Влияние температуры на обмен ионов и сорбцию воды на сшитых полиэлектролитах в процессах безреагентного разделения

• Автор: Илюхина, Екатерина Анатольевна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 193 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ
I. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ОБМЕН ИОНОВ И СОРБЦИЮ ВОДЫ НА СШИТЫХ ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТАХ

(ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1. ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТНЫЕ ГЕЛИ. ИОНИТЫ

(ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И СВОЙСТВА)

1.1.1. Слабосшитые полиэлектролитные гели. Суперабсорбенты

1.1.2. Ионообменники на основе сшитых полиэлектролитов (ионообменные смолы)

1.2 ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИОННОГО ОБМЕНА И СОРБЦИИ ВОДЫ ИОНИТАМИ И

ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТАМИ

1.2.1. Условия равновесия в системе ионит-раствор электролитов. Осмотический и неосмотический подходы
1.2.2. Химические потенциалы компонентов
1.2.3. Стандартные термодинамические функции ионного обмена, константа ионообменного равновесия, коэффициенты равновесия
1.2.4. Дифференциальные термодинамические функции реакции обмена ионов
1.2.5. Описание сорбции воды
1.3. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА РАВНОВЕСИЕ ИОННОГО ОБМЕНА
1.3.1. Влияние температуры на селективность ионного обмена
1.3.2. Влияние температуры на энтальпию ионного обмена
I.4 ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА НАБУХАНИЕ СШИТЫХ ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТОВ
1.4.1. Общие закономерности набухания сшитых ПЭ
1.4.2. Влияние температуры на набухаемость сшитых ПЭ
II. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА РАВНОВЕСИЕ ИОННОГО ОБМЕНА
II. 1. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЭНТАЛЬПИИ
ИОННОГО ОБМЕНА
II. 1.1. Проблема погрешности при определении энтальпии ионного обмена по температурной зависимости константы равновесия

II. 1.2. Способ повышения точности определения энтальпии ионного обмена на
селективных ионитах
II. 1.2. Методики экспериментов
II. 1.3. Расчет равновесных характеристик и термодинамических функций
II. 1.4. Обсуждение результатов
II.2. РОЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ В ПРОЦЕССАХ ИОНООБМЕННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ
П.2.1. Двухтемпературное безреагентное разделение
11.2.2. Методики двухтемпературной безреагентной очистки концентрированного раствора ЫаС1 от примеси СаС12
11.2.3. Обсуждение результатов
III. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА НАБУХАНИЕ СШИТЫХ
ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТОВ И КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ
III. 1. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА НАБУХАНИЕ ПОЛИАКРИЛОВЫХ И ПОЛИМЕТАКРИЛОВЫХ ИОНИТОВ
III. 1.1. Методики экспериментов
III. 1.2. Обсуждение результатов
III .2. ДВУХТЕМПЕРАТУРНОЕ БЕЗРЕАГЕНТНОЕ КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ И ОЧИСТКА РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ НА ИОНИТАХ
111.2.1. Методики экспериментов
111.2.2. Обсуждение результатов
III.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ОЦЕНКА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ СОРБЦИИ ВОДЫ ИОНИТОМ
111.3.1. Определение дифференциальных термодинамических функций сорбции воды ионитом
111.3.2. Оценка дифференциальных термодинамических функций сорбции воды ионитом
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
а,; - термодинамическая активность компонента /; а± — средняя ионная активность;
А, В-символы обменивающихся ионов; с,- - концентрация компонента /; с±-средняя ионная концентрация;
С0— суммарная концентрация обменивающихся ионов в растворе;
Ср - мольная теплоемкость;
/- коэффициент относительного набухания;
/ - коэффициент активности компонента /;
/± - средний ионный коэффициент активности;
С - энергия Гиббса
АС0 — стандартное изменение энергии Г иббса;
А О-ц - дифференциальная энергия Гиббса;
Я-энтальпия
АН0- стандартное изменение энтальпии;
АНр - дифференциальная энтальпия; к, - парциальная мольная энтальпия /;
К - термодинамическая константа равновесия;
К, к - исправленные коэффициенты равновесия;
К, к - коэффициенты равновесия;
Ку, - константа распределения растворителя У/ между фазами ионита и раствора; к - коэффициент селективности;
М, - молекулярная масса воды; т - моляльность раствора; пI - число молей компонента /;
У, - мольная доля компонента i в растворе;

Роль второго из этих факторов для ионообменных смол в общем случае пренебрежимо мала, т.к. очень мала роль собственно термического расширения ионита (коэффициент объемного расширения полимеров может составлять Зч-7 10'4 град"1 [55]). Роль же первого фактора при обработке данных исследования ионообменного равновесия требует внимательного рассмотрения для конкретной системы. Оценка, проведенная в работе [5] для обмена ионов Са2+- №+ на полиметакриловом катионите, показала, что при уса<0.2 величина АН у практически совпадает с дифференциальными энтальпиями . В то время как при уСа->0.2 отличие АП у от АН-л может быть достаточно значимым (до 20-40%). Но в общем случае величина АН , оцениваемая таким образом, дает правильное представление о дифференциальной энтальпии ДНТ1.
1.2.5. Описание сорбции воды Осмотический подход
Так как давление в фазе ионита р является функцией его состава, то в качестве независимой переменной выбирают внешнее давление р и преобразуют химический потенциал воды в ионите к внешнему давлению с помощью одного из соотношений Максвелла:
ГдрЛ _(дУ
я , |я =Г„ (1.2.37)
дР )г
"1*1У
где - парциальный мольный объем воды в ионите. Считая V у/ независимым от давления, интегрируем это соотношение от давления р до р = р + п.
Р + 7Г
Рж(Т’Р = Р + тг)= /л]¥(т,р)+ I УцгЛр = Рм(Т,р) + Уу -п (1.2.38)

Р1г(Т>Р) = р°у(Т) + ЯТХпап' +Кг 'П (1.2.39)
В этом соотношении величина ац, относится к состоянию ионита при
давлении р, а не р = р + пОднако, Гуггенгейм [42] и Доннан [56] при рассмотрении осмотических равновесий пренебрегали этой слабой зависимостью активности от давления.
Подставляя (1.2.16) и (1.2.40) в (1.2.11г), получаем: