic strength of 0–5 mol/l as a background mineralization. This composition closely corresponds to natural and man-made waters of oil and gas condensate fields. A mixture of tri-n-butyl phosphate and isooctane was used as the extractant. In order to evaluate thermodynamic parameters, extraction isotherms were constructed at temperatures of 278 and 288 K. For different background ionic strength values, equilibrium extraction parameters were determined, including the extraction degree, distribution coefficient and equilibrium constant, as well as changes in the enthalpy, entropy and Gibbs energy of the process. A study of the kinetic dependencies of iodine extraction from aqueous solutions under different ionic strength values at temperatures of 278, 288 and 293 K allowed the true and apparent orders of reaction to be established, along with the activation energy of the extraction process. Across the entire range of the studied ionic strength values, iodine extraction occurs spontaneously with high distribution coefficients and an extraction degree of over 86%. The kinetic parameters of the iodine extraction process (activation energy, temporal and concentration reaction order) indicate the diffusion nature of the rate-determining step, the presence of intermediate complexation stages and the absence of temperature effects on the reaction rate.

About the authors

P. A. Ponomareva

Orenburg State University

Email: pponomareva@narod.ru

O. N. Kanygina

Orenburg State University

Email: onkan@mail.ru

E. V. Salnikova

Orenburg State University

Email: salnikova_ev@mail.ru

References

  1. Кирюхин В. К., Швец В. М. Процессы формирования йодных вод. М.: Недра, 1980. 95 с.
  2. Ponomareva P. A., Salnikova E. V., Osipova E. A., Yudin A. A. Extraction of iodine from natural and technogenic waters // Trace Elements and Electrolytes. 2021. Vol. 38, no. 3. P. 153.
  3. Дошарова Д. Т., Сальникова Е. В., Веревка В. Н., Карева Е. Ю. Исследование термодинамических и кинетических параметров экстракции неодима из кислых сред // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2018. Т. 8. N 2. С. 39–47. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2018-8-2-39-47.
  4. Arkhipin A. S., Nesterov A. V., Kovalenko N. A., Uspenskaya I. A. Liquid – liquid equilibria in the water – nitric acid – europium nitrate – gadolinium nitrate – tributyl phosphate system at 298.15 K // Journal of Chemical and Engineering Data. 2021. Vol. 66, no. 4. P. 1694–1702. https://doi.org/10.1021/acs.jced.0c01006.
  5. Kurdakova S. V., Kovalenko N. A., Petrov V. G., Uspenskaya I. A. Liquid − liquid equilibria in multicomponent systems containing o-xylene, Di-(2- ethylhexyl) phosphoric acid, water, nitric acid, and europium (gadolinium, dysprosium) nitrate at 298.15 K // Journal of Chemical and Engineering Data. 2017. Vol. 62, no. 12. P. 4337–4343. https://doi.org/10.1021/acs.jced.7b00696.
  6. Kurdakova S. V., Zapolskih T. V., Kovalenko N. A., Uspenskaya I. A. Volumetric properties of the D2EHPA – o-xylene – neodymium (samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium) Di(2- ethylhexyl)phosphate systems at 298.15 K // Journal of Chemical and Engineering Data. 2018. Vol. 63, no. 10. P. 3839–3845. https://doi.org/10.1021/acs.jced.8b00487.
  7. Пат. № 2326810, Российская Федерация, C01B 7/14, B01D11/00. Способ извлечения йода / П. А. Пономарева, Э. В. Строева, М. А. Киекпаев; заявитель и патентообладатель Оренбургский государственный университет. Заявл. 12.09.2006; опубл. 20.06.2008. Бюл. № 17.
  8. Пат. № 2331576, Российская Федерация, C01B7/14, B01D11/00. Способ извлечения йода / А. С. Горяева, Ю. В. Гаврюшенко, Э. В. Строева, М. А. Киекпаев, П. А. Пономарева; заявитель и патентообладатель Оренбургский государственный университет. Заявл. 27.07.2006; опубл. 20.08.2008. Бюл. № 23.
  9. Сальникова Е. В., Кван О. В., Сизенцов А. Н. Показатели качества подземных вод Оренбургской области // Микроэлементы в медицине. 2017. Т. 18. N 1. С. 52–56.
  10. Skalny A. V., Salnikova E. V., Burtseva T. I., Skalnaya M. G., Tinkov A. A. Zinc, copper, cadmium, and lead levels in cattle tissues in relation to different metal levels in ground water and soil // Environmental Science and Pollution Research. 2019. Vol. 26, no. 1. P. 559–569. https://doi.org/10.1007/s11356-018-3654-y.
  11. Звягина О. А., Макорина О. Г., Дошарова Д. Т., Сальникова Е. В., Каныгина О. Н. Изучение влияния ионов Fe(III) на кинетические параметры экстракции неодима смесями экстрагентов различного состава // Фундаментальная наука и технологии – перспективные разработки: материалы XIX Международной научно-практической конференции (г. Северный Чарльстон, 10–11 июня 2019 г.). Северный Чарльстон: LuluPress Inc., 2019. С. 110–114.
  12. Пономарева П. А., Строева Э. В. Определение термодинамических и кинетических параметров экстракции йода ТБФ в смеси с изооктаном из бессолевых растворов // Химическая промышленность сегодня. 2007. N 12. С. 22–26.
  13. Восков А. Л., Коваленко Н. А., Куценок И. Б., Успенская И. А. Развитие расчетных методов в лаборатории химической термодинамики химического факультета МГУ // Журнал физической химии. 2019. Т. 93. N 10. С. 1445–1454. https://doi.org/10.1134/S0044453719100327.
  14. Ponomareva P. A., Yudin A. A. Thermodynamic parameters of iodine extraction by a mixture of aromatic and aliphatic extragents from aqueous solutions of various mineralization // Chemical Physics of Molecules and Polyfunctional Materials: Proceedings of the Japanese–Russian Conference, 9–11 December 2020, Hiroshima. Orenburg: OSU, 2021. P. 153–157.
  15. Пономарева П. А. Определение равновесных параметров экстракции иода смесями экстрагентов различной природы // Вестник Оренбургского государственного университета. 2017. N 9. С. 40–43.
  16. Коренман И. М. Экстракция в анализе органических веществ. М.: Химия, 1977. 200 с.
  17. Экстракция неорганических веществ / под ред. А. В. Николаева. Новосибирск: Наука, 1970. 311 с.
  18. Пономарева П. А. Равновесие экстракции йода смесью индивидуальных экстрагентов ароматического и алифатического ряда // Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры: материалы Международной научно-методической конференции (г. Оренбург, 25–27 января 2021 г.). Оренбург: ОГУ, 2021. С. 2814–2819.
  19. Сальникова Е. В., Скальный А. В., Осипова Е. А., Бурцева Т. И. Физико-химические методы исследования в анализе объектов окружающей среды (обзор) // Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2016. Т. 19. N 8. С. 32–36.
  20. Золотов Ю. А. Экстракция внутрикомплексных соединений. М.: Наука, 1968. 295 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).