Sorption of boric acid using polycondensation anion exchangers

Abstract

The article presents the results of a study the influence of such factors as pH, temperature, and boric acid concentration on the boron sorption behavior in model aqueous solutions under static conditions by various forms of polycondensation anion exchangers based on monoethanolamine and epichlorohydrin (SB-1) and pyrocatechol and formaldehyde (SB-7). The hydroxyl-form polycondensation anion exchangers, as well as polymerization ones, have a higher sorption activity and selectivity for boron compared to anion exchangers in the boron salt forms, while SB-1 anion exchanger containing aminooxyethyl functional groups possesses the highest sorption activity and selectivity to boron. The established relationships and results of kinetic and IR spectroscopic studies have revealed that the sorption of boric acid by SB-1 anion exchanger is carried out by two complementary mechanisms. They are: 1) chemisorption of boric acid by OH groups of the anion exchanger, accompanied by the formation of the mononuclear borate anion exchanger, [B(OH4)]−, followed by the formation of polynuclear forms of boron, [B4O5(OH)4]2− in the sorbent phase and 2) complex formation of tetraborate anions with the nitrogen atom in aminooxyethyl groups. This fact explains occurring super-equivalent sorption of boron from boric solutions at a concentration more than 0.057 M and pH 5.0–7.5. © 2021. All Rights Reserved.

Представлены результаты исследований влияния рН, температуры, концентрации бора на его сорбционное извлечение из модельных водных растворов в статических условиях различными формами анионитов поликонденсационного типа, синтезированных на основе моноэтаноламина и эпихлоргидрина (СБ-1) и пирокатехина и формальдегида (СБ-7). Показано, что химическая природа полимерной матрицы и функциональных групп анионитов оказывает существенное влияние на величину сорбции бора. Аниониты поликонденсационного типа в гидроксильной форме, также как и полимеризационного типа, имеют более высокие значения сорбционного извлечения бора по сравнению с его солевыми формами, при этом преимущественной сорбционной активностью и селективностью к бору обладает анионит СБ-1, содержащий аминооксиэтильные функциональные группы. Экспериментальные результаты подтверждают отсутствие процесса равновесного насыщения сорбента кислородсодержащими соединениями бора во всем интервале исследуемых значений рН. Кривые сорбционного извлечения бора при разной кислотности среды имеют ярко выраженный экстремум, который смещается в сторону повышения значений величины рН раствора. Установленные зависимости влияния перечисленных факторов, а также результаты кинетических и ИК-спектроскопических исследований указывают на то, что сорбция борной кислоты анионитом СБ-1 осуществляется двумя взаимодополняющими механизмами: хемосорбция борной кислоты с ОН-группами анионита, сопровождающаяся процессом образования моноядерного борат-аниона состава [В(ОН4)]-, с последующим образованием в фазе анионита полиядерных форм бора состава [В4О5(ОН)4]2- и комплексообразование тетра-борат аниона с атомом азота аминооксиэтильных групп, что и объясняет наличие сверхэквивалентной сорбции бора из растворов борной кислоты с концентрацией 0,057 моля/дм3 и выше в интервале значений рН 5,0-7,5.