Schimbătoare de ioni Adsorbția 1

REZUMAT mecanism de schimb ionic este în substituirea stoechiometrică a ionilor din ionii în fază solidă din soluție. Când donor-acceptor interacțiunea sorbentului acționează ca un ligand polimeric.

Adsorbția de schimb ionic are un număr de caracteristici.

1. sorbente particule încărcate (ioni).

2. Adsorbtia este de numai sorbenți polare. Prin urmare, un alt nume său - adsorbția polar.

3. Adsorbția este însoțită de formarea stratului dublu electric format din suprafața adsorbit ionilor de orice tip și semn (potențial de determinare a ionilor) și forțelor electrostatice asociate de ioni de semn opus (contraioni). Acesta din urmă, fiind în echilibru dinamic cu soluția de ioni sunt mobile și sunt schimbate pentru ionii de același semn, care sunt prezente în soluție.

4. Spre deosebire de moleculele de adsorbție adsorbite ionilor din soluție are loc selectiv la adsorbția sorbentului curent a ionilor nu este la fel de eficace.

5. sorbție ion este reacția chimică pe bază de adsorbantului cu substanța sorbit. Schimbul de contraioni are loc într-un raport strict echivalent și poate fi descrisă printr-o ecuație stoichiometric.

6. Absorbantul mai polar este, cu atât mai bine cele Sorbs din soluții apoase.

7. Cu cât raza cristalografică a unui ion cu aceeași sarcină, cu atât mai bine este absorbit. Prin capacitatea de a adsorbi ionii sunt aranjate într-un rând (seria Giedroyc Hofmeister). De exemplu, în rândul Li + - Na + - K + - Rb + - Cs + - Mg 2+ - Ca 2+ - Sr 2+ - Ba 2+ 3+ -Al - Fe 2+ sau Cl - - Br - - NO3 - creșterea capacității de adsorbție - - I - - CNS.

Schimbul de ioni este distribuit pe scară largă în natură și este de mare importanță practică. Este o caracteristică a multor adsorbanți naturale solide, cum ar fi solul, argila, geluri de silice, geluri de alumină, zeoliți (site moleculare), precum și pentru materiale polimerice special sintetizate, cum ar fi rășini, schimbătoare de ioni cunoscute.

Rășinile schimbătoare de ioni sunt material granular cu granule de formă sferică sau neregulată. Aceste rășini constau din catene hidrocarbonate spațial „reticulat“ (matrice) cu zhestkozakreplennymi le grupe neionogene - ioni fixe. matrice polimerică cu anioni fixă ​​reprezintă un polianion și cationi - polication. Taxa se neutralizează polyion distribuit în polimer de ioni de semn opus (contraioni), care poate intra într-o reacție de schimb cu ioni de același semn de încărcare, sunt în soluție. Astfel, în cazul în care ionii fixe poartă o sarcină negativă (... -SO3 - -COO - -PO3 2 - -AsO3 2 -), schimbătorul de ioni capabil de a face schimb de cationi și cation este:

În cazul în care ionii fixe sunt încărcați pozitiv (... -NH3 + = NH2 + [= N =] + [-S =] +), schimbătorul de ioni capabil de a face schimb de anioni și anionul este:

Linia de mai sus pentru a desemna sorbent în fază solidă.

Principalele caracteristici ale procesului de schimb ionic (și procesul de sorbție, în general) este coeficientul de distribuție, coeficientul de selectivitate și de schimb ionic constant.

Coeficientul de distribuție este definit prin:

unde - concentrația componentei în faza sorbentului, mol / kg; concentrația de echilibru a componentei în soluție, mol / kg - Ci; - cantitatea de substanță în faza sorbentului, mol; ms - masa de sorbent, kg.

Raporturile de selectivitate determinate de raportul țintă raportul rastvoredeleniya (i) și componentul (j) impuritate:

Constantă Capacitatea de schimb ionic a rășinii caracterizată prin alegeri. În general, procesul de schimb ionic poate fi scris ca reacție:

unde R - schimbător de cationi sau schimbător de anioni matrice; X și Y - schimb de ioni; z - taxa soluție de ioni, taxa schimbătorului de ioni este unitatea de schimb ionic.

Constanta de echilibru pentru schimbul ionic:

Pentru calcule nu sunt activități foarte riguroase ale componentelor în faza sorbent și ia concentrație egală de substanță în fază solidă.

Pentru schimbătorii de ioni individual incarcate pot scrie expresia constanta de echilibru, având în vedere că concentrația substanței în faza sorbent este determinată prin absorbția acestuia:

care se numește ecuația Nicolsky.

Principalul criteriu pentru evaluarea caracterului adecvat al schimbătorului de ioni pentru o operație este capacitatea sa de schimb - numărul de moli sau echivalente de substanță absorbită pe unitate de masă sau volum de rășină. Distinge capacitate totală de schimb (RLP), capacitatea înainte de a capacității de penetrare sau de schimb dinamic (DOE) și capacitatea de schimb statică.

OYE caracterizează capacitatea absorbantă totală a schimbătorului de ioni obținut în condiții dinamice, înainte de debutul de saturație. OYE - valoarea corespunzătoare unei concentrații în grupele funcționale faze sorbent capabile capacitatea totală de schimb ionic poate fi calculată din greutatea echivalentă a unității polimer elementar care conține o grupare neionogene. Cu toate acestea, pentru majoritatea rășinilor schimbătoare de ioni, disponibil în comerț, RLP a rămas aproape de valoarea calculată. Acest lucru se datorează dificultății introducerii grupelor ionice în sinteza rășinilor.

DOE este definit ca valoarea capacitate, care poate fi atribuită sorbentului mediate de rezultate pentru determinarea volumului soluției filtrate printr-o concentrație specifică de substanță sorbit înainte de a ajunge în filtrat (până descoperire). De obicei, concentrația de descoperire este luată egală cu TLV. DOE definește capacitățile tehnologice ale adsorbantului.

Determinarea metodei capacitanță dinamice se realizează într-o coloană umplută cu strat schimbător de ioni, care a fost filtrat încet printr-o concentrație cunoscută a soluției de electrolit. Dimensiunile coloanei, cationit grosime, concentrația și compoziția soluției de lucru, viteza de filtrare și procedura de eșantionare sunt date bazate pe sarcinile specifice de cercetare. In testele de control al schimbătorilor de ioni trebuie să fie ghidate de recomandările clienților.

Fig. 14. Ieșirea curbei sorbția în condiții dinamice

Rezultată experimental concentrația substanței în dependență filtrat din domeniul de aplicare al acestuia se numește curba de ieșire (Fig. 14).

capacitatea rășinii în condiții specifice, sorbție, măsurată într-un mod static într-un sistem de agitare numit capacitate de schimb static (SFU). Valoarea SFU [% (în greutate) sau% (vol.)] este mai mică decât capacitatea totală.

Numeroase studii au arătat că procesul de schimb counterion include 5 etape succesive:

1) se deplasează soluția ion deplasată prin intermediul filmului din jurul bobului, la suprafață (film, cinetica de difuzie externă);

2) se deplasează ionul deplasarea în interiorul bobului la ionii fixe, adică la un schimb de punct (gel, cinetica de difuzie externă) ..;

3) reacția chimică a schimbului dublu (cinetică chimică);

4) se deplasează schimbul ionic deplasat în interiorul bobului de la punctul de la suprafață;

5) deplasate prin deplasarea ionilor prin filmul de soluție din jurul boabe, soluția de adâncime.

Rata totală a procedeului în mai multe etape este definit de cel mai lent etapă de viteză. Detectarea acestei etape este prima etapă a studia cinetica schimbului de ioni.

nu sunt considerate de obicei cinci și trei etape, prima și a cincea, a doua și a patra etape sunt de același tip și transmite diferit numai în direcția de mișcare a ionilor termoechangabile. Din cele trei etape ale etapei de dublu schimb este determinat prin cinetica chimică - reacția dintre primele ordine, a doua etc ;. celelalte două etape sunt difuziv.

Dacă viteza de proces nu depinde de mărimea granulelor schimbătorului de ioni, etapa limitantă este cinetica chimică. Dependența ratei de schimb de granulație a schimbătorului de ioni indică un rol crucial al proceselor de difuzie. Plasarea unui experiment privind dependența ratei de schimb a vitezei de agitare (condiții statice) sau printr-o soluție rată de trecere (condiții dinamice) pe schimbători de ioni cu același timp de contact, este posibil să se stabilească care a proceselor de difuzie (gel sau film) este crucială. Modificări ale cursului de schimb al ratei de agitare a soluției sau a transmisiei indică o cinetică de decisiv de film rol.

informații fiabile cu privire la un anumit mecanism de difuzie dă metodă de întrerupere. Boabele schimbători la un moment dat îndepărtat din soluție, și apoi plasate în aceeași soluție. Dacă procesul este determinat prin cinetica gelului, după o viteză de proces întrerupere devine mai mare decât înainte de întrerupere. În cazul în care procesul este determinat de cinetica filmului nici o schimbare în natura producției nu este curba observată.

1. Care este tensiunea de suprafață?

2. Care este activitatea de suprafață?

3. Cum sunt substanțe care reduc tensiunea superficială?

4. Cum concentrația de agent tensioactiv în soluție la tensiunea superficială?

5. Care este structura moleculelor de surfactant?

6. Care sunt numite ionici?

7. explică scăderea bruscă a tensiunii superficiale cu creșterea concentrației de agent activ de suprafață în soluția?

8. Ceea ce se numește procesul de sorbție?

9. Care sunt procesele definite de sorbție echilibrul?

10. Care sunt câteva modalități prin care putem exprima cantitatea de adsorbție?

11. În care coordonează izotermei de adsorbție este construit?

12. Ce procese corespund diferitelor părți ale izoterma de adsorbție?

13. Care este procesul numit adsorbție moleculară?

14. Deoarece tensiunea superficială se schimbă în timpul adsorbției molecular?

15. Care este principala ecuatie termodinamic este folosit pentru a descrie procesul de adsorbție la interfața dintre faza lichidă - gazul?

16. Ce factori depinde de adsorbție pe suprafața secțiunii fazei lichide - gaz?

17. Care este ecuația matematică, în conformitate cu regula Duclos-Traube?

18. Deoarece moleculele de surfactant orientate pentru adsorbție pe interfața fazei lichide - gaz?

19. Ce determină valoarea adsorbției maximă a moleculelor din aceeași serie omoloage?

20. Care este formula matematică corespunde ecuației Shishkovsky?

21. Care sunt principiile de bază ale teoriei Langmuir monomolecular de adsorbție I.?

22. Care este ecuația de adsorbție Langmuir izotermei?

23. Care este semnificația fizică a constantelor a și b a ecuației Shishkovsky cu poziția a teoriei Langmuir monomolecular de adsorbție I.?

24. Care sunt caracteristicile moleculelor de agent tensioactiv poate fi calculată cu ajutorul adsorbției de limitare?

25. Care sunt caracteristicile de adsorbție pe o suprafață solidă?

26. Care este măsura cantitativă a adsorbției pe suprafața unui solid?

27. Ce metode sunt folosite pentru studiul experimental de adsorbție pe o suprafață solidă?

28. Care este esența unei metode statice?

29. Care este esența metodei dinamice?

30. Care sunt ecuațiile posibile pentru a descrie izotermei de adsorbție pe o suprafață solidă?

31. Ce metodă determină aplicabilitatea unei anumite ecuații de adsorbție izotermă?

32. Care este esența mecanismului de adsorbție schimb de ioni?

33. Care sunt caracteristicile de adsorbție schimb de ioni?

34. Ce este un schimbător de ioni?

35. Ce este un cation care ionii adsorbită pe schimbătorul de cationi, care descrie reacția sorbție pe cation?

36. Ce este un anion, care ionii sunt adsorbite pe schimbătorul de anioni, care descrie reacția sorbție pe anion?

37. Care sunt principalele caracteristici ale procesului de schimb de ioni?

38. Care sunt principalele caracteristici ale rășinii?

39. Care sunt etapele apar în procesul de schimb ionic?

40. Care sunt principalele etape limitative ale schimbului de ioni?