Палладий — благородный металл из платиновой группы — на сегодняшний день широко применяется в промышленности. Всё благодаря особому сочетанию его физико-химических свойств: хорошей пластичности и ковкости, низкой температуры плавления, твёрдости и возможности прокатки. Это делает палладий важным компонентом металлических сплавов — в частности, белого золота.
Благодаря устойчивости к окислению металл используют в электронике и медицине для изготовления инструментов и протезирования; на основе соединений палладия создаются цитостатические препараты против рака. Из этого металла изготавливают катализаторы дожига топлива для автомобилей, чтобы уменьшить вредные выбросы в атмосферу, а ещё палладий — один из самых распространённых катализаторов в нефтехимии. Он обладает уникальным свойством поглощать водород, поэтому широко используется для его хранения 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. Поэтому как никогда актуальна задача определения низкого содержания палладия на фоне высокого содержания других элементов. Однако современные спектроскопические методы не позволяют определять палладий в таких образцах напрямую — не хватает чувствительности, а также мешает влияние матричных компонентов руды — особенно железа, которого в исследуемых образцах в десятки тысяч раз больше, чем палладия.
Недавно исследователи Сибирского федерального университета нашли экологичный способ высокоизбирательно извлекать из кислых сред только палладий. Они синтезировали особый сорбент для обнаружения и определения благородного металла — экономично расходуемый и с доступной стоимостью.
«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 созданного сорбента — оксид кремния (кремнезём), среди достоинств которого доступность и возможность придавать ему различные свойства: например, удельную поверхность, пористость, размер зёрен. Однако в роли сорбента сам по себе кремнезём не слишком эффективен и тем более неселективен. Придать оксиду кремния «узкую специализацию» помогли серосодержащие группы — учёные с помощью химической реакции закрепили их на поверхности зёрен, чтобы сделать кремнезём более «чувствительным» к палладию.
«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 кремнезёма. Многие модификаторы производятся промышленно, в частности, в России и Китае», — рассказала Елена Бородина.
Специальные химические группы 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 исследовательница.
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.
Учёные 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 составить целую шкалу, по которой количество палладия в растворе будет определяться яркостью окраски сорбента — чем его больше, тем ярче оранжевый цвет. Конечно, такая шкала позволит дать лишь предварительную и примерную оценку, много или мало ценного металла можно извлечь из раствора.
«Когда идёт 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 — всего 0,1 г на одну пробу раствора. К тому же, с экологической точки зрения он практически безопасен, в отличие, например, от классического лабораторного метода жидкостной экстракции, который использует загрязняющие среду органические растворители, усложняет условия труда и пагубно влияет на здоровье сотрудников, проводящих анализ.
В настоящее время учёные могут производить экологичный сорбент лабораторными партиями прямо на базе Научно-исследовательского инженерного центра СФУ. Перспективы практического использования у разработки большие. Сорбент может использоваться в аналитических лабораториях ГМК «Норильский никель», Красноярского завода цветных металлов и золота и других предприятий. Также сорбент может пригодиться, например, в таможнях, когда нужно проанализировать вывозимое или ввозимое в Российскую Федерацию сырьё.
