Равновесие и динамика ионообменной и молекулярной сорбции на аминофосфоновом полиамфолите

• Автор: Гапеев, Артём Александрович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 156 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Условные обозначения
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1 Современное состояние исследований свойств комплексообразующих ионообменников
1.1.1 Особенности комплексообразующих ионообменников
1.1.2 Сорбция органических и неорганических веществ
1.2 Состояние воды в ионообменниках
1.3 Современное состояние исследований кинетики и динамики ионного обмена
1.3.1 Теории и математическое моделирование ионного обмена
1.3.2 Аппаратурное оформление и экспериментальные исследования процесса ионообменной сорбции
Глава 2. Объекты и методы исследования
2.1 Ионообменник РигоШе 8950
2.1.1 Подготовка ионообменника к работе
2.2 Алифатические аминокислоты
2.2.1 Глицин
2.2.2 а-Аланин
2.2.3 Б,Ь-Метионин
2.3 Катионы переходных металлов-комплексообразователей
2.4 Экспериментальная ионообменная установка
2.5 Методы исследования
2.5.1 Сорбция в статических условиях. Метод переменных концентраций.
2.5.2 Сорбция в динамических условиях
2.5.3 Методы контроля концентрации растворов
2.5.4 Определение влажности ионообменника
2.5.5 Определение числа зерен сорбента
2.5.6 Определение средних радиусов зерен ионообменника

2.5.7 Определение порозности слоя ионообменника
2.5.8 Метод изопиестирования
2.5.9 Дериватография
2.5.10 Инфракрасная спектроскопия
2.5.11 Калориметрия
Глава 3. Сорбционные равновесия на ионообменнике РигоШе 8950
3.1 Сорбция катионов двухзарядных металлов
3.2 Сорбция алифатических аминокислот
3.3 Гидратация ионообменника РигоШе 8950 в различных ионных формах
3.3.1 Сорбция паров воды полиамфолитом РигоШе 8950
3.3.2 Энергия Гиббса гидратации полиамфолита
3.3.3 Энтальпия гидратации полиамфолита РигоШе 8950
3.4 Десорбция воды из ионообменника РигоШе 8950
3.4.1 Термогравиметрический анализ полиамфолита РигоШе 8950
Глава 4. Динамика Сорбции на ионообменнике РигоШе 8950
4.1 Кинетика ионного обмена на аминофосфоновом полиамфолите
4.2 Коэффициенты диффузии ионов в фазе ионообменникРигоШе Б950
4.3 Математическое описание динамики ионного обмена
4.4 Динамика сорбции индивидуальных компонентов на полиамфолите РигоШе 8950
4.4.1 Сорбция двухзарядных катионов металлов
4.4.2 Сорбция алифатических аминокислот
Г лава 5 Разделение двух компонентов в колонне с неподвижным слоем РигоШе 8950
5.1 Ионообменное выделение глицина из раствора с метионином
5.2 Ионообменное разделение катионов меди (II) и никеля (II)
Выводы
Список литературы
Приложение

рК.л(рКа1) Р Ку,

V °,г

V £ е

uJ-I

Основные условные обозначения
дивинилбензол сорбционная емкость, моль/г сорбционная обменная емкость, моль/г мольные доли ионов при данном pH водородный показатель показатель изоэлектрической точки
показатель константы кислотно-основного равновесия (по ьой ступени)
константы устойчивости комплексов Ме2+ с аминокислотами абсолютная температура, К
коэффициент обмена аминокислоты (в условии, что ионный обмен является первой стадией сорбции) коэффициент обмена катионов металлов
количество поглощенных ионов в фазе ионообменника, ммоль/г (абсолютно сухого сорбента) удельный объем ионообменника, см3/г
концентрация ионов водорода в равновесном растворе, ммоль/см
концентрация ионов в равновесном растворе, ммоль/см
исходная концентрация вещества в растворе, моль/дм
отношение концентрации вещества в данный момент времени к
исходной концентрации
светопоглощение
длина волны, нм
частота колебаний, см'
порозность слоя ионообменника
теплота, подведенная от электрического нафевателя, Дж изменение энтальпии гидратации ионов, Дж/моль изменение энтальпии дегидратации ионообменника, Дж/моль энтальпии испарения воды, Дж/моль

тывала бы в явном виде и электростатические эффекты, и эффекты набухания ионитов в процессе обмена, и ряд других факторов. В то же время они показали, что в первом приближении эффект набухания приводит к дополнительной зависимости коэффициента внутренней диффузии от концентрации. В этой связи наиболее практически приемлемой в настоящее время, на взгляд авторов [89], является феноменологическая нелинейная модель внутренней диффузии в ионите с переменным, зависящим от концентрации, коэффициентом внутренней диффузии £>.
Еще одной достаточно распространенной моделью является модель равновесной динамики сорбции с учетом продольной диффузии, которая применяется, в частности, в хроматографии. В этой модели размывающие эффекты (как кинетические, так и диффузионные) учитываются в эффективном коэффициенте продольной диффузии £> [116 - 119].
В данных работах в рамках указанной модели обсуждаются задачи фронтальной динамики сорбции и десорбции. Более подробно, нежели ранее рассматривается так называемая “теорема соответствия”, которая для обсуждаемой модели имеет существенное значение. Благодаря этой теореме, зная решение задачи динамики сорбции, можно сразу получить решение задачи динамики десорбции для некоторой другой изотермы - “изотермы соответствия”, и наоборот. Приводятся примеры “изотерм соответствия”, подробно обсуждаются их свойства. Показано, что важное значение имеют классы нелинейных изотерм сорбции, для которых “изотермы соответствия” также принадлежат этому же классу.
Модели, используемые для интерпретации экспериментальных результатов по кинетике с участием органических ионов, являются разумно упрощенными, так как учет большого числа факторов, влияющих на ход сорбционного процесса, приводит к их усложнению и вызывает затруднения при решении конкретных задач в теории кинетики. Поэтому в настоящее время используют упрощенные модели, учитывающие лишь немногие явления, наиболее существенные для данной задачи и данного объекта. Для объясне-