Кинетика термического гидролиза функциональных групп ионитов и динамика ионного обмена при высокой температуре

• Автор: Гантман, Александр Иосифович
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1983
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 191 c. : ил

Глава I. ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРОЕНИИ ИОНИТОВ И

МЕХАНИЗМАХ ПРОИСХОДЯЩИХ В НИХ ПРОЦЕССОВ

§1.1. Механизмы и кинетика термического гидролиза

функциональных групп полистирольных ионитов

§1.2. Равновесие, кинетика и динамика ионного обмена :

зависимость от температуры и обменной емкости

§1.3. Математические модели процессов, происходящих

в ионитах и ионообменных колонках

§1.4. Структура и свойства матрицы ионита и сорбированной воды. Факторы, определяющие

влагосодержание и набухаемость ионитов

§1.5. Методы определения и численного выражения

основных характеристик ионитов
Глава 2. КИНЕТИКА ГИДРОЛИЗА'ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ГРУПП ИОНИТОВ В
М0Н0М0ННЫХ И СМЕШАННЫХ ФОМАХ С УЧЕТОМ ОСНОВНЫХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ВЫДЕЛЕНИЯ ПРОДУКТОВ ГИДРОЛИЗА И ВОДЫ
§2.1. Анализ специфических аспектов кинетического
описания процесса десульфирования катионита
§2.2. Кинетика десорбции продуктов гидролиза
функциональных групп и воды
§2.31 Зависимость влагосодержания ионита от его обменной
емкости и диссоциации функциональных групп
§2.4. Влияние специфики функциональных групп
на влагосодержание ионита
§2.5. Изменение набухаемости и влагоемкости ионита
при увеличении температуры
§2.6. Участие диссоциированных сульфогрупп в
процессе десульфирования катионита
§2.7, Кинетика десульфирования катионитов в смешанных
ионных формах при нагревании в воде
§2.8. Кинетика термического гидролиза функциональных
групп сильноосновных анионитов
Глава 3. ДИНАМИКА ИОННОГО ОБМЕНА ПРИ ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ
§3.1. Математическая модель работы ионообменной колонки
с уменьшающейся обменной емкостью
§3.2. Уравнения кинетики и динамики сорбции из
разбавленных растворов при высокой температуре
§3.3. Особенности одновременного протекания процессов
t *
ионного обмена и отщепления функциональных групп
ионита в колонке 131 -
§3.4. Оптимизация использования ионитовых фильтров
в высокотемпературных режимах
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТЫ
1. Разностная схема и алгоритм расчета
динамики ионного обмена
2. Программа кинетической обработки экспериментальных данных методом линеаризирующих анаморфоз
3. Программа построения теоретических кривых и
сравнения их о экспериментальными данными
4. Программы графического вывода результатов расчета
5.- Вычислительные средства

Синтетические полимерные иониты находит широкое применение для очистки технологических растворов в промышленности и энергетике. В ряде едучаев возникает необходимость эксплуатации ионита при высокой температуре (до 250 °С), например, в системах регулирования водно-химического режима первого контура АЭС. Серьезным препятствием этому является термический гидролиз функциональных групп ионитов. Для эффективного поиска оптимальных условий использования ионитовых фильтров в высокотемпературных режимах необходимо иметь детальные представления о процессах, протекающих в ионообменной колонке при высокой температуре и математический аппарат, позволяющий прогнозировать как протекание ионного обмена, так и изменение свойств ионита в этих условиях.
До сих пор детальное изучение и моделирование кинетики гидролиза функциональных групп и динамики ионного обмена как правило проводились независимо. Разработаны методы, которые позволи->

ли успешно рассчитывать оптимальные условия применения ионитовых фильтров при обычной температуре и прогнозировать изменение свойств ионита с течением времени при высокой температуре. Но, при одновременном протекании процессов ионного обмена и гидролиза функциональных групп наблюдается взаимное влияние их друг на друга, что значительно усложняет как формулировку задачи, так и расчеты. Кроме математических трудностей серьезным препятствием решению этой задачи является ограниченность или отсутствие данных и представлений об изменении ряда важных свойств ионитаСсе-лективности, влагосодержания, термостойкости и др.) при увеличении температуры, изменении ионного состава и уменьшении обменной емкости ионита.
Целью настоящей работы явились разработка представлений об

Глава 2. КИНЕТИКА ГИДРОЛИЗА ФУНКЦИОНАЛЬНЫ! ГРУПП ИОНИТОВ В МОНОИОННЫХ И СМЕШАННЫХ ФОРМАХ С УЧЕТОМ ОСНОВНЫХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ВЫДЕЛЕНИЯ ПРОДУКТОВ ГИДРОЛИЗА И ВОДЫ
Своеобразие строения ионита, совмещающего в себе свойства сшитого полимера и концентрированного раствора электролита, требует анализа и формулировки основных концепций формальной химической кинетики /184,257/ применительно к реакциям, происходящим в фазе ионита. Для этого необходимо выбрать адекватную концентрационную шкалу, а также изучить влияние процессов десорбции из зерна продуктов гидролиза и воды. При большом различии скоростей гидролиза и диффузии компонентов во внешний раствор важную роль играет равновесное распределение продуктов гидролиза и воды между ионитом и раствором, которое определяется как параметрами раствора (концентрацией, температурой и т.д.), так и свойствами ионита (сшитостью, емкостью, ионной формой и т.д.). С целью выяснения и математической формулировки этих закономерностей были проведены исследования, описанные в этой главе. На их основе получены кинетические уравнения, которые позволяют рассчитывать кинетику гидролиза ФГ катионитов и анионитов как в моноионных, так и в смешанных формах.
§2.1. Анализ специфических аспектов кинетического описания процесса десульфирования катионита
Поскольку зерно ионита в растворе является открытой системой и меняет свой объем в ходе реакции, для адекватной записи кинетических уравнений необходимо критически проанализировать понятие концентрации компонента в фазе ионита. Обычно, в гомогенных системах концентрации компонентов относят к объему системы, а в гетерогенных - в зависимости от их локализации: для компонентов,