Исследование ионного o6менa в системеCaCl2 - NaCl - H2O-ионит в широком диапазоне составов и расчет химических потенциалов неподвижных компонентов фазы ионита Старцева, Алла Викторовна

Введение к работе

Актуальность работы. Гетерофазный ионный обмен в системе ионит - внешний раствор представляет собой комплексный процесс перераспределения между фазами система противоионов, Кононов и растворителя. Собственно ионный обмен на функциональных группах (обменных местах) ионита является его существенной составлякщей, игранцей основную роль при обмане в разбавленных растворах. Однако, многие важные ионообменные процессы могут проводиться и в концентрированных растворах, где их характер значительно сложнее. Сверхзквиваленткый об;,эзн в принципе существенен для количественного описания ионного обмена в концентрированных водных растворах, расплавах, при обмене на гидрогелях (слабосшитых и сильнонабухаю-цих ионитах), на пористых ионитах и попитах с малой емкостью обмена.

Таким образом, очевидна необходимость количественного термодинамического описания общего случая ионного обмена о учетом Кононов и растворителя - т.е. сверхэквивалентного обмена. Общая теория, позволяющая рассчитывать термодинамические параметры ионного обмена (константы равновесия, активности и коэффициенты активности резинатов) существует yse достаточно давно. Но га практике эта теория до сих пор не применялась.

Целью работы явилось: применение обобщенной теории изотермы ионного обмена к слояшы ионообменным системам, в которых осуществляется сзерхэквивалентный обмен.

Для этого предполагалось решить следующие задачи: I)получить и изучить изотермы сверхэквивалентного ионного обмена для важного случая обмета ионов Си.** и Ло.⁴" на широко применяемых на практике ионитах (Дауэкс 50x2, Дауэкс 50x3, КУ-2х8) , 2) разработать методику численного расчета на ЭВМ термодинамических параметров с использованием обобщенной теории изотермы ионного обмена; 3) провести термодинамические расчеты на исследованных ионитах с целью апробации теории и методов ее применения на практике.

Научная новизна. Впервые на практике получены полшэ изотермы ионного обмена в широком диапазоне составов и к ним при-

менона теория изотермы для общего случая обмена ионов - сверхэквивалентного обмена. Теоретически обоснованы и применены на практике новые варианты метода расчета химических потенциалов неподвжжых компонентов фазы ионита (резинатов), а также метода проверки результатов расчета на термодинамическую совместимость. Разработана методика численных расчетов на ЭВМ в рамках строгой термодинамической теории.

Практическая ценность. Изученные конкретные системы применяются при решении задач регенерации ионитов, очистки и умягчения воды, ионообменного извлечения компонентов из рассолов и морской воды (в этих системах весьма важен ' Сй-⁵*-^* обмен). Непосредственно исследуемая в работе смола 1<У-2х8 используется в сельскохозяйственной и почвенной практике как искусственная среда для выраяивания растении, как модификатор свойств песчаных почв (для удержания влаги) и разнообразных чисто научных целей. Полученные экспериментальные данные о константах обмена и активностях резинатов, проверенные многими способами на тер-модияамическуа совместимость, являются наде;кной базой для разработки различных- моделей ионного обмена. Таким образом, создана теоретическая и практическая основа для получения банка экспериментальных данных, служащих фундаментом для построения моделей $азы ионита.

На заяиту выносятся следующие»положения:

1. Экспериментальное измерение изотермы ионного обмена для оиотемы CaC^-Jv^ratl ~Н_г0 при Ь = 25С для смол Дауэкс 50x2, Дауэкс 50x8 и в широком диапазоне составов и ее представление в разных формах через абсолютные сорбции, избытки Гиббса "по воде" и "по хлору",

2. Обработка данного экспериментального материала по строгой термодинамической теории - возможность адекватного расчета активностей резинатов и константы обмена двумя методами (неполное и полное термодинамическое описание).

3. Проверка термодинамической совместимости полученных результатов, подтверждающая удовлетворительное качество эксперимента.

Апробаяид работы,, Результаты работы докладывались на Международной конференции молодых ученых в Болгарии (г.София 1989г), на П Всесоюзной конференции по термодинамике.почв (г.Бустан,

1990 г.), на заседании Ученого совета ЛЙІ (1990 г.), на заседании химического общества ш.Д. И. Менделеева (1992 г.)> на !",езду-народной конференции "'ігазическая химия и процессы массообмена в почвах" (г.Нущино, 1992 г.).

Публикации, По теме диссертации опубликовано 3 работы и 3 статьи находятся в печати з куриале "Физическая химия".

Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка цитируемой литературы (133 наименований) и приложения. Диссертация изложена на 203 страницах, содержат S таблиц я ЬЪ рисунков.