Восстановительная сорбция молекулярного кислорода из воды медьсодержащими электроноионообменниками с различной дисперсностью меди

• Автор: Конев, Дмитрий Владимирович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 153 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Основные принятые обозначения.

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Ультрадисперсные металлы и основные направления их практического использования

1.2. Синтез металлсодержащих ЭИ

1.3. Физикохимические параметры и структура металлсодержащих ЭИ

1.4. Кинетика и динамика восстановительной сорбции кислорода

медьсодержащими ЭИ.

1.4.1. Механизм восстановительной сорбции кислорода

1.4.2. Кинетические модели восстановительной сорбции кислорода.

1.4.3. Динамические модели восстановительной сорбции кислорода.
1.5. Современные подходы к рассмотрению структуры сорбентов
1.6. Заключение
Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Синтез медьсодержащих ЭИ
2.1.1. Основные характеристики КУ 0 и его подготовка к работе.
2.1.2. Химическое осаждение меди в ионообменную матрицу
2.1.3. Определение количества осажденной в ионообменник меди.
2.1.4. Исследование скорости восстановления ионов меди
в сульфокатионообменнике.
2.1.5. Рентгенографическое исследование ЭИ.
2.1.6. Микроскопическое исследование ЭИ
2.2. Исследование кинетики восстановления кислорода медьсодержащим ЭИ
2.2.1. Скорость поглощения кислорода.
2.2.2. Исследование состава продуктов окисления ЭИ.
2.2.3. Определение коэффициента диффузии молекулярного кислорода в зернах КУ 0.
2.3. Динамика восстановления кислорода медьсодержащим ЭИ
2.4. Выводы.
Глава 3. ХИМИЧЕСКОЕ ОСАЖДЕНИЕ МЕДИ В ИОНООБМЕННУЮ МАТРИЦУ
3.1. Механизм восстановления ионов меди в сульфокатионообменнике
3.2. Влияние аминоуксусной кислоты на процесс синтеза медьсодержащего ЭИ
3.2.1. Расчет ионных равновесий системы ионы меди Иводаглицин.
3.2.2. Влияние аминоуксусной кислоты на количество осажденного метала, его дисперсность и распределение по зерну.
3.3. Скорость восстановления ионов меди в сульфокатионообменнике
3.4. Характеристики полученных образцов ЭИ
3.5. Выводы.
Глава 4. КИНЕТИКА ВОССТАНОВЛЕНИЯ КИСЛОРОДА ИЗ ВОДЫ УЛЬТРАДИСПЕРСНОЙ МЕДЫО В ИОНООБМЕННОЙ МАТРИЦЕ
4.1. Продукты окисления медьсодержащего ЭИ в различных ионных формах Н,
4.2. Зависимость скорости окисления ЭИ с различным размером зерна от дисперсности и распределения меди.
4.3. Определение кинетических параметров восстановления кислорода медьсодержащим ЭИ.
4.3.1. Смешаннодиффузиопная модель с мгновенной окислительновосстановительной реакцией
4.3.2. Кинетические параметры окисления дисперсной меди.
4.3.3. Внутридиффузионнокинетическая модель
4.3.4. Смешаннодиффузионная модель с последовательной окислительновосстановительной реакцией
4.3.5. Недостатки кинетических моделей
4.4. Определение коэффициента диффузии молекулярного кислорода в зерне ионообмснника.
4.5. Выводы.
Глава 5. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ СОРБЦИИ МОЛЕКУЛЯРНОГО КИСЛОРОДА С УЧЕТОМ РАЗМЕРА ЧАСТИЦ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МЕТАЛЛА В ЗЕРНАХ РЕДОКССОРБЕНТА
5.1. Модель сорбционной системы
5.2. Математическая формулировка задачи
5.3. Анализ результатов численного моделирования.
5.4. Выводы
Глава 6. ПРИЛОЖЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ К ПРОЦЕССУ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ СОРБЦИИ КИСЛОРОДА МЕДЬСОДЕРЖАЩИМ ЭЛ ЕКТРОНОИОНООБМЕННИКОМ
6.1. Постановка и решение обратной кинетической задачи.
6.2. Вклад дисперсности и распределения меди в общую скорость восстановительной сорбции кислорода
6.3. Динамика сорбции кислорода слоем медьсодержащего ЭИ с различной дисперсностью и распределением металла.
6.3.1. Математическая формулировка задачи
6.3.2. Анализ результатов численного моделирования.
6.3.3. Экспериментальные результаты
6.3.4. Сопоставление расчетных и экспериментальных
выходных кривых
6.4. Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


IX Всероссийский симпозиум Современные проблемы организации пористых структур и адсорбционного разделения веществ Москва, , Физикохимические основы новейших технологий XXI Века Москва, , Российская конференция Ионный перенос в органических и неорганических мембранах Туапсе , , 3 Ii i i ii , . Структура диссертации. Работа состоит из введения, шести глав, выводов и списка литературы, изложена на 3 страницах, содержит рисунков, таблиц. Список литературы включает 8 библиофафических наименований. Плановый характер работы. Работа выполнена согласно тематическому плану ВГУ 1. Научного Совета РАН по адсорбции и хроматографии . Конкурсным центром фундаментального естествознания Министерства образования РФ грант Е 5. Глава 1. В настоящей главе рассмотрены основные направления физикохимических исследований и практического использования дисперсных металлических систем, представителем которых являются металлсодержащие ЭИ, приведены сведения о синтезе и основных физикохимических характеристиках последних. Основное внимание уделено развитию представлений о кинетике взаимодействия металл и в особенности медьсодержащих ЭИ с растворенным в воде кислородом и способам ее математического описания. Обсуждается ряд математических моделей кинетики и динамики редокссорбции, а также результаты их апробации на системе медьсодержащий ЭИ водный раствор молекулярного кислорода. Рассмотрены подходы к учету реальной структуры сорбентов в наиболее динамично развивающейся области сорбционных процессов ионном обмене. Композитные материалы на основе ультрадиспсрсных металлов являются объектом детального изучения различных научных направлений . Особенность таких систем состоит в появлении количественно и качественно новых физикохимических свойств, не характерных для материалов в их компактном состоянии. Наиболее развиты представления о взаимосвязи физических свойств ультрадисперсиых систем с размерами частиц 8. Влияние размера частиц на их реакционную способность одна из наиболее важных проблем химии. Размеры малых частиц ультрадисперсиых систем находятся в области от нескольких до нескольких десятков нанометров. В подобных системах ярко проявляются все особенности поверхностных состояний, так как доля поверхностных атомов в таких частицах составляет десятки процентов, и разделение свойств на объемные и поверхностные теряет смысл 1. Запасенная энергия таких систем определяется, в первую очередь, нескомпенсированностыо поверхностных и приповерхносных связей атомов, образующих наночастицы металлов. На нижнем пределе обсуждаемых размеров 1 им, когда частицы состоят из считанного числа атомов, их строение экспериментально изучено еще не достаточно. Такие агрегации, содержащие от двух до нескольких сотен атомов, относят к кластерам. Применение термодинамики к таким частицам связано с проблемой определения линии раздела между фазовыми превращениями и разграничением между гомогенным и гетерогенным состояниями системы 9. Определение электронной структуры и свойств кластеров, как правило, производится с помощью квантовомеханических расчетов путем приближенного решения уравнения Шредингера для многочастичной системы . Основной проблемой использования ультрадисперсных материалов и кластеров является сохранение чистой, активной поверхности дисперсных частиц . Особенно неустойчивы нанокристаллические структуры чистых металлов при высоких температурах, поэтому даже при комнатной температуре происходит рост зерна и материал теряет свои свойства. Ультрадисперсныс материалы, структура которых была бы стабильнее при комнатной и более высоких температурах, могут быть фиксированы в полимерных композитах. В проведена классификация таких соединений. Полимерные композитные материалы подразделяют на 1 нанокомпозиты из керамики и полимеров, сочетающие в себе гибкость, упругость полимеров и твердость, устойчивость к износу керамик 2 нанокомпозиты, содержащие металлы или полупроводники и характеризующиеся необычными фотофизическими, магнетическими, каталитическими и сенсорными свойствами за счет образования компонентами сверхрешетки 3 молекулярные композиты, получаемые на основе гибкой полимерной матрицы и жестких полимерных волокон.