Новые возможности разделения веществ на ионитах со слабокислотными группами

• Автор: Иванов, Владимир Александрович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 339 с. : ил

Оглавление.
Введение

I. Принципы организации процессов разделения с использованием ионитов.

1.1. Общность процессов разделения в двухфазных системах

1.2. Селективная ионообменная сорбция в процессах очистки и извлечения

веществ.

1.2.1 .Процессы с использованием вспомогательных реагентов

1.2.2.Процессы без использования вспомогательных реагентов

1.2.3. Процессы без использования вспомогательных реагентов. Каскады.

1.2.4. Процессы без использования вспомогательных реагентов.

Параметрическое перекачивание.

1.3. Процессы ионообменного разделения веществ по схеме с обращением потоков
1.4. Двухпараметрическая схема раздслештя
II. Равновесие ионного обмена и комплексообразования ионов на различных
типах сшитых полиэлектролитов со слабокислотными и слабоосновными
группами
II. I. Задачи исследования
.2. Материалы и метода анализа.
Н.З. Методики изучения равновесных свойств ионообменных и
комплексообразующих смол.
И.4. Равновесные свойства ионитов с фенольными группами.
.4.1. Сорбционные свойства иоиитов с фенольными группами.
.4.2. Селективность ионитов с фенольными группами
И.5. Влияние температуры па равновесие обмена разнозарядных ионов.
.5.1. Экспериментальное исследование.
И.5.2. Теоретические основы определения термодинамических функций
реакции ионного обмена
.5.3. Оценка термодинамических функций обмена разнозарядных
з
II.5.4. О причинах влияния температуры на равновесие обмена
разнозарядных ионов
.6. Влияние температуры на равновесие обмена ионов элементов второй
группы на комплексообразующих ионитах
.6.1. Прогноз влияния температуры
.6.2. Экспериментальное исследование.
.6.3. Оценка термодинамических функций обмена ионов Са
.7. Равновесие обмена ионов элементов второй группы и натрия в тройных системах на полиметакриловых катионитах.
III. Динамика ионного обмена на ионитах со слабокислотными группами.
III. 1. Задачи исследования.
И.2. Одномерные .математические .модели ионообменных колонн
И.2.1. Построение одномерных математических моделей
1.2.2. Области применимости моделей.
1.2.3. Аддитивное приближение ВЕП для произвольной изотермы
.З. Лабораторные установки.
1И.4. Сравнительное исследование динамических характеристик
противоточных ионообменных колонн различных типов импульсным
методом.
III.5. Изучение динамики обмена однозарядных ионов на сульфофенольном
катионите КУ1
П.6. Изучение .динамики обмена разнозарядных ионов на полиметакриловом
катионите КБ4.
Ш.6.1. Способ определения динамических характеристик на ионитах с
изменением набуосасмости
.6.2. Изучение динамики ионообменной сорбции ионов кальция и
стропхия на полиметакриловом катионите КБ4 в форме при
комнатной температуре.
1.7. Влияние температуры на динамику обмена разнозарядных ионов
IV. Разделение смесей щелочных элементов, содержащих цезий иили рубидий,
с использованием фенольных ионитов.
IV. 1. Задачи исследования.
1У.2. Схемы процессов ионообменною разделения на фенольных смолах
ГУ.З. Теория и характеристики процесса.
IV.4. Разделение ионов щелочных металлов в колоннах с неподвижным
слоем ионига.
1У.5. Разделение рубидия и калия 1 в противоточных колоннах с
поочередным движением фаз
IV.6. Однокорпусная установка с поочередным движением фаз для
разделения смесей щелочных металлов на фенольном ионите
V. Разделение смесей ионов щелочных элементов по комбинированной схеме, основанное на зависимости селективности и емкости сульфофенольного
ионита от
V. 1. Схема процесса.
У.2. Теория процесса разделения в стационарном режиме
У.2.1. Стационарная задача массопереноса при линейной изотерме
У.2.2. Асимптотический анализ разделения по комбинированной
У.2.3. Теоретический анализ разделения по комбинированной схеме
У.2.4. Связь соотношения потоков с составом исходного раствора
У.З. Экспериментальное исследовагас ионообменного разделения смесей ионов щелочных металлов по комбинированной схеме на неподвижном
слое ионита
У.4. Экспериментальное исследование ионообменного разделения смесей
ионов щелочных металлов по комбинированной схеме в противоточных
колоннах.
У.5. О значении исследований комбинированной схемы ионообменного
разделения.
VI. Роль температуры в ионообменных процессах разделения и очистки веществ на примере очистки концентрированных растворов солей щелочных металлов
от двухзарядных ионов щелочноземельных и переходных металлов
VI. 1. Методы селективной ионообменной сорбции при использовании
вспомогательных реагентов
VI.2. Двухтемпературный метод селективной ионообменной сорбции без использования вспомогательных реагентов. Теоретическое
рассмотрение.
VI.3. Экспериментальное исследование двухтемнературного метода частичной очистки растворов солей щелочных металлов от
двухзарядных ионов в колоннах с неподвижным слоем ионига.
VI.4. Двухтемпературная очистка 2.5 раствора от 0. СаС в
противоточных колошах
VI.5. Экспериментальное исследование двухтемпературной очистки растворов солей щелочных металлов от примеси двухзарядных ионов
по методу параметрического перекачивания.
VII. Ионообменное извлечение стронция из высокоминерализованных растворов
с использованием противоточных колонн
VII. 1. Задачи исследования
VI1.2. Схема процесса извлечения стронция из высокоминсрализоваиных
раст воров с использованием противоточных колонн. .
VII.3. Теоретические основы и характеристики процесса
VII.4. Исследование процесса извлечения стронция из раствора 2.5
0. СаС 0. I2 в противоточных колоннах при комнатной
температуре.
VII.5. Противоточиая ионообменная установка для извлечения стронция из
высокоминсрализоваиных растворов
VII.6. Результаты технико экономических расчетов ТЭР
VII.7. Роль температуры при ионообменном извлечении стронция из
высокоминерализованных растворов
Выводы.
Литература


В связи с решаемой практической задачей были исследованы равновесные свойства ряда анионитов, различающихся типом обменных групп и сшивкой 1 5. Во всех случаях селективность снижалась при повышении температуры, хотя и не очень значительно. Было показано, что его приведение в равновесие с морской водой при С и последующее пропускание морской воды через ту же колонну при С позволяло достигать порядка ого концентрирования бромидиона. Процессы без использования вспомогательных реагентов. Каскады. В процессах, в которых ионит регенерируют без вспомогательных реагентов раствором разделяемой смеси с использованием зависимости селективности ионита от температуры или концентрации раствора, степени разделения не столь высоки, как в случаях с регенерацией ионита вспомогательными реагентами. Если задачей процесса является очистка раствора, то достигаемое обычно снижение концентрации извлекаемых ионов на порядка часто удовлетворяет решаемым задачам, как в рассмотренных примерах безреагентного умягчения природных вод и обессоливания слабоминерализованных вод в iпроцессе. Но степень концентрирования примесных ионов после их десорбции из ионита обычно не достаточна. Так в описанном процессе концентрирования бромидиона из морской воды на анионите с использованием зависимости ix селективности от температуры степень концентрирования на одной ступени не превышает 2х раз, тогда как требуется увеличение не менее, чем в раз. Увеличить степень разделения можно в каскаде из описанных выше и показанных на рис. В работах 0 указана возможность использования каскада из колонн с неподвижным слоем ионита для двухтемпературного концентрирования меди из кислых шахтных вод, хотя конкретные данные не приведены. В работах 2 3х ступенчатый каскад был исследован в опытах по концентрированию бромидиона из морской воды Охотского моря. В таком каскаде раствор с увеличенным содержанием бромидиона, полученный в горячей десорбционной стадии на колонне с неподвижным слоем ионита, направляли на питание следующей колонны ступени в ее холодной сорбционной стадии. Обедненные по бромидиону потоки, получаемые в холодных стадиях сорбции бромида анионитом на каждой ступени каскада, кроме первой, возвращали на питание предыдущих ступеней. И хотя на представленных в этих работах схемах учтена очевидная необходимость рециркуляции потоков и сокращения объема ступеней по мере концентрирования бромидиона, организация каскада рассмотрена весьма схематично и вопросы согласования потоков и оптимизации не рассматривались. Процессы без использования вспомогательных реагентов. Параметрическое перекачивание. Каскадная схема имеет очевидные недостатки, связанные с использованием нескольких колонн и большого количества ионита. Тот же принцип увеличения степени разделения можно реализовать и на одной колонне с неподвижным слоем ионита. В этом случае обогащенный и обедненный фильтраты направляют не на последующую и, соответственно, на предыдущую ступени каскада, а поочередно пропускают через одну и ту же с колонну при чередовании физикохимических условий обычно температуры. Такой процесс называют парам етрическим перекачиванием. С первых работ в конце х годов и вплоть до последнего времени ей уделяется большое внимание изза простоты практического осуществления и возможности использования даже малых изменений селективности для достижения высоких степеней разделения. Схематично наиболее простой вариант параметрического разделения в закрытой системе с ограниченным обьемом раствора показан на рис. Определенную порцию раствора, содержащего разделяемые компоненты, пропускают при повышенной температуре через колонну с ионообменником, предварительно уравновешенным с тем же раствором при низкой температуре. Затем колонну охлаждают и собранную в горячей стадии порцию раствора пропускают через колонну в противоположном направлении при низкой температуре. Далее цикл горячей и холодной фильтрации, осуществляемых в противоположных направлениях через одну и ту же порцию ионообменной смолы в колонне с одной и гой же порцией раствора, многократно повторяют.