Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6 | Следующая страница реферата

Успешное решение любой конкретной задачи с применением метода ионного обмена зависит от правильного выбора сорбента и условий его использования. Для этого весьма существенно представлять себе структуру и свойства сорбента как: химического соединения, так как ионообменная способность, механические и физико-химические свойства сорбентов тесно связаны с их структурой и условиями синтеза.

Ионитами называются органические или неорганические вещества, практически нерастворимые в воде или других растворителях, содержащие активные (ионогенные) группы с подвижными нонами и способные обменивать эти ионы на ионы других электролитов (поглощаемые ионы).

В зависимости от характера введения ионообменных групп все сорбенты делятся на три основных класса:

1. Сорбенты, содержащие в своей структуре кислотные группы, т. е. сорбенты, обладающие свойствами кислот и способные к обмену катионов (катиониты).

2. Сорбенты, содержащие в структуре основные группы, т. е: сорбенты, обладающие свойствами оснований и способные к обмену анионов (аниониты).

3. Амфотерные иониты, т. е. иониты, ионогенная группа которых может вести себя как кислотная или как основная, в зависимости от рН среды.

Существуют также смешанные иониты, т е. сорбенты,. в структуры которых одновременно входят как кислотные, так и основные группы.

Основные требования, предъявляемые к ионообменным смолам, следующие: высокая механическая прочность; химическая устойчивость; минимальная растворимость и небольшая набухаемость при контакте с раствором; высокая обменная способность (смола должна содержать достаточное количество пространственно доступных ионообменных групп); достаточная скорость обмена; желательная избирательность поглощения определенного типа ионов.

Катиониты могут содержать в своем составе различные кислотные группы: сульфогруппу, фосфорнокислые, карбоксильные, фенольные, мышьяково- и селеновокислые и др.

В состав анионитов в качестве функциональных групп могут входить первичные, вторичные и третичные аминогруппы, четвертичные аммониевые и пиридиновые основания.

В зависимости от величины константы диссоциации катионитов в Н+ -форме и анионитов в ОН- -форме все смолы делятся на сильно- и слабокислотные катиониты и соответственно сильно и слабоосновные аннониты.

При выборе сорбентов в первую очередь нужно учесть, с чем удобнее работать –с катионитом или анионитом. Многие задачи могут быть успешно решены и на том, и на другом типе сорбентов.
Например, для разделения ионов металлов можно с успехом применить катиониты. Однако применение для этой же цели анионитов, основанное на разделении анионных комплексов этих металлов, часто бывает проще и быстрее.

Необходимо учитывать также избирательность поглощения сорбентами тех или иных ионов, которая обусловлена химической природой сорбента и определяется относительной прочностью связей обменивающихся ионов в фазе смолы. При этом энергия связи сорбируемого иона зависит не только от прочности связи этого иона с активной труппой сорбента, но и от прочности его связей с любыми другими, так называемыми неактивньгми, структурными группами ионита.

Сильные катиониты и аниониты, например, сульфокатиониты и аниониты типа четвертичных аммониевых оснований, не проявляют большой избирательности в отношении большинства ионов. Большая емкость смол такого типа, а также их способность функционировать в широком интервале рН могут быть использованы для концентрирования сильно разбавленных растворов, для обессоливания и в других случаях, когда необходимо полное извлечение всех катионов или анионов из раствора. Для выделения какого-либо одного элемента из смеси элементов бывает удобно подобрать такой сорбент, который избирательно поглощал бы ионы интересующего элемента.

В настоящее время известно большое количество селективных сорбентов. Синтез таких сорбентов сводится к задаче получения смолы с такой структурой, которая подобна структуре веществ, образующих прочные комплексы или нерастворимые соединения с данным ионом. Так была синтезирована смола (селективно сортирующая никель) путем введения в структуру смолы глиоксимовых группировок.

После выбора соответствующего сорбента необходимо определить область кислотности, в которой работает выбранный ионообменник, и его химическую устойчивость по отношению к тем рабочим средам и температурам, при которых должна проводиться очистка.

Процесс обмена ионов описывается уравнением изотермы, предложенным Б.П.Никольским:

[pic] где X1(2) и X2(2) -концентрации обменивающихся ионов в ионите (ммоль/г); X1(1)и X2(1) -концентрация обменивающихся ионов в равновесном растворе (ммоль/мл); ?1(2)и ?2(2) -коэффициенты активности обменивающихся ионов в фазе смолы; ?1(1) и ?2(1)- коэффициенты активности обменивающихся ионов в фазе раствора; Z1 и Z2 - заряды обменивающихся ионов; K -константа обмена.
Определение коэффициента активности в фазе смолы задача весьма сложная. Однако можно принять, что отношение коэффициентов активности ионов в поглощенном состоянии остается постоянным, и эту величину (можно ввести в константу. тогда, константа ионного обмена:

[pic] где a1(1) и а2(1) -активности обменивающихся ионов в равновесном растворе.
Если принять, что интересующий ион отмечен индексом 1, то для этого иона из уравнения никольскова имеем:

[pic][pic] не [pic]-множитель, содержащий отношение коэффициентов активности обменивающихся ионов в растворе (в соответствующих степенях); [pic]

Отношение количества вещества, поглощенного одним грамом сухой смолы, к его концентрации в равновесном растворе называется коэффициентам распределения данного иона. На практике для характеристики поглощения часто определяют именно эту величину, а не константу обмена, которая требует учёта не всегда известных коэффициентов активности.
По определению коэффициент распределения (?)

[pic] где q1(2) и q1(1) -содержание исследуемого иона соответственно фазе смолы и в растворе при равновесии, выраженное в любых единицах; V-объем раствора; m-навеска ионнта.
Коэффициент распределения являетcя величиной постоянной не зависит от концентрации интересующего иона в определенном интервале концентраций. Последнее означает, что поглощение ионов элемента -примеси прямо пропорционально его концентрации в растворе, и, следовательно, при очень малых концентрациях изотерма сорбции линейна. Величина коэффициента распределения зависит от природы второго обменивающегося иона, присутствия в растворе других ионов, в том числе мплексообразователей, кислотности раствора, температуры и давления.
Отношение коэффициентов распределения двух различных ионов в одних и тех же условиях называется коэффициентом разделения этих ионов в данных условиях.

Очистку соединений с помощью ионного обмена можно осуществлять разными способами. Если вещества-примеси содержат ионы с величиной заряда, отличающейся от величины заряда очищаемого элемента, то отделение основывается на том, что многозарядные ионы из разбавленных и умеренно концентрированных растворов поглощаются намного сильнее, чем ионы с меньшей величиной заряда. Так, если на сульфокатионитетипа КУ -2 или дауэкс -50 поглотить смесь щелочных, щелочноземельных и редкоземельных элементов, то при элюировании разбавленными растворами хлорной или соляной кислоты в первую очередь будут вымываться ионы щелочных металлов.

В более сложных случаях, когда необходимо разделить элементы, коэффициенты разделения которых близки к единице, чаще всего используют метод комплексообразовательной хроматографии. В этом случае весьма существенными становятся данные о составе, условиях образования и константах устойчивости различных комплексов разделяемых элементов.

В первом варианте все разделяемые ионы сначала поглощаются смолой. Затем производят их (разделение, пропуская (через колонку со смолой раствор комплексообразоаателя., который раздвигает
-первоначально образовавшиеся близко расположенные зоны и последовательно вымывает их. При этом подбирают условия, наиболее благоприятные для комплексообравования (рН, температура, концентрация, скорость.пропускания раствора и т. п.). Все ионы вымываются в строго определенном порядке, который задается соотношением прочности связи данного иона со смолой с прочностью образующихся в фильтрате комплексов. Первыми вымываются те ионы, которые образуют наиболее прочные комплексы и слабее всего удержшваютоя смолой.

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: наука реферат, конспект статьи, ответы по биологии класс.



Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6 | Следующая страница реферата

Поделитесь этой записью или добавьте в закладки