Кинетика ионного обмена на неорганических ионитах

• Автор: Колышкин, Антон Сергеевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 157 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ КИНЕТИКИ ИОННОГО ОБМЕНА НА НЕОРГАНИЧЕСКИХ ИОНИТАХ

1.1. Стадии ионного обмена

1.2. Внешнедиффузионное торможение

1.3. Внутридиффузионное торможение

1.3.1. Перенос в пористых телах

1.3.2 Уравнения внутренней диффузии

1.4. Торможение на уровне кристаллитов

1.5. Смешаннодиффузионная кинетика

1.5.1 Взаимовлияние внешней и внутренней диффузии

1.5.2 Взаимовлияние внутренней диффузии и стока ионов в твердую фазу

1.6. Иониты с различным механизмом стадии стока ионов в твердую фазу кристаллитов
1.7. Задачи исследования. Выбор объектов исследования ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Методики приготовления ионитов
2.1.1. Синтез гидроксида никеля
2.1.2. Синтез катионита со структурой литиймарганцевой шпинели
2.2. Методики исследования сорбционнокинетических свойств
2.4. Физикохимические методы исследования
2.4.1. Методика ренгенофазового анализа
2.4.2. Методика РЖ спектроскопического анализа
2.5. Методики химического анализа
2.6. Метрологическое обеспечение эксперимента
2.7. Статистическая обработка результатов экспериментов
2.8. Методы решения математических моделей
ГЛАВА 3. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ КИНЕТИКИ ИОННОГО ОБМЕНА ДЛЯ НЕКОТОРЫХ ЧАСТНЫХ СЛУЧАЕВ
3.1. Внутридиффузионное торможение
3.1.1. Влияние формы изотермы на вид кинетических кривых
3.1.2. Влияние нелинейности коэффициента диффузии
3.1.3. Влияние полидисперсности гранул ионита
3.2. Взаимовлияние стадий внутренней диффузии и стока ионов в твердую фазу
3.3. Взаимовлияние стадий внешней и внутренней диффузии ГЛАВА 4. КИНЕТИКА АНИОННОГО ОБМЕНА НА ГИДРОКСИДЕ НИКЕЛЯ И. ОБМЕН В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ
4.1. Анионообменные свойства гидроксида никеля И
4.2. Кинетика обмена галогенидионов
Глава 5. КИНЕТИКА ИОННОГО ОБМЕНА НА КАТИОНИТЕ СО СТРУКТУРОЙ ЛИТИЙМАРГАНЦЕВОЙ ШПИНЕЛИ
5.1. Ионообменные свойства катионита со структурой литиймарганцевой шпинели
5.2. Кинетические свойства катионита со структурой литиймарганцевой шпинели
5.3. Кинетика ионного обмена на мелкодисперсном катионите Глава 6. КИНЕТИКА ИОННОГО ОБМЕНА ГЕКСАЦИАНОФЕРРАТИОНОВ НА ГИДРОКСИДЕ НИКЕЛЯ
6.1. Сорбция гексацианоферратионов гидроксидом никеля.
6.2. Кинетика сорбции гексацианоферратионов
Глава 7 ДИНАМИКА ИОННОГО ОБМЕНА НА КАТИОНИТЕ СО
СТРУКТУРОЙ ЛИТИЙМАРГ АНЦЕВОЙ ШПИНЕЛИ
7.1. Математическая модель динамики ионного обмена
7.2 Динамика сорбции ионов лития
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Поэтому математическое описание ионообменных процессов обычно выполняется исходя из предположения, что некоторые стадии не оказывают значительного влияния на кинетику процесса. Относительно хорошо изучена кинетика на органических гелевых сорбентах 4. Процессы ионного обмена на этих материалах обычно удовлетворительно описываются в рамках внутридиффузионной кинетики, решение обратных кинетических задач позволяет находить эффективный
коэффициент диффузии ионов в гелевой матрице ионита . Тем не менее, даже для описания этих процессов нередко используются приближенные уравнения 46,, в основном, БойдаАдамсона . Кинетика ионного обмена на неорганических ионитах изучена менее подробно. Во многом это связано с тем, что кристаллическая природа неорганических ионообменников проявляется в низких скоростях ионообменных процессов 3,,. Поэтому возникает потребность более подробного рассмотрения стадий ионного обмена на неорганических ионитах и возможного математического описания. Ситуация, когда процесс ионного обмена лимитируется стадией внешней диффузии, возможна для всех типов ионитов, поскольку степень ее влияния на процесс во многом определяется гидродинамическими условиями во внешнем растворе. Поэтому на практике внешнюю диффузию чаще рассматривают в совокупности с другими стадиями ионного обмена, например в 9,,. Отдельно внешняя диффузия при многокомпонентном обмене рассмотрена в . Существует два типа внешней диффузии пленочная и объемная . Пленочная диффузия, как следует из названия, представляет собой перенос вещества через неподвижную пленку у поверхности ионита, еще называемую пленкой Нернста. Так как толщина этой пленки во многих случаях много меньше размера гранулы, пленочная диффузия, по сути, двумерна. Если перемешивание во внешнем растворе практически не осуществляется или размер гранул ионита мал, то понятие пленки теряет смысл и приходится говорить об объемном типе внешней диффузии. При обтекании жидкостью гранулы у ее поверхности образуется неподвижная тонкая пленка. Если гранула обладает значительным размером кривизной пленки можно пренебречь. Я нормаль к поверхности гранулы. Очевидно, что для ионов с близкими подвижностями, например, при изотопном обмене, коэффициент взаимодиффузии практически не зависит от концентрации. Р, с,. Для процессов, контролируемых внешней диффузией, концентрация ионов равномерна по всему объему гранулы, т. Поскольку значение коэффициента внешней диффузии во многом определяется гидродинамическими условиями обтекания гранул раствором наибольшее распространение получил метод его расчета на основе критериальных уравнений 1. Используя уравнения связи между компонентами число уравнений можно сократить. Также задача упрощается исключением уравнений переноса ионов, не участвующих непосредственно в ионном обмене, например, коионов. Из этого решения видно, что уменьшение концентрации поглощаемых ионов во внешнем растворе должно приводить к увеличению вклада внешней диффузии в кинетику ионного обмена вследствие роста соотношения концентраций ионов в ионите и растворе. Аналитические решения, как правило, имеют лишь задачи внешней диффузии с линейными уравнениями, т. Их решение может быть довольно просто получено использованием преобразования Лапласа . Стадия входа ионов в поровое пространство гранулы означает, что не все ионы, достигшие поверхности гранулы, обязательно проникают вовнутрь ее. Фактически, влияние этой стадии заключается в снижении эффективной удельной поверхности ионита и, как следствие, коэффициента внешней дифузии. Стадия внутренней диффузии это перенос ионов внутри гранулы от ионообменных центров к ее поверхности и наоборот. Поскольку неорганические иониты, как правило, используются в гранулированном виде, ионообменные процессы на неорганических ионитах, контролируемые внутренней диффузией, встречаются относительно часто, например в ,. Гранулы кристаллических неорганических ионитов представляют собой агломераты из первичных кристаллитов, пространство между которыми заполнено жидким раствором.