Рівноважна та нерівноважна сорбція сірчаної кислоти гелевими та пористими поліакриловими аніонітами - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИРобота виконана у відділі іонного обміну та реагентних методів обробки води Інституту колоїдної хімії та хімії води ім. Науковий керівник: член-кореспондент НАН України, доктор хімічних наук, професор Мамченко Олексій Володимирович, Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. Думанського НАН України, заступник директора з наукової роботи, завідувач відділу іонного обміну та реагентних методів обробки води Захист відбудеться “07 ”квітня 2009 р. о 1530 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.183.01 в Інституті колоїдної хімії та хімії води ім. З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту колоїдної хімії та хімії води ім.Таким чином, актуальним є завдання комплексного вивчення рівноважної та нерівноважної сорбції в колоїдно-хімічних системах, що включають слабкоосновний поліакриловий аніоніт, сірчану кислоту або сульфат-іони, та відрізняються хімічною природою обмінних центрів і пористістю матриці, та обґрунтування теоретичних моделей, що дозволять адекватно розраховувати сорбційні процеси в таких системах. Мета роботи - обґрунтування колоїдно-хімічних засад рівноважної та нерівноважної сорбції в системах, що включають слабкоосновний поліакриловий аніоніт, сірчану кислоту або сульфат-іони, та відрізняються хімічною природою обмінних центрів і пористістю матриці. розробити теоретичну модель рівноважної сорбції сірчаної кислоти та сульфат-іонів слабкоосновними поліакриловими аніонітами, яка буде враховувати пористість матриці та хімічну природу обмінних центрів і дозволить адекватно розраховувати іонообмінні рівноваги; Для одержання кривих титрування іонітів сульфатом натрію та сірчаною кислотою використовували PH-потенціометричний метод з універсальним індикатором; метод сорбції в динамічних умовах - для одержання вихідних кривих сорбції сірчаної кислоти аніонітами; компютерне та математичне моделювання - для обгрунтування теоретичних підходів щодо рівноважної сорбції сульфатів та нерівноважної сорбції сірчаної кислоти поліакриловими аніонітами та регенерації сорбентів. Вперше проведено комплексне дослідження рівноважної та нерівноважної сорбції в колоїдно-хімічних системах, що включають слабкоосновний поліакриловий аніоніт, сірчану кислоту або сульфат-іони, та відрізняються хімічною природою обмінних центрів і пористістю матриці.Проаналізовано теоретичні моделі зовнішньо-та внутрішньо-дифузійної динаміки сорбції, наголошено на відсутності систематичних даних про нерівноважну сорбцію двозарядних аніонів сильних кислот іонітами. Описано методики підготовки зразків іонітів до роботи, дослідження набухання сорбентів, визначення їх вологості, питомого обєму, а також методики одержання кривих титрування аніонообмінників, дослідження динаміки сорбції сірчаної кислоти та динаміки регенерації сорбентів гідроксидом натрію. Реакції (1) відповідає модифіковане рівняння Хендерсона-Хассельбалха: 2PH PS04 = LGK - nlg{a (2 - a)/[4(1 - a)2]},(2) колоїдний рівноважний сорбція сірчаний де PH і PS04 - відємні логарифми активності іонів гідроксонія та сульфат-іонів; a - ступінь переводу аніоніту в сольову форму; K - уявна константа рівноваги реакції (1), поділена на квадрат константи дисоціації води; n - емпірична константа, що вказує на відхилення від ідеальності розчину резинатів. Існування “сильних” центрів було враховано додаванням до рівняння (3) наступного рівняння: a = gсилaсил (1-g)аод,(6) де gсил - частка “сильних” центрів у загальній кількості центрів іоніту; асил відповідає сорбції на “сильних” центрах, аод - на центрах меншої основності. У випадку формування стаціонарного фронту сорбції та реалізації режиму його паралельного переносу вздовж шару іоніту, а також для випадку, коли кінетичний коефіцієнт внутрішнього масопереносу має постійне значення, отримано аналітичне вирішення системи рівнянь моделі внутрішньо-дифузійної динаміки сорбції: t = a0 x (VC0)-1 - b*-1 {(BC0)-1ln[(C0/c) - 1] ln(1 - c/C0) 1},(9) де t - час, який відраховується з моменту початку процесу, с; x - відстань від входу рідини до шару сорбенту, м; a0 - величина питомої сорбції сорбтиву, що розрахована на одиницю обєму шару іоніту за рівноважних умов, моль/м3; v - лінійна швидкість фільтрування рідини, що розраховується на повний переріз сорбційної колони, м/с; C0 - початкова концентрація розчину сорбтиву, моль/м3; b* - кінетичний коефіцієнт внутрішнього масопереносу, с-1; с - концентрація сорбтиву в рідкій фазі шару сорбенту, моль/м3; B - константа сорбції в рівнянні типу Ленгмюра, м3/моль.1.У дисертації обґрунтовано колоїдно-хімічні засади рівноважної та нерівноважної сорбції в системах, що включають слабкоосновний поліакриловий аніоніт, сірчану кислоту або сульфат-іони, та відрізняються хімічною природою обмінних центрів і пористістю матриці. Вперше запропоновано теоретичні підходи, що дозволяють адекватно розраховувати сорбційні процеси в таких системах, не дивлячись на сильну залежність уявних констант іонообмінної рівноваги від частки сольової форми іонітів. 3.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ