Адсорбция ионов рубидия и цезия из водных растворов на активированных углях

• Автор: Кунжуева, Камила Гусейновна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Махачкала
• Количество страниц: 136 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Методы извлечения ионов редких щелочных металлов из водных

растворов

1.2 Активированные угли, как сорбенты.

1.2.1 Химия поверхности активированных углей и их ионообменные

свойства.

1.2.2 Адсорбция катионов на активированных углях.

1.2.3 Электросорбция ионов на активированных углях.

1.3 Химическое модифицирование поверхности активированных

1.4 Электрохимические свойства углеродных материалов в растворах электролитов.
1.4.1 Выделение водорода и кислорода и редокс превращения
функциональных групп на углеродных материалах.
1.4.2 Электрохимическое поведение компактных углеродных материалов в растворах щелочноземельных металлов
Глава 2. Методика измерений, электроды, реактивы
2.1 Поляризация образцов активированного угля
2.2 Определение удельного количества и констант диссоциации
поверхностных функциональных групп методами Боэма и потенциометрического титрования.
2.3 Определение точки нулевого заряда методом массового титрования
2.4 Исследование поверхности активированного угля сканирующим
электронным микроскопом
2.5 Получение угля ОКМ2.
2.6 Получение угля ФКМ2.
2.7 Методика ИКспектроскопии
2.8 Методика атомноабсорбционной спектрофотометрии
2.9 Измерение потенциодинамических кривых заряжения
2. Методика активации раствора высоковольтным импульсным
разрядом
2. Реактивы.
Глава 3. Результаты и обсуждение
3.1 Характеристика исходных углей
3.2 Электросорбция ионов рубидия.
3.2.1 Адсорбция рубидия на неполяризованных сорбентах
3.2.2 Адсорбция ионов рубидия на поляризованных сорбентах
3.3 Электросорбция ионов цезия.
3.3.1 Адсорбция цезия на неполяризованных сорбентах
3.3.2 Адсорбция цезия на поляризованных сорбентах
3.4 Влияние высоковольтного импульсного разряда на адсорбцию
ионов рубидия и цезия на активированных углях.
3.5 Электрохимическое поведение углеродных материалов в присутствии ионов редких щелочных металлов
3.5.1 Потенциодинамические исследования на углеродных материалах
в присутствии ионов КЬ и Сб
3.5.2 Кинетика анодного процесса на углеродных материалах в
присутствии катионов рубидия и цезия.
3.6 Обсуждение результатов
ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


Анализ литературных данных показывает, что в последние годы исследователи проявляют огромный интерес к использованию неорганических ионообменников для извлечения р. Это объясняется тем, что органические ионообменники не выдерживают современных требований по термической и радиационной устойчивости ,. Другой причиной побудившей к разработке синтеза и изучению их свойств, явилось отсутствие органических ионитов, селективных к этим ионам. Коэффициенты разделения для них имеют невысокие значения . В нашей стране В. Вольхиным и сотрудниками были синтезированы ферроциан и дные гранулированные сорбенты путем замораживания и последующего оттаивания исходных коагулятов , которые были исследованы на предмет извлечения редких щелочных металлов. Известно, использование сорбента, представляющего собой композицию из ферроцианида меди и силикогеля ФС2, для извлечения рубидия и цезия из воды с минерализацией 4 гдм3. При этом статическая обменная емкость сорбента по КЬ и Сб и мгг соответственно довольно высока, но время контакта для достижения равновесия составляет 4 часа. Хотя емкость ферроцианидных сорбентов и высока, десорбцию и с них проводят сильными окислителями, в частности, раствором азотной кислоты, поэтому переработка элюатов и разделение элементов представляет сложную задачу, не говоря о дороговизне азотной кислоты . Для извлечения КЬ и из водных растворов может быть применен и ионообменный метод с использованием неорганических ионообменников сферической грануляции на основе фосфатов титана и циркония, синтезированных по оригинальной технологии в Институте общей и неорганической химии НАН Украины . Следует отметить важность таких свойств неорганических ионообменников как термическая и радиационная устойчивость, которые имеют большое значение при использовании их для переработки подземных рассолов,
температура которых достигает порой 0 Си выше, а радиоактивность в несколько раз выше фоновых величин. Авторами для извлечения из вод рубидия и цезия были исследованы фосфатные сорбенты ФТ фосфат титана, , фосфат титана в калиевой и натриевой форме, ФЦ фосфат циркония в натриевой форме, ПФЦ полифосфат циркония. Наибольшие сорбционные свойства по отношению к рубидию и цезию из числа апробированных сорбентов проявляют ФТ, ФТК,Ыа. Причем для них характерно повышение степени извлечения и 4 при возрастании температуры. Все разновидности фосфатных сорбентов можно регенерировать растворами минеральных кислот НС1, 2, . Установлено, что после 56 кратного проведения циклов сорбциярегснерациясорбция снижение степени извлечения рубидия и цезия в статических условиях составляет от начальных величин. Одними из широко используемых сорбентов являются активированные угли, что связано с их высокими адсорбционными свойствами, экологической безопасностью и доступностью. Активные угли АУ представляют собой разновидность микрокристаллического углерода, для них характерна так называемая турбостратная беспорядочно слоистая структура, отличающаяся от графитовой отсутствием строгой периодичности элементарных слоев. Активные угли имеют весьма высокие значения удельной поверхности м2г и более и обладают широко развитой пористой структурой, представляющей собой ветвящуюся систему пор, в которой мезопоры ответвляются от макропор, а микропоры от мсзопор, при этом определяющую роль в процессах адсорбции и ионного обмена играют микропоры, а мезо и макропоры играют роль транспортных каналов . Размеры микропор соизмеримы с толщиной двойного электрического слоя . Поверхность АУ имеет неоднородную как в геометрическом, так и энергетическом отношении структуру. Атомы углерода на поверхности отличаются от атомов в объеме по своему электронному состоянию. У поверхностных атомов имеются свободные валентности, которые облегчают химическое и сорбционное взаимодействие с различными веществами . Химическая структура поверхности углеродных материалов обусловлена действием различных факторов тип исходного сырья, технология получения, режим активации или графитизации. Наиболее изученными являются активированные угли , которые характеризуются широким спектром электронных состояний атома углерода.