Химическая термодинамика систем ионит-вода

• Автор: Макаров, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 129 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .

Г ЛАВА 1. Данные литературы о термодинамике гидратации

ионитов

ГЛАВА 2. Методы измерений и объекты исследования.

2.1. Аппаратура и методика измерения теплоемкости систем ионитвода.

У 2.2. Методика определения энтальпии и температуры

плавления фазы свободной воды в ионите.

2.3. Калориметрический метод определения количества гидратационноЙ воды в набухшем в воде ионите

2.4. Методика измерения давления пара воды над системами ионитвода

2.5. Объекты исследования

ГЛАВА 3. Термодинамика систем органический ионитвода
3.1. Равновесное содержание гидратационноЙ и свободной воды в ионитах
3.1.1. Оценка чисел гидратации катионов по данным о равновесном содержании гидратационноЙ воды в соответствующих катионные формах катионитов
3.1.2. Определение равновесного содержания гидратационноЙ воды в катионитах и их обменной емкости по отдельным ионогенным группам
3.2. Фазовый состав и физическое состояние ионитов
3.3. Термодинамические функции гидратации ионитов .
ВЫВОДЫ
ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ.
1. Опубликованные работы автора по теме диссертации .
2. Таблицы значений равновесного количества гидратационноЙ воды в набухших ионитах, теплоемкости и рассчитанных термодинамических функций ионитов, концентрационной зависимости активности
воды в ионитах.
3. Заключение об использовании результатов диссер
тационной работы.
ВВЕДЕНИЕ


В Приложении 2 представлены таблицы экспериментальных значений равновесного количества гидратационной воды в смешанных формах катионитов, теплоемкости и рассчитанных термодинамических функций ионитов концентрационной зависимости активности воды в ионитах. ГЛЛВЛ I. При контакте ионитов с водой они поглощают ее, увеличиваясь в объеме. Это явление, называемое набуханием, обеспечивает быстрое протекание ионного обмена и существенно влияет на его характер 1. Таким образом, ясно, что количество воды в ионите и характеристики их взаимодействия существенно влияют на параметры процессов ионного обмена. Ввиду этого важно изучение гидратации и набухания ионитов в зависимости от природы ионогенных групп и обменных ионов противоионов, их концентрации, степени сшитости и температуры. Известно, что максимальное количество воды, поглощенной ионитом при набухании, зависит в основном от трех факторов гидратнрусмости противоионов и функциональных групп ионита, количества осмотически активных частиц в единице его объема и от содержания сшивающего агента . Первым фактором определяется изменения термодинамических параметров системы вследствие взаимодействия ионита с водой и количество гидратационной связанной воды, другими факторами количество свободной воды. Для понимания процессов, происходящих в ионитах, важно знать, в каком состоянии находится в них данное количество поглощенной воды. Согласно Гельфериху 1 и другим авторам , вода, содержащаяся в равновесно набухшем ионите, представляет собой сумму связанной гидратационной и свободной воды. Но по Гельфериху различие между гидратационной связанной и свободной водой термодинамически неопределенно и, в известной степени произвольно, поэтому любое теоретическое предположение относительно деления воды на свободную и связанную нельзя считать достоверным. Если в ионите имеется избыток воды над ее растворимостью свободная вода, то она в виде самостоятельно фазы находится в равновесии с фазой гидратированного ионита раствора воды в ионите. Однако, изза отсутствия методов, позволяющих более или менее четко разграничивать гидратацисмшую связанную или свободную воду в набухших ионитах, соответствующих данных в литературе мало. Особенно это относится к анионитам. Для оценки количества гидратационной воды в ионитах широко используется изучение изотерм сорбции водяного пара ионитами в их различных солевых формах 5,,,. Основным экспериментальным методом в этих работах был изопиестический. При этом исследуемые образцы ионитов определенно массы выдерживались в изолированном сосуде до установления равновесия с паром над водными растворами солей или растворами серной кислоты различных концентраций при постоянной температуре. Критерием наступившего равновесия являлось постоянство массы образца ионита 5,,,. Затем строились графики п2 ГРРо , где п2 масса воды, поглощенной образцом ионита, Р давление пара воды над раствором, Р0 давление пара индивидуальной воды при температуре опыта. Недостатками данного метода являются необходимость очень длительного выдерживания образцов для установления равновесия с паром над растворами различной концентрации и многократное определение их массы при этом. Примеры получаемых таким методом изотерм сорбции приведены на рис. Однако, такие изотермы мало информативны, так как относятся к суммарному количеству воды в ионите сумме гидратационной связанной и сорбированной каркасом свободной воды. Гиббса свободной воды набухания и, соответственно, количество гидратационной воды как разницу между массами всей поглощенной ионитом воды и свободной воды. В работах 5, приведены количества гидратационной воды в сульфополистирольных ионитах, также рассчитанные по приближенным уравнениям. В работах , получены изотермы сорбции воды различными солевыми формами катионита КУ2 Пример рис. Как видно из рис. РР0 от нуля до 0,5 изученные формы КУ2 по количеству сорбированной воды располагаются в ряд К Ыа Са Ге Н. В работах , изучено набухание в воде макропористого сульфокатиопита КУ, являющегося химическим аналогом катионита КУ2. Рис.