АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Ионный обмен как метод очистки сточных вод

Читайте также:
  1. A. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
  2. B) должен хорошо знать только физико-химические методы анализа
  3. B. метода разделения смеси веществ, основанный на различных дистрибутивных свойствах различных веществ между двумя фазами — твердой и газовой
  4. D. аналитический метод.
  5. I. Естественные методы
  6. I. Организационный момент
  7. I. Электрофильтры. Характеристика процесса электрической очистки газов.
  8. I.Организационно – методический раздел
  9. II Методика виконання курсової роботи.
  10. II. Обучающий симуляционный курс (ОСК.О.00) послевузовского профессионального образования врачей по специальности «Пластическая хирургия»
  11. II. ПОРЯДОК И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКЗАМЕНА
  12. II. Учебно-методический блок

Ионный обмен можно рассматривать как гетерогенную химическую реакцию и представить в виде примера следующими уравнениями:

а) катионный обмен:

б) анионный обмен:

Промежуточное положение между катионитами и анионитами занимают амфолиты, которые включают кислотные и основные ионогенные группы, выступая (в зависимости от условий проведе­ния процесса) в роли катионита или анионита.

В соответствии со степенью ионизации в растворе катиониты делятся на сильнокислотные (КУ) и слабокислотные (КБ); аниониты подразделяют на высокоосновные (АВ) и низкоосновные (АН).

По степени пористости синтетические иониты можно подразде­лить на гелевые и макропористые. Макропористые иониты обла­дают гораздо более развитой пористой структурой, чем гелевые, что значительно ускоряет транспорт вещества внутри гранулы.

При контакте ионообменных смол с растворами электролитов подвижные противоионы замещаются на эквивалентное количество ионов раствора электролита. В зависимости от противоиона, которым насыщена ионо­обменная смола, различают Н-форму, N-форму, Са-форму и т. п. для катионитов и соответственно ОН-форму, Сl-форму и т.п. для анионитов. Отметим, что активные группы находятся во всем объеме ионитов. Трехмерная структура ионита представляет собой как бы губку, в порах которой при набухании находятся раствори­тель и противоионы. Для обмена ионы раствора должны продиффундировать в матрицу и обменяться с ее противоионами.

Кинетические свойства ионообменных смол и их обменная емкость зависят также от строения матрицы. В зависимости от сшивки углеводородных цепей меняется набухаемость ионита. Уве­личивая степень сшивки, можно добиться такого размера элемен­тарной ячейки матрицы, когда диффузия ионов внутрь ионита будет невозможна из-за их размеров. В этом случае ионный обмен возможен только на поверхности частицы ионита. Матрица ионита вместе с фиксированными ионами в растворах представляет собой твердый нерастворимый полином, заряд которого компенсируется зарядами противоионов противоположного знака.

У катионитов фиксированные ионы заряжены отрицательно, у анионитов - положительно.

Сильнокислотные катиониты способны к обмену ионов в ще­лочной, нейтральной, кислой средах. В качестве фиксированных ионов сильнокислотные компоненты обычно содержат группу SO3-.

Слабокислотные катиониты способны к обмену катионов только при

рН ≥ 7. В качестве фиксированных ионов они имеют различные слабодиссоциирующие группировки, например — СОО-.

Сильноосновные аниониты способны к обмену в широком диа­пазоне рН. Эти аниониты наиболее часто содержат в качестве фиксированных ионов группу N +.

Слабоосновные аниониты способны к обмену анионов только при рН < 7. К ним относятся аниониты с первичными, вторичными и третичными аминогруппами.

Некоторые иониты содержат одновременно сильно- и слабодиссоциирующие активные группы.

Ионообменные смолы обладают большой емкостью, химиче­ской стойкостью и механической прочностью. Изменяя состав активных групп и матрицы, получили ионообменные смолы самых различных свойств.

Сорбционную способность иони­тов оценивают полной обменной емкостью, рабочей и равновесной обменной емкостью. Полная обменная емкость равняется общему числу ионогенных групп на единицу массы или объема ионита (экв/г или экв/см3) и представляет собой предельную сорбционную спо­собность ионитов. Рабочая емкость не является чисто статической (равновесной) характеристикой ионита, так как представляет собой среднюю рабочую концентрацию сорбированного иона, отнесенную ко всему объему ионита в неподвижном слое при проведении неравновесного сорбционного процесса. Рабочая концентрация за­висит как от статических факторов, так и от скорости массопередачи.

Равновесная концентрация в ионите меньше полной обменной емкости, когда обратная реакция ионного обмена считается полно­стью подавленной. На равновесную концентрацию влияют все факторы, определяющие химическое равновесие реакции ионного обмена, включая величину рН и температуру.

Равновесные концентрации контактирующих фаз в процессах ионного обмена, как и в случае адсорбции, связаны уравнением изотермы (рис. 1).

 

Рис.1. Изотерма ионного обмена.

 

Наиболее часто уравнение изотермы уста­навливают на основе закона действующих масс. Взяв в качестве примера реакцию катионного обмена, записанную в общей форме:

получим уравнение изотермы

Как и в случае адсорбции, задача нахождения профиля концентраций в контактирующих фазах, длины слоя или времени процесса заключается в решении системы уравнений материального баланса, кинетики и изотермы.

В случае равнозарядных ионов решение задачи кинетики ионного обмена и ленгмюровской адсорбции в отсутствие продольного перемеши­вания представляется едиными уравнениями, разли­чающимися лишь выражением фактора разделения. В случае более сложных изотерм решение системы уравнений кинетики обычно находят численным методом с помощью ЭВМ.

Кинетика ионного обмена в неподвижном слое адсорбента, как и в случае адсорбции, может быть описана основным уравнением массопередачи. Отличительной особенностью кинетики ион­ного обмена является наличие стадии гетерогенной химической реакции, скорость которой обычно выше скорости диффузионных стадий процесса. Кроме того, следует учесть, что при ионном обмене скорость массопередачи часто лимитируется внутренним массопереносом.


1 | 2 | 3 | 4 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.003 сек.)