Известия Саратовского университета. Новая серия.

Серия Химия. Биология. Экология

ISSN 1816-9775 (Print)
ISSN 2541-8971 (Online)

Для цитирования:

Карагулова М. А., Кирилина Д. Р., Данилина В. В., Цесаренкова В. М., Черкасов Д. Г. Политермическое исследование фазового поведения и экстрактивной кристаллизации соли в тройной системе сульфат аммония – вода – полиэтиленгликоль-1500 // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2025. Т. 25, вып. 2. С. 171-183. DOI: 10.18500/1816-9775-2025-25-2-171-183, EDN: KIWLXE

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
скачать
(загрузок: 338)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Химия
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
544.344.016+536.445:544.344.013–16–14+66.061
DOI: 
10.18500/1816-9775-2025-25-2-171-183
EDN: 
KIWLXE

Политермическое исследование фазового поведения и экстрактивной кристаллизации соли в тройной системе сульфат аммония – вода – полиэтиленгликоль-1500

Авторы: 
Карагулова Мадина Альбековна, ООО «Нита-Фарм
Кирилина Диана Равилевна, ПАО «Озон Фармацевтика»
Данилина Вероника Владимировна, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Цесаренкова Виктория Максимовна, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Черкасов Дмитрий Геннадиевич, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Аннотация: 

Фазовые равновесия и растворимость изучены визуально-политермическим методом в смесях компонентов по девяти сечениям треугольника состава в интервале 10–70° С в тройной системе сульфат аммония – вода – полиэтиленгликоль-1500 (ПЭГ1500). Методом отношения объемов жидких фаз найдена зависимость составов растворов, соответствующих критическим точкам растворимости области расслоения, от температуры. Изотермические фазовые диаграммы изученной тройной системы построены при 10.0, 20.0, 40.0, 50.0 и 70.0о С, определена растворимость компонентов. Установлено, что в интервале 10.0–40.0º С на изотермических диаграммах существует треугольник эвтонического состояния. При всех температурах интервала исследования на изотермах реализуется монотектический треугольник с примыкающими полями насыщенных растворов и расслоения. Рассчитаны коэффициенты распределения ПЭГ-1500 между равновесными жидкими фазами монотектического состояния. Установлено, что сульфат аммония эффективно высаливает ПЭГ-1500 в интервале 10.0–70.0°С, при этом содержание органического компонента в водной фазе минимально (0.1–0.2 мас.%). Смеси компонентов изученной системы могут быть рекомендованы для экстракции гидрофильных молекул без введения другихсоединений. Установлено, что ПЭГ-1500 проявляет высокую эффективность как антирастворитель сульфата аммония, что позволяет извлекать этусоль с высокими выходами из ненасыщенных водных растворов при температурах, близких к стандартной. При понижении температуры и увеличении содержания ПЭГ-1500 в водно-солевой смеси выход кристаллов соли возрастает. Обнаружено, что для 38%-ного (мас.) раствора сульфата аммония при введении 60 мас.% ПЭГ-1500 максимальный выход кристаллов (96.4%) соли наблюдали при 30.0°С. 

Ключевые слова: 
расслаивание
фазовая диаграмма
растворимость
экстрактивная кристаллизация
сульфат аммония
полиэтиленгликоль-1500
Список источников: 
  1. Nouri E., Khayati G. A. Review of background and application of ATPSs in protein and enzyme extraction // J. Solution Chem. 2024. Vol. 53, № 10. P. 1–35. https://doi.org/10.1007/s10953-024-01380-w  
  2. Chen Y., Liu X., Lu Y., Zhang X. Investigation of gallium partitioning behavior in aqueous two-phase systems containing polyethylene glycol and ammonium sulfate // J. Chem. Eng. Data. 2009. Vol. 54, № 7. P. 2002–2004. https://doi.org/10.1021/je8008446  
  3. Bulgariu L., Bulgariu D., Sârghie I., Măluṭan T. Cd (II) extraction in PEG-based two-phase aqueous systems in the presence of iodide ions. Analysis of PEG-rich solid phases // Open Chem. 2007. Vol. 5, № 1. P. 291–302. https://doi.org/10.2478/s11532-006-0048-7  
  4. Gao Y. L., Peng Q. H., Li Z. C., Li Y. G. Thermodynamics of ammonium sulfate–polyethylene glycol aqueous two-phase systems. Part1. Experiment and correlation using extended uniquac equation // Fluid Phase Equilib. 1991. Vol. 63, № 1-2. P. 157–171. https://doi.org/10.1016/0378-3812(91)80028-T  
  5. Lemos L. R., Rocha Patrício P., Rodrigues G. D., Carvalho R. M. M., Silva M. C. H., Silva, L. H. M. Liquid-liquid equilibrium of aqueous two-phase systems composed of poly (ethylene oxide) 1500 and different electrolytes ((NH4)2SO4, ZnSO4 and K2HPO4): Experimental and correlation // Fluid Phase Equilib. 2011. Vol. 305, № 1. P. 19–24. https://doi.org/10.1016/j.fluid.2011.03.001  
  6. Bulgariu L., Bulgariu D. Extraction of gold (III) from chloride media in aqueous polyethylene glycol-based two-phase system // Sep. Purif. Technol. 2011. Vol. 80, № 3. P. 620–625. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2011.06.018  
  7. Mokhodoeva O., Rudik I., Shkinev V., Maryutina T. Countercurrent chromatography approach to palladium and platinum separation using aqueous biphasic system // J. Chromatogr. A. 2021. Vol. 1657. P. 578–581. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2021.462581  
  8. Levina A. V., Fedorova M. I., Zakhodyaeva Y. A., Voshkin A. A. On the interphase distribution of nickel (II) and vanadium (IV) ions in a system based on PEG-1500 // Theor. Found. Chem. Eng. 2023. Vol. 57, № 4. P. 720–724. https://doi.org/10.1134/S0040579523040206  
  9. Rosa M. E., Mendes M. S., Belchior D. C., Coutinho J. A., Silva F. A., Freire M. G. Enhancing biomarker detection in human serum for lung cancer diagnosis: Aqueous biphasic systems for simultaneous depletion of high-abundance proteins and efficient extraction of CYFRA 21-1 // Adv. Sample Prep. 2024. Vol. 10. Art. 100116. https://doi.org/10.1016/j.sampre.2024.100116  
  10. Nascimento S. S., Santos V. S. V., Watanabe E. O., Souza Ferreira J. Assessment of the purification of phycobiliproteins in cyanobacteria through aqueous two-phase systems with different proportions of PEG/salt // FBP. 2020. Vol. 119. P. 345–349. https://doi.org/10.1016/j.fbp.2019.11.020  
  11. González-Amado M., Tavares A. P., Freire M. G., Soto A., Rodríguez O. Recovery of lactose and proteins from cheese whey with poly (ethylene) glycol/sulfate aqueous two-phase systems // Sep. Purif. Technol. 2021. Vol. 255. Art. 117686. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2020.117686  
  12. Liu Y., Zhu H., Li S., Ren X., Xu Q., Wang S., Wu X. Solubility of naphthalene in the top phase of polyethylene glycol and ammonium sulfate aqueous two-phase systems // J. Chem. Eng. Data. 2023. Vol. 68, № 8. P. 2045–2054. https://doi.org/10.1021/acs.jced.3c00215  
  13. Martins J. P., Carvalho C. P., Silva L. H. M., Coimbra J. S. R., Silva M. C. H., Rodrigues G. D., Minim L. A. Liquid-liquid equilibria of an aqueous two-phase system containing poly(ethylene) glycol 1500 and sulfate salts at different temperatures // J. Chem. Eng. Data. 2008. Vol. 53, № 1. P. 238–241. https://doi.org/10.1021/je700538z  
  14. Nemati-Kande E., Azizi Z., Mokarizadeh M. Phase diagrams of PEG 1000, 1500, 2000, 4000, 6000 + lithium citrate + water ATPSs, and the partitioning of salbutamol at T= 298.15 K // Sci. Rep. 2023. Vol. 13, № 1. Art. 1045. https://doi.org/10.1038/s41598-023-28046-9  
  15. Zakhodyaeva Y. A., Rudakov D. G., Solov'ev V. O., Voshkin A. A., Timoshenko A. V. Liquid-liquid equilibrium of aqueous two-phase system composed of poly (ethylene oxide) 1500 and sodium nitrate // J. Chem. Eng. Data. 2019. Vol. 64, № 3. P. 1250–1255. https://doi.org/10.1021/acs.jced.8b01138  
  16. Fedorova M. I., Zakhodyaeva Y. A., Zinov'eva I. V., Voshkin A. A. Recovery of rare-earth elements from nitrate solutions using polyethylene glycol 1500 // Russ. Chem. Bull. 2020. Vol. 69, № 7. P. 1344–1348. https://doi.org/10.1007/s11172-020-2908-2  
  17. Zakhodyaeva Y. A., Zinov'eva I. V., Tokar E. S., Voshkin A. A. Complex extraction of metals in an aqueous two-phase system based on poly (ethylene oxide) 1500 and sodium nitrate // Molecules. 2019. Vol. 24, № 22. P. 1201–1207. https://doi.org/10.3390/molecules24224078  
  18. Fedorova M. I., Levina A. V., Zakhodyaeva Y. A., Voshkin A. A. Interphase distribution of V(IV) in the polyethylene glycol 1500–sodium nitrate–water system // Theor. Found. Chem. Eng. 2020. Vol. 54, № 4. P. 604–609. https://doi.org/10.1134/S0040579520040211  
  19. Hammer S., Pfennig A., Stumpf M. Liquid-liquid and vapor-liquid equilibria in water + poly (ethylene glycol) + sodium sulfate // J. Chem. Eng. Data. 1994. Vol. 39, № 3. P. 409–413. https://doi.org/10.1021/je00015a002  
  20. Pirdashti M., Bozorgzadeh A., Ketabi M., Khoiroh I. Phase equilibria of aqueous mixtures of PEG with formate salt: Effects of pH, type of cation, polymer molecular weight and temperature // Fluid Phase Equilib. 2019. Vol. 485. P. 158–167. https://doi.org/10.1016/j.fluid.2018.12.021  
  21. Shahrokhi B., Pirdashti M., Mobalegholeslam P., Rostami A. A. Liquid-liquid equilibrium and physical properties of aqueous mixtures of poly (ethylene glycol) with zinc sulfate at different pH values: Experiment, correlation, and thermodynamic modeling // J. Chem. Eng. Data. 2017. Vol. 62, № 3. P. 1106–1118. https://doi.org/10.1021/acs.jced.6b00950  
  22. Carvalho C. P., Coimbra J. S. R., Costa I. A. F., Minim L. A., Maffia M. C., Silva L. H. M. Influence of the temperature and type of salt on the phase equilibrium of PEG 1500 + potassium phosphate and PEG 1500 + sodium citrate aqueous two-phase systems // Quim. Nova. 2008. Vol. 31, № 2. P. 209–213. https://doi.org/10.1590/S0100-40422008000200004  
  23. Oliveira R. M., Coimbra J. S. R., Minim L. A., Silva L. H. M., Ferreira Fontes M. P. Liquid-liquid equilibria of biphasic systems composed of sodium citrate + polyethylene (glycol) 1500 or 4000 at different temperatures // J. Chem. Eng. Data. 2008. Vol. 53, № 4. P. 895–899. https://doi.org/10.1021/je7004209  
  24. Киргинцев А. Н., Трушникова Л. Н., Лаврентьева В. Г. Растворимость неорганических веществ в воде : справочник. Л. : Химия, 1972. 248 c.  
  25. Справочник по растворимости. Бинарные системы / под ред. В. В. Кафарова. М. ; Л. : Изд-во АН СССР, 1963. Т. 1, кн. 1, 2. 1960 с.  
  26. Зубарев К. Е., Климова Я. С., Суворова Н. И., Черкасов Д. Г. Диаграмма растворимости двойной системы вода – ПЭГ-1500 в интервале −20–50°C // XII Международное Курнаковское совещание по физико-химическому анализу : сб. статей (Санкт-Петербург, 27–29 сентября 2022 г.). СПб. : С.-Петербургский политехнический университет Петра Великого, 2022. С.116–117. EDN: BILWII  
  27. Аносов В. Я., Озерова М. И., Фиалков Ю. Я. Основы физико-химического анализа. М. : Наука, 1976. 503 c.  
  28. Ильин К. К., Черкасов Д. Г. Топология фазовых диаграмм тройных систем соль – два растворителя с всаливанием – высаливанием. Саратов : Изд-во Сарат. ун-та, 2020. 212 с.  
  29. Трейбал Р. Жидкостная экстракция. М. : Химия, 1966. 724 с.  
  30. Danilina V. V., Klimova Ya. S., Il'in K. K., Smotrov M. P., Cherkasov D. G. Physicochemical rationale for the method of extractive crystallization of salts based on the analysis of the phase diagrams of salt–water–amine ternary systems // Russ. J. Phys. Chem. A. 2024. Vol. 98, № 14. P. 3271–3282. https://doi.org/10.1134/S0036024424702789
Поступила в редакцию: 
21.02.2025
Принята к публикации: 
12.03.2025
Опубликована: 
30.06.2025
Краткое содержание:
скачать
(загрузок: 206)