Study of the thermal decomposition of cellulose-hyphan and its complexes with some transition and indium metal ions

Abstract

The studied complexes formed by the chelating ion exchanger were characterized by reflectance and infrared spectrometry. The thermal degradation of pure cellulose-hyphan (CH) and its complexes with Hg²⁺, In³⁺, Cr³⁺, Mo⁴⁺ and Mn²⁺ under an atmosphere of air has been studied using thermal gravimetry (TG) and differential thermal analysis (DTG). The results showed that four different stages are accompanying the decomposition of (CH) and its complexes with the studied metals. These stages were found to be affected by the presence of the investigated metal ions. On the bases of the applicability of a non-isothermal kinetic equation it was found to be a first-order reaction with the rate of degradation,k, ranging from 8.3·10⁻⁵ to 6.2·10⁻³ for (CH) and from 1.7·10⁻⁵ to 6.6·10⁻³ s⁻¹ for its complexes. The activation energy,E _a, the entropy change, ΔS°, the enthalpy change, ΔH° and Gibbs free energy, ΔG° are calculated by applying the rate theory of the first-order reaction. The effect of the different central metal ions on the calculated thermodynamic parameters is discussed.

Zusammenfassung

Die durch einen chelatbildenden Ionenaustauscher gebildeten untersuchten Komplexe wurden mittels Reflexionsmessung und IR-Spektroskopie charakterisiert. Mittels TG und DTG wurde in Luft der thermische Abbau reinem Zellulose-Hyphan (CH) und seiner Komplexe mit Hg²⁺, In³⁺, Cr³⁺, Mo⁴⁺ und Mn²⁺ untersucht. Die Ergebnisse zeigen, daß die Zersetzung von (CH) und seiner Komplexe mit den untersuchten Metallen von vier verschiedenen Stufen begleitet wird. Diese Stufen werden von der Gegenwart der untersuchten Metallionen beeinflußt. Ausgehend von der Anwendbarkeit einer nichtisothermen kinetischen Gleichung wurde eine Zersetzungsreaktion erster Ordnung mit einer Geschwindigkeitskonstante zwischen 8,310⁻⁵ und 6,210⁻³ für (CH) und zwischen 1,710⁻⁵ und 6,610⁻³ für seine Komplexe gefunden. Die AktivierungsenergieE _a, die Entropieänderung ΔS ^o, die Enthalpieänderung ΔH ^o, die freie Energie ΔG ^o wurden durch Anwendung der Geschwindigkeitstheorie auf die Reaktion erster Ordnung berechnet. Der Einfluß der verschiedenen zentralen Metallionen auf die berechneten thermodynamischen Größen wurde diskutiert.